第一節(jié)、生物氧化的概念生物氧化（biologicaloxidation)是指有機分子（糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等）在機體內(nèi)分解成二氧化碳和水，并釋放出能量的過程。生物氧化實際上是需氧細胞呼吸作用中的一系列氧化－還原反應(yīng)，所以又稱為細胞氧化或細胞呼吸。第1頁/共73頁第一節(jié)、生物氧化的概念生物氧化（biologicaloxi11.代謝物分子脫氫，并解離成氫離子和電子;2.氫離子和電子經(jīng)過一系列中間載體傳給氧分子，生成水;3.H+和O2-結(jié)合成H2O,并釋放能量;一.生物氧化過程第2頁/共73頁1.代謝物分子脫氫，并解離成氫離子和電子;一.生物氧化過程第2二.生物氧化的方式和特點生物氧化與燃燒的區(qū)別化學(xué)本質(zhì)：消耗O2，產(chǎn)物CO2，H2O釋放能量：逐步

燃燒，高溫，爆發(fā)式，高熱能光能氧化方式：脫氫加氧脫羧第3頁/共73頁二.生物氧化的方式和特點生物氧化與燃燒的區(qū)別第3頁/共73頁3生物氧化在一系列氧化-還原酶催化下分步進行的。每一步反應(yīng)，都由特定的酶催化。在生物氧化過程中，主要包括如下幾種氧化方式：脫氫加氧脫羧生物氧化的方式第4頁/共73頁生物氧化在一系列氧化-還原酶催化下分步進行的。每一步反應(yīng)，都4二、生物氧化的特點生物氧化是在生物細胞內(nèi)進行的酶促氧化過程，反應(yīng)條件溫和（水溶液，pH7和體溫）。氧化進行過程中，必然伴隨還原反應(yīng)的發(fā)生。在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步進行的。氧化過程中脫下來的氫質(zhì)子和電子，通常由各種載體，如NADH等傳遞到氧并生成水。第5頁/共73頁二、生物氧化的特點生物氧化是在生物細胞內(nèi)進行的酶促氧化過程，54.生物氧化是一個分步進行的過程。每一步都由特殊的酶催化，生物氧化的速度可以調(diào)節(jié)或控制。5.生物氧化逐步釋放的能量，通過與ATP合成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用的生物能ATP。第6頁/共73頁4.生物氧化是一個分步進行的過程。每一步都由特殊的酶催化，6電子傳遞一物質(zhì)脫氫（失電子）被氧化，必然有另一物質(zhì)接受氫（得電子）被還原，相伴發(fā)生。

機體內(nèi)不存在游離的電子或氫原子，故從底物分子脫下的電子或氫原子必然被另一物質(zhì)接受。遞氫體、電子傳遞體第7頁/共73頁電子傳遞一物質(zhì)脫氫（失電子）被氧化，必然有另一物質(zhì)接受氫（得7第二節(jié)氧化還原電勢氧化陽極負極還原陰極正極原電池示意圖ε=E正極-E負極?第8頁/共73頁第二節(jié)氧化還原電勢氧化還原原電池示意圖ε=E正極-E負極?8電極電勢的計算第9頁/共73頁電極電勢的計算第9頁/共73頁9第10頁/共73頁第10頁/共73頁10第11頁/共73頁第11頁/共73頁11標準電動勢和平衡常數(shù)這間的關(guān)系第12頁/共73頁標準電動勢和平衡常數(shù)這間的關(guān)系第12頁/共73頁12問：如果將琥珀酸(延胡索酸/琥珀酸氧化還原電位+0．03v)加到硫酸鐵和硫酸亞鐵(高鐵／亞鐵氧化還原電位+0．077V)的平衡混合液中，可能發(fā)生的變化是()A．硫酸鐵的濃度將增加

B．硫酸鐵的濃度和延胡羧酸的濃度將增加

C．高鐵和亞鐵的比例無變化

D．硫酸亞鐵和延胡羧酸的濃度將增加

E．硫酸亞鐵的濃度將降低，延胡羧酸的濃度將增加第13頁/共73頁問：如果將琥珀酸(延胡索酸/琥珀酸氧化還原電位+0．03v)13第三節(jié)電子傳遞和氧化呼吸鏈需氧細胞內(nèi)糖、脂肪、氨基酸等通過各自的分解途徑，所形成的還原型輔酶，包括NADH和FADH，經(jīng)過電子傳遞途徑被重新氧化。還原型輔酶上的氫原子以質(zhì)子形式脫下，其電子沿著一系列的電子傳遞體，最后傳遞給分子氧，質(zhì)子和離子型氧結(jié)合而成水。在電子傳遞過程中釋放出的大量自由能則使ADP磷酸化生成ATP。(p118)細胞內(nèi)的線粒體是生物氧化的主要場所第14頁/共73頁第三節(jié)電子傳遞和氧化呼吸鏈需氧細胞內(nèi)糖、脂肪、氨基酸等通過14一電子傳遞過程

還原型的輔酶通過電子傳遞再氧化，這個過程叫電子傳遞過程。電子傳遞過程包括電子從還原型輔酶通過一系列按照電子親和力遞增順序排列的電子載體所構(gòu)成的電子傳遞鏈傳遞到氧的過程。電子傳遞和形成ATP形成的偶聯(lián)機制稱為氧化磷酸化。氧化磷酸化作用是電子在沿著電子傳遞鏈傳遞過程中所伴隨的將ADP磷酸化而形成ATP的全過程。這個過程又稱為氧化呼吸或呼吸代謝。第15頁/共73頁一電子傳遞過程第15頁/共73頁15NADH+1/2O2NAD++H2O△G0’=-220.7kj/mol(-52.6kcal/mol)FADH2+1/2O2FAD+H2O△G0’=-181.58kj/mol(-43.4kcal/mol)細胞對代謝物質(zhì)的徹底氧化是形成CO2和H2O。CO2是通過檸檬酸循環(huán)產(chǎn)生；H2O則是在電子傳遞過程的最后產(chǎn)生。第16頁/共73頁NADH+1/2O2N16

二呼吸鏈的建立1.呼吸鏈的概念呼吸鏈又稱電子傳遞鏈（electrontransferchain），指排列在線粒體內(nèi)膜上，由一系列遞氫體和電子傳遞體按一定順序排列組成的連續(xù)酶促反應(yīng)體系。第17頁/共73頁

