生理化學(xué)：第06章生物氧化

1、目錄目錄 第7章 生物氧化生物氧化 Biological Oxidation 目錄目錄 營養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)氧化分解，最終生成營養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)氧化分解，最終生成 CO2 和和 H2O，并釋放能量的過程稱，并釋放能量的過程稱生物氧化生物氧化 (biological oxidation)。 糖糖 脂肪脂肪 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) CO2和和H2O O2 能量能量 ADP+Pi ATP 熱能熱能 n生物氧化的概念生物氧化的概念 目錄目錄 糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸鏈呼吸鏈 ADP+Pi ATP n 生物氧化的一般過程生

2、物氧化的一般過程 目錄目錄 第一節(jié)第一節(jié) 氧化呼吸鏈?zhǔn)怯删哂须娮觽鬟f功氧化呼吸鏈?zhǔn)怯删哂须娮觽鬟f功 能的復(fù)合體組成能的復(fù)合體組成 目錄目錄 n 線粒體的結(jié)構(gòu)線粒體的結(jié)構(gòu) 目錄目錄 指線粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列指線粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列具具 有電子傳遞功能的有電子傳遞功能的酶復(fù)合體酶復(fù)合體（酶和輔酶酶和輔酶），），可通可通 過一系列的氧化還原將代謝物脫下的電子（氫）過一系列的氧化還原將代謝物脫下的電子（氫） 最終傳遞給氧生成水。這一傳遞鏈稱為最終傳遞給氧生成水。這一傳遞鏈稱為氧化呼吸氧化呼吸 鏈鏈(respiratory chain)又稱又稱電子傳遞鏈電子傳遞鏈(electro

3、n transfer chain)。 n氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 目錄目錄 一、氧化呼吸鏈由一、氧化呼吸鏈由4 4種具有傳遞電子種具有傳遞電子 能力的復(fù)合體組成能力的復(fù)合體組成 目錄目錄 人線粒體呼吸鏈復(fù)合體人線粒體呼吸鏈復(fù)合體 復(fù)合體復(fù)合體酶名稱酶名稱質(zhì)量質(zhì)量 (kD) 多肽多肽 鏈數(shù)鏈數(shù) 功能輔基功能輔基含結(jié)合位點(diǎn)含結(jié)合位點(diǎn) 復(fù)合體復(fù)合體NADH-泛醌泛醌 還原酶還原酶 85039FMN，F(xiàn)e-SNADH（基質(zhì)側(cè)）（基質(zhì)側(cè)） CoQ（脂質(zhì)核心）（脂質(zhì)核心） 復(fù)合體復(fù)合體琥珀酸琥珀酸-泛醌泛醌 還原酶還原酶 1404FAD，F(xiàn)e-S琥珀酸（基質(zhì)側(cè)）琥珀酸（基質(zhì)側(cè)） CoQ（脂質(zhì)核心）（脂質(zhì)核心）

4、 復(fù)合體復(fù)合體泛醌泛醌-細(xì)胞色細(xì)胞色 素素C還原酶還原酶 25011血紅素血紅素bL, bH, c1, Fe-S Cyt c（膜間隙側(cè)）（膜間隙側(cè)） 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c131血紅素血紅素cCyt c1， Cyt a 復(fù)合體復(fù)合體細(xì)胞色素細(xì)胞色素C氧氧 化酶化酶 16213血紅素血紅素a，a3， CuA, CuB Cyt c（膜間隙側(cè)）（膜間隙側(cè)） 泛醌不包含在上述四種復(fù)合體中。泛醌不包含在上述四種復(fù)合體中。 目錄目錄 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱NADH-泛醌還原酶。泛醌還原酶。 復(fù)合體復(fù)合體電子傳遞：電子傳遞：NADHFMNFe-S Fe-S CoQ （以下介紹以下介紹） 每傳遞每傳遞2個(gè)電子可將個(gè)

