生物氧化星號

1、第六章第六章 生物氧化生物氧化生化教研室生化教研室王宏娟王宏娟第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 線粒體氧化體系線粒體氧化體系第三節(jié)第三節(jié) ATPATP的生成、儲存和利用的生成、儲存和利用第四節(jié)第四節(jié) 非線粒體氧化體系非線粒體氧化體系內(nèi)容內(nèi)容特點特點反應(yīng)條件反應(yīng)條件酶催化、體溫、近中性酶催化、體溫、近中性pH環(huán)境、逐步放能環(huán)境、逐步放能生物氧化方式生物氧化方式脫氫、脫電子、加氧脫氫、脫電子、加氧生成生成CO2的方式的方式有機(jī)酸脫羧有機(jī)酸脫羧場所場所線粒體、微粒體、過氧化物酶體等線粒體、微粒體、過氧化物酶體等能量形式能量形式ATP、熱能、熱能H2O的生成方式的生成方式代謝物脫氫，通過呼吸鏈傳遞給

2、氧代謝物脫氫，通過呼吸鏈傳遞給氧酶酶以以O(shè)2為受氫體的氧化酶、不需氧脫氫酶等為受氫體的氧化酶、不需氧脫氫酶等二、生物氧化的特點二、生物氧化的特點p171超生波破碎線粒體，去垢劑（膽酸、脫氧膽酸）超生波破碎線粒體，去垢劑（膽酸、脫氧膽酸）處理線粒體內(nèi)膜，得到種傳遞電子的復(fù)合體處理線粒體內(nèi)膜，得到種傳遞電子的復(fù)合體編號編號名稱名稱質(zhì)量（質(zhì)量（kD） 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)輔基輔基復(fù)合體復(fù)合體NADH-泛醌泛醌還原酶還原酶85043FMN、Fe-S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、Fe-S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、血紅素、血

3、紅素bH、血、血紅素紅素c1、Fe-S復(fù)合體復(fù)合體細(xì)胞色素細(xì)胞色素氧化酶氧化酶16013血紅素血紅素a、血紅素、血紅素a3CuA、CuB兩個兩個自由移動的自由移動的電子傳遞體：泛醌和細(xì)胞色素電子傳遞體：泛醌和細(xì)胞色素cp172（一）（一）NADHNADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 代謝物脫氫由代謝物脫氫由NAD+傳遞。傳遞。 NADH+H+復(fù)合體復(fù)合體UQ 復(fù)合體復(fù)合體 Cytc 復(fù)合體復(fù)合體 O2 每傳遞每傳遞2H至至O2生成生成2.5個個ATP二）二） FADH FADH2 2 氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 代謝物脫氫由代謝物脫氫由FAD傳遞。傳遞。 琥珀酸琥珀酸復(fù)合體復(fù)合體 UQ 復(fù)合體復(fù)合體 Cyt

4、c 復(fù)合體復(fù)合體 O2 每傳遞每傳遞2H至至O2生成生成1.5個個ATP三、體內(nèi)重要的呼吸鏈三、體內(nèi)重要的呼吸鏈p177復(fù)合體復(fù)合體 （NADH-泛泛醌還原酶）醌還原酶）NADH泛醌泛醌（UQ）復(fù)合體復(fù)合體 （琥珀酸（琥珀酸-泛泛醌還原酶）醌還原酶）琥珀酸琥珀酸復(fù)合體復(fù)合體 （泛醌細(xì)胞色（泛醌細(xì)胞色素素c還原酶）還原酶）細(xì)胞色素細(xì)胞色素c（Cytc）復(fù)合體復(fù)合體 （細(xì)胞色素（細(xì)胞色素氧化酶）氧化酶）O2丙酮酸、異檸檬酸、丙酮酸、異檸檬酸、- -酮戊二酸酮戊二酸、蘋果酸、蘋果酸琥珀酸、琥珀酸、-磷酸甘油、脂酰輔酶磷酸甘油、脂酰輔酶A等等細(xì)胞色素（細(xì)胞色素（Cyt）在呼吸鏈中的排列順序：）在呼吸鏈

5、中的排列順序： Cytb Cytc1 Cytc Cytaa3第三節(jié)第三節(jié) ATP的生成、儲存和利用的生成、儲存和利用生物體不能直接利用營養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)能，生物體不能直接利用營養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)能，ATP是能量的直接供體是能量的直接供體類型類型舉例舉例水解釋放自由能水解釋放自由能G0 (kJ/mol)酸酐類酸酐類（焦磷酸化合物）（焦磷酸化合物）ATP、GTPADP、GDP等等-30.5烯醇磷酸烯醇磷酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸-60.9混合酐混合酐（?；姿幔；姿幔?, 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸-61.9磷酸胍類磷酸胍類磷酸肌酸磷酸肌酸-43.9高能硫酯類高能硫酯類乙酰輔酶乙酰輔酶A-34.