二呼吸鏈的建立1.呼吸鏈的概念第17頁/共73頁172.呼吸鏈的建立1.氫激活學(xué)說（1900－1920年）：Wieland提出：氫的激活是生物氧化的主要過程，而氧分子不需要激活，即可與被激活的氫原子結(jié)合。2.氧激活學(xué)說：1913年，Warburg發(fā)現(xiàn)，極少量的氰化物即能全部抑制組織與細胞對氧的利用，而氰化物對于脫氫酶并沒有抑制。氰化物與鐵原子可以形成非常穩(wěn)定的化合物（鐵氰化物）。于是提出：生物氧化作用需要一種含鐵的呼吸酶，這種呼吸酶起著激活分子氧的利用，氧的激活是生物氧化的主要步驟。(氰化物能抑制對分子氧的利用）第18頁/共73頁2.呼吸鏈的建立1.氫激活學(xué)說（1900－1920年）：Wi183.匈牙利的科學(xué)家將兩種學(xué)說合并在一起，提出在生物氧化過程中氫的激活和氧的激活都是需要的，還提出在呼吸酶與脫氫酶之間起傳遞電子作用的是黃素蛋白類物質(zhì)。1925年Keilin提出：細胞色素起著連續(xù)傳遞電子的作用。應(yīng)該指出：直到現(xiàn)在有關(guān)呼吸鏈電子傳遞及ATP生成的機制還未全部闡明，還有待于進一步深入研究。第19頁/共73頁3.匈牙利的科學(xué)家將兩種學(xué)說合并在一起，提出在生物氧化過程中19三電子傳遞鏈的內(nèi)容由NADH到O2的電子傳遞鏈主要由蛋白質(zhì)復(fù)合體組成，大致分為4部分，分別稱為NADH-Q還原酶，琥珀酸還原酶、細胞色素還原酶和細胞色素氧化酶。傳遞體傳遞電子的順序：按照它們的還原電勢大小可排成序列，這個序列正符合它們對電子親和力的不斷增加順序。第20頁/共73頁三電子傳遞鏈的內(nèi)容由NADH到O2的電子傳遞鏈主要由蛋白質(zhì)20呼吸鏈上的酶系第21頁/共73頁呼吸鏈上的酶系第21頁/共73頁21第22頁/共73頁第22頁/共73頁22四與呼吸鏈有關(guān)的酶和電子載體第23頁/共73頁四與呼吸鏈有關(guān)的酶和電子載體第23頁/共73頁231．NADH—Q還原酶

NADH—Q還原酶又稱為NADH脫氫酶(NADHdehydrogenase)，簡稱為復(fù)合體I，是一個具有相對分子質(zhì)量88000的大蛋白質(zhì)分子，至少包含有34條多肽鏈。分別由核和線粒體兩個不同的基因組編碼構(gòu)成。在電子傳遞鏈中共有3個質(zhì)子泵(protonpump)，該酶是第一個質(zhì)子泵。該酶的作用是先與NADH結(jié)合并將NADH上的兩個高勢能電子轉(zhuǎn)移到FMN輔基上，使NADH氧化，并使FMN還原，反應(yīng)如下：NADH十H＋十FMN→FMNH2十NAD＋

FMN既可接受兩個電子形成FMNH2，又可接受一個電子，或由FMNH2給出一個電子形成一個穩(wěn)定的半醌中間產(chǎn)物，

第24頁/共73頁1．NADH—Q還原酶

NADH—Q還原酶又稱為NADH脫氫24第25頁/共73頁第25頁/共73頁25鐵硫蛋白NADH—Q還原酶輔基FMNH2上的電子又轉(zhuǎn)移到鐵硫聚簇上，鐵-硫聚簇的符號是Fe-S。它是NADH-Q還原酶的第二種輔基。Fe-S聚簇與蛋白質(zhì)相結(jié)合稱為鐵-硫蛋白，又稱非血紅素鐵蛋白(nonhemeironproteins)。鐵硫蛋白是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，鐵硫蛋白在線粒體內(nèi)膜上常與其他遞氫體或遞電子體(黃素蛋白或細胞色素)構(gòu)成復(fù)合物存在。它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有兩個活潑的無機硫和兩個鐵原子。鐵硫蛋白通過Fe3+

Fe2+

變化起傳遞電子的作用第26頁/共73頁鐵硫蛋白NADH—Q還原酶輔基FMNH2上的電子又轉(zhuǎn)移到鐵硫26Fe3++eFe2+

在復(fù)合體中將FMNH2上電子傳遞給泛醌第27頁/共73頁Fe3++eFe2+272

泛醌（簡寫為Q）或輔酶-Q（CoQ）：它是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性醌類化合物。Q(醌型結(jié)構(gòu))很容易接受電子和質(zhì)子，還原成QH2（還原型）；QH2也容易給出電子和質(zhì)子，重新氧化成Q。因此，它在線粒體呼吸鏈中作為電子和質(zhì)子的傳遞體。第28頁/共73頁2泛醌（簡寫為Q）或輔酶-Q（CoQ）：它是電子傳遞鏈中唯28COQ的還原第29頁/共73頁COQ的還原第29頁/共73頁293.琥珀酸—Q還原酶琥珀酸—Q還原酶又稱為復(fù)合體Ⅱ，它是嵌在線粒體內(nèi)膜的酶蛋白。完整的酶還包括檸檬酸循環(huán)中使琥珀酸氧化為延胡索酸的琥珀酸脫氫酶。FADH2作為該酶的輔基在傳遞電子時并不與酶分離，只是將電子傳遞給琥珀酸脫氫酶分子的鐵-硫聚簇。電子經(jīng)過鐵-硫聚簇又傳遞給CoQ，從而進入了電子傳遞鏈。琥珀酸—Q還原酶的CoQ輔基和NADH還原酶中的輔基已證明具有完全相同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。琥珀酸—Q還原酶以及其他的酶，將電子從FADH2轉(zhuǎn)移到CoQ上的標準氧還電勢變化不能產(chǎn)生足夠的自由能用以合成ATP。因此，這一步反應(yīng)沒有ATP的形成。但是，這一步反應(yīng)的重要意義在于，它保證FADH2上的具有相對高轉(zhuǎn)移勢能的電子進入電子傳遞鏈。

第30頁/共73頁3.琥珀酸—Q還原酶琥珀酸—Q還原酶又稱為復(fù)合體Ⅱ，它是嵌304．細胞色素還原酶

細胞色素還原酶的名稱多種多樣，又稱復(fù)合體Ⅲ，輔酶Q—細胞色素c還原酶、細胞色素bcl復(fù)合體(cytochromebclcomplex)或簡稱bcl等。第31頁/共73頁4．細胞色素還原酶細胞色素還原酶的名稱多種多樣，又稱31細胞色素細胞色素（簡寫為cyt.）是一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白質(zhì)的總稱。因含有血紅素所以顯紅色或褐色。是含鐵的電子傳遞體，輔基為鐵卟啉的衍生物，鐵原子處于卟啉環(huán)的中心。各種細胞色素的輔基結(jié)構(gòu)略有不同。根據(jù)不同的吸光值，細胞色素分為a,b,c三類，線粒體電子傳遞鏈至少含有5種不同細胞色素，稱為細胞色素b、c、c1、a1、a3。細胞色素主要是通過Fe3+