5、電子可將4個(gè)個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到 胞漿側(cè)，復(fù)合體胞漿側(cè)，復(fù)合體有質(zhì)子泵功能。有質(zhì)子泵功能。 （一）復(fù)合體（一）復(fù)合體作用是將作用是將NADH+H+中的電子傳中的電子傳 遞給泛醌遞給泛醌(ubiquinone) 目錄目錄 NAD+和和NADP+ 屬遞氫體和遞電子體屬遞氫體和遞電子體 目錄目錄 FMN結(jié)構(gòu)中含結(jié)構(gòu)中含核黃素核黃素，發(fā)揮功能的部位是，發(fā)揮功能的部位是異異 咯嗪環(huán)咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是，氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN。 在可逆的氧化還原反應(yīng)中顯示在可逆的氧化還原反應(yīng)中顯示3種分子狀態(tài)，屬于種分子狀態(tài)，屬于遞遞 氫體（單、雙電子傳遞體）。氫體（單、

6、雙電子傳遞體）。 目錄目錄 鐵硫蛋白中輔基鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵含有等量鐵 原子和硫原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行原子和硫原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行Fe 2+ Fe3+e 反應(yīng)傳遞電子。反應(yīng)傳遞電子。屬于單電子傳遞體屬于單電子傳遞體。 目錄目錄 泛醌（輔酶泛醌（輔酶Q, CoQ, Q）由多個(gè)）由多個(gè)異戊二烯異戊二烯連接連接 形成較長的疏水側(cè)鏈（人形成較長的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時(shí)可），氧化還原反應(yīng)時(shí)可 生成中間產(chǎn)物生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌半醌型泛醌。內(nèi)膜中。內(nèi)膜中可移動(dòng)電子載體可移動(dòng)電子載體， 在各復(fù)合體間募集并穿梭傳遞還原當(dāng)量和電子。在在各復(fù)合體間募集

7、并穿梭傳遞還原當(dāng)量和電子。在電電 子傳遞和質(zhì)子移動(dòng)子傳遞和質(zhì)子移動(dòng)的偶聯(lián)中起著核心作用（的偶聯(lián)中起著核心作用（遞氫遞氫）。）。 目錄目錄 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱NADH-泛醌還原酶。泛醌還原酶。 復(fù)合體復(fù)合體電子傳遞：電子傳遞：NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQ 每傳遞每傳遞2個(gè)電子可將個(gè)電子可將4個(gè)個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到 胞漿側(cè)，胞漿側(cè)，復(fù)合體復(fù)合體有質(zhì)子泵功能有質(zhì)子泵功能。 復(fù)合體復(fù)合體作用是將作用是將NADH+H+中的電子傳遞給中的電子傳遞給 泛醌泛醌(ubiquinone) 目錄目錄 復(fù)合體復(fù)合體是三羧酸循環(huán)中的是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶，又稱

8、，又稱 琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶。 電子傳遞：電子傳遞：琥珀酸琥珀酸FAD幾種幾種Fe-S CoQ 復(fù)合體復(fù)合體沒有沒有H+泵的功能泵的功能。 （二）復(fù)合體（二）復(fù)合體功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。 目錄目錄 （三）復(fù)合體（三）復(fù)合體功能是將電子從還原型泛醌傳遞給功能是將電子從還原型泛醌傳遞給 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c。 復(fù)合體復(fù)合體又叫又叫泛醌泛醌-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶還原酶，細(xì)胞色，細(xì)胞色 素素b-c1復(fù)合體，含有復(fù)合體，含有細(xì)胞色素細(xì)胞色素b(b562, b566)、 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c1和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白(Ries

9、ke protein)。 電子傳遞過程：電子傳遞過程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cytc1Cytc 泛醌從復(fù)合體泛醌從復(fù)合體、募集還原當(dāng)量和電子并穿募集還原當(dāng)量和電子并穿 梭傳遞到復(fù)合體梭傳遞到復(fù)合體。 目錄目錄 細(xì)胞色素細(xì)胞色素(cytochrome, Cyt) 細(xì)胞色素是一類以細(xì)胞色素是一類以血紅素（鐵卟啉）為輔基血紅素（鐵卟啉）為輔基的的 催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分 類。類。 存在于線粒體內(nèi)膜的存在于線粒體內(nèi)膜的Cyt有：有：Cytaa3，Cytb （bH，bL），），Cytc，Cytc1 目錄目錄 目

