1、第四章，電子傳遞系統(tǒng)和氧化磷酸化，重點介紹線粒體電子傳遞系統(tǒng)的組成、電子傳遞機(jī)制和氧化磷酸化機(jī)制。一般介紹非線粒體氧化系統(tǒng)。思維、內(nèi)容第1節(jié)生物氧化的特征和模式第2節(jié)線粒體電子轉(zhuǎn)運系統(tǒng)第3節(jié)氧化磷酸化第4節(jié)其他氧化系統(tǒng)(自學(xué))，第1節(jié)生物氧化的特征和模式第1節(jié)。生物氧化的特性第2節(jié)。生物氧化過程中CO2的形成第3節(jié)。生物氧化過程中H2O的形成第4節(jié)。有機(jī)物體內(nèi)氧化和能量釋放的三個階段。細(xì)胞內(nèi)糖、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生CO2和H2O并釋放能量的過程稱為生物氧化，其實質(zhì)是有氧細(xì)胞在呼吸代謝過程中進(jìn)行的一系列氧化還原反應(yīng)。生物氧化的特點，生物氧化在活細(xì)胞中進(jìn)行，酸堿度中性，反應(yīng)條件溫和，一

2、系列酶和電子轉(zhuǎn)運體參與氧化過程，逐漸氧化，逐漸釋放能量，轉(zhuǎn)化為三磷酸腺苷。對于真核細(xì)胞，生物氧化主要在線粒體中進(jìn)行。在沒有線粒體的原核細(xì)胞中，生物氧化發(fā)生在細(xì)胞膜上。、CO2是通過將糖、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為含羧基的中間化合物，然后在酶的催化下脫羧生成CO2而產(chǎn)生的。類型：-脫羧，-脫羧，氧化脫羧和簡單脫羧，產(chǎn)生H2O，由脫氫酶催化的代謝產(chǎn)物解吸的氫被相應(yīng)的氫載體(NAD，NADP，F(xiàn)AD，F(xiàn)MN等)接收。)，然后通過一系列氫或電子供體轉(zhuǎn)移到氧中生成H2O。例如：12 O2，NAD，電子轉(zhuǎn)移鏈，H2O，2e，o=，2h，脂肪，葡萄糖，其他單糖，三羧酸循環(huán)，電子轉(zhuǎn)移(氧化)，蛋白質(zhì)，脂肪酸

3、，甘油，多糖，氨基酸，乙酰CoA，e-，磷酸化等大分子被降解成基本結(jié)構(gòu)單元，生物氧化有三個階段。1.食物中的有機(jī)大分子被消化并降解成小的有機(jī)分子，如淀粉葡萄糖2。有機(jī)小分子被細(xì)胞吸收。細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)一步降解為較小的有機(jī)分子(糖酵解)，如葡萄糖、丙酮酸、2ATP 3，有機(jī)小分子丙酮酸通過線粒體膜進(jìn)入線粒體基質(zhì)丙酮酸輔酶a乙酰輔酶A 2H CO2 4、乙酰輔酶A 2CO2 8H CoA 5，電子轉(zhuǎn)移和氧化磷酸化，能量轉(zhuǎn)化、細(xì)胞質(zhì)、線粒體、第2節(jié)線粒體電子轉(zhuǎn)移系統(tǒng)：1。線粒體結(jié)構(gòu)特征2。電子轉(zhuǎn)移呼吸鏈的概念。呼吸鏈的組成。兩條主要的呼吸鏈及其能量變化。電子轉(zhuǎn)移抑制劑、線粒體結(jié)構(gòu)、線粒體呼吸鏈和線粒體基質(zhì)

