§1新陳代謝總論什么是新陳代謝（metabolism）？ThewordmetabolismderivesfromtheGreekwordfor“change.”現(xiàn)在是1頁\一共有139頁\編輯于星期四1.新陳代謝的基本概念

新陳代謝是營養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)所經(jīng)歷的一切化學(xué)變化的總稱。體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)通常由酶催化，一系列的連續(xù)反應(yīng)構(gòu)成代謝途徑，代謝途徑的個別步驟稱作中間代謝，個別步驟的產(chǎn)物稱作中間產(chǎn)物。2.新陳代謝的功能

1.從周圍環(huán)境獲得營養(yǎng)物質(zhì)2.將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成自身需要的結(jié)構(gòu)元件3.將結(jié)構(gòu)元件裝配成自身的大分子4.形成或分解生物體特殊功能所需的生物分子5.提供生命活動所需的一切能量。一、新陳代謝簡介現(xiàn)在是2頁\一共有139頁\編輯于星期四新陳代謝包含的是物質(zhì)合成和分解兩個方面。獲取營養(yǎng)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為自身所需的物質(zhì)，稱作合成代謝；分解營養(yǎng)物質(zhì)提供生命活動所需的能量，稱作分解代謝；合成代謝和分解代謝的調(diào)控步驟通常由不同的酶催化，分解代謝中大量釋放能量的反應(yīng)通常是不可逆的，在合成代謝中，這樣的步驟需要輸入能量來完成。有時，合成代謝和分解代謝可以在不同的細胞器中進行。有些代謝環(huán)節(jié)是合成代謝和分解代謝共同利用的，稱作兩用代謝途徑，如檸檬酸循環(huán)就是兩用代謝途徑。二、合成代謝與分解代謝現(xiàn)在是3頁\一共有139頁\編輯于星期四代謝途徑的一覽圖1點1線或1點2線:410個；1點3線:71個；1點4線:20個；1點5線:11個；1點6線或6線以上:8個；1點1線在1個途徑的末端；1點2線在1個途徑的中間；1點3線參與2個途徑；其余類推。（點為反應(yīng)物和產(chǎn)物，線為催化的酶）現(xiàn)在是4頁\一共有139頁\編輯于星期四代謝途徑中酶的組織方式：（a）多種游離酶構(gòu)成的代謝途徑；（b）多酶復(fù)合體構(gòu)成的代謝途徑；（c）膜結(jié)合酶構(gòu)成的代謝途徑?，F(xiàn)在是5頁\一共有139頁\編輯于星期四分解代謝的三個階段分解代謝的3個階段.

階段I:蛋白,多糖和脂類分解成組成它們的結(jié)構(gòu)元件；階段II:不同的組成元件降解成共同的產(chǎn)物，乙酰輔酶A.階段III:分解代謝產(chǎn)生3個主要的終產(chǎn)物：水，二氧化碳和氨.現(xiàn)在是6頁\一共有139頁\編輯于星期四三、新陳代謝的研究方法1.研究對象:大腸桿菌、大腸桿菌噬菌體、四膜蟲、小球藻、果蠅、鴿、兔、小鼠、大鼠2.研究方法：使用酶的抑制劑：利用遺傳缺欠癥：先天性基因的突變，缺乏某一種酶.同位素示蹤法：常用穩(wěn)定同位素：2H,15N,13C,18O(例：DNA半保留復(fù)制)常用放射性同位素：3H,32P,14C(例三羧酸循環(huán))苯環(huán)化合物示蹤法：苯甲酸和苯乙酸(例：脂肪酸β-氧化)核磁共振波譜法3.研究水平體內(nèi)(invivo):生物整體,整體器官,微生物細胞群體外(invitro):組織切片,勻漿液,提取液現(xiàn)在是7頁\一共有139頁\編輯于星期四體內(nèi)研究（invivo)純化合物排泄物的化學(xué)分析典型案例脂肪酸的β氧化現(xiàn)在是8頁\一共有139頁\編輯于星期四體外研究(invitro)各類組織細胞各種破碎方法碎片置于試管中向該試管中加入純化合物（如葡萄糖）分析各類代謝中間產(chǎn)物及酶，邏輯推斷。典型案例糖代謝、生物氧化等等現(xiàn)在是9頁\一共有139頁\編輯于星期四1、利用酶的抑制劑代謝途徑受阻導(dǎo)致代謝中間產(chǎn)物的積累碘乙酸——3-磷酸甘油醛脫氫酶氟化鈉——烯醇化酶主要研究方法：現(xiàn)在是10頁\一共有139頁\編輯于星期四2.利用遺傳缺欠癥研究代謝途徑現(xiàn)在是11頁\一共有139頁\編輯于星期四尿黑酸尿癥(alkaptonuria)尿黑酸氧化酶缺乏，尿黑酸裂環(huán)降解受阻，尿中的尿黑酸經(jīng)空氣氧化為相應(yīng)的對醌，后者可聚合為黑的色素?，F(xiàn)在是12頁\一共有139頁\編輯于星期四黑色素是吲哚醌的聚合物白化病(albinism)缺乏酪氨酸酶現(xiàn)在是13頁\一共有139頁\編輯于星期四微生物的營養(yǎng)缺陷型可以分為若干種亞型,每種亞型由一種酶的缺陷造成,對比研究可以揭示代謝途徑。如途徑A→B→C→D中B→C的酶缺失,則A和B會堆積,C→D的酶缺失,則A,B和C會堆積?，F(xiàn)在是14頁\一共有139頁\編輯于星期四3.同位素示蹤法