Fe2+

的互變起傳遞電子的作用的。第32頁/共73頁細胞色素細胞色素（簡寫為cyt.）是一類含有血紅素輔基的電子32第33頁/共73頁第33頁/共73頁336.細胞色素氧化酶

細胞色素氧化酶又稱為細胞色素c氧化酶、復(fù)合體Ⅳ(complexⅣ)。哺乳動物細胞色素氧化酶的相對分子質(zhì)量大約為20萬，是嵌在線粒體內(nèi)膜的跨膜蛋白，氧化還原的活性中心是兩個a型血紅素和兩個銅離子,兩個血紅素一個是血紅素a,另一個是血紅素a3.第34頁/共73頁6.細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶又稱為細胞色素c氧化34細胞色素氧化酶結(jié)構(gòu)圖第35頁/共73頁細胞色素氧化酶結(jié)構(gòu)圖第35頁/共73頁35呼吸鏈電子傳遞實驗證據(jù)：1、從NAD+到分子氧，每一電子傳遞體的氧化-還原電勢逐步增加。第36頁/共73頁呼吸鏈電子傳遞實驗證據(jù)：1、從NAD+到分子氧，每一電子傳遞36氧化能力增強即：得電子能力增強不能越級氧化電子傳遞只能沿呼吸鏈依次進行第37頁/共73頁氧化能力增強不能越級氧化第37頁/共73頁372．用分離出的電子傳遞體進行重組實驗表明，NADH脫氫酶可使NADH還原，但是不能直接使細胞色素b、c或細胞色素aa3還原。同樣，NADH不能直接與細胞色素c起作用，必須經(jīng)過輔酶Q和細胞色素b和cl后才能再與細胞色素c起作用。

3．在分離呼吸鏈的各成分中，從線粒體中分離到一些傳遞體的復(fù)合物，這些復(fù)合物在傳遞功能上都是有順序地聯(lián)在一起的。

4．最直接的證據(jù)是用分光光度法通過吸收光譜的變化來測定完整線粒體中呼吸鏈的各個電子傳遞體的氧化—還原狀態(tài)。測定結(jié)果表明：在呼吸鏈的NAD+一端，電子傳遞體的還原性最強。而在靠近氧一端，電子傳遞體(細胞色素aa3)幾乎全部處于氧化狀態(tài)。在呼吸鏈中間的電子傳遞體，按照從底物到氧的方向，氧化程度逐漸升高。第38頁/共73頁2．用分離出的電子傳遞體進行重組實驗表明，NADH脫氫酶可38五電子傳遞的抑制劑能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。第39頁/共73頁五電子傳遞的抑制劑能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱39電子傳遞抑制劑1.魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素，它們的作用是阻斷電子由NADH向COQ的傳遞。魚藤酮是一種極毒的植物物質(zhì)，常用作重要的殺蟲劑。第40頁/共73頁電子傳遞抑制劑1.魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素，它們的作用是阻40電子傳遞抑制劑2.抗霉素A，是由鏈霉素分離出的抗菌素，有抑制電子從細胞色素b不細胞色素c1傳遞的作用。3.氰化物、硫化氫、疊氮化物、一氧化碳等，有阻斷電子由細胞色素aa3傳至氧的作用。第41頁/共73頁電子傳遞抑制劑2.抗霉素A，是由鏈霉素分離出的抗菌素，有抑制41魚藤酮、粉蝶霉素A

巴比妥抗霉素A二巰基丙醇CO、NaN3、氰化物中毒致死寡霉素第42頁/共73頁魚藤酮、粉蝶霉素A抗霉素ACO、NaN3、氰化物中毒致死寡霉42第四節(jié)氧化磷酸化作用

氧化磷酸化作用是需氧細胞生命活動的基礎(chǔ)，是主要的能量來源。第43頁/共73頁第四節(jié)氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用是需氧細胞生命活動的基43一線粒體的結(jié)構(gòu)第44頁/共73頁一線粒體的結(jié)構(gòu)第44頁/共73頁44二氧化磷酸化的概念氧化磷酸化作用是ATP的生成與電子傳遞相偶聯(lián)的機制。偶聯(lián)部位的確定方法：測定P/O比值第45頁/共73頁二氧化磷酸化的概念氧化磷酸化作用是ATP的生成與電子傳遞相45P/O比與ATP形成部位1、P/O比值：在氧化磷酸化過程中，磷酸酯化消耗磷原子和消耗氧原子的比例，這比例相當于一對電子通過呼吸鏈電子傳遞傳給氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)(p131)。當前較一至認為NADH氧化脫電子，經(jīng)過呼吸鏈電子傳遞所測得的P/O比為3。而且ATP是在三個不連續(xù)的部位生成的。第46頁/共73頁P/O比與ATP形成部位1、P/O比值：在氧化磷酸化過程中，461.ATP生成的三個部位第一個部位是在NADH和輔酶Q之間，第二個部位Ⅱ是在輔酶Q和細胞色素之間部位III是在細胞色素a和氧之間。第47頁/共73頁1.ATP生成的三個部位第一個部位是在NADH和輔酶Q之間47每生成1摩爾ATP需能約30.5kJ第48頁/共73頁每生成1摩爾ATP需能約30.5kJ第48頁/共73頁482能量偶聯(lián)假說三種假說化學(xué)偶聯(lián)假說結(jié)構(gòu)偶聯(lián)假說化學(xué)滲透假說第49頁/共73頁2能量偶聯(lián)假說三種假說第49頁/共73頁491.化學(xué)偶聯(lián)假說認為電子傳遞和ATP生成的偶聯(lián)是通過一系列連續(xù)化學(xué)反應(yīng)，面形成一個高能共價中間物，隨后裂解將其能量供給ATP的合成第50頁/共73頁1.化學(xué)偶聯(lián)假說認為電子傳遞和ATP生成的偶聯(lián)是通過一系列連502.構(gòu)象偶聯(lián)假說認為電子沿呼吸鏈傳遞使粒體內(nèi)膜蛋白組分變構(gòu)形成一種高能形式，后者將能量傳給F0F1ATP酶分子而使之能化，F(xiàn)0F1ATP酶的復(fù)原即將能量提供給ATP的合成并從酶上游離下來。第51頁/共73頁2.構(gòu)象偶聯(lián)假說認為電子沿呼吸鏈傳遞使粒體內(nèi)膜蛋白組分變構(gòu)513.化學(xué)滲透假說

