1、生 物 氧 化 Biological Oxidation,第 八 章,營養(yǎng)物質在生物體內進行氧化分解，最終生成CO2 和 H2O，并釋放能量的過程。,* 生物氧化的概念,（第11章 生物轉化：非營養(yǎng)物質在體內的代謝轉變）,生物氧化與體外氧化,遵循氧化還原反應的一般規(guī)律。 耗氧量、最終產物、釋放能量均相同。,相同點,不同點,反應條件溫和（37、pH近中性、水溶液） 反應由酶催化 逐步放能（利于ATP的生成） CO2由有機酸脫羧生成。,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸鏈,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,生物氧化的一般過程,第一節(jié) 生成ATP的氧化體系The Oxidation System o

2、f ATP Producing,線粒體基質,內膜側,外膜,內膜,ATP合成部位,定義 線粒體內膜上多種酶和輔酶按一定順序排列組成的遞氫和遞電子的反應鏈，又稱電子傳遞鏈。 組成 遞氫體和電子傳遞體,一、呼吸鏈,遞氫體同時有傳遞電子的作用,（2H 2H+ + 2e）,（一）呼吸鏈的組成,人線粒體呼吸鏈復合體,泛醌和細胞色素C不包含在上述4種復合體中,呼吸鏈各復合體在線粒體內膜中的位置,琥珀酸,4H+,4H+,2H+,NADH+H+,以傳遞2個H原子為例,NADH FMN CoQ Cyt bCyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2,(Fe-S),FAD (Fe-S),琥珀酸,FADH2氧化呼吸

3、鏈,NADH氧化呼吸鏈,1 ATP,1 ATP,0.5 ATP,(Fe-S),(Cu),p181,1、復合體,復合體又稱NADH-泛醌還原酶。,復合體有質子泵功能,NAD+和NADP+的結構,NAD+：R為 H,NADP+：R為,尼克酰胺,N,+,O,C,H,2,O,P,O,O,H,O,O,H,O,O,P,O,H,O,H,N,N,N,N,N,H,2,O,C,H,2,O,O,H,CONH,2,R,NAD+（NADP+）的遞氫機制,（氧化型）,（還原型）, 黃素輔基,FMN：黃素單核苷酸 (Flavin Mononucleotide) FAD：黃素腺嘌呤二核苷酸 (Flavin Adenine D

4、inucleotide) FMN和FAD中異咯嗪環(huán)起遞氫體作用。 異咯嗪及核醇部分為Vit B2（核黃素）。, FMN （屬于復合體）,異咯嗪,核醇,FAD （屬于復合體）,FMN和FAD遞氫機制,（氧化型）,（還原型）, 鐵硫蛋白(Fe-S),又叫鐵硫中心或鐵硫簇 含有等量鐵原子和無機硫原子 Fe2+ Fe3+e 反應傳遞電子，單電子傳遞體。, 泛醌 (ubiquinone, UQ),即輔酶Q（CoQ），屬于脂溶性醌類化合物，帶有多個異戊二烯側鏈。 因其為脂溶性，游動性大，極易從線粒體內膜中分離出來，因此不包含在四種復合體中。 遞氫體,又稱NADH-泛醌還原酶。 有H+泵的功能 電子傳遞：N

5、ADHFMNFe-S CoQ,復合體,即琥珀酸脫氫酶，又稱琥珀酸-泛醌還原酶。 電子傳遞：琥珀酸FADFe-S CoQ 僅復合體沒有H+泵的功能。,2、復合體,3、復合體,復合體又叫泛醌-細胞色素C還原酶 電子傳遞：CoQH2Cyt b Cyt c1Cyt c, 分類：(根據(jù)吸收光譜), 呼吸鏈中的細胞色素： Cyt b, c1, c, a, a3, Cyt c：水溶性，易分離 不在復合體中,Cyt aa3: 不能分開,一類以鐵卟啉 為輔基的催化電子 傳遞的有色酶類。,鐵卟啉的基本結構,細胞色素類（Cytochrome, Cyt）,單電子傳遞體,復合體的電子傳遞通過“Q循環(huán)”實現(xiàn),復合體每傳遞

6、2個電子向內膜胞漿側釋放4個H+ 復合體也有質子泵作用,Cyt c是呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白，故不包含在復合體中。將獲得的電子傳遞到復合體。,復合體又稱細胞色素C氧化酶 電子傳遞：,4、復合體,Cyt a3CuB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+向膜間腔轉移。,復合體也有質子泵作用,由以下實驗確定 標準氧化還原電位 特異抑制劑阻斷 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧 拆開和重組,（二）呼吸鏈成分的排列順序,特異抑制劑阻斷,魚藤酮,抗霉素A,CN-、CO,1. NADH氧化呼吸鏈,2. 琥珀酸氧化呼吸鏈,NADH FMN CoQ Cyt bCyt c1 Cyt c Cyt a