用14C標記CO2,培養(yǎng)綠藻，提取液進行雙向紙層析，放射自顯影，發(fā)現(xiàn)放射性最早出現(xiàn)在3-磷酸甘油酸(PGA)，隨后出現(xiàn)在其他中間物。?現(xiàn)在是15頁\一共有139頁\編輯于星期四科學(xué)家通過同位素示蹤法證明，生物集體雖然從表面上看，保持著恒定狀態(tài)，但是實際上并不是恒定不變的，生物有機體在不斷地進行新陳代謝，體內(nèi)各種物質(zhì)在不斷地更新。另外，還證明，血紅素分子中的全部碳原子和氮原子來源于乙酸和甘氨酸；膽固醇分子中的碳原子來源于乙酰輔酶A?，F(xiàn)在是16頁\一共有139頁\編輯于星期四4.核磁共振波譜法

運動19分鐘前后ATP和磷酸肌酸的變化情況磷酸肌酸核磁共振可顯示ATP和磷酸肌酸的變化NMR廣泛應(yīng)用于代謝組學(xué)研究中現(xiàn)在是17頁\一共有139頁\編輯于星期四代謝組學(xué)的興起現(xiàn)在是18頁\一共有139頁\編輯于星期四四、生物系統(tǒng)遵循熱力學(xué)定律一個體系及其周圍環(huán)境的總能量是一個常數(shù)。能量可以在系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)移，或從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。有機化合物氧化時釋放的能量等于該物質(zhì)所具有的化學(xué)鍵能與其氧化產(chǎn)物所含化學(xué)鍵能之差。（一）熱力學(xué)第一定律——能量守恒定律現(xiàn)在是19頁\一共有139頁\編輯于星期四熵（entropy）表示一個系統(tǒng)的無序或隨機程度。常用?G(自由能的變化)衡量一個生物化學(xué)過程是否能夠自發(fā)進行：?G=?H-T?S?G<0，反應(yīng)能自發(fā)進行（放能反應(yīng)）?G>0，反應(yīng)為吸能反應(yīng)，不能自發(fā)進行（?G值越大，則系統(tǒng)越穩(wěn)定，發(fā)生反應(yīng)的傾向越小。）?G=0，反應(yīng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)（二）熱力學(xué)第二定律——自動發(fā)生的過程總熵增加現(xiàn)在是20頁\一共有139頁\編輯于星期四?Go:當反應(yīng)物濃度為1mol/L，反應(yīng)溫度為25℃，壓力為1大氣壓時，用?Go表示標準自由能變化。?Go：生物化學(xué)反應(yīng)時，將pH定為7.0，這種狀態(tài)下的標準自由能變化用?Go表示。?Go可根據(jù)平衡常數(shù)Keg進行計算：

?Go=-2.303RTlogKeg

R為氣體常數(shù)R=8.31×10-3kJ/mol·K，T為絕對溫度。

現(xiàn)在是21頁\一共有139頁\編輯于星期四（一）高能化合物和高能鍵（二）能量與磷酸基的轉(zhuǎn)移（三）ATP循環(huán)五、高能化合物與ATP的作用

現(xiàn)在是22頁\一共有139頁\編輯于星期四高能化合物：在生化反應(yīng)中，某些化合物隨水解反應(yīng)或基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)可放出大量自由能。

高能磷酸鍵

生物化學(xué)中，把磷酸化合物水解時釋出的能量>20KJ/mol者，其所含的磷酸酯鍵稱為高能磷酸鍵（energy-richphosphatebond)，以表示。

高能硫酯鍵

由酰基和硫醇基構(gòu)成，例如乙酰CoA、脂酰CoA和琥珀酰CoA等。高能化合物和高能鍵～P現(xiàn)在是23頁\一共有139頁\編輯于星期四幾種常見的高能化合物現(xiàn)在是24頁\一共有139頁\編輯于星期四現(xiàn)在是25頁\一共有139頁\編輯于星期四

