生物氧化生化甲課時

1、1 第八章第八章 生物氧化生物氧化 Biological Oxidation 2 物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化生物氧化(biological oxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解 時逐步釋放能量，最終生成時逐步釋放能量，最終生成CO2 和和 H2O的過程。的過程。 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 3 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

2、吸鏈 ADP+Pi ATP n 生物氧化的一般過程生物氧化的一般過程 NADH、FADH2 4 第一節(jié)第一節(jié) 氧化呼吸鏈?zhǔn)怯删哂须娮觽鬟f功能氧化呼吸鏈?zhǔn)怯删哂须娮觽鬟f功能 的復(fù)合體組成的復(fù)合體組成 5 生物體將生物體將NADH+H+和和FADH2徹底氧化生成水徹底氧化生成水 和和ATP的過程與細(xì)胞的呼吸有關(guān)，需要消耗氧，參的過程與細(xì)胞的呼吸有關(guān)，需要消耗氧，參 與氧化還原反應(yīng)的組分由與氧化還原反應(yīng)的組分由含輔助因子的多種蛋白含輔助因子的多種蛋白 酶復(fù)合體酶復(fù)合體組成，形成一個連續(xù)的傳遞鏈，因此稱組成，形成一個連續(xù)的傳遞鏈，因此稱 為氧化呼吸鏈（為氧化呼吸鏈（oxidative respirat

3、ory chain）。也）。也 稱稱電子傳遞鏈電子傳遞鏈(electron transfer chain)。 n氧化呼吸鏈的定義氧化呼吸鏈的定義 電子傳遞過程釋放的能量驅(qū)動電子傳遞過程釋放的能量驅(qū)動H+移出線粒體移出線粒體 內(nèi)膜，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐑?nèi)膜內(nèi)膜，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐑?nèi)膜H+梯度的能量，再用于梯度的能量，再用于ATP 的生物合成。的生物合成。 flash 6 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)） Co

4、Q（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） 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)） 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、泛醌、Cyt cCyt c不包含在上述四種復(fù)合體中。不包含在上述四種復(fù)合體中。 一、氧化呼吸鏈由一、氧化呼吸鏈由4 4種具有傳遞電子能種具有傳遞

5、電子能 力的復(fù)合體組成力的復(fù)合體組成 7 Cytc ox NADH+H+ NAD+ 1/2O2+2H+ H2O 膜間隙腔膜間隙腔 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 QH2 Q 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 4H+ 4H+ 4H+ 4H+ Cytc ox Cytc red Cytc red 2H+ 2H+ 電子傳遞鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置電子傳遞鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置 8 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱NADH-NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶或或NADHNADH脫氫脫氫 酶，接受來自酶，接受來自NADH+HNADH+H+ +的電子并轉(zhuǎn)移給泛醌的電子并轉(zhuǎn)移給泛醌 （ubiquinoneub

6、iquinone）。）。 復(fù)合體復(fù)合體可催化兩個同時進(jìn)行的過程：可催化兩個同時進(jìn)行的過程： 電子傳遞：電子傳遞： NADHFMNFe-S CoQNADHFMNFe-S CoQ 質(zhì)子的泵出：復(fù)合體質(zhì)子的泵出：復(fù)合體有質(zhì)子泵功能，每傳遞有質(zhì)子泵功能，每傳遞2 2個電子個電子 可將可將4 4個個H H+ +從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)。從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)。 （一）（一） 復(fù)合體復(fù)合體將將NADH+H+中的電子傳遞中的電子傳遞 給泛醌給泛醌 9 NAD+和和NADP+的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+ 10 NAD+（NADP+）和）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變）相互轉(zhuǎn)

7、變 氧化還原反應(yīng)時變化發(fā)生在氧化還原反應(yīng)時變化發(fā)生在五價氮五價氮和和三價氮三價氮之間。之間。 煙酰胺芳環(huán)為雙電子傳遞體煙酰胺芳環(huán)為雙電子傳遞體 11 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)揮功能的部位是異咯異咯 嗪環(huán)嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是，氧化還原反應(yīng)時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN。在。在 可逆的氧化還原反應(yīng)中顯示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)，屬于單、單、 雙電子傳遞體。雙電子傳遞體。 . 12 鐵硫蛋白中輔基鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原含有等量鐵原 子和硫原子，其中一個鐵原子可進(jìn)行子和硫原子，其中一個鐵原子可進(jìn)行Fe