4、是呼吸底物被氧化的地方。在這里，由底物氧化產(chǎn)生的NADH和FADH2將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜載體，這些質(zhì)子和電子通過一系列氫載體和電子載體傳遞。這種由載體組成的電子轉(zhuǎn)移系統(tǒng)被稱為電子轉(zhuǎn)移鏈，因為它的功能與呼吸直接相關(guān)，也稱為呼吸鏈。氧化電子轉(zhuǎn)移鏈位于原核生物的質(zhì)膜和真核生物的線粒體內(nèi)膜上。呼吸鏈的組成1。黃素蛋白2。鐵硫蛋白)3。泛醌4。細(xì)胞色素)、NADH、輔酶q (COQ)、鐵硫O2、Cyt b、Cyt c、Cyt aa3、琥珀酸等。黃素蛋白(FAD)，黃素蛋白(FMN)，細(xì)胞色素，鐵硫蛋白(鐵硫蛋白)，NADH呼吸鏈，NADH鐵硫，F(xiàn)AD，鐵硫，琥珀酸等。復(fù)合體II，復(fù)合體IV，復(fù)合體I，

5、復(fù)合體III，NADH脫氫酶，細(xì)胞色素還原酶，細(xì)胞色素氧化酶，琥珀酸-輔酶Q還原酶，F(xiàn)ADH2呼吸鏈，NADH呼吸鏈電子轉(zhuǎn)移和CoQ，NAD，NADH，2Fe2，2Fe3，細(xì)胞色素b- c1- c -aa3，2H，F(xiàn)ADH2呼吸鏈電子轉(zhuǎn)移和水生成，2e，兩條呼吸鏈的比較：相同： 1。將氫轉(zhuǎn)化為氧生成水；2.氫氣和氧氣消耗，其他可重復(fù)使用；3.二氧化碳是兩條呼吸鏈的交匯點。差異： NADH呼吸鏈琥珀酸呼吸鏈更常見，二級引發(fā)劑NADH FADH2 ATP 2.5 1.5，呼吸鏈中電子轉(zhuǎn)移過程中自由能降低，F(xiàn)ADH2，2e-，NADH，細(xì)胞色素還原酶的部分結(jié)構(gòu)模型，細(xì)胞色素氧化酶的結(jié)構(gòu)示意圖，鐵硫蛋

6、白，Cyt b，在NADH呼吸鏈中電子轉(zhuǎn)移過程中自由能變化，總反應(yīng)為： NAdh 1/2O 2 NAdh 2O G=-NFE=-296 其特征是以NAD或NADP為輔酶，存在于線粒體和基質(zhì)中氫轉(zhuǎn)移機(jī)制：黃素蛋白，特征是以FAD或FMN為輔基，酶蛋白為生物膜組分蛋白，類：黃素蛋白(如NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶)、需氧脫氫酶(如L氨基酸氧化酶)加單加氧酶(如賴氨酸羥化酶)、鐵蛋白，特征是含有對酸不穩(wěn)定的鐵和硫原子，鐵和鐵通過蛋白分子中四個Cys殘基的SH與蛋白相連。 特點：苯醌具有聚異戊二烯側(cè)鏈，脂溶性，位于膜脂層，可在膜脂中自由移動。特征：血紅素是輔基，血紅素的主要成分是鐵卟啉。類根據(jù)吸收光譜

7、可分為甲、乙、丙，呼吸鏈中有五種(乙、丙、c1、甲、a3)。cyt b、cytc1和cytc是呼吸鏈中的電子轉(zhuǎn)運體，A和a3以復(fù)合物形式存在，稱為細(xì)胞色素氧化酶。它的分子中除了鐵還含有銅，銅可以將電子轉(zhuǎn)化為氧，所以它也被稱為末端氧化酶。CoQ結(jié)構(gòu)和氫轉(zhuǎn)移原理，CoQ 2H CoQH2，鐵蛋白結(jié)構(gòu)，細(xì)胞色素系統(tǒng)(cyt)，(1)cyt的性質(zhì)，細(xì)胞色素=酶蛋白血紅素，(2)cyt的分類，30多種，A類：A，a1，a2，a3，B類：B，b17 Nadh，fmn，CoQ，F(xiàn)e-s，cytc1，O2，cyt b，cytc，cytaa3，F(xiàn)e-s，fmn，F(xiàn)e-s，琥珀酸，配合物II，配合物IV呼吸鏈類比