能量與磷酸基的轉(zhuǎn)移現(xiàn)在是26頁\一共有139頁\編輯于星期四

1、ATP的利用方式（1）末端磷酸基()與部分能量同時轉(zhuǎn)移給反應(yīng)物。

ATP

+6-磷酸果糖

1，6-二磷酸果糖+

ADP（2）ATP水解為ADP及Pi，釋放的能量供離子轉(zhuǎn)運、肌肉收縮、羧化反應(yīng)等，但磷酸基并不出現(xiàn)于反應(yīng)物中。

ATP

+丙酮酸+CO2ADP+Pi

+草酰乙酸現(xiàn)在是27頁\一共有139頁\編輯于星期四（3）ATP的另一個高能磷酸鍵（）被利用，生成PPi。

ATP+脂肪酸+HSCoA

脂酰CoA

+

AMP+PPi

ATP

+氨基酸

氨基酰~

AMP+PPi

現(xiàn)在是28頁\一共有139頁\編輯于星期四ATPADPNMPNDPNTPUTPCTPGTP吸能反應(yīng)生物大分子前體H2O氧化磷酸化Pi2H++1/2O2核苷單磷酸激酶核苷二磷酸激酶2、核苷多磷酸之間的轉(zhuǎn)換現(xiàn)在是29頁\一共有139頁\編輯于星期四UDPUTPCDPCTPGDPGTPATPADP～P參與多糖合成參與磷脂合成參與Prot合成現(xiàn)在是30頁\一共有139頁\編輯于星期四ATP循環(huán)的概念

在ATP水解成ADP時，釋出的自由能驅(qū)動那些需要加入自由能的吸能反應(yīng)；ADP與Pi又可利用營養(yǎng)物經(jīng)生物氧化時產(chǎn)生的能量重新磷酸化為ATP，這樣構(gòu)成的循環(huán)稱為ATP循環(huán)。并與細胞內(nèi)進行的能量轉(zhuǎn)換有關(guān)，故又稱細胞能量循環(huán)（cellenergycycle)。現(xiàn)在是31頁\一共有139頁\編輯于星期四PiPi

ATP循環(huán)營養(yǎng)物分解H++e1/2O2氧化磷酸化生物合成肌肉收縮信息傳遞離子運轉(zhuǎn)ADPATP現(xiàn)在是32頁\一共有139頁\編輯于星期四ATP循環(huán)的生物學(xué)意義（1）生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換最基本方式。靜息時，一個成人24小時消耗ATP可達到40Kg，但細胞內(nèi)ATP的濃度僅幾個mol/L，ADP和Pi的含量也非常有限。（2）磷酸鹽在物質(zhì)代謝的重要作用。主要表現(xiàn)在：糖酵解過程中的中間代謝物大部分是其磷酸酯；磷酸化和去磷酸化是眾多活性蛋白，包括酶在內(nèi)的共價修飾調(diào)節(jié)的重要方式?，F(xiàn)在是33頁\一共有139頁\編輯于星期四ATP是體內(nèi)能量的通用貨幣，所以，能量的釋放、利用、轉(zhuǎn)移、儲存均以ATP為中心來實現(xiàn)。ATP營養(yǎng)物氧化分解合成反應(yīng)等磷酸肌酸

UTPCTPGTP利用釋放儲存轉(zhuǎn)移六、能量的儲存形式－磷酸肌酸現(xiàn)在是34頁\一共有139頁\編輯于星期四H2N+

C-NH2H3C-NCH2COO-H2N+H

C-N~PH3C-NCH2COO-ATPADP肌酸激酶CreatinekinaseCK肌酸磷酸肌酸CP(Creatinephosphofate)現(xiàn)在是35頁\一共有139頁\編輯于星期四ATPADP

肌酸

磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化

~P

~P

機械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運)化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)ATP的生成、儲存和利用現(xiàn)在是36頁\一共有139頁\編輯于星期四七、輔酶A的遞能作用功能——?；D(zhuǎn)移酶輔酶，傳遞?；谥惻c糖類代謝中起重要的作用輔酶A現(xiàn)在是37頁\一共有139頁\編輯于星期四乙酰CoA的硫酯鍵和ATP中的高能磷酸鍵相似，水解時可釋放出31.38KJ/mol的能量。因此，乙酰CoA具有高的乙酰基轉(zhuǎn)移勢能?，F(xiàn)在是38頁\一共有139頁\編輯于星期四一、概念：營養(yǎng)物在生物體內(nèi)氧化成H2O和CO2，并釋放出能量的過程稱為生物氧化。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能§2生物氧化（biologicaloxidation)現(xiàn)在是39頁\一共有139頁\編輯于星期四是在細胞內(nèi)溫和的環(huán)境中（體溫，pH接近中性）；在一系列酶促反應(yīng)中，能量逐步釋放有利于有利于機體捕獲能量，提高ATP生成的效率。進行廣泛的加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間接獲得氧，并增加脫氫的機會；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生H2O，有機酸脫羧產(chǎn)生CO2。