10、錄目錄 復(fù)合體復(fù)合體功能功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì) 胞色素胞色素c c。 復(fù)合體復(fù)合體又叫又叫泛醌泛醌-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶還原酶，細(xì)胞，細(xì)胞 色素色素b-c1復(fù)合體，含有復(fù)合體，含有細(xì)胞色素細(xì)胞色素b(b562, b566)、 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c1和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白(Rieske protein)。 電子傳遞過程：電子傳遞過程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cytc1Cytc 泛醌泛醌從復(fù)合體從復(fù)合體、募集還原當(dāng)量和電子并募集還原當(dāng)量和電子并 穿梭傳遞到復(fù)合體穿梭傳遞到復(fù)合體，復(fù)合體復(fù)合體也有質(zhì)子泵也有質(zhì)子泵

11、 作用。作用。 目錄目錄 Cyt c是是呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白，不，不 包含在復(fù)合體中。將獲得的電子傳遞到包含在復(fù)合體中。將獲得的電子傳遞到 復(fù)合體復(fù)合體。 目錄目錄 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱細(xì)胞色素細(xì)胞色素C氧化酶氧化酶(cytochrome c oxidase)。 電子傳遞：電子傳遞：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO2 Cyt a3CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給形成活性雙核中心，將電子傳遞給 O2。 每每2個(gè)電子傳遞過程使個(gè)電子傳遞過程使2個(gè)個(gè)H+跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn) 移移 （質(zhì)子泵作用質(zhì)子泵作用）。）。 （四）復(fù)合體（四）復(fù)合體將電子

12、從細(xì)胞色素將電子從細(xì)胞色素C傳遞給氧傳遞給氧 目錄目錄 酶復(fù)合體 輔基主要功能 復(fù)合體 (NADH-泛醌氧化還原酶) FMN、Fe- S 把NADH+H+中2個(gè)電子傳遞到Q/QH2 池，并由基質(zhì)向膜間隙泵出4個(gè) 質(zhì)子 復(fù)合體 (琥珀酸-泛醌氧化還原 酶) FAD、Fe- S 把琥珀酸中2個(gè)電子、2個(gè)質(zhì)子傳 遞到Q/QH2池 復(fù)合體 (泛醌-細(xì)胞色素氧化還 原酶) 血紅素bH b L c， Fe-S 通過Q循環(huán)把Q/QH2池中2個(gè)電子 傳遞到細(xì)胞色素C，并把4個(gè)質(zhì)子 由基質(zhì)泵出到膜間隙 細(xì)胞色素C*血紅素C傳遞復(fù)合體中2個(gè)電子到復(fù)合 體 復(fù)合體 (細(xì)胞色素C氧化酶) 血紅素a、 a3，CuA2+

13、、 CuB2+ 把4個(gè)細(xì)胞色素C傳來的4個(gè)電子 轉(zhuǎn)交給O2，在攝取基質(zhì)中4個(gè)質(zhì) 子與O2生成2分子水的同時(shí)，把 基質(zhì)中另外4個(gè)質(zhì)子泵出到膜間 隙 目錄目錄 1、NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 NADH 復(fù)合體復(fù)合體CoQ 復(fù)合體復(fù)合體Cyt c 復(fù)合體復(fù)合體O2 2 2、琥珀酸氧化呼吸鏈、琥珀酸氧化呼吸鏈 琥珀酸琥珀酸 復(fù)合體復(fù)合體 CoQ 復(fù)合體復(fù)合體Cyt c 復(fù)合體復(fù)合體O2 二、二、NADH和和FADH2是氧化呼吸鏈的電子是氧化呼吸鏈的電子 供體供體 根據(jù)電子供體及其傳遞過程，目前認(rèn)為，氧化根據(jù)電子供體及其傳遞過程，目前認(rèn)為，氧化 呼吸鏈有兩條途徑：呼吸鏈有兩條途徑： 目錄目錄 標(biāo)準(zhǔn)氧化

14、還原電位標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 拆開和重組拆開和重組 特異抑制劑阻斷特異抑制劑阻斷 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢 給氧給氧 氧化呼吸鏈各組分的順序排列是由以下實(shí)氧化呼吸鏈各組分的順序排列是由以下實(shí) 驗(yàn)確定的驗(yàn)確定的 目錄目錄 線粒體內(nèi)重要代謝物氧化的途徑線粒體內(nèi)重要代謝物氧化的途徑 NADH FMN （Fe-S） c1 caa3O2 FAD （Fe-S） 琥珀酸 -磷酸甘油 CoQCyt b 蘋果酸 -羥脂酰CoA -羥丁酸 異檸檬酸 谷氨酸 FAD 硫辛酸 丙酮酸 -酮戊二酸 FAD 脂酰CoA 目錄目錄 第二節(jié)第二節(jié) 氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與 ADP磷酸化