1961年，英國的生物化學(xué)家PeterMitchell最先提出。他認為電子傳遞釋放出的自由能和ATP合成是一種跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度（protongradient)?；瘜W(xué)滲透假說于1978年獲得諾貝爾獎。第52頁/共73頁3.化學(xué)滲透假說1961年，英國的生物化學(xué)家PeterM52化學(xué)滲透假說的內(nèi)容1.在電子傳遞與ATP形成偶聯(lián)作用的因子是跨膜質(zhì)子梯度和電化學(xué)梯度。2.質(zhì)子不能透過線粒體內(nèi)膜，電子傳遞鏈相當了一個質(zhì)子泵，把質(zhì)子從線粒體內(nèi)側(cè)泵向外側(cè)，泵向的結(jié)果形成一個胯膜質(zhì)子梯度。3.當H＋為胯膜質(zhì)子梯度所驅(qū)使，通過F0F1ATP酶分子上特殊通道回流到膜內(nèi)里，釋放自由能，產(chǎn)生ATP第53頁/共73頁化學(xué)滲透假說的內(nèi)容1.在電子傳遞與ATP形成偶聯(lián)作用的因子是53化學(xué)滲透假說可以解釋很多現(xiàn)象：（1）氧化磷酸化作用的進行需有完整的線粒體內(nèi)膜存在;（2）線粒體內(nèi)膜對H+、OH－、K+、Cl－等離子都是不通透的（3）破壞H+濃度梯度的形成都必然破壞氧化磷酸化作用的進行;（4）線粒體電子傳遞所形成的電子流能夠從線粒體內(nèi)膜逐出H+離子;（5）大量直接或間接實驗證據(jù)表明，膜表面不僅能滯留大量質(zhì)子，而且在一定的條件下，質(zhì)子沿膜表面迅速的轉(zhuǎn)移，其速度超過在大量水相中的速度。第54頁/共73頁化學(xué)滲透假說可以解釋很多現(xiàn)象：（1）氧化磷酸化作用的進行需有54化學(xué)滲透假說示意圖第55頁/共73頁化學(xué)滲透假說示意圖第55頁/共73頁55跨膜質(zhì)子移動示意圖第56頁/共73頁跨膜質(zhì)子移動示意圖第56頁/共73頁56三質(zhì)子梯度的形式電子傳遞使復(fù)合體Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ推動H+跨過線粒體內(nèi)膜到線粒體的間隙,H+跨膜流動的結(jié)果造成線粒體內(nèi)部基質(zhì)H+濃度低于間隙.線粒體內(nèi)部基質(zhì)形成負電勢,而間隙形成正電勢，這樣產(chǎn)生電化學(xué)梯度即電動勢，稱為質(zhì)子動勢。其中蘊藏著自由能即是ATP合成的動力。第57頁/共73頁三質(zhì)子梯度的形式電子傳遞使復(fù)合體Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ推動H+跨過線粒57四ATP的生成ATP的生成是由一個酶復(fù)合體系完成的，這個復(fù)合體系稱為ATP合酶。第58頁/共73頁四ATP的生成ATP的生成是由一個酶復(fù)合體系完成的，這個復(fù)58（1）ATP合酶復(fù)合體

線粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間格排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復(fù)合體，是ATP合成的場所。ATP合酶，含有5種不同的亞基（按3、3、1、1

和1

的比例結(jié)合）。OSCP為一個蛋白，是能量轉(zhuǎn)換的通道。F0為一個疏水蛋白，是與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接的部位。線粒體呼吸鏈的電子傳遞過程是在內(nèi)膜上進行的。第59頁/共73頁（1）ATP合酶復(fù)合體線粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間格排列59

胞液ATP合酶ATP合酶催化跨膜質(zhì)子梯度形成ATP，位于線粒體膜內(nèi)側(cè)球狀頭部F1，催化ATP生成F0構(gòu)成質(zhì)子通道F0和F1之間的柄部OSCP：寡霉素敏感蛋白第60頁/共73頁胞液ATP合酶ATP合酶催化跨膜質(zhì)子梯度形成A60ATP合成第61頁/共73頁ATP合成第61頁/共73頁61五氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制氧化磷酸化的影響因素

1.解偶聯(lián)劑

2.氧化磷酸化抑制劑

3.離子載體抑制劑第62頁/共73頁五氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制氧化磷酸化的影響因素第62頁/共621.解偶聯(lián)劑

使電子傳遞與磷酸化（ATP合成）解耦聯(lián)，不影響電子傳遞，但ATP不能合成，如2，4－二硝基苯酚（DNP）2.氧化磷酸化抑制劑這類試劑的作用特點是既抑制氧的利用又抑制ATP的形成，但不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用，如寡霉素第63頁/共73頁1.解偶聯(lián)劑2.氧化磷酸化抑制劑第63頁/共73頁63離子載體抑制劑

這是一類脂溶性物質(zhì)。通過增加線粒體內(nèi)膜對一價陽離子的通透性而破壞氧化磷酸化過程，如纈氨霉。第64頁/共73頁離子載體抑制劑第64頁/共73頁64

六細胞溶膠內(nèi)NADH的再氧化

細胞溶膠內(nèi)的NADH不能透過線粒體內(nèi)膜進人線粒體氧化。因此通過兩種“穿梭”途徑解決NADH再氧化問題。一種稱為甘油3—磷酸穿梭途徑，另一種稱為蘋果酸一天冬氨酸穿梭途徑。第65頁/共73頁六細胞溶膠內(nèi)NADH的再氧化第65頁/共73頁651．甘油—3—磷酸穿梭途徑

由糖酵解過程產(chǎn)生的NADH雖不能穿過線粒體內(nèi)膜，但是NADH上的電子卻可以進入到線粒體內(nèi)膜。在這里起電子載體(carrier)作用的即是甘油—3—磷酸(glycerol—3—phosphate)。后者可以容易地穿梭于線粒體的內(nèi)膜，起到穿梭(shuttle)搬運作用，第66頁/共73頁1．甘油—3—磷酸穿梭途徑

由糖酵解過程產(chǎn)生的NADH雖不能66第67頁/共73頁第67頁/共73頁672．蘋果酸—天冬氨酸穿梭途徑

在心臟和肝臟細胞溶膠內(nèi)NADH的電子進入線粒體是通過蘋果酸—天冬氨酸穿梭途徑。這條途徑是在細胞溶膠中NADH的電子由細胞溶膠的蘋果酸脫氫酶傳遞給草酰乙酸使后者轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果酸，同時NADH即氧化為NAD+。蘋果酸通過蘋果酸-α-酮戊二酸載體穿過線粒體膜。進入線粒體內(nèi)膜的蘋果酸在線粒體內(nèi)膜基質(zhì)內(nèi)被NAD+氧化失去電子又轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，NAD+又形成NADH(在基質(zhì)內(nèi))。