生物氧化與體外氧化之不同點生物氧化體外氧化

能量是突然釋放的。產(chǎn)生的CO2、H2O由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成?，F(xiàn)在是40頁\一共有139頁\編輯于星期四糖原甘油三脂蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC

2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2

生物氧化的一般過程現(xiàn)在是41頁\一共有139頁\編輯于星期四二、氧化呼吸鏈的組成及電子傳遞順序（一）氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成（二）氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的順序排列

現(xiàn)在是42頁\一共有139頁\編輯于星期四線粒體現(xiàn)在是43頁\一共有139頁\編輯于星期四現(xiàn)在是44頁\一共有139頁\編輯于星期四

在線粒體內(nèi)膜上，多個酶或輔酶按一定的順序組成的遞氫或遞電子體系。它具有將代謝物脫下的氫傳遞給O2，生成H2O的功能。也稱電子傳遞鏈（electron-transferchain）。

氧化呼吸鏈（respiratorychain）現(xiàn)在是45頁\一共有139頁\編輯于星期四線粒體呼吸鏈現(xiàn)在是46頁\一共有139頁\編輯于星期四

（一）氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成

1.復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH中的電子傳遞給泛醌2.復(fù)合體Ⅱ功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌3.復(fù)合體Ⅲ功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細胞色素c4.復(fù)合體Ⅳ將電子從細胞色素C傳遞給氧現(xiàn)在是47頁\一共有139頁\編輯于星期四

1.復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH中的電子傳遞給泛醌(ubiquinone)

現(xiàn)在是48頁\一共有139頁\編輯于星期四NADH

它是由NAD+接受多種代謝產(chǎn)物脫氫得到的產(chǎn)物。NADH所攜帶的電子是線粒體呼吸鏈主要電子供體之一?，F(xiàn)在是49頁\一共有139頁\編輯于星期四

1.復(fù)合體ⅠNADH--CoQ還原酶

組成：蛋白組分輔基組分黃素蛋白FMN、[Fe-S]現(xiàn)在是50頁\一共有139頁\編輯于星期四維生素B2的結(jié)構(gòu)和功能圖6-4現(xiàn)在是51頁\一共有139頁\編輯于星期四鐵硫蛋白

簡寫為(Fe-S)是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與NADHCoQ還原酶的其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在?，F(xiàn)在是52頁\一共有139頁\編輯于星期四

鐵硫蛋白

它主要以(Fe2-S2)或(Fe4-S4)形式存在。鐵硫蛋白通過Fe3+

Fe2+變化起傳遞電子的作用。現(xiàn)在是53頁\一共有139頁\編輯于星期四

鐵硫蛋白

S無機硫S半胱氨酸硫現(xiàn)在是54頁\一共有139頁\編輯于星期四

復(fù)合體ⅠNADH--CoQ還原酶

組成：蛋白組分輔基組分黃素蛋白FMN、[Fe-S]

功能:將e從NADH傳遞給泛醌(ubiquinone)現(xiàn)在是55頁\一共有139頁\編輯于星期四復(fù)合體Ⅰ的功能NADH

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2現(xiàn)在是56頁\一共有139頁\編輯于星期四

（一）氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成

1.復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH中的電子傳遞給泛醌2.復(fù)合體Ⅱ功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌

現(xiàn)在是57頁\一共有139頁\編輯于星期四

2.復(fù)合體Ⅱ琥珀酸--CoQ還原酶

組成：蛋白組分輔基組分黃素蛋白FAD[Fe-S]

功能:

將e從琥珀酸傳遞給泛醌現(xiàn)在是58頁\一共有139頁\編輯于星期四琥珀酸延索胡酸FADFADH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅱ的功能QH2現(xiàn)在是59頁\一共有139頁\編輯于星期四

（一）氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成1.復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH中的電子傳遞給泛醌2.復(fù)合體Ⅱ功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌3.泛醌

現(xiàn)在是60頁\一共有139頁\編輯于星期四3.泛醌簡寫為Q或輔酶-Q（CoQ10）：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?，F(xiàn)在是61頁\一共有139頁\編輯于星期四泛醌:由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌?，F(xiàn)在是62頁\一共有139頁\編輯于星期四

Q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。復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體ⅡQH2復(fù)合體Ⅲ2e功能：現(xiàn)在是63頁\一共有139頁\編輯于星期四QH2現(xiàn)在是64頁\一共有139頁\編輯于星期四

（一）氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成

1.復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH中的電子傳遞給泛醌2.復(fù)合體Ⅱ功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌3.泛醌4.復(fù)合體Ⅲ功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細胞色素c現(xiàn)在是65頁\一共有139頁\編輯于星期四細胞色素cytochromeCyt細胞色素是一類以血紅素為輔基的催化電子傳遞的有色酶類。細胞色素主要是通過Fe3+