8、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。 表示無機(jī)硫表示無機(jī)硫 13 泛醌（輔酶泛醌（輔酶Q, CoQ, QQ, CoQ, Q），），小分子，脂溶性醌類小分子，脂溶性醌類 化合物化合物，可在線粒體內(nèi)膜自由擴(kuò)散可在線粒體內(nèi)膜自由擴(kuò)散, ,在生物氧化中是在生物氧化中是 一種遞氫體。一種遞氫體。 14 復(fù)合體復(fù)合體的功能的功能 NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2 還原型還原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S Q QH2 電子傳遞：電子傳遞：NADHFMNFe-S CoQNADHFMNFe-S CoQ 質(zhì)子的泵出：復(fù)合體質(zhì)子的泵出：復(fù)合體有質(zhì)子泵功能，每

9、傳遞有質(zhì)子泵功能，每傳遞2 2個電子個電子 可將可將4 4個個H H+ +從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)。從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)。 15 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，又 稱稱琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶。 電子傳遞：電子傳遞：琥珀酸琥珀酸FADFe-S CoQ 復(fù)合體復(fù)合體傳遞電子釋放的自由能較小，不足以傳遞電子釋放的自由能較小，不足以 H+將泵出線粒體內(nèi)膜，因此將泵出線粒體內(nèi)膜，因此沒有沒有H+泵的功能泵的功能。 （二）復(fù)合體（二）復(fù)合體將電子從琥珀酸傳遞到泛醌將電子從琥珀酸傳遞到泛醌 16 17 （三）復(fù)合體（三）復(fù)合體將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)

10、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。人復(fù)合人復(fù)合 體體含有細(xì)胞色素含有細(xì)胞色素b(b562, b566)、細(xì)胞色素、細(xì)胞色素c1和和 一種可移動的鐵硫蛋白一種可移動的鐵硫蛋白(Rieske protein)。 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。 電子傳遞過程：電子傳遞過程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cyt c1Cyt c 18 細(xì)胞色素細(xì)胞色素(cytochrome, Cyt) 細(xì)胞色素是一類以細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電

11、子傳鐵卟啉為輔基的催化電子傳 遞的酶類遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜和最大吸收波長不同，根據(jù)它們吸收光譜和最大吸收波長不同 而分類。而分類。 19 復(fù)合體復(fù)合體的電子傳遞通過的電子傳遞通過“Q循環(huán)循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。每實(shí)現(xiàn)。每 2分子分子QH2通過通過Q循環(huán)，生成循環(huán)，生成1分子分子QH2和和1分子分子 Q，將，將2個電子傳過個電子傳過2分子分子Cyt c，同時復(fù)合體，同時復(fù)合體 向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放4個個H+，復(fù)合體復(fù)合體也有質(zhì)子也有質(zhì)子 泵作用泵作用。 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，不包含，不包含 在復(fù)合體中。將獲得的電子傳遞到復(fù)合體在復(fù)合體中。將獲得的電

12、子傳遞到復(fù)合體。 20 人復(fù)合體人復(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 a3 CuB O2 CuA和和Cyt a3CuB形成活性雙核中心，將電子傳形成活性雙核中心，將電子傳 遞給遞給O2。 復(fù)合體復(fù)合體也也有質(zhì)子泵功能，有質(zhì)子泵功能，每傳遞每傳遞2個電子使個電子使2個個 H+跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移 。 （四）復(fù)合體（四）復(fù)合體將電子從細(xì)胞色素將電子從細(xì)胞色素C傳遞給氧傳遞給氧 21 復(fù)復(fù) 合合 體體 的的 電電 子子 傳傳 遞遞 過過 程程 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶Cu

13、B-Cyta3中心使中心使O2還原成水的過程，還原成水的過程， 有強(qiáng)氧化性中間物始終和雙核中心緊密結(jié)合，不會引起細(xì)胞有強(qiáng)氧化性中間物始終和雙核中心緊密結(jié)合，不會引起細(xì)胞 損傷。損傷。 22 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

14、鏈有兩條途徑： 23 NADH FMN (Fe-S) 琥珀酸琥珀酸 FAD (Fe-S) CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2 NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 各復(fù)合體傳遞各復(fù)合體傳遞2個電子的同時分別泵出多少個個電子的同時分別泵出多少個H+ 到膜間隙？到膜間隙？ 24 標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 特異抑制劑阻斷特異抑制劑阻斷 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧 將呼吸鏈拆開和重組將呼吸鏈拆開和重組 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 25 呼吸鏈中各種氧化還原對的標(biāo)準(zhǔn)氧化