15、偶聯(lián)生成磷酸化偶聯(lián)生成ATP 目錄目錄 底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分子的高能鍵，使與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分子的高能鍵，使 ADP(GDP)磷酸化生成磷酸化生成ATP(GTP)的過程。不經(jīng)的過程。不經(jīng) 電子傳遞。電子傳遞。 氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼是指在呼 吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATP， 又稱為又稱為偶聯(lián)磷酸化偶聯(lián)磷酸化。 nATP生成方式生成方式 目錄目錄 根據(jù)根據(jù)P/O比值比值 自由能變

16、化自由能變化: G=-nFE 氧化磷酸化偶聯(lián)部位：氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體復(fù)合體、 一、氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體一、氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體、 、內(nèi)內(nèi) 目錄目錄 1、P/O 比值比值 指氧化磷酸化過程中，每消耗指氧化磷酸化過程中，每消耗 1/2摩爾摩爾O2所生成所生成ATP的摩爾數(shù)（或的摩爾數(shù)（或 一對(duì)電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧一對(duì)電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧 所生成所生成ATP分子數(shù)）。分子數(shù)）。 2 2、自由能變化、自由能變化 根據(jù)熱力學(xué)公式，根據(jù)熱力學(xué)公式，pH7.0時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自 由能變化由能變化(G0)與還原電位變化與還原電位變化(E0) 之間有以下關(guān)系：之間有以下關(guān)系： n為

17、傳遞電子數(shù)；為傳遞電子數(shù)；F為法拉第常數(shù)為法拉第常數(shù)(96.5kJ/molV) G0 = -nFE0 目錄目錄 ATP ATP ATP 氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位 NADH FMN (Fe-S) 琥珀酸琥珀酸 FAD (Fe-S) CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2 目錄目錄 1、化學(xué)滲透假說、化學(xué)滲透假說(chemiosmotic hypothesis) 電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H+)從線從線 粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜 內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)

18、存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃 度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與與Pi生成生成ATP。 二、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線粒二、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線粒 體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度 目錄目錄 氧化磷酸化依賴于完整封閉的線粒體內(nèi)膜；氧化磷酸化依賴于完整封閉的線粒體內(nèi)膜； 線粒體內(nèi)膜對(duì)線粒體內(nèi)膜對(duì)H+、OH 、 、K 、 、Cl 離子是不通 離子是不通 透的；透的； 電子傳遞鏈可驅(qū)動(dòng)質(zhì)子移出線粒體，形成可測定電子傳遞鏈可驅(qū)動(dòng)質(zhì)子移出線粒體，形成可測定 的跨內(nèi)膜的跨內(nèi)膜電化學(xué)梯度電化學(xué)梯度； 增加線粒體內(nèi)膜外側(cè)酸性可導(dǎo)致增加線粒體內(nèi)膜外側(cè)酸性可導(dǎo)致ATP合成，而線合成，而線 粒體內(nèi)膜加入使質(zhì)子

19、通過物質(zhì)可減少內(nèi)膜質(zhì)子梯粒體內(nèi)膜加入使質(zhì)子通過物質(zhì)可減少內(nèi)膜質(zhì)子梯 度，結(jié)果電子雖可以傳遞，但度，結(jié)果電子雖可以傳遞，但ATP生成減少。生成減少。 n化學(xué)滲透假說已經(jīng)得到廣泛的實(shí)驗(yàn)支持。化學(xué)滲透假說已經(jīng)得到廣泛的實(shí)驗(yàn)支持。 目錄目錄 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 目錄目錄 F1：親水部分：親水部分 （動(dòng)物：（動(dòng)物：33亞亞 基復(fù)合體，基復(fù)合體，OSCP、IF