Fe2+的互變起傳遞電子的作用的。

4.復(fù)合體Ⅲ泛醌-Cytc還原酶

現(xiàn)在是66頁\一共有139頁\編輯于星期四NNNNFe3+

CH3CH2-(CH2-CH=C-CH2)3-HHO-CHH3C--CH3-CH=CH2

OHC-CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-細胞色素a輔基現(xiàn)在是67頁\一共有139頁\編輯于星期四NNNNFe3+H3C--CH3-CH=CH2CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-細胞色素b

的輔基H3C-H2C=CH現(xiàn)在是68頁\一共有139頁\編輯于星期四NNNNFe3+H3C--CH3-CH-CH3CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-細胞色素C輔基H3C-

CysSH3C-CH

CysS蛋白質(zhì)現(xiàn)在是69頁\一共有139頁\編輯于星期四細胞色素c（Cytc）它是電子傳遞鏈中一個獨立的蛋白質(zhì)電子載體.

呈水溶性與線粒體內(nèi)膜外表面結(jié)合不緊密通過Fe3+

Fe2+的互變起電子傳遞中間體作用?，F(xiàn)在是70頁\一共有139頁\編輯于星期四

4.復(fù)合體Ⅲ泛醌-Cytc還原酶

組成：蛋白組分輔基組分Cytb（CytbL、CytbH）血紅素Cytc1[Fe-S]

功能：將e從泛醌傳遞給細胞色素c現(xiàn)在是71頁\一共有139頁\編輯于星期四QH2QCytb（Fe3+）

Cytb(Fe2+）

Cytc1（Fe2+）Cytc1（Fe3+）Cytc復(fù)合體Ⅲ的功能功能：將e從泛醌傳遞給細胞色素c現(xiàn)在是72頁\一共有139頁\編輯于星期四

復(fù)合體ⅢQH2→

→Cytc

b562;b566;Fe-S;c1QH2QH2現(xiàn)在是73頁\一共有139頁\編輯于星期四

（一）氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成

1.復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH中的電子傳遞給泛醌2.復(fù)合體Ⅱ功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌3.泛醌4.復(fù)合體Ⅲ功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細胞色素c5.復(fù)合體Ⅳ將電子從細胞色素C傳遞給氧現(xiàn)在是74頁\一共有139頁\編輯于星期四

5.復(fù)合體Ⅳ細胞色素C氧化酶即復(fù)合物IV，它是位于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物，由13條肽鏈組成。主要成分是Cyta和Cyta3。和CuACuB，電子傳遞：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3→CuB→O2Cyta3–CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給O2。每2個電子傳遞過程使2個H+跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)在是75頁\一共有139頁\編輯于星期四5.復(fù)合體Ⅳ細胞色素C氧化酶組成：蛋白組分輔基組分Cyta、Cyta3血紅素A

CuACuB

功能：將e從細胞色素c傳遞給O2現(xiàn)在是76頁\一共有139頁\編輯于星期四復(fù)合體Ⅳ的電子傳遞過程現(xiàn)在是77頁\一共有139頁\編輯于星期四CytcCytcCyta（Fe3+）

Cyta(Fe2+）

Cyta3(Fe2+）Cyta3Fe3+）

O2H2O復(fù)合體Ⅳ的功能現(xiàn)在是78頁\一共有139頁\編輯于星期四琥珀酸→→CoQH2FAD;

Fe-S復(fù)合體Ⅱ

NADH→→CoQH2

FMN;Fe-S

復(fù)合體Ⅰ

復(fù)合體ⅢCoQH2→→Cytc

b562;b566;Fe-S;c1

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB現(xiàn)在是79頁\一共有139頁\編輯于星期四ⅣCytcoxNADH

NAD+1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜ⅠQH2Q

Ⅱ延胡索酸琥珀酸QH2Q4H+4H+Ⅲ4H+4H+CytcoxCytcredCytcred4H+4H+電子傳遞鏈各復(fù)合體位置示意圖現(xiàn)在是80頁\一共有139頁\編輯于星期四ⅢⅠⅡⅣCytcQ

NADH

NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜e-e-e-ee-線粒體呼吸鏈現(xiàn)在是81頁\一共有139頁\編輯于星期四呼吸鏈各組份排列順序的依據(jù)

由以下實驗確定①根據(jù)標準氧還電位E0’的高低排列②四種復(fù)合物的電子傳遞再造實驗③特異抑制劑阻斷

（二）氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的順序排列現(xiàn)在是82頁\一共有139頁\編輯于星期四