15、還原電位呼吸鏈中各種氧化還原對的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 氧化還原對氧化還原對E0(V)氧化還原對氧化還原對E0(V) NAD+ /NADN+H+0.32Cyt c1 Fe3+ /Fe2+0.22 FMN /FMNH20.219Cyt c Fe3+ /Fe2+0.254 FAD /FADH20.219Cyt a Fe3+ /Fe2+0.29 Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyt a3 Fe3+ /Fe2+0.35 Q10 /Q10H20.061/2O2 /H2O0.816 26 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磷酸化偶聯(lián)生成磷

16、酸化偶聯(lián)生成ATP 27 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)是指代謝是指代謝 物脫下的氫，經(jīng)呼吸鏈電子傳遞釋放能量，并偶物脫下的氫，經(jīng)呼吸鏈電子傳遞釋放能量，并偶 聯(lián)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 28 一、

17、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) 根據(jù)根據(jù)P/O比值比值 自由能變化自由能變化: 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、 29 線線粒粒體體離離體體實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測測得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值 底底 物物呼呼吸吸鏈鏈的的組組成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP數(shù)數(shù) -羥羥丁丁酸酸NAD+復(fù)復(fù)合合體體CoQ復(fù)復(fù)合合體體2.5 2.5 Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O2 琥琥珀珀酸酸復(fù)復(fù)合合體體CoQ復(fù)復(fù)合合體體1.5 1.5 Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O2 抗抗壞壞血血酸酸Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O20.88 1 細(xì)細(xì)胞胞色色

18、素素c (Fe2+) 復(fù)復(fù)合合體體O20.61-0.68 1 （一）（一）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所需所需 要磷酸的摩爾數(shù)（或一對電子通過氧化呼吸鏈傳要磷酸的摩爾數(shù)（或一對電子通過氧化呼吸鏈傳 遞給氧所生成遞給氧所生成ATP分子數(shù)）。分子數(shù)）。 30 NADH FMN (Fe-S) 琥珀酸琥珀酸 FAD (Fe-S) CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2 2.5 ATP 1.5ATP 1 ATP 氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位 31 （二）自由能變化（二）自由能變化 根據(jù)熱力學(xué)公式，根據(jù)熱力學(xué)公式，pH7.

19、0時標(biāo)準(zhǔn)自由能變化時標(biāo)準(zhǔn)自由能變化 (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 電子傳遞鏈自由能變化電子傳遞鏈自由能變化 區(qū)區(qū)段段 電電位位變變化化 (E) 自自由由能能變變化化 G=-nFE 能能否否生生成成ATP (G是是否否大大于于30.5KJ) Cyt aa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能 NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能 CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能 32 ATP ATP ATP 氧

20、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 33 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 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，可將質(zhì)子電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子(H+)從線粒從線粒 體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜膜間隙側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜膜間隙側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi) 外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯 度回流時驅(qū)動

21、度回流時驅(qū)動ADP與與Pi生成生成ATP。 Peter Mitchell(1920-1992) 1961年提出化學(xué)滲透假說，年提出化學(xué)滲透假說，1978年諾貝爾化學(xué)獎年諾貝爾化學(xué)獎 34 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)膜對線粒體內(nèi)膜對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)動質(zhì)子移出線粒體，形成可測定電子傳遞鏈可驅(qū)動質(zhì)子移出線粒體，形成可測定 的跨內(nèi)膜電化學(xué)梯度；的跨內(nèi)膜電化學(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)子通過物質(zhì)

22、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?；瘜W(xué)滲透假說已經(jīng)得到廣泛的實(shí)驗(yàn)支持。 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) + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 電子傳遞過程電子傳遞過程復(fù)合體復(fù)合體 (4H+) 、 (4 H+)和和 (2H+)有質(zhì)子泵功能有質(zhì)子泵功能。 H+

23、:ATP=3:1 36 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 F1：親水部分：親水部分 （動物：（動物：33亞基復(fù)合體，亞基復(fù)合體，OSCP、 IF1 亞基），線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)顆粒狀突起，），線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)顆粒狀突起， 催化催化ATP合成合成。 F0：疏水部分：疏水部分（ab2c912亞基，動物還有其他輔助亞亞基，動物還有其他輔助亞 基），鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成基），鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成跨內(nèi)膜質(zhì)子跨內(nèi)膜質(zhì)子 通道通道 。 nATP合酶（復(fù)合體合酶（復(fù)合體）結(jié)構(gòu)組成）結(jié)構(gòu)組成 ATP合酶 38 nATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)樣結(jié)構(gòu)合酶