第68頁/共73頁2．蘋果酸—天冬氨酸穿梭途徑在心臟和肝臟細胞溶膠內(nèi)68第69頁/共73頁第69頁/共73頁69

九氧的不完全還原

前面已經(jīng)闡明，氧由細胞色素氧化酶徹底還原需要4個電子。但在其他的一些氧化反應(yīng)中會產(chǎn)生一些部分還原的氧的形式。任何來源的電子，例如，半胱氨酸的巰基(或還原型的維生素C，都很容易使氧發(fā)生不完全還原，形成氧的自由基(Oxygenradicals)。一個電子使氧還原形成超氧化物負離子，兩個電子使氧還原形成過氧化氫，3個電子使氧還原形成羥自由基。反應(yīng)式如下：第70頁/共73頁九氧的不完全還原前面已經(jīng)闡明，氧由細胞色素氧化酶70不完全還原形式的氧反應(yīng)性極強，對機體非常有害。羥自由基是其中最強的氧化劑也是最活躍的誘變劑(mutagen)。這種自由基當機體受到電離輻射時就會產(chǎn)生。生物要存活必須將這些毒性極強的高活性氧轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂^小的形式。需氧細胞有幾種主要的自我保護機制使機體免受不完全還原氧的侵害。其中最主要的一種方式是通過酶的作用，包括超氧化物歧化酶(superoxidedismutase)、過氧化氫酶(catalase)和過氧化物酶(peroxidase)。第71頁/共73頁不完全還原形式的氧反應(yīng)性極強，對機體非常有害。羥自由基是其中71過氧化氫酶2H2O22H2O+O2

過氧化物酶也可以破壞過氧化氫，但需有一個可提供電子的化合物作為電供體存在，此電子共體用AH2表示。反應(yīng)如下式：過氧化氫AH2+H2O22H2O2+A

谷胱甘肽過氧化物酶是一種含硒的酶，存在于紅細胞內(nèi)。它與谷胱甘肽的氧化相偶聯(lián)，催化紅細胞內(nèi)過氧化氫的分解。反應(yīng)如下式：谷胱甘肽過氧化物酶H2O2＋2GSHGSSG＋2H2O谷胱甘肽 谷胱甘肽（還原型）（氧化型）第72頁/共73頁過氧化氫酶第72頁/共73頁72小結(jié)生物氧化、呼吸鏈、氧化磷酸化、P/O生物氧化與燃燒的異同生物氧化的特點電子傳遞鏈的內(nèi)容及其排列順序電子傳遞抑制劑及其作用ATP生成的三個部位簡述一下化學(xué)滲透假說氧化磷酸化的影響因素及其作用機制第73頁/共73頁小結(jié)生物氧化、呼吸鏈、氧化磷酸化、P/O第73頁/共73頁73第一節(jié)、生物氧化的概念生物氧化（biologicaloxidation)是指有機分子（糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等）在機體內(nèi)分解成二氧化碳和水，并釋放出能量的過程。生物氧化實際上是需氧細胞呼吸作用中的一系列氧化－還原反應(yīng)，所以又稱為細胞氧化或細胞呼吸。第1頁/共73頁第一節(jié)、生物氧化的概念生物氧化（biologicaloxi741.代謝物分子脫氫，并解離成氫離子和電子;2.氫離子和電子經(jīng)過一系列中間載體傳給氧分子，生成水;3.H+和O2-結(jié)合成H2O,并釋放能量;一.生物氧化過程第2頁/共73頁1.代謝物分子脫氫，并解離成氫離子和電子;一.生物氧化過程第75二.生物氧化的方式和特點生物氧化與燃燒的區(qū)別化學(xué)本質(zhì)：消耗O2，產(chǎn)物CO2，H2O釋放能量：逐步

燃燒，高溫，爆發(fā)式，高熱能光能氧化方式：脫氫加氧脫羧第3頁/共73頁二.生物氧化的方式和特點生物氧化與燃燒的區(qū)別第3頁/共73頁76生物氧化在一系列氧化-還原酶催化下分步進行的。每一步反應(yīng)，都由特定的酶催化。在生物氧化過程中，主要包括如下幾種氧化方式：脫氫加氧脫羧生物氧化的方式第4頁/共73頁生物氧化在一系列氧化-還原酶催化下分步進行的。每一步反應(yīng)，都77二、生物氧化的特點生物氧化是在生物細胞內(nèi)進行的酶促氧化過程，反應(yīng)條件溫和（水溶液，pH7和體溫）。氧化進行過程中，必然伴隨還原反應(yīng)的發(fā)生。在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步進行的。氧化過程中脫下來的氫質(zhì)子和電子，通常由各種載體，如NADH等傳遞到氧并生成水。第5頁/共73頁二、生物氧化的特點生物氧化是在生物細胞內(nèi)進行的酶促氧化過程，784.生物氧化是一個分步進行的過程。每一步都由特殊的酶催化，生物氧化的速度可以調(diào)節(jié)或控制。5.生物氧化逐步釋放的能量，通過與ATP合成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用的生物能ATP。第6頁/共73頁4.生物氧化是一個分步進行的過程。每一步都由特殊的酶催化，79電子傳遞一物質(zhì)脫氫（失電子）被氧化，必然有另一物質(zhì)接受氫（得電子）被還原，相伴發(fā)生。

機體內(nèi)不存在游離的電子或氫原子，故從底物分子脫下的電子或氫原子必然被另一物質(zhì)接受。遞氫體、電子傳遞體第7頁/共73頁電子傳遞一物質(zhì)脫氫（失電子）被氧化，必然有另一物質(zhì)接受氫（得80第二節(jié)氧化還原電勢氧化陽極負極還原陰極正極原電池示意圖ε=E正極-E負極?第8頁/共73頁第二節(jié)氧化還原電勢氧化還原原電池示意圖ε=E正極-E負極?81電極電勢的計算第9頁/共73頁電極電勢的計算第9頁/共73頁82第10頁/共73頁第10頁/共73頁83第11頁/共73頁第11頁/共73頁84標準電動勢和平衡常數(shù)這間的關(guān)系第12頁/共73頁標準電動勢和平衡常數(shù)這間的關(guān)系第12頁/共73頁85問：如果將琥珀酸(延胡索酸/琥珀酸氧化還原電位+0．03v)加到硫酸鐵和硫酸亞鐵(高鐵／亞鐵氧化還原電位+0．077V)的平衡混合液中，可能發(fā)生的變化是()A．硫酸鐵的濃度將增加