8、圖，NAD FP Q b c aa3，第3節(jié)氧化磷酸化，氧化磷酸化和磷氧比的概念，氧化磷酸化的耦合機(jī)制，氧化磷酸化的解耦和抑制，線粒體外NADH的氧化磷酸化，葡萄糖完全氧化為三磷酸腺苷的概述，能量電荷，氧化磷酸化，生物氧化過程中代謝物釋放的自由能用于合成三磷酸腺苷(ADP PiATP)。這種將氧化能與三磷酸腺苷生產(chǎn)(磷酸化)相結(jié)合的過程被稱為氧化磷酸化。磷酸化類別：底物水平磷酸化電子轉(zhuǎn)移水平磷酸化，磷酸化，電子轉(zhuǎn)移水平磷酸化：在沿著氧化電子轉(zhuǎn)移鏈的電子轉(zhuǎn)移過程中，ADP磷酸化為三磷酸腺苷，或與氧化電子轉(zhuǎn)移鏈偶聯(lián)的三磷酸腺苷生成的磷酸化。底物水平上的磷酸化是指三磷酸腺苷的形成直接與代謝中間產(chǎn)物(

9、如PEP)上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移偶聯(lián)。糖酵解中的1，3-二磷酸甘油酸和磷酸烯醇丙酮酸。磷氧比和呼吸過程中無機(jī)磷酸消耗與原子氧消耗之比稱為磷氧比。在氧化磷酸化過程中，每轉(zhuǎn)移一對電子就消耗一個氧原子，每生成一個三磷酸腺苷分子就消耗一個分子，所以P/O值相當(dāng)于一對電子通過呼吸鏈轉(zhuǎn)移到原子氧時生成的三磷酸腺苷分子數(shù)。NADH，F(xiàn)ADH2，H2O，H2O，測得NADH呼吸鏈：P/O 2.5，測得fadh2呼吸鏈：P/O 1.5，2e-，2e-，第二，氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制，1。線粒體三磷酸腺苷合酶2。能量耦合假說1953年愛德華斯萊特化學(xué)耦合假說，1964年保羅博伊爾構(gòu)象耦合假說，1961年彼得米切爾化學(xué)滲透假

10、說，并于1978年獲得諾貝爾化學(xué)獎。氧還原回路3、質(zhì)子梯度形成4、三磷酸腺苷合成機(jī)制、線粒體三磷酸腺苷合酶、氧化磷酸化重建示意圖、電子轉(zhuǎn)移自由能驅(qū)動氫從線粒體基質(zhì)穿過內(nèi)膜到達(dá)膜間隙，從而形成氫穿過線粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯度，該梯度的電化學(xué)電位(H)驅(qū)動三磷酸腺苷合成。化學(xué)滲透假說，化學(xué)滲透假說示意圖，4h，4h，2h，4h，NADH，2h，3h，adppi，ATP，高質(zhì)子濃度，H2O，2e-，質(zhì)子流，線粒體內(nèi)膜，線粒體電子轉(zhuǎn)移和H放電的數(shù)量和途徑，H2O，2h，cytc，cytc，cytc，q，fmn，F(xiàn)eS，F(xiàn)eS，cytc1，cytbl，cytbh，cyta，F(xiàn)eS，cyta3，2e-，2e-

11、，NADH，O2 2h Boyer和Walker 英國科學(xué)家沃克通過x光衍射獲得了牛心臟線粒體三磷酸腺苷酶晶體的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，證明了這三個亞單位在三磷酸腺苷酶催化合成三磷酸腺苷的循環(huán)中確實有不同的構(gòu)象，從而有力地支持了博伊爾的假說。 博伊爾和沃克獲得了1997年的諾貝爾化學(xué)獎。為了解釋三磷酸腺苷酶的作用機(jī)制，美國科學(xué)家博伊爾提出了旋轉(zhuǎn)催化假說，認(rèn)為三磷酸腺苷合成酶亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象(L)有利于腺苷二磷酸和磷酸的結(jié)合，一種構(gòu)象(T)能使腺苷二磷酸和磷酸的結(jié)合合成三磷酸腺苷，第三種構(gòu)象(O)能使合成的三磷酸腺苷容易釋放。在三磷酸腺苷合成過程中，三個亞單位依次經(jīng)歷上述三種構(gòu)象的交替，