24、組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)樣結(jié)構(gòu) F0的的2個個b亞基的一端錨定亞基的一端錨定F1的的亞基，另一端通過亞基，另一端通過 和和33穩(wěn)固結(jié)合，使穩(wěn)固結(jié)合，使a、b2和和33、亞基組成穩(wěn)亞基組成穩(wěn) 定的定的定子部分定子部分。 部分部分和和亞基共同形成穿過亞基共同形成穿過33間中軸，間中軸，還與還與1個個 亞基疏松結(jié)合作用，下端與嵌入內(nèi)膜的亞基疏松結(jié)合作用，下端與嵌入內(nèi)膜的c亞基環(huán)亞基環(huán) 緊密結(jié)合。緊密結(jié)合。c亞基環(huán)、亞基環(huán)、和和亞基組成亞基組成轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分。 質(zhì)子質(zhì)子順梯度向基質(zhì)順梯度向基質(zhì)回流回流時，轉(zhuǎn)子部分相對定子部時，轉(zhuǎn)子部分相對定子部 分旋轉(zhuǎn)，使分旋轉(zhuǎn)，使ATP合酶利用釋放的能量合酶利用釋放的能

25、量合成合成ATP。 39 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，亞基之間回流時， 亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個個亞基的構(gòu)象發(fā)生改變亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。 ATP合酶的工作機(jī)制合酶的工作機(jī)制 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) 40 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 細(xì)胞內(nèi)代謝反應(yīng)都是依序進(jìn)行、能量逐步得失。細(xì)胞內(nèi)代謝反應(yīng)都是依序進(jìn)行、能量逐步得失。 ATP稱之為稱之為高能磷酸化合物高能磷酸化合物，可，可直接直接為細(xì)胞的為細(xì)胞的 各種生理活動提供能量，同時也有利于細(xì)胞對各種生

26、理活動提供能量，同時也有利于細(xì)胞對 能量代謝進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控。能量代謝進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控。 生物體能量代謝有其明顯的特點(diǎn)。生物體能量代謝有其明顯的特點(diǎn)。 41 n高能磷酸鍵高能磷酸鍵 水解時釋放的能量大于水解時釋放的能量大于25KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯 鍵，常表示為鍵，常表示為 P。 n高能磷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 42 化合物化合物 E0 kJ/mol(kcal/mol) 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸61.9(14.8) 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸51.4(12.3) 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸49.3(11.8) 磷酸肌酸磷酸肌酸43.1(1

27、0.3) ATP ADPPi30.5(7.3) 乙酰輔酶乙酰輔酶A31.5(7.5) ADP AMPPi27.6(6.6) 焦磷酸焦磷酸27.6(6.6) 葡糖葡糖-1-磷酸磷酸20.9(5.0) 一些重要有機(jī)磷酸化合物水解釋放的標(biāo)準(zhǔn)自由能一些重要有機(jī)磷酸化合物水解釋放的標(biāo)準(zhǔn)自由能 43 （一）（一）ATP是體內(nèi)能量捕獲和釋放利用的重要是體內(nèi)能量捕獲和釋放利用的重要 分子分子 ATP是體內(nèi)最重要的高能磷酸化合物，是細(xì)胞是體內(nèi)最重要的高能磷酸化合物，是細(xì)胞 可可直接利用直接利用的能量形式。的能量形式。 ATP在生物能學(xué)上最重要的意義在于，在生物能學(xué)上最重要的意義在于，通過其通過其 水解反應(yīng)釋放大

28、量自由能和需要供能的反應(yīng)偶水解反應(yīng)釋放大量自由能和需要供能的反應(yīng)偶 聯(lián)，使這些反應(yīng)在生理?xiàng)l件下完成聯(lián)，使這些反應(yīng)在生理?xiàng)l件下完成。 44 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 （二）（二）ATP是體內(nèi)能量轉(zhuǎn)移和磷酸核苷化合物是體內(nèi)能量轉(zhuǎn)移和磷酸核苷化合物 相互轉(zhuǎn)變的核心相互轉(zhuǎn)變的核心 45 （三）（三）ATP通過轉(zhuǎn)移自身基團(tuán)提供能量通過轉(zhuǎn)移自身基團(tuán)提供能量 因?yàn)橐驗(yàn)锳TP分子中的高能磷酸鍵水解釋放能

