物質代謝研究的內(nèi)容

糖、脂、氨基酸、核酸基本代謝反應過程和生理意義。物質代謝伴隨的能量代謝。生物氧化物質代謝伴隨環(huán)境變化的調(diào)節(jié)。1生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023掌握要點基本反應過程：代謝途徑；相互聯(lián)系。關鍵酶：關鍵酶及其調(diào)節(jié)。生理意義：能量代謝，信息代謝，功能作用2生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023糖代謝脂代謝氨基酸代謝三羧酸循環(huán)氧化磷酸化3生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023第八章生物氧化與氧化磷酸化Biologicaloxidationandoxidativephosphorylation4生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023物質在生物體內(nèi)進行的氧化還原反應。生物氧化（biologicaloxidation）氧化釋能與ADP磷酸化生成ATP相偶聯(lián)。氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）5生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023第一節(jié)生物氧化反應及氧化還原酶基本類型ReactionsandOxidative-ReductiveEnzymesinBiologicalOxidation

6生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023一、生物氧化與反應類型營養(yǎng)物或其它生物分子在生物體（細胞）內(nèi)進行的氧化還原作用。生物氧化（biologicaloxidation）

主要指糖、脂肪、蛋白質等在體內(nèi)分解逐步釋放能量，最終生成CO2

和H2O的過程。糖

脂肪

蛋白質

CO2和H2O

O2能量ADP+PiATP熱能7生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023糖原

三酯酰甘油

蛋白質

葡萄糖

脂酸+甘油

氨基酸

乙酰CoA

TAC

2H

呼吸鏈

H2O

ADP+Pi

ATP

CO2

營養(yǎng)物的氧化過程8生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023生物氧化與體外氧化相同點遵循氧化還原反應的一般規(guī)律。氧化方式：加氧、脫氫、失電子。氧化消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量相同。9生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023生物氧化與體外氧化不同點生物氧化體外氧化體溫，近中性pH

。酶促反應能量逐步釋放,生成ATP儲存。脫下的氫與氧結合產(chǎn)生H2O；有機酸脫羧產(chǎn)生CO2。高溫、高壓、強酸堿。能量是突然釋放的，以熱量釋放。物質中的碳和氫直接與氧結合生成CO2、H2O。10生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023

類型：失/得電子脫/加氫加氧反應

酶：第Ⅰ類酶：氧化還原酶類亞類：氧化酶加氧酶需氧脫氫酶不需氧脫氫酶生物體內(nèi)的氧化還原反應類型氧化酶11生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023二、氧化還原酶基本類型泛指催化涉及氧分子（O2）的反應。分類：氧化酶（oxidases）需氧脫氫酶(aerobicdehydrogenases)

加氧酶(oxygenases)

氫過氧化物酶（hydroperoxidases）特點：存在于不同亞細胞結構中，多數(shù)催化非營養(yǎng)物質進行生物轉化。

（一）氧化酶：12生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20231.氧化酶

輔基：Cu2+或Fe3+卟啉，

分布：線粒體，細胞色素C氧化酶、抗壞血酸氧化酶。

催化反應：以O2為直接受氫體，產(chǎn)物為H2O。13生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20232.需氧脫氫酶

輔基成分：為FAD或FMN，屬于黃素酶醛脫氫酶、黃嘌呤氧化酶、L-氨基酸氧化酶作用：直接還原氧生成過氧化氫，O2為直接受氫體，產(chǎn)物為H2O2。黃嘌呤氧化酶輔基：還含有鉬和鐵-硫蛋白。14生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023加氧酶：氫過氧化物酶：過氧化氫酶、過氧化物酶；分布：微粒體作用：參與某些代謝物、藥物、毒物的轉化或清除。3.加氧酶和過氧化酶15生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（二）不需氧脫氫酶能催化底物脫氫而又不以氧為直接受氫體的酶。此類酶不是將氫（H++e-）直接傳遞給O2。而是使H活化并由輔酶或輔基接受，產(chǎn)生還原型輔酶或輔基。多數(shù)催化營養(yǎng)物質的生物氧化。16生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023主要功能：（1）催化線粒體呼吸鏈/電子傳遞鏈中氫或電子載體，間接將氫或電子傳遞給O2，生成H2O，與產(chǎn)生ATP相關。（2）催化細胞內(nèi)代謝途徑的氧化還原反應，促進代謝物之間氫的交換。（3）催化可逆的反應促進還原當量在細胞內(nèi)的自由運轉或穿梭。17生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023NAD+和NADP+的結構R=H?NAD+;R=H2PO3:NADP+