B．硫酸鐵的濃度和延胡羧酸的濃度將增加

C．高鐵和亞鐵的比例無變化

D．硫酸亞鐵和延胡羧酸的濃度將增加

E．硫酸亞鐵的濃度將降低，延胡羧酸的濃度將增加第13頁/共73頁問：如果將琥珀酸(延胡索酸/琥珀酸氧化還原電位+0．03v)86第三節(jié)電子傳遞和氧化呼吸鏈需氧細胞內(nèi)糖、脂肪、氨基酸等通過各自的分解途徑，所形成的還原型輔酶，包括NADH和FADH，經(jīng)過電子傳遞途徑被重新氧化。還原型輔酶上的氫原子以質(zhì)子形式脫下，其電子沿著一系列的電子傳遞體，最后傳遞給分子氧，質(zhì)子和離子型氧結(jié)合而成水。在電子傳遞過程中釋放出的大量自由能則使ADP磷酸化生成ATP。(p118)細胞內(nèi)的線粒體是生物氧化的主要場所第14頁/共73頁第三節(jié)電子傳遞和氧化呼吸鏈需氧細胞內(nèi)糖、脂肪、氨基酸等通過87一電子傳遞過程

還原型的輔酶通過電子傳遞再氧化，這個過程叫電子傳遞過程。電子傳遞過程包括電子從還原型輔酶通過一系列按照電子親和力遞增順序排列的電子載體所構(gòu)成的電子傳遞鏈傳遞到氧的過程。電子傳遞和形成ATP形成的偶聯(lián)機制稱為氧化磷酸化。氧化磷酸化作用是電子在沿著電子傳遞鏈傳遞過程中所伴隨的將ADP磷酸化而形成ATP的全過程。這個過程又稱為氧化呼吸或呼吸代謝。第15頁/共73頁一電子傳遞過程第15頁/共73頁88NADH+1/2O2NAD++H2O△G0’=-220.7kj/mol(-52.6kcal/mol)FADH2+1/2O2FAD+H2O△G0’=-181.58kj/mol(-43.4kcal/mol)細胞對代謝物質(zhì)的徹底氧化是形成CO2和H2O。CO2是通過檸檬酸循環(huán)產(chǎn)生；H2O則是在電子傳遞過程的最后產(chǎn)生。第16頁/共73頁NADH+1/2O2N89

二呼吸鏈的建立1.呼吸鏈的概念呼吸鏈又稱電子傳遞鏈（electrontransferchain），指排列在線粒體內(nèi)膜上，由一系列遞氫體和電子傳遞體按一定順序排列組成的連續(xù)酶促反應(yīng)體系。第17頁/共73頁

二呼吸鏈的建立1.呼吸鏈的概念第17頁/共73頁902.呼吸鏈的建立1.氫激活學(xué)說（1900－1920年）：Wieland提出：氫的激活是生物氧化的主要過程，而氧分子不需要激活，即可與被激活的氫原子結(jié)合。2.氧激活學(xué)說：1913年，Warburg發(fā)現(xiàn)，極少量的氰化物即能全部抑制組織與細胞對氧的利用，而氰化物對于脫氫酶并沒有抑制。氰化物與鐵原子可以形成非常穩(wěn)定的化合物（鐵氰化物）。于是提出：生物氧化作用需要一種含鐵的呼吸酶，這種呼吸酶起著激活分子氧的利用，氧的激活是生物氧化的主要步驟。(氰化物能抑制對分子氧的利用）第18頁/共73頁2.呼吸鏈的建立1.氫激活學(xué)說（1900－1920年）：Wi913.匈牙利的科學(xué)家將兩種學(xué)說合并在一起，提出在生物氧化過程中氫的激活和氧的激活都是需要的，還提出在呼吸酶與脫氫酶之間起傳遞電子作用的是黃素蛋白類物質(zhì)。1925年Keilin提出：細胞色素起著連續(xù)傳遞電子的作用。應(yīng)該指出：直到現(xiàn)在有關(guān)呼吸鏈電子傳遞及ATP生成的機制還未全部闡明，還有待于進一步深入研究。第19頁/共73頁3.匈牙利的科學(xué)家將兩種學(xué)說合并在一起，提出在生物氧化過程中92三電子傳遞鏈的內(nèi)容由NADH到O2的電子傳遞鏈主要由蛋白質(zhì)復(fù)合體組成，大致分為4部分，分別稱為NADH-Q還原酶，琥珀酸還原酶、細胞色素還原酶和細胞色素氧化酶。傳遞體傳遞電子的順序：按照它們的還原電勢大小可排成序列，這個序列正符合它們對電子親和力的不斷增加順序。第20頁/共73頁三電子傳遞鏈的內(nèi)容由NADH到O2的電子傳遞鏈主要由蛋白質(zhì)93呼吸鏈上的酶系第21頁/共73頁呼吸鏈上的酶系第21頁/共73頁94第22頁/共73頁第22頁/共73頁95四與呼吸鏈有關(guān)的酶和電子載體第23頁/共73頁四與呼吸鏈有關(guān)的酶和電子載體第23頁/共73頁961．NADH—Q還原酶

NADH—Q還原酶又稱為NADH脫氫酶(NADHdehydrogenase)，簡稱為復(fù)合體I，是一個具有相對分子質(zhì)量88000的大蛋白質(zhì)分子，至少包含有34條多肽鏈。分別由核和線粒體兩個不同的基因組編碼構(gòu)成。在電子傳遞鏈中共有3個質(zhì)子泵(protonpump)，該酶是第一個質(zhì)子泵。該酶的作用是先與NADH結(jié)合并將NADH上的兩個高勢能電子轉(zhuǎn)移到FMN輔基上，使NADH氧化，并使FMN還原，反應(yīng)如下：NADH十H＋十FMN→FMNH2十NAD＋

FMN既可接受兩個電子形成FMNH2，又可接受一個電子，或由FMNH2給出一個電子形成一個穩(wěn)定的半醌中間產(chǎn)物，

第24頁/共73頁1．NADH—Q還原酶

NADH—Q還原酶又稱為NADH脫氫97第25頁/共73頁第25頁/共73頁98鐵硫蛋白NADH—Q還原酶輔基FMNH2上的電子又轉(zhuǎn)移到鐵硫聚簇上，鐵-硫聚簇的符號是Fe-S。它是NADH-Q還原酶的第二種輔基。Fe-S聚簇與蛋白質(zhì)相結(jié)合稱為鐵-硫蛋白，又稱非血紅素鐵蛋白(nonhemeironproteins)。鐵硫蛋白是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，鐵硫蛋白在線粒體內(nèi)膜上常與其他遞氫體或遞電子體(黃素蛋白或細胞色素)構(gòu)成復(fù)合物存在。它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有兩個活潑的無機硫和兩個鐵原子。鐵硫蛋白通過Fe3+