20、1 亞 基），線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)），線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè) 顆粒狀突起，顆粒狀突起，催化催化ATP合成合成。 Fo：疏水部分：疏水部分（ab2c912亞基，動(dòng)亞基，動(dòng) 物還有其他輔助亞基），鑲物還有其他輔助亞基），鑲 嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成跨跨 內(nèi)膜質(zhì)子通道內(nèi)膜質(zhì)子通道 。 nATP合酶結(jié)構(gòu)組成合酶結(jié)構(gòu)組成 三、質(zhì)子順濃度梯度回流釋放能量用于三、質(zhì)子順濃度梯度回流釋放能量用于 合成合成 ATP 目錄目錄 nATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)樣結(jié)構(gòu)合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)樣結(jié)構(gòu) 目錄目錄 質(zhì)子順梯度回流如何質(zhì)子順梯度回流如何驅(qū)使轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)動(dòng)？（驅(qū)使轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)動(dòng)？（猜想猜想） 膜間隙高質(zhì)

21、子濃度胞液膜間隙高質(zhì)子濃度胞液 半通道質(zhì)子化（中性）半通道質(zhì)子化（中性） 基質(zhì)的強(qiáng)大負(fù)電性基質(zhì)基質(zhì)的強(qiáng)大負(fù)電性基質(zhì) 側(cè)半通道去質(zhì)子化（負(fù)電）側(cè)半通道去質(zhì)子化（負(fù)電） C環(huán)再逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一環(huán)再逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一 個(gè)個(gè)C亞基的位置亞基的位置 反復(fù)進(jìn)行反復(fù)進(jìn)行 質(zhì)子不斷質(zhì)子不斷 從膜間隙進(jìn)入基質(zhì)從膜間隙進(jìn)入基質(zhì) 導(dǎo)致頭部的導(dǎo)致頭部的亞基變構(gòu)，不斷亞基變構(gòu)，不斷 合成合成ATP。 經(jīng)經(jīng)亞基帶動(dòng)亞基帶動(dòng)亞基在頭部亞基在頭部 中央孔隙中不斷逆時(shí)針轉(zhuǎn)中央孔隙中不斷逆時(shí)針轉(zhuǎn) 動(dòng)，動(dòng)，(ATP/120度度/3H+) 目錄目錄 當(dāng)當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)順濃度遞度經(jīng)F0中中a亞基和亞基和c亞基之間回流時(shí)，亞基之間回流時(shí)， 亞基

22、發(fā)生旋轉(zhuǎn)亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個(gè)個(gè)亞基的構(gòu)象發(fā)生改變亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。 nATP合成的結(jié)合變構(gòu)機(jī)制合成的結(jié)合變構(gòu)機(jī)制(binding change mechanism) 目錄目錄 近來的研究證明（小結(jié)）近來的研究證明（小結(jié)） 1 ATP 4 質(zhì)子質(zhì)子 (H+H+) 泵出泵出 生成生成 NADH 102.5 H2O 電子傳遞鏈 2 e ATPH+ 3個(gè)偶聯(lián)部位個(gè)偶聯(lián)部位 H2O 61.5 2 e ATPH+ FADH2 2個(gè)偶聯(lián)部位個(gè)偶聯(lián)部位 目錄目錄 目錄目錄 n高能磷酸鍵高能磷酸鍵 水解時(shí)釋放的能量大于水解時(shí)釋放的能量大于25kJ/mol的磷酸酯鍵，常表的磷酸酯鍵，常表 示為示為 P。 n高能磷

23、酸化合物高能磷酸化合物 含有高能磷酸鍵的化合物含有高能磷酸鍵的化合物 四、四、ATP在能量代謝中起核心作用在能量代謝中起核心作用 目錄目錄 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用 ATP + UDP ADP + UTP ATP + CDP ADP + CTP ATP + GDP ADP + GTP 腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMP 目錄目錄 n肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用 磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。 目錄目錄 ATP的生成和利用的生成和利用 ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸 肌酸肌酸

24、氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 機(jī)械能機(jī)械能( (肌肉收縮肌肉收縮) ) 滲透能滲透能( (物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)) ) 化學(xué)能化學(xué)能( (合成代謝合成代謝) ) 電能電能( (生物電生物電) ) 熱能熱能( (維持體溫維持體溫) ) 生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和 利用都以利用都以ATP為中心。為中心。 目錄目錄 第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化的影響因素氧化磷酸化的影響因素 目錄目錄 一、體內(nèi)能量狀態(tài)可調(diào)節(jié)氧化磷酸化速率一、體內(nèi)能量狀態(tài)可調(diào)節(jié)氧化磷酸化速率 氧化磷酸化是機(jī)體合成能量載體氧化磷酸化是機(jī)體合成能量載體ATPATP的最主要的最主要 的途徑，因此機(jī)體根據(jù)能量