表6-2標準氧化還原電位半反應(yīng)E0′(V)2H++2eH2-0.41NAD++2H+2eNADH+H+-0.32FMN+2H+2eFMNH2-

0.30FAD+2H+2eFADH2-0.06Q10+2H+2eQ10(還原型)0.04(或0.10)Cytb(Fe3+)+eCytb(Fe2+)0.07Cytc(Fe3+)+eCytc(Fe2+)0.22Cyta(Fe3+)+eCyta(Fe2+)0.29Cyta3(Fe3+)+eCyta3(Fe2+)0.551/2O2+2H+2eH20.82現(xiàn)在是83頁\一共有139頁\編輯于星期四現(xiàn)在是84頁\一共有139頁\編輯于星期四NADHFMNCoQ

CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)(Fe-S)O2FADH2(Fe-S)

電子傳遞鏈各組份的排列順序IIIIII琥珀酸Ⅳ現(xiàn)在是85頁\一共有139頁\編輯于星期四NADH氧化呼吸鏈

FADH2氧化呼吸鏈現(xiàn)在是86頁\一共有139頁\編輯于星期四氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ內(nèi)（二）氧化磷酸化偶聯(lián)機制是產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度（三）質(zhì)子順梯度回流釋放能量被ATP合酶利用催化ATP合成

三、氧化磷酸化現(xiàn)在是87頁\一共有139頁\編輯于星期四

氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）代謝物脫下的氫，經(jīng)呼吸鏈電子傳遞過程中釋出的能量使ADP磷酸化，生成ATP，這種氧化和磷酸化偶聯(lián)在一起的過程稱氧化磷酸化，也稱偶聯(lián)磷酸化。現(xiàn)在是88頁\一共有139頁\編輯于星期四三羧酸循環(huán)氧化乙酰CoACoA2HCO2ADP+PiATPO2H2O有機物CO2+H2O+ATPO2線粒體磷酸化氧化磷酸化示意圖現(xiàn)在是89頁\一共有139頁\編輯于星期四

底物水平磷酸化一種直接將代謝物分子中能量（磷酸基）直接轉(zhuǎn)移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的過程稱底物水平磷酸化。氧化磷酸化（電子傳遞體系磷酸化）

ATP生成方式現(xiàn)在是90頁\一共有139頁\編輯于星期四1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶ADPATP琥珀酰CoA合成酶GDPGTP琥珀酰CoA琥珀酸底物水平磷酸化的反應(yīng)現(xiàn)在是91頁\一共有139頁\編輯于星期四

推測氧化磷酸化的偶聯(lián)部位

測定P/O比值自由能變化（Go

=-nFEo′）

（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ內(nèi)現(xiàn)在是92頁\一共有139頁\編輯于星期四1.P/O比值是指代謝物在線粒體氧化時，以每消耗1mol氧原子所消耗無機磷的mol數(shù)（或ADP數(shù)），即生成ATP的mol數(shù)。

線粒體離體實驗測得的一些底物的P/O比值底物電子傳遞鏈P/O值A(chǔ)TP數(shù)琥珀酸FAD.H2QCytO21.72

-羥丁酸NADHFMNQCytO2

2.83

蘋果酸NADHFMNQCytO2

3.03

抗壞血酸CytcCytaa3O20.881細胞色素CCytaa3

O2

0.681現(xiàn)在是93頁\一共有139頁\編輯于星期四NADHFMNCoQCytbCytcaa3O2(Fe-S)FADH2(Fe-S)123E0′

=0.53G0′=102.3E0′=0.10G0′=202.用E0′判斷能斯特方程

G0

′=-nFE0′E0′=0.36G0′=69.5

E0′=0.21G0′

=40.5現(xiàn)在是94頁\一共有139頁\編輯于星期四1molADPATP:ΔG0′=30.5KJ/mol

三個部分釋放的能量足以形成ATP位置NADHCoQCoQCytcCytaa3O2ΔG0′ΔG’0=-69.5KJ/molΔG’0=-40.5KJ/molΔG’0=-102.3KJ/mol現(xiàn)在是95頁\一共有139頁\編輯于星期四NADHFMNCoQCytbCytc1

Cytcaa3O2(Fe-S)FADH2(Fe-S)123氧化磷酸化偶聯(lián)部位（ATP產(chǎn)生部位）ATPATPATPNADH與Q之間Q與Cytc之間Cytaa3與O2之間現(xiàn)在是96頁\一共有139頁\編輯于星期四NADHFMNCoQ

CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)(Fe-S)O2FAD(Fe-S)琥珀酸代謝物進入不同的電子傳遞鏈蘋果酸α-酮戊二酸異檸檬酸丙酮酸三羧酸循環(huán)β-羥丁酸β-羥脂酰CoAα-磷酸甘油脂酰CoA現(xiàn)在是97頁\一共有139頁\編輯于星期四化學(xué)滲透理論（chemiosmotichypothesis）1961年，PeterMitchell提出，闡明了氧化磷酸化的偶聯(lián)機制。