1.以尼克酰胺腺嘌呤核苷酸為受氫體18生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023FMN的加氫和脫氫反應

2.以黃素核苷酸為受氫體19生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20233.以血紅素為電子載體細胞色素的輔基：血紅素bH、bL及c1，傳遞電子。血紅素b血紅素C20生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023第二節(jié)

線粒體氧化體系與氧化磷酸化

Mitochondrialoxidativesystemandoxidativephosphorylation21生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023線粒體基質

線粒體內(nèi)膜

O2H2OH+e-H+

ADP+PiATP氧化磷酸化H+H+線粒體氧化磷酸化系統(tǒng)：氧化體系（線粒體呼吸作用）：營養(yǎng)物脫氫氧化，氫和電子傳遞給氧（呼吸鏈）磷酸化體系：質子跨膜轉移和ATP合成的過程。ATP的作用22生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023呼吸鏈（respiratorychain）：

線粒體內(nèi)膜，由一系列具有氫和/或電子傳遞功能的酶復合體按一定順序排列，組成的氧化還原體系稱為呼吸鏈。一、呼吸鏈：

電子傳遞體組成的氧化還原體系23生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（一）電子傳遞體：

是酶復合體的輔酶或輔基組成：呼吸鏈中酶復合體的輔酶或輔基。作用：傳遞氫和傳遞電子。特點：電子傳遞體具有不同的氧化還原電位。遞氫體：傳遞氫和電子（2H2H++2e）

包括NAD+、FMN、FAD和泛醌。2.遞電子體：鐵硫蛋白、細胞色素

Fe2+Fe3++e-24生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023泛醌（CoenzymeQ

,CoQ,Q）：多個異戊二烯連接形成的疏水側鏈。人的泛醌(CoQ10、Q10):

10個異戊二烯連接形成側鏈泛醌25生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023輔基：鐵硫中心(Fe-S)。等量鐵原子和硫原子：Fe-S、2Fe-2S、4Fe-4S鐵原子Fe2+Fe3++e-傳遞電子。鐵硫蛋白26生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023細胞色素（Cytochrome，Cyt）

以血紅素（heme）為輔基的電子傳遞蛋白。根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。線粒體：Cyta、a3、b、c、c1微粒體：Cytb5、CytP450各種還原型細胞色素的主要光吸收峰細胞色素波長（nm）αβγa600439b562532429c550521415c155452441827生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023血紅素中的鐵原子可進行Fe2+Fe3++e-反應傳遞電子,屬單電子傳遞體。呼吸鏈：Cyta、a3、b、c、c1。

聚戊二烯28生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023

方法：采用膽酸、脫氧膽酸處理線粒體內(nèi)膜，經(jīng)硫酸銨分級分離，純化得到4種酶復合體。

復合體Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ：完全鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中，參與電子傳遞過程，同時驅動產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜的質子梯度。

復合體Ⅱ：鑲嵌在內(nèi)膜的內(nèi)側，只參與電子傳遞。（二）電子傳遞復合體：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ29生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023ⅣCytcoxNADH+H+NAD+1/2O2+2H+H2O胞液側基質側線粒體內(nèi)膜ⅠQH2Q

Ⅱ延胡索酸琥珀酸QH2Q

4H+4H+Ⅲ4H+4H+CytcoxCytcredCytcred4H+4H+電子傳遞鏈各復合體在線粒體內(nèi)膜中的位置30生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023人線粒體呼吸鏈酶復合體酶復合體酶名稱質量(kD)多肽鏈數(shù)功能輔基含結合位點復合體ⅠNADH-泛醌氧化還原酶85043FMN、Fe-SNADH(基質側)CoQ(脂質核心）復合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶1404FAD、Fe-S琥珀酸(基質側)CoQ(脂質核心)復合體Ⅲ泛醌-細胞色素c氧化還原酶25011血紅素bL、bH、c1、Fe-SCytc(膜間隙側)Qo(膜間隙側)Qi(基質側)復合體Ⅳ細胞色素c氧化酶16013血紅素a、a3、CuA、CuBCytc(膜間隙側)[注]細胞色素c：不參與酶復合體組成，作為可溶性蛋白在復合體Ⅲ和Ⅳ之間自由移動。31生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20231.復合體Ⅰ：

將NADH+H+中的兩個質子/電子傳遞給泛醌。又稱NADH-泛醌還原酶：組成：多個亞基，疏水性7個亞基，線粒體基因編碼作用：電子傳遞：H+泵的功能：每傳遞2個電子泵出4個H+。NADH→FMN→N1a