12、所需能量由跨膜氫提供.三磷酸腺苷合成酶結(jié)構(gòu)圖、定子、OSCP、F6、F1、H通道、FO、莖、DCCD結(jié)合蛋白、底物表面、外表面、三磷酸腺苷合成酶的機(jī)制、三磷酸腺苷、有利于腺苷二磷酸與磷酸結(jié)合的構(gòu)象、三磷酸腺苷的生成和釋放。旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為，質(zhì)子流通過Fo使亞基C低聚物與亞基一起旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)構(gòu)型/亞基間的不對稱相互作用導(dǎo)致催化位點性質(zhì)的改變。亞基的中心螺旋被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子，亞基A和亞基B與亞基結(jié)合形成定子，定子擠壓/異六聚體。動畫演示了線粒體外NADH的氧化磷酸化，甘油磷酸穿梭系統(tǒng)，蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)，3-甘油磷酸穿梭系統(tǒng)，(線粒體基質(zhì))，二羥基丙酮磷酸，3-甘油磷酸，二羥基丙酮磷酸，3-甘油

13、磷酸，fad，fadh2，NADH FMN CoQ BC1CAA3O2，NADH，NAD，線粒體內(nèi)膜，甘油-3-磷酸脫氫酶，蘋果酸-天冬氨酸穿梭途徑，2，4-二硝基苯酚(DNP)的解偶聯(lián)，H，H，線粒體內(nèi)膜，內(nèi)外，CCCP寡霉素、纈氨霉素和桿菌肽還有其他抑制機(jī)制。5.能量電荷，意思是：能量電荷由三磷酸腺苷、二磷酸腺苷和腺苷的相對量決定，其值在01之間，反映細(xì)胞的能量水平。能量電荷對代謝的調(diào)節(jié)可以通過三磷酸腺苷、腺苷二磷酸和腺苷的變構(gòu)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，這是代謝過程中某些酶分子的變構(gòu)效應(yīng)。(如ATCase)、能量電荷、相對速率、三磷酸腺苷利用途徑、三磷酸腺苷生成途徑，以及能量電荷對三磷酸腺苷生成途徑和三

14、磷酸腺苷利用途徑的相對速率的影響。能量電荷是細(xì)胞中高能磷酸鹽狀態(tài)的定量測量。葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的三磷酸腺苷、通過糖酵解和檸檬酸循環(huán)由葡萄糖分解產(chǎn)生的三磷酸腺苷或GTP分子的數(shù)量以及氧化磷酸化產(chǎn)生的三磷酸腺苷分子的數(shù)量構(gòu)成了葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的三磷酸腺苷的總數(shù)。根據(jù)測量，當(dāng)通過NADH-Q還原酶、細(xì)胞色素還原酶和細(xì)胞色素氧化酶將H從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)泵送到膜外的細(xì)胞液側(cè)時，由一對電子泵出的質(zhì)子數(shù)依次為4、4和2。三磷酸腺苷分子的合成是由三個氫通過三磷酸腺苷合成酶驅(qū)動的，多余的氫可以用來將三磷酸腺苷從基質(zhì)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外的胞質(zhì)溶膠。因此，當(dāng)一對電子從NADH轉(zhuǎn)移到02時，產(chǎn)生的三磷酸腺苷分子數(shù)是2.5。在細(xì)胞色素還原酶水平上進(jìn)入電子轉(zhuǎn)移鏈的電子，如細(xì)胞液中的琥珀酸或NADH，只產(chǎn)生1.5個三磷酸腺苷分子。這樣，當(dāng)一個葡萄糖分子被完全氧化成二氧化碳和水時，獲得的三磷酸腺苷分子的數(shù)量就少于傳統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)字(36或38個三磷酸腺苷)？6個三磷酸腺苷分子，變成30或32。由葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的三磷酸腺苷，總計：30三磷酸腺苷或32三磷酸腺苷、* * * * *，第四節(jié)其他氧化系統(tǒng)，通過線粒體細(xì)胞色素系統(tǒng)的氧化系統(tǒng)是所有動物、植物和微生物的主要氧化途徑，