（二）氧化磷酸化偶聯(lián)機制是產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度現(xiàn)在是98頁\一共有139頁\編輯于星期四PetelDenniMitchell（1920年9月29日~1992年4月10日）生于英格蘭博德明。先后求學(xué)于美國麻省湯頓皇后學(xué)院和英國劍橋大學(xué)。23歲獲劍橋大學(xué)理士學(xué)位，30歲獲博士學(xué)位。1961年提出“化學(xué)滲透學(xué)說”。1966年（46歲）發(fā)表了著名的“在氧化和光合磷酸化中的化學(xué)滲透偶聯(lián)”論文。1978年獲諾貝爾獎?，F(xiàn)在是99頁\一共有139頁\編輯于星期四

化學(xué)滲透假說（chemiosmotichypothesis）基本要點:電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，呼吸鏈中復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ具有質(zhì)子泵的功能，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜外側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外H+電化學(xué)梯度（質(zhì)子梯度和跨膜電位差），以儲存能量，當質(zhì)子順濃度梯度經(jīng)ATP合酶回流時驅(qū)動ADP生成ATP。現(xiàn)在是100頁\一共有139頁\編輯于星期四線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-

ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡單示意圖現(xiàn)在是101頁\一共有139頁\編輯于星期四膜間隙基質(zhì)------氧化–還原回路機制NADH+H+NAD+4H+FMNH2(2e-)Fe-SFe-SQH2(2e-)

bbQH2(2e-)Fe-Sc1caa3(2e-)21O2+2H+H2O2H+4H+2H+2H+eˉeˉeˉeˉeˉeˉeˉeˉeˉeˉeˉeˉ化學(xué)滲透假說現(xiàn)在是102頁\一共有139頁\編輯于星期四從NADH→O2共排出10個H＋[H＋]外>[H＋]內(nèi)PH梯度正電荷外>負電荷內(nèi)跨膜電位差質(zhì)子電化學(xué)梯度現(xiàn)在是103頁\一共有139頁\編輯于星期四復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有質(zhì)子泵的作用

電子經(jīng)呼吸鏈傳遞釋放的能量，將基質(zhì)中H+泵到線粒體內(nèi)膜外側(cè)。------質(zhì)子泵機制化學(xué)滲透假說現(xiàn)在是104頁\一共有139頁\編輯于星期四ⅠⅢⅣCQeˉeˉ1/2O2H+H+H+H+H+Pi+ADPNAD

H+H+H+H+H+H+

H+ATPH+H+現(xiàn)在是105頁\一共有139頁\編輯于星期四（三）質(zhì)子順梯度回流釋放能量被ATP合酶利用催化ATP合成

現(xiàn)在是106頁\一共有139頁\編輯于星期四離子通道基質(zhì)面胞液面頭部基部亞基亞基亞基亞基亞基OSCPa亞基b亞基c亞基33ab2cnF1F0內(nèi)膜ATP合酶（ATPsynthase)復(fù)合體Ⅴ現(xiàn)在是107頁\一共有139頁\編輯于星期四內(nèi)膜基質(zhì)Ca

εαββαδγαβbF1：

含5種多肽鏈，催化ATP合成Fo：跨線粒體內(nèi)膜疏水蛋白含3種亞基

質(zhì)子通道ATP合酶（ATPsynthase)復(fù)合體Ⅴ現(xiàn)在是108頁\一共有139頁\編輯于星期四ATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機樣結(jié)構(gòu)F0的2個b亞基的一端錨定F1的α亞基，另一端通過δ和α3β3穩(wěn)固結(jié)合，使a、b2和α3β3、δ亞基組成穩(wěn)定的定子部分。部分γ和ε亞基共同形成穿過α3β3間中軸，γ還與1個β亞基疏松結(jié)合作用，下端與嵌入內(nèi)膜的c亞基環(huán)緊密結(jié)合。c亞基環(huán)、γ和ε亞基組成轉(zhuǎn)子部分。質(zhì)子順梯度向基質(zhì)回流時，轉(zhuǎn)子部分相對定子部分旋轉(zhuǎn)，使ATP合酶利用釋放的能量合成ATP。

現(xiàn)在是109頁\一共有139頁\編輯于星期四現(xiàn)在是110頁\一共有139頁\編輯于星期四現(xiàn)在是111頁\一共有139頁\編輯于星期四現(xiàn)在是112頁\一共有139頁\編輯于星期四構(gòu)象變化學(xué)說（conformationalhypothesis）1964年，P.Boyer提出，闡明了氧化磷酸化的偶聯(lián)機制。