6、3常見的高能化合物：常見的高能化合物：p178（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化細(xì)胞定位：細(xì)胞定位：胞液、線粒體胞液、線粒體定義：定義：代謝物在氧化分解過程中因脫氫或脫水而引代謝物在氧化分解過程中因脫氫或脫水而引起分子內(nèi)部能量重新分布產(chǎn)生的起分子內(nèi)部能量重新分布產(chǎn)生的高能鍵，直接轉(zhuǎn)移高能鍵，直接轉(zhuǎn)移給給ADP(或或GDP)而生成而生成ATP(或或GTP)的反應(yīng)稱為底的反應(yīng)稱為底物水平磷酸化物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。體內(nèi)生成體內(nèi)生成ATP的方式有的方式有2種：種：底物（作用物）水平磷酸化和氧化磷酸化底物（作用物）水平磷酸化和氧化磷酸化

7、一、一、ATP的生成的生成p179（1）1, 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ ADP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸+ ATP（2）磷酸烯醇式丙酮酸）磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 丙酮酸丙酮酸+ ATP（3）琥珀酰輔酶）琥珀酰輔酶A +GDP+Pi 琥珀酸琥珀酸 + GTP + CoA磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶琥珀酰輔酶琥珀酰輔酶A合成酶合成酶人體內(nèi)的人體內(nèi)的3個底物水平磷酸化：個底物水平磷酸化：p179在生物氧化過程中，代謝物脫下的在生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氫經(jīng)呼吸鏈氧化生成水氧化生成水的同時，所釋放的能量驅(qū)動的同時，所釋放的能量驅(qū)動ADP磷磷酸化生成酸化生成ATP

8、, 這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的過程這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的過程稱為稱為氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)，又稱為電，又稱為電子傳遞水平磷酸化。子傳遞水平磷酸化。 是是ATP生成的主要方式生成的主要方式。（二）氧化磷酸化（二）氧化磷酸化細(xì)胞定位細(xì)胞定位 線粒體線粒體定義定義p179 1. 氧化磷酸化偶聯(lián)部位的確定氧化磷酸化偶聯(lián)部位的確定 即即ATP生成部位生成部位（1）P/O比值測定比值測定離體完整線粒體、不同底物、離體完整線粒體、不同底物、ADP、Pi、Mg2+等等 置于封閉小室，測定置于封閉小室，測定 P/O比值比值定義定義 物質(zhì)氧化時，每消耗物質(zhì)氧化時

9、，每消耗1mol原子氧所消耗的原子氧所消耗的 無機(jī)磷的無機(jī)磷的mol數(shù)（或數(shù)（或ADP的的mol數(shù)），即生數(shù)），即生 成成ATP的的mol數(shù)，稱為數(shù)，稱為 P/O比值。比值。方法方法ADP + Pi ATPp179 底物底物 呼吸鏈的組成呼吸鏈的組成P/O比值比值生成生成ATP數(shù)數(shù)-羥丁酸羥丁酸NAD+FMNUQCytO22.42.82.5琥珀酸琥珀酸 FADUQCytO21.71.5抗壞血酸抗壞血酸（維生素（維生素C） CytcCyt aa3O20.880.5細(xì)胞色素細(xì)胞色素c Cyt aa3O20.610.680.5幾種物質(zhì)的幾種物質(zhì)的P/O比值比值3個個偶偶聯(lián)聯(lián)部部位位 NAD+ UQ

10、（復(fù)合體復(fù)合體 ） UQ Cytc （復(fù)合體（復(fù)合體 ） Cytaa3 O2 （復(fù)合體（復(fù)合體 ） FADH2呼吸鏈呼吸鏈存在存在2個偶聯(lián)部位個偶聯(lián)部位NADH呼吸鏈呼吸鏈存在存在3個偶聯(lián)部位個偶聯(lián)部位p180NADHFMN（Fe-S）UQCytbCytc1CytcCytaa31/2O2琥珀酸琥珀酸FAD（Fe-S）復(fù)合體復(fù)合體II復(fù)合體復(fù)合體I復(fù)合體復(fù)合體III復(fù)合體復(fù)合體IVATPATPATP氧化磷酸化的偶聯(lián)部位氧化磷酸化的偶聯(lián)部位由轉(zhuǎn)移的質(zhì)子數(shù)計算生成的由轉(zhuǎn)移的質(zhì)子數(shù)計算生成的ATP數(shù)數(shù)復(fù)合體復(fù)合體III泵出泵出4個個質(zhì)子質(zhì)子一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞生成生成1個個ATP需