Fe2+

變化起傳遞電子的作用第26頁/共73頁鐵硫蛋白NADH—Q還原酶輔基FMNH2上的電子又轉(zhuǎn)移到鐵硫99Fe3++eFe2+

在復(fù)合體中將FMNH2上電子傳遞給泛醌第27頁/共73頁Fe3++eFe2+1002

泛醌（簡寫為Q）或輔酶-Q（CoQ）：它是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性醌類化合物。Q(醌型結(jié)構(gòu))很容易接受電子和質(zhì)子，還原成QH2（還原型）；QH2也容易給出電子和質(zhì)子，重新氧化成Q。因此，它在線粒體呼吸鏈中作為電子和質(zhì)子的傳遞體。第28頁/共73頁2泛醌（簡寫為Q）或輔酶-Q（CoQ）：它是電子傳遞鏈中唯101COQ的還原第29頁/共73頁COQ的還原第29頁/共73頁1023.琥珀酸—Q還原酶琥珀酸—Q還原酶又稱為復(fù)合體Ⅱ，它是嵌在線粒體內(nèi)膜的酶蛋白。完整的酶還包括檸檬酸循環(huán)中使琥珀酸氧化為延胡索酸的琥珀酸脫氫酶。FADH2作為該酶的輔基在傳遞電子時并不與酶分離，只是將電子傳遞給琥珀酸脫氫酶分子的鐵-硫聚簇。電子經(jīng)過鐵-硫聚簇又傳遞給CoQ，從而進入了電子傳遞鏈。琥珀酸—Q還原酶的CoQ輔基和NADH還原酶中的輔基已證明具有完全相同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。琥珀酸—Q還原酶以及其他的酶，將電子從FADH2轉(zhuǎn)移到CoQ上的標準氧還電勢變化不能產(chǎn)生足夠的自由能用以合成ATP。因此，這一步反應(yīng)沒有ATP的形成。但是，這一步反應(yīng)的重要意義在于，它保證FADH2上的具有相對高轉(zhuǎn)移勢能的電子進入電子傳遞鏈。

第30頁/共73頁3.琥珀酸—Q還原酶琥珀酸—Q還原酶又稱為復(fù)合體Ⅱ，它是嵌1034．細胞色素還原酶

細胞色素還原酶的名稱多種多樣，又稱復(fù)合體Ⅲ，輔酶Q—細胞色素c還原酶、細胞色素bcl復(fù)合體(cytochromebclcomplex)或簡稱bcl等。第31頁/共73頁4．細胞色素還原酶細胞色素還原酶的名稱多種多樣，又稱104細胞色素細胞色素（簡寫為cyt.）是一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白質(zhì)的總稱。因含有血紅素所以顯紅色或褐色。是含鐵的電子傳遞體，輔基為鐵卟啉的衍生物，鐵原子處于卟啉環(huán)的中心。各種細胞色素的輔基結(jié)構(gòu)略有不同。根據(jù)不同的吸光值，細胞色素分為a,b,c三類，線粒體電子傳遞鏈至少含有5種不同細胞色素，稱為細胞色素b、c、c1、a1、a3。細胞色素主要是通過Fe3+

Fe2+

的互變起傳遞電子的作用的。第32頁/共73頁細胞色素細胞色素（簡寫為cyt.）是一類含有血紅素輔基的電子105第33頁/共73頁第33頁/共73頁1066.細胞色素氧化酶

細胞色素氧化酶又稱為細胞色素c氧化酶、復(fù)合體Ⅳ(complexⅣ)。哺乳動物細胞色素氧化酶的相對分子質(zhì)量大約為20萬，是嵌在線粒體內(nèi)膜的跨膜蛋白，氧化還原的活性中心是兩個a型血紅素和兩個銅離子,兩個血紅素一個是血紅素a,另一個是血紅素a3.第34頁/共73頁6.細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶又稱為細胞色素c氧化107細胞色素氧化酶結(jié)構(gòu)圖第35頁/共73頁細胞色素氧化酶結(jié)構(gòu)圖第35頁/共73頁108呼吸鏈電子傳遞實驗證據(jù)：1、從NAD+到分子氧，每一電子傳遞體的氧化-還原電勢逐步增加。第36頁/共73頁呼吸鏈電子傳遞實驗證據(jù)：1、從NAD+到分子氧，每一電子傳遞109氧化能力增強即：得電子能力增強不能越級氧化電子傳遞只能沿呼吸鏈依次進行第37頁/共73頁氧化能力增強不能越級氧化第37頁/共73頁1102．用分離出的電子傳遞體進行重組實驗表明，NADH脫氫酶可使NADH還原，但是不能直接使細胞色素b、c或細胞色素aa3還原。同樣，NADH不能直接與細胞色素c起作用，必須經(jīng)過輔酶Q和細胞色素b和cl后才能再與細胞色素c起作用。

3．在分離呼吸鏈的各成分中，從線粒體中分離到一些傳遞體的復(fù)合物，這些復(fù)合物在傳遞功能上都是有順序地聯(lián)在一起的。

4．最直接的證據(jù)是用分光光度法通過吸收光譜的變化來測定完整線粒體中呼吸鏈的各個電子傳遞體的氧化—還原狀態(tài)。測定結(jié)果表明：在呼吸鏈的NAD+一端，電子傳遞體的還原性最強。而在靠近氧一端，電子傳遞體(細胞色素aa3)幾乎全部處于氧化狀態(tài)。在呼吸鏈中間的電子傳遞體，按照從底物到氧的方向，氧化程度逐漸升高。第38頁/共73頁2．用分離出的電子傳遞體進行重組實驗表明，NADH脫氫酶可111五電子傳遞的抑制劑能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。第39頁/共73頁五電子傳遞的抑制劑能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱112電子傳遞抑制劑1.魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素，它們的作用是阻斷電子由NADH向COQ的傳遞。魚藤酮是一種極毒的植物物質(zhì)，常用作重要的殺蟲劑。第40頁/共73頁電子傳遞抑制劑1.魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素，它們的作用是阻113電子傳遞抑制劑2.抗霉素A，是由鏈霉素分離出的抗菌素，有抑制電子從細胞色素b不細胞色素c1傳遞的作用。3.氰化物、硫化氫、疊氮化物、一氧化碳等，有阻斷電子由細胞色素aa3傳至氧的作用。第41頁/共73頁電子傳遞抑制劑2.抗霉素A，是由鏈霉素分離出的抗菌素，有抑制114魚藤酮、粉蝶霉素A

巴比妥抗霉素A二巰基丙醇CO、NaN3、氰化物中毒致死寡霉素第42頁/共73頁魚藤酮、粉蝶霉素A抗霉素ACO、NaN3、氰化物中毒致死寡霉115第四節(jié)氧化磷酸化作用