現(xiàn)在是113頁\一共有139頁\編輯于星期四Boyer1918年,生于美國猶他州的普羅沃。25歲時獲美國威斯康星大學(xué)生物化學(xué)博士學(xué)位。1970年當選為美國國家科學(xué)院院士。1974年獲瑞典斯德哥爾摩大學(xué)榮譽博士。1989年提出ATP合酶促進ATP合成的“結(jié)合變構(gòu)機制”

現(xiàn)在是114頁\一共有139頁\編輯于星期四

Boyer早在1964年曾提出呼吸鏈傳遞電子釋能可使線粒體內(nèi)膜產(chǎn)生某構(gòu)象的蛋白質(zhì)，后者可催化合成ATP，之后再變構(gòu)成原來構(gòu)象，但一直未能得到證實。后來，人們分離到了ATP合酶的F1和F0兩個結(jié)構(gòu)域，并證明F1的頭部由α3β36個亞基構(gòu)成，β亞基可能是有催化活性的亞基，F(xiàn)0可能有質(zhì)子通道，質(zhì)子可從膜間隙經(jīng)此通道回流釋能?，F(xiàn)在是115頁\一共有139頁\編輯于星期四

Walker的研究成果支持了Boyer的結(jié)合變構(gòu)機制。加上有人在體外用熒光顯微鏡觀察到γ亞基在F1頭部中央轉(zhuǎn)動。有人用含ATP合酶的生物膜和有泵質(zhì)子作用的細菌組合的模型，證明了質(zhì)子順梯度經(jīng)ATP合酶流動，可使ADP+Pi合成ATP等，使結(jié)合變構(gòu)機制得到承認，Boyer和Walker在1997年共同獲諾貝爾獎。現(xiàn)在是116頁\一共有139頁\編輯于星期四結(jié)合變化機制(bindingchangemechanism)

1個β亞基是疏松結(jié)合ADP和Pi的L型（loose型）

另1個是緊密結(jié)合ATP的T（tight型）型構(gòu)象第3個是可釋放ATP的O型（open型）構(gòu)象現(xiàn)在是117頁\一共有139頁\編輯于星期四當H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個β亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。

L型構(gòu)象對ADP和Pi親和力高，結(jié)合它們后利用質(zhì)子所釋能量轉(zhuǎn)變?yōu)門型構(gòu)象，催化ATP合成，之后轉(zhuǎn)變?yōu)镺型構(gòu)象，釋出ATP。ATP釋出后再自動轉(zhuǎn)變?yōu)長型構(gòu)象。如此L→T→O→L→……現(xiàn)在是118頁\一共有139頁\編輯于星期四工作機制——Boyer提出的“結(jié)合變化機制”

ATP合酶-亞基三種構(gòu)象O：開放型L：疏松型T

：緊密結(jié)合型現(xiàn)在是119頁\一共有139頁\編輯于星期四

（一）有3類氧化磷酸化抑制劑（二）ADP是調(diào)節(jié)正常人體氧化磷酸化速率的主要因素。

（三）甲狀腺激素刺激機體耗氧量和產(chǎn)熱同時增加（四）線粒體DNA突變可影響機體氧化磷酸化功能三、氧化磷酸化作用可受某些內(nèi)外源因素影響現(xiàn)在是120頁\一共有139頁\編輯于星期四呼吸鏈抑制劑抑制劑：解偶聯(lián)劑氧化磷酸化抑制劑

（一）有3類氧化磷酸化抑制劑現(xiàn)在是121頁\一共有139頁\編輯于星期四

1.呼吸鏈抑制劑阻斷氧化磷酸化的電子傳遞過程

復(fù)合體Ⅰ抑制劑：魚藤酮、殺粉蝶菌素及安密妥等阻斷傳遞電子到泛醌。復(fù)合體Ⅱ的抑制劑：萎銹靈?，F(xiàn)在是122頁\一共有139頁\編輯于星期四復(fù)合體Ⅲ抑制劑：抗霉素A干擾CytbH傳遞電子的作用，從而阻斷電子從還原型CoQ到細胞色素c1的傳遞。復(fù)合體Ⅳ抑制劑：CN－、N3、CO緊密結(jié)合氧化型Cyta3，阻斷電子由Cyta到CuB-Cyta3間傳遞。CO與還原型Cyta3結(jié)合，阻斷電子傳遞給O2。

現(xiàn)在是123頁\一共有139頁\編輯于星期四NADHFMN(Fe-S)Q10Cytbtc1Cytcaa3O2

FAD.H2(Fe-S)魚藤酮安密妥殺粉蝶菌素抗霉素ACN--N3CO

各種呼吸鏈抑制劑作用部位----萎銹靈現(xiàn)在是124頁\一共有139頁\編輯于星期四

吸入的CO通過肺泡進入血液，與血中的血紅蛋白結(jié)合成碳氧血紅蛋白，使血紅蛋白失去攜氧能力,而血紅蛋白與CO