→（N3,N1b,N4）→N2→

QP-N→Q

（Fe2S2）（Fe4S4）（Fe2S2）（Fe4S4）（Fe4S4）32生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023復合體Ⅰ的功能

NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH233生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023又稱琥珀酸-泛醌還原酶琥珀酸脫氫酶（三羧酸循環(huán)）

組成：

4個亞基組成。輔基：FAD、Fe-S和血紅素b（b566）作用：

電子傳遞：琥珀酸→FAD→幾種Fe-S→CoQ

沒有H+泵的功能。2.復合體Ⅱ：

將質子/電子從琥珀酸傳遞到泛醌。

34生物氧化氧化磷酸化講座7/26/202335生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023泛醌-細胞色素C還原酶

又稱細胞色素bc1復合體組成結構：同二聚體，單體11個多肽；核心蛋白：細胞色素b(b562,b566)、細胞色素c1可移動的鐵硫蛋白作用：電子傳遞過程：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc質子泵功能：每傳遞2個電子，泵出4個H+。

3.復合體Ⅲ：將電子從泛醌傳遞給細胞色素c36生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023

復合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c137生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023泛醌-細胞色素C還原酶結構

38生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20234.

復合體Ⅳ：將電子從細胞色素c傳遞給氧

又稱細胞色素c氧化酶(cytochromeCoxidase)組成結構：13個亞基，線粒體編碼的SU1-SU3，復合體Ⅳ核心結構SU2含2個Cu，(CuA)雙核中心

SU1含血紅素a、a3，Cu，(a3-CuB)中心。作用：電子傳遞：

Cytc→CuA→Cyta→Cyta3–CuB→O2Cyta3–CuB活性雙核中心，將電子傳遞給O2。質子泵作用：每傳遞2個電子，泵出2個H+。39生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023細胞色素C氧化酶CuA中心

40生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023細胞色素氧化酶a3-CuB中心

41生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023復合體Ⅳ的電子傳遞過程42生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023Cytc氧化酶CuB-Cyta3中心使O2還原成水的過程。2H2O2H+43生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（三）呼吸鏈中各組分的排列順序

電子傳遞鏈各組分標準氧化還原電位（E0′）、由低到高排列，即電子從低電位組分向高電位組分傳遞。標準氧化還原電位拆開和重組特異抑制劑阻斷還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧

由以下實驗確定44生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023呼吸鏈中各種氧化還原對的標準氧化還原電位氧化還原對E0′

(V)氧化還原對E0′

(V)NAD+/NADN+H+－0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH2－0.219CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.219CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.81645生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023電子傳遞鏈中酶復合體電子傳遞示意圖46生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20231.NADH氧化呼吸鏈NADH→復合體Ⅰ→Q→復合體Ⅲ→Cytc→復合體Ⅳ→O22.琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸→復合體Ⅱ→Q→復合體Ⅲ→Cytc→復合體Ⅳ→O2氧化呼吸鏈可分為兩條途徑:47生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc1→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈

FADH2氧化呼吸鏈48生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023二、氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)：代謝物脫下的氫，經(jīng)呼吸鏈電子傳遞釋放能量，偶聯(lián)驅動ADP磷酸化生成ATP的過程，又稱為偶聯(lián)磷酸化。底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)：底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。ATP生成方式：49生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023根據(jù)：P/O比值：自由能變化:⊿Go'=-nF⊿Eo'（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化呼吸鏈中偶聯(lián)生成ATP的部位。50生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023線粒體離體實驗測得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/O比值可能生成的ATP數(shù)β-羥丁酸NAD+→復合體Ⅰ→CoQ→復合體Ⅲ2.5

2.5→Cytc→復合體Ⅳ→O2琥珀酸復合體Ⅱ→CoQ→復合體Ⅲ1.51.5→Cytc→復合體Ⅳ→O2抗壞血酸Cytc→復合體Ⅳ→O20.881細胞色素c(Fe2+)復合體Ⅳ→O20.61-0.6811、根據(jù)P/O比值推測氧化磷酸化偶聯(lián)部位P/O比值：指氧化磷酸化過程中，每消耗1/2摩爾O2所生成ATP的摩爾數(shù)。（或一對電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數(shù)）。51生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20232.根據(jù)電子傳遞時自由能變化確定偶聯(lián)部位根據(jù)熱力學公式，pH7.0時標準自由能變化(△G0′)與還原電位變化(△E0′)之間有以下關系：△G0′=-nF△E0′n為傳遞電子數(shù)；F為法拉第常數(shù)(96.5kJ/mol·V)52生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023氧化還原對E0′