11、需4個質(zhì)子個質(zhì)子復(fù)合體復(fù)合體I泵出泵出4個個質(zhì)子質(zhì)子復(fù)合體復(fù)合體IV 泵出泵出2個個質(zhì)子質(zhì)子復(fù)合體復(fù)合體I生成生成1個個ATP復(fù)合體復(fù)合體III生成生成1個個ATP復(fù)合體復(fù)合體IV 生成生成0.5個個ATPNADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈每傳遞每傳遞2H生成生成2.5個個ATPFADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈每傳遞每傳遞2H生成生成1.5個個ATPp1814. 影響影響氧化磷酸化的氧化磷酸化的因素因素 （1）ADP和和ATP濃度的調(diào)節(jié)濃度的調(diào)節(jié)氧化磷酸化主要受機(jī)體對能量需求的影響氧化磷酸化主要受機(jī)體對能量需求的影響ATP利用增多利用增多ADP ADP/ ATP 氧化磷酸化氧化磷酸化 反之，反之，AD

12、P/ ATP 氧化磷酸化氧化磷酸化p182（2）甲狀腺素的調(diào)節(jié)）甲狀腺素的調(diào)節(jié)v 誘導(dǎo)誘導(dǎo)Na+，K+-ATP酶合成，促進(jìn)酶合成，促進(jìn)氧化磷酸化氧化磷酸化。v 增強(qiáng)解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)，使耗氧、產(chǎn)熱增加。增強(qiáng)解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)，使耗氧、產(chǎn)熱增加。 甲狀腺功能亢進(jìn)癥患者基礎(chǔ)代謝率增高。甲狀腺功能亢進(jìn)癥患者基礎(chǔ)代謝率增高。p182（3）氧化磷酸化抑制劑）氧化磷酸化抑制劑 分分3類類 解偶聯(lián)劑（解偶聯(lián)劑（uncoupler）不影響電子傳遞只抑制不影響電子傳遞只抑制ADP的磷酸化，的磷酸化，P/O代表藥物：代表藥物：2,4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（2,4-DNP）胞質(zhì)側(cè)結(jié)合胞質(zhì)側(cè)結(jié)合H+，返回基質(zhì)釋放，

13、返回基質(zhì)釋放H+，破壞了內(nèi)膜兩，破壞了內(nèi)膜兩側(cè)的電化學(xué)梯度，使氧化和磷酸化呈現(xiàn)解偶聯(lián)。側(cè)的電化學(xué)梯度，使氧化和磷酸化呈現(xiàn)解偶聯(lián)。* 新生兒棕色脂肪組織含解偶聯(lián)蛋白新生兒棕色脂肪組織含解偶聯(lián)蛋白產(chǎn)熱御寒產(chǎn)熱御寒* 某些細(xì)菌、病毒可產(chǎn)生解偶聯(lián)劑某些細(xì)菌、病毒可產(chǎn)生解偶聯(lián)劑其它解偶聯(lián)劑：其它解偶聯(lián)劑：p183* 阿米妥、阿米妥、魚藤酮、粉蝶霉素魚藤酮、粉蝶霉素A、異戊巴比妥、異戊巴比妥 與與復(fù)合體復(fù)合體I的鐵硫蛋白結(jié)合，的鐵硫蛋白結(jié)合， 阻斷阻斷NADHUQ的電子傳遞的電子傳遞* 抗霉素抗霉素A、二巰丙醇（、二巰丙醇（ BAL） 抑制抑制復(fù)合體復(fù)合體III， 阻斷阻斷Cytb Cytc1的電子傳遞的

14、電子傳遞* 氰氰化物化物(CN-)、疊氮化合物、疊氮化合物(N3-)、 CO、H2S 抑制抑制復(fù)合體復(fù)合體IV， 阻斷阻斷 Cytaa3 O2的電子傳遞的電子傳遞 電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑抑制呼吸鏈的不同環(huán)節(jié)，使電子傳遞受阻抑制呼吸鏈的不同環(huán)節(jié)，使電子傳遞受阻p183代表藥物：代表藥物： 寡霉素寡霉素和二環(huán)乙基碳二亞胺（和二環(huán)乙基碳二亞胺（DCCD）機(jī)制：機(jī)制： ATP合酶抑制劑合酶抑制劑阻止阻止H+從從F0質(zhì)子通道質(zhì)子通道回流，回流，抑制抑制ATP合成合成既抑制磷酸化又抑制電子傳遞既抑制磷酸化又抑制電子傳遞內(nèi)