7、a3 O2,(Fe-S),FAD (Fe-S),琥珀酸,FADH2氧化呼吸鏈,NADH氧化呼吸鏈,1 ATP,1 ATP,0.5 ATP,Cyt c氧化酶,(Fe-S),(Cu),第二節(jié) 氧化磷酸化,體內ATP生成的方式： 氧化-磷酸化 ：是指在呼吸鏈電子傳遞過程中，偶聯(lián)ADP磷酸化生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。,底物水平磷酸化：是底物分子內部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。（不經電子傳遞）,（不生成高能中間產物）,一、偶聯(lián)部位（ATP的形成部位）,1. P/O比值（確定部位）,概念：每消耗1mol氧原子，所消耗無機磷的mol數(shù)， 即生成ATP的摩爾數(shù)。,P/O,2)

8、實驗條件,O2,底物,線粒體,H3PO4,ADP,3）結果,2. 自由能變化( G0)：生成1摩爾ATP所需最低能量：30.5kJ G0nFE0,n為傳遞電子數(shù)；F為法拉第常數(shù)(96.5kJ/molV),NADH FMN CoQ Cyt bCyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2,(Fe-S),FAD (Fe-S),琥珀酸,1 ATP,1 ATP,0.5 ATP,(Fe-S),(Cu),化學滲透學說 1961年，Peter Mitchell提出：電子傳遞H+梯度驅動ATP合成,二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機制,化學偶聯(lián)學說 1953年，Edward Slater提出：基于底物水平磷酸化的機制，但

9、問題是呼吸鏈上并未生成高能中間產物,構象偶聯(lián)學說 1965年，Paul Boyer提出：蛋白質構象變化使ATP被合成,三種學說,化學滲透假說,Peter Mitchell,Nobel Prize,1978,8,氧化磷酸化,質子梯度 能量,e e,1/2O2,H+,H+,H+,H+,H+,Pi+ ADP,NAD,H +H+,H+,H+,H+,H+ H+,ATP,H+,H+,-質子泵機制,OSCP,寡霉素敏感蛋白（OSCP）,F1：親水部分 亞基催化ATP生成 與亞基結合才有活性,F0：疏水部分 質子通道,三、ATP合酶,基質,膜間隙,Paul D. Boyer,John E. Walker,fo

10、r their elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP),Nobel Prize in Chemistry, 1997,ATP合成的結合變構機制,ATP4-,ADP3-,H2PO4-,每分子ATP4-和ADP3-反向轉運時，向內膜外凈轉移1個負電荷 ，相當于多1個H+轉入線粒體基質。,（二）ATP-ADP轉運（P192）,四、ATP,高能磷酸鍵 水解時釋放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為 P。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸鍵的化合物

11、。,ATP是人體內能量的直接供體。,一些重要有機磷酸化合物水解釋放的標準自由能,ATP： UTP： CTP： GTP：,能量直接供體,糖原合成,磷脂合成,蛋白質合成,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作為肌肉和腦中高能鍵能量的一種儲存形式。,ATP,ADP,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),生物體內能量的儲存和利用都以ATP為中心。,ATP的生成、儲存和利用,ATP生成的化學滲透模式,NADH FMN CoQ Cyt bCyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2,(Fe-S),FAD (Fe-S),琥珀酸,FADH2氧化呼吸鏈,NADH

12、氧化呼吸鏈,1 ATP,1 ATP,0.5 ATP,Cyt c氧化酶,(Fe-S),(Cu),第三節(jié) 影響氧化磷酸化的因素,1. 呼吸鏈抑制劑 ： 阻斷呼吸鏈電子傳遞。(CN-、CO) 2. 解偶聯(lián)劑： 使電子傳遞與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。 如：解偶聯(lián)蛋白 、DNP 3. 氧化磷酸化抑制劑： 既阻斷電子傳遞，又解偶聯(lián) 如：寡霉素,一、抑制劑,魚藤酮 粉蝶霉素A 異戊巴比妥,抗霉素A 二巰基丙醇,CN-、 CO、 N3-及H2S,1、各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點,NADH FMN CoQ Cyt bCyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2,(Fe-S),FAD (Fe-S),琥珀酸,(Fe-S)

13、,Q,胞液側,基質側,解偶聯(lián) 蛋白,2、解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）,質子載體或質子通道，破壞H+梯度,DNP(二硝基苯酚),OSCP,寡霉素,膜兩側 電化學梯度升高,影響 質子泵功能,抑制 電子傳遞,可阻止質子從F0質子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,3、氧化磷酸化抑制劑,1. 呼吸鏈抑制劑 ： 阻斷呼吸鏈電子傳遞。 (CN-、CO抑制復合體) 2. 解偶聯(lián)劑： 使電子傳遞與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。 如：解偶聯(lián)蛋白 、DNP 3. 氧化磷酸化抑制劑： 既阻斷電子傳遞，又解偶聯(lián) 如：寡霉素,一、抑制劑,二、ADP的調節(jié)作用 是主要調節(jié)因素 ADP，氧化磷酸化 三、甲狀腺激素 Na+,K+ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達均增加 四、線粒體DNA突變 與線粒體DNA病及衰老有關,五、通過線粒體內膜的物質轉運,線粒體外膜通透性高，但線粒體內膜對物質的通過具有選擇性，主要依賴于中不同轉運蛋白對各種物質的轉運。,線粒體內膜的某些轉運蛋白對