(V)氧化還原對E0′

(V)NAD+/NADN+H+－0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH2－0.219CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.219CytaFe3+/Fe2+0.29Q10/Q10H20.04(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.35CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.061/2O2/H2O0.816生成ATP所需ΔG0'≥

30.5kJ/molNAD+～CoQ:0.04

-（-0.32）=0.36V69.5

kJ/molCoQ～

Cytc:0.254-0.06=0.194V37.44kJ/molCytaa3～

O2:0.816-

0.29=0.526V101.52kJ/mol53生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位54生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（二）氧化磷酸化偶聯(lián)的機制

跨線粒體內(nèi)膜質子梯度偶聯(lián)ATP生成電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，驅動質子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質側泵到內(nèi)膜胞漿側，從而產(chǎn)生膜內(nèi)外質子電化學梯度儲存能量，當質子順濃度梯度回流時驅動ADP與Pi生成ATP。

1.呼吸鏈氧化驅動生成跨線粒體內(nèi)膜的質子梯度

1961年英國P.Mitchell提出，1978年諾貝爾化學獎化學滲透假說(chemiosmotichypothesis)55生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023線粒體基質線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學滲透假說簡單示意圖氧化磷酸化質子電化學梯度56生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側

基質側++++++++++---------電子傳遞過程驅動質子泵功能機制未清楚復合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)、Ⅳ(2H+)有質子泵功能

化學滲透示意圖57生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023ATP合酶的組成結構2.ATP合酶利用質子順梯度回流釋能合成ATP

F1：親水部分：內(nèi)膜基質側顆粒狀突起ATP合成酶催化亞基。

F0：疏水部分：鑲嵌線粒體內(nèi)膜中，內(nèi)膜質子通道。F1F0H+58生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023F0組成：ab2c9~12亞基作用：c：9-12個c亞基圍成環(huán)；a：5個α螺旋形成2個質子半通道。b：連接F0和F1。作用：α3β3間隔形成6聚體

αβ單元結合1個ATPF1組成：α3β3γδε亞基復合體、寡霉素敏感蛋白(OSCP)、IF1F1F0H+59生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023ATP合酶Fo中a亞基和c亞基結構示意

60生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023定子部分：F0

a、b2、F1α3β3、δ亞基組成b2亞基的作用：一端錨定α亞基，一端連接δα3β3。ATP合酶結構模式圖ATP合酶組成可旋轉的發(fā)動機樣結構61生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023轉子部分：

c環(huán)、γ、ε亞基組成。γ一端和ε亞基穿過α3β3中間軸，與1個β亞基疏松結合。γ另一端與嵌入內(nèi)膜的c亞基環(huán)緊密結合。H+c環(huán)旋轉，質子從內(nèi)膜胞漿側進入胞漿半通道，通過基質半通道釋放進入線粒體基質。

c環(huán)與γε亞基緊密相連，當c環(huán)旋轉時會帶動γ亞基旋轉，驅動ATP合成。γ62生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023H+順濃度遞度經(jīng)a亞基和c亞基回流，γ亞基發(fā)生旋轉，3個β亞基的構象發(fā)生改變，促進酶釋放ATPATP合酶的工作機制ATP合成的結合變構機制

(bindingchangemechanism)

γ亞基旋轉使β亞基構象改變導致ATP合成和釋放

63生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023開放型(O型):釋放ATP;疏松結合型(L型):結合ADP;緊密結合型(T型):

酶催化ADP和Pi生成ATPATP合酶的工作機制H+順濃度遞度回流：T型→O型:L型→T型：O型→L型：

ATP釋放ATP合成結合ADP64生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023三、ATP在能量生成、儲存、利用過程