氧化磷酸化作用是需氧細胞生命活動的基礎(chǔ)，是主要的能量來源。第43頁/共73頁第四節(jié)氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用是需氧細胞生命活動的基116一線粒體的結(jié)構(gòu)第44頁/共73頁一線粒體的結(jié)構(gòu)第44頁/共73頁117二氧化磷酸化的概念氧化磷酸化作用是ATP的生成與電子傳遞相偶聯(lián)的機制。偶聯(lián)部位的確定方法：測定P/O比值第45頁/共73頁二氧化磷酸化的概念氧化磷酸化作用是ATP的生成與電子傳遞相118P/O比與ATP形成部位1、P/O比值：在氧化磷酸化過程中，磷酸酯化消耗磷原子和消耗氧原子的比例，這比例相當于一對電子通過呼吸鏈電子傳遞傳給氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)(p131)。當前較一至認為NADH氧化脫電子，經(jīng)過呼吸鏈電子傳遞所測得的P/O比為3。而且ATP是在三個不連續(xù)的部位生成的。第46頁/共73頁P/O比與ATP形成部位1、P/O比值：在氧化磷酸化過程中，1191.ATP生成的三個部位第一個部位是在NADH和輔酶Q之間，第二個部位Ⅱ是在輔酶Q和細胞色素之間部位III是在細胞色素a和氧之間。第47頁/共73頁1.ATP生成的三個部位第一個部位是在NADH和輔酶Q之間120每生成1摩爾ATP需能約30.5kJ第48頁/共73頁每生成1摩爾ATP需能約30.5kJ第48頁/共73頁1212能量偶聯(lián)假說三種假說化學(xué)偶聯(lián)假說結(jié)構(gòu)偶聯(lián)假說化學(xué)滲透假說第49頁/共73頁2能量偶聯(lián)假說三種假說第49頁/共73頁1221.化學(xué)偶聯(lián)假說認為電子傳遞和ATP生成的偶聯(lián)是通過一系列連續(xù)化學(xué)反應(yīng)，面形成一個高能共價中間物，隨后裂解將其能量供給ATP的合成第50頁/共73頁1.化學(xué)偶聯(lián)假說認為電子傳遞和ATP生成的偶聯(lián)是通過一系列連1232.構(gòu)象偶聯(lián)假說認為電子沿呼吸鏈傳遞使粒體內(nèi)膜蛋白組分變構(gòu)形成一種高能形式，后者將能量傳給F0F1ATP酶分子而使之能化，F(xiàn)0F1ATP酶的復(fù)原即將能量提供給ATP的合成并從酶上游離下來。第51頁/共73頁2.構(gòu)象偶聯(lián)假說認為電子沿呼吸鏈傳遞使粒體內(nèi)膜蛋白組分變構(gòu)1243.化學(xué)滲透假說

1961年，英國的生物化學(xué)家PeterMitchell最先提出。他認為電子傳遞釋放出的自由能和ATP合成是一種跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度（protongradient)?；瘜W(xué)滲透假說于1978年獲得諾貝爾獎。第52頁/共73頁3.化學(xué)滲透假說1961年，英國的生物化學(xué)家PeterM125化學(xué)滲透假說的內(nèi)容1.在電子傳遞與ATP形成偶聯(lián)作用的因子是跨膜質(zhì)子梯度和電化學(xué)梯度。2.質(zhì)子不能透過線粒體內(nèi)膜，電子傳遞鏈相當了一個質(zhì)子泵，把質(zhì)子從線粒體內(nèi)側(cè)泵向外側(cè)，泵向的結(jié)果形成一個胯膜質(zhì)子梯度。3.當H＋為胯膜質(zhì)子梯度所驅(qū)使，通過F0F1ATP酶分子上特殊通道回流到膜內(nèi)里，釋放自由能，產(chǎn)生ATP第53頁/共73頁化學(xué)滲透假說的內(nèi)容1.在電子傳遞與ATP形成偶聯(lián)作用的因子是126化學(xué)滲透假說可以解釋很多現(xiàn)象：（1）氧化磷酸化作用的進行需有完整的線粒體內(nèi)膜存在;（2）線粒體內(nèi)膜對H+、OH－、K+、Cl－等離子都是不通透的（3）破壞H+濃度梯度的形成都必然破壞氧化磷酸化作用的進行;（4）線粒體電子傳遞所形成的電子流能夠從線粒體內(nèi)膜逐出H+離子;（5）大量直接或間接實驗證據(jù)表明，膜表面不僅能滯留大量質(zhì)子，而且在一定的條件下，質(zhì)子沿膜表面迅速的轉(zhuǎn)移，其速度超過在大量水相中的速度。第54頁/共73頁化學(xué)滲透假說可以解釋很多現(xiàn)象：（1）氧化磷酸化作用的進行需有127化學(xué)滲透假說示意圖第55頁/共73頁化學(xué)滲透假說示意圖第55頁/共73頁128跨膜質(zhì)子移動示意圖第56頁/共73頁跨膜質(zhì)子移動示意圖第56頁/共73頁129三質(zhì)子梯度的形式電子傳遞使復(fù)合體Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ推動H+跨過線粒體內(nèi)膜到線粒體的間隙,H+跨膜流動的結(jié)果造成線粒體內(nèi)部基質(zhì)H+濃度低于間隙.線粒體內(nèi)部基質(zhì)形成負電勢,而間隙形成正電勢，這樣產(chǎn)生電化學(xué)梯度即電動勢，稱為質(zhì)子動勢。其中蘊藏著自由能即是ATP合成的動力。第57頁/共73頁三質(zhì)子梯度的形式電子傳遞使復(fù)合體Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ推動H+跨過線粒130四ATP的生成ATP的生成是由一個酶復(fù)合體系完成的，這個復(fù)合體系稱為ATP合酶。第58頁/共73頁四ATP的生成ATP的生成是由一個酶復(fù)合體系完成的，這個復(fù)131（1）ATP合酶復(fù)合體

線粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間格排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復(fù)合體，是ATP合成的場所。ATP合酶，含有5種不同的亞基（按3、3、1、1

和1

的比例結(jié)合）。OSCP為一個蛋白，是能量轉(zhuǎn)換的通道。F0為一個疏水蛋白，是與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接的部位。線粒體呼吸鏈的電子傳遞過程是在內(nèi)膜上進行的。第59頁/共73頁（1）ATP合酶復(fù)合體線粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間格排列132

胞液ATP合酶ATP合酶催化跨膜質(zhì)子梯度形成ATP，位于線粒體膜內(nèi)側(cè)球狀頭部F1，催化ATP生成F0構(gòu)成質(zhì)子通