29、量多，分子中的高能磷酸鍵水解釋放能量多， 易釋放易釋放Pi、PPi基團(tuán)，很多酶促反應(yīng)由基團(tuán)，很多酶促反應(yīng)由ATP通通 過共價鍵與底物或酶分子相連，將過共價鍵與底物或酶分子相連，將ATP分子中分子中 的的Pi、PPi或者或者AMP基團(tuán)轉(zhuǎn)移到底物或酶蛋白基團(tuán)轉(zhuǎn)移到底物或酶蛋白 上而形成中間產(chǎn)物，經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)變后再將這些上而形成中間產(chǎn)物，經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)變后再將這些 基團(tuán)水解而形成終產(chǎn)物?；鶊F(tuán)水解而形成終產(chǎn)物。 46 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。 （四）磷酸肌酸是高能鍵能量的儲存形式（四）磷酸肌酸是高能鍵能量的儲存形式 47 ATP的生成、儲存

30、和利用的生成、儲存和利用 ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸 肌酸肌酸 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)主動轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)主動轉(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)能量的儲存和生物體內(nèi)能量的儲存和 利用都以利用都以ATP為中心。為中心。 48 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

31、量需求調(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。 ATP/ADPATP/ADP對糖代謝的調(diào)節(jié)對糖代謝的調(diào)節(jié) 。 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 49 1. 呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑 阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳 遞。如魚藤酮、氰化物、遞。如魚藤酮、氰化物、CO等。等。 2. ATP合酶抑制劑合酶抑制劑 對電子傳遞及對電子傳遞及ATP合酶均有合酶均有 抑制作用。如寡霉素。抑制作用。如寡霉素。 3. 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑 使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。

32、如 解偶聯(lián)蛋白、解偶聯(lián)蛋白、2，4-二硝基酚。二硝基酚。 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 50 化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對電子傳遞鏈的影響化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對電子傳遞鏈的影響 51 不同底物和抑制劑對線粒體氧耗的影響不同底物和抑制劑對線粒體氧耗的影響 52 解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體） 新生兒硬腫癥，缺乏棕色脂肪組織，皮下脂肪凝固新生兒硬腫癥，缺乏棕色脂肪組織，皮下脂肪凝固 導(dǎo)致導(dǎo)致 Cyt c Q 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 解偶聯(lián)解偶聯(lián) 蛋白蛋白 熱能熱能 ADP+Pi ATP 53 四、線粒體四、

33、線粒體DNA突變可影響機(jī)體氧化磷酸突變可影響機(jī)體氧化磷酸 化功能。化功能。 線粒體線粒體DNA（mtDNA）呈裸露的環(huán)狀雙螺旋結(jié)）呈裸露的環(huán)狀雙螺旋結(jié) 構(gòu)，缺乏蛋白質(zhì)保護(hù)和損傷修復(fù)系統(tǒng)，容易受到構(gòu)，缺乏蛋白質(zhì)保護(hù)和損傷修復(fù)系統(tǒng)，容易受到 損傷而發(fā)生突變，其突變率遠(yuǎn)高于核內(nèi)的基因組損傷而發(fā)生突變，其突變率遠(yuǎn)高于核內(nèi)的基因組 DNA。 電子傳遞鏈的復(fù)合體部分亞基由線粒體電子傳遞鏈的復(fù)合體部分亞基由線粒體DNA編編 碼。碼。 Na+，K+ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。 三、甲狀腺激素可促進(jìn)氧化磷酸化和產(chǎn)熱三、甲狀腺激素可促進(jìn)氧化磷酸化和產(chǎn)熱 54 五、線粒體的內(nèi)膜

34、選擇性協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)運(yùn)氧五、線粒體的內(nèi)膜選擇性協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)運(yùn)氧 化磷酸化相關(guān)代謝物化磷酸化相關(guān)代謝物 線粒體外膜通透性高，線粒體對物質(zhì)通線粒體外膜通透性高，線粒體對物質(zhì)通 過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (transporter)對各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。對各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。 55 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入線粒體進(jìn)入線粒體出線粒體出線粒體 ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶ADP3-ATP4- 磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H2PO4- + H+ 二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白HPO42-蘋果酸蘋果酸 -酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋果酸蘋果酸-酮戊二酸酮戊二酸 天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白谷氨酸谷