起核心作用一般將?Go大于ATP（包括ATP），或?Go大于21kJ/mol的磷酸化合物稱為高能磷酸化合物。用符號~P表示高能磷酸鍵。（一）高能磷酸化合物

ATP磷酸基水解釋放出大量自由能。高能磷酸化合物:65生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023重要有機磷酸化合物水解時釋放的標準自由能化合物?GokJ/mol（kcal/mol）磷酸烯醇式丙酮酸-61.9(-14.8)氨基甲酰磷酸-51.4(-12.3)1,3-二磷酸甘油酸-49.3(-11.8)磷酸肌酸-43.1(-10.3)乙酰CoA-31.5（-7.5）ATP→ADP+Pi-30.5(-7.3)ADP→AMP+Pi-27.6(-6.6)焦磷酸-27.6(-6.6)1-磷酸葡萄糖-20.9(-5.0)6-磷酸果糖-15.9(-3.8)AMP-14.2(-3.4)6-磷酸葡萄糖-13.8(-3.3)3-磷酸甘油醛-9.2(-2.2)66生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（二）ATP是最重要的高能磷酸化合物體內(nèi)許多代謝物的“活化”反應（吸能）大多直接或間接地與ATP酸酐鍵的水解放能反應相偶聯(lián)，使“活化”反應能順利進行。OCH2HOHOHOHHOHHOHHH葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶(hexokinase)OHOHOHHOHHOHHOCH2H6-磷酸葡萄糖PP67生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023ATPADP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(物質主動轉運)化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)人體內(nèi)ATP的來源和去路

（三）ATP是生物能轉換、儲存和利用的核心

68生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023磷酸肌酸作為肌和腦中能量的一種儲存形式69生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023ATP+AMP2ADP腺苷激酶ATP+UDP→ADP+UTP

ATP+CDP→ADP+CTP

ATP+GDP→ADP+GTP核苷二磷酸激酶催化UTP、CTP、GTP生成70生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023四、線粒體內(nèi)膜選擇性地轉運代謝物線粒體基質與胞漿之間有線粒體內(nèi)、外膜相隔，外膜對物質通透的選擇性不強，內(nèi)膜依賴各種跨膜轉運蛋白

(transporter)對各種物質的轉運。71生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023線粒體內(nèi)膜中的一些轉運蛋白對代謝物轉運72生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（一）胞質中NADH通過兩個穿梭機制進入線粒體轉運機制主要有兩條:α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)73生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20231.

α-磷酸甘油穿梭主要存在于骨骼肌和腦中NADH+H+經(jīng)α-磷酸甘油穿梭轉變?yōu)镕ADH2，進入氧化呼吸鏈生成1.5個ATP。74生物氧化氧化磷酸化講座7/26/20232.

蘋果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于心肌和肝中NADH+H+經(jīng)蘋果酸-天冬氨酸穿梭仍為NADH+H+

，進入氧化呼吸鏈生成2.5個ATP。75生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（二）ATP-ADP轉位酶促進ADP進入和

ATP移出的偶聯(lián)ATP-ADP轉位酶（ATP-ADPtranslocase）又稱腺苷酸移位酶（adeninenucleotidetranslocase）

76生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023第三節(jié)呼吸鏈功能調(diào)節(jié)及線粒體功能失調(diào)FunctionalRegulationofRespiratoryChainandMitochondrialDysfunction77生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023

1.ATP/

ADP比值在能量代謝起重要調(diào)節(jié)作用：營養(yǎng)物質的代謝；營養(yǎng)物→乙酰CoA→NADH+H+呼吸鏈的電子傳遞；NADH+H+→O2ATP的生成；

2.呼吸鏈電子傳遞和ATP生成的偶聯(lián)關系是相互依賴的。一、ATP/ADP相互轉換是調(diào)節(jié)氧化磷酸化速率的主要因素78生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023呼吸鏈抑制劑：阻斷呼吸鏈的電子傳遞

如：魚藤酮（rotenone）

解偶聯(lián)劑：破壞電子傳遞建立的跨膜質子電化學梯度

如：解偶聯(lián)蛋白（uncouplingprotein,UCP）

ATP合酶抑制劑：同時抑制電子傳遞和ATP的生成

如：寡霉素（oligomycin）

二、氧化磷酸化抑制劑79生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（一）呼吸鏈抑制劑：阻斷呼吸鏈的電子傳遞過程復合體Ⅰ抑制劑：魚藤酮、粉蝶霉素A及異戊巴比妥等，阻斷傳遞電子到泛醌。復合體Ⅱ的抑制劑：萎銹靈(carboxin)。復合體Ⅲ抑制劑：抗霉素，阻斷Cytb的H+傳遞電子到泛醌(QN)

；復合體Ⅳ抑制劑：CN－、N3－與氧化型Cyta3結合，阻斷電子由Cyta到CuB-Cyta3間傳遞。CO與還原型Cyta3結合，阻斷電子傳遞給O2。80生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥

×抗霉素A二巰基丙醇

×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點81生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（二）解偶聯(lián)劑：破壞跨膜質子電化學梯度解偶聯(lián)劑(uncoupler)：可使氧化與磷酸化的偶聯(lián)相互分離?；咀饔脵C制：破壞電子傳遞過程建立的跨內(nèi)膜的質子電化學梯度，使電化學梯度儲存的能量以熱能形式釋放，ATP的生成受到抑制。如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)

解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein，UCP1)82生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側基質側解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP83生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023

（三）ATP合酶抑制劑：抑制ATP生成和電子傳遞抑制作用：對電子傳遞及ADP磷酸化均抑制。

例如：寡霉素(oligomycin)可結合F0單位，二環(huán)己基碳二亞胺（DCCP）共價結合F0的c亞基谷氨酸殘基，阻斷質子從F0質子半通道回流，抑制ATP合酶活性。線粒體內(nèi)膜兩側質子電化學梯度增高影響呼吸鏈質子泵的功能，繼而抑制電子傳遞。

84生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023寡霉素(oligomycin)阻止質子從F0質子通道回流，抑制ATP生成。寡霉素ATP合酶結構模式圖ATP合酶抑制劑85生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023各種抑制劑對電子傳遞鏈的影響86生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023三、甲狀腺素

刺激機體耗氧量和產(chǎn)熱同時增加。

甲狀腺激素誘導Na+，K+–ATP酶合成和解偶聯(lián)蛋白合成增加。Na+,K+–ATP酶↑→ATP分解↑→ADP↑→氧化↑解偶聯(lián)蛋白基因表達↑→解偶聯(lián)蛋白↑→磷酸化↓甲狀腺素功能亢進：氧化增強：代謝率增強，耗氧量增多，多食，消瘦磷酸化減弱：產(chǎn)生ATP減少，產(chǎn)熱增多，出汗增多87生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023四、DNA突變影響氧化磷酸化并導致多種疾?。ㄒ唬┚€粒體功能蛋白質由核基因組/線粒體基因組編碼線粒體DNA（mitochondrialDNA，mtDNA）：約17kb，編碼13種呼吸鏈復合體亞單位、22種tRNA和2種rRNA。88生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（二）線粒體基因突變可導致線粒體病線粒體?。╩itochondrialdiseases）：線粒體DNA缺陷導致氧化磷酸化功能損傷和能量代謝障礙，引起細胞結構、功能的病理改變。89生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（三）核基因突變也能造成線粒體功能障礙

核基因編碼900多種線粒體酶和蛋白質。在胞質合成后轉運到線粒體內(nèi)。呼吸鏈復合體蛋白；聚合酶、裝配因子、轉運蛋白、代謝酶等,線粒體疾病的致病核基因突變約40種。90生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023第四節(jié)

細胞抗氧化體系和非線粒體氧化-還原反應體系

CellularAntioxidativeSystemandNon-MitochondrialRedoxReactionSystem

91生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023O2e-O·-2e-+2H+H2O2e-+H+·OHH2Oe-+H+H2O反應活性氧類超氧陰離子羥自由基過氧化氫反應活性氧類(reactiveoxygenspecies，ROS)：

主要指O2的單電子還原產(chǎn)物，具有強氧化劑作用。主要包括：超氧陰離子（O2-·）過氧化氫（H2O2）羥自由基（·OH）一、抗氧化體系具有清除反應活性氧功能92生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023ROS的作用：強的氧化性：化學性質活躍；正常生理作用：對多種細胞具有調(diào)控作用；

H2O2的生理作用：殺菌作用甲狀腺細胞2I-氧化為I2，促進甲狀腺激素生成誘發(fā)氧化應激作用：引起蛋白質/酶、脂質、DNA等分子的損傷；破壞細胞正常結構和功能；引起細胞功能失調(diào)，引起疾病。93生物氧化氧化磷酸化講座7/26/2023（一）ROS的主要來源線粒體是ROS產(chǎn)生的主要部位。線粒體內(nèi)產(chǎn)生：（1）呼吸鏈電子與O2結合生成超氧陰離子O-2·

，是體內(nèi)O-2·的主要來源；O-2·在線粒體中再生成H2O2和·

OH

。（2）O2-·主要在呼吸鏈酶復合體Ⅰ（20％）和復合體Ⅲ（80％）中生成。（3）線粒體膜間隙的氧還蛋白p66，外膜中的Cytb5還原酶、單胺氧化酶、二氫乳清酸脫氫酶等也可產(chǎn)生ROS。94生物氧化氧化磷酸