25、需求調(diào)節(jié)氧化磷的途徑，因此機(jī)體根據(jù)能量需求調(diào)節(jié)氧化磷 酸化速率，從而調(diào)節(jié)酸化速率，從而調(diào)節(jié)ATPATP的生成量。的生成量。 目錄目錄 （一）呼吸鏈抑制劑阻斷電子傳遞過程（一）呼吸鏈抑制劑阻斷電子傳遞過程 復(fù)合體復(fù)合體抑制劑：魚藤酮抑制劑：魚藤酮(rotenone)、粉蝶霉、粉蝶霉 素素A(piericidin A)及異戊巴比妥及異戊巴比妥(amobarbital) 等等阻斷傳遞電子到泛醌阻斷傳遞電子到泛醌 。 復(fù)合體復(fù)合體的抑制劑：萎銹靈的抑制劑：萎銹靈(carboxin)。 二、抑制劑可阻斷氧化磷酸化過程二、抑制劑可阻斷氧化磷酸化過程 目錄目錄 復(fù)合體復(fù)合體抑制劑：抗霉素抑制劑：抗霉素A(a

26、ntimycin A)阻斷阻斷Cyt bH傳遞電子到泛醌傳遞電子到泛醌(QN) ；粘噻唑菌醇則作用；粘噻唑菌醇則作用QP 位點(diǎn)位點(diǎn)。 復(fù)合體復(fù)合體 抑制劑：抑制劑：CN 、 、N3 緊密結(jié)合中氧化型 緊密結(jié)合中氧化型 Cyt a3，阻斷電子由，阻斷電子由Cyt a到到CuB- Cyt a3間傳遞。間傳遞。 CO與還原型與還原型Cyt a3結(jié)合，結(jié)合，阻斷電子傳遞給阻斷電子傳遞給O2。 目錄目錄 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑(uncoupler)可使氧化與磷酸化的偶可使氧化與磷酸化的偶 聯(lián)相互分離，基本作用機(jī)制是聯(lián)相互分離，基本作用機(jī)制是破壞破壞電子傳遞過程建電子傳遞過程建 立的跨內(nèi)膜的立的跨內(nèi)膜的質(zhì)子電化

27、學(xué)梯度質(zhì)子電化學(xué)梯度，使電化學(xué)梯度儲(chǔ)存，使電化學(xué)梯度儲(chǔ)存 的的能量以熱能形式釋放能量以熱能形式釋放，ATP的生成受到抑制。的生成受到抑制。 如 ： 二 硝 基 苯 酚如 ： 二 硝 基 苯 酚 (dinitrophenol, DNP) ；解；解 偶聯(lián)蛋白偶聯(lián)蛋白(uncoupling protein，UCP1)。 （二）解偶聯(lián)劑阻斷（二）解偶聯(lián)劑阻斷ADPADP的磷酸化過程的磷酸化過程 目錄目錄 這類抑制劑對(duì)電子傳遞及這類抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制磷酸化均有抑制 作用。例如作用。例如寡霉素寡霉素(oligomycin)可結(jié)合可結(jié)合F0單位單位，二，二 環(huán)己基碳二亞胺環(huán)己基碳二亞胺(

28、dicyclohexyl carbodiimide, DCCP) 共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合F0的的c亞基谷氨酸殘基，亞基谷氨酸殘基，阻斷質(zhì)子從阻斷質(zhì)子從F0質(zhì)質(zhì) 子半通道回流子半通道回流，抑制，抑制ATP合酶活性。由于線粒體內(nèi)合酶活性。由于線粒體內(nèi) 膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功 能，繼而抑制電子傳遞。能，繼而抑制電子傳遞。 （三）（三）ATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和 ATP的生成的生成 目錄目錄 不同底物和抑制劑對(duì)線粒體氧耗的影響不同底物和抑制劑對(duì)線粒體氧耗的影響 目錄目錄 化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響 目錄目錄 Na+，K+ATP酶酶 解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。解偶聯(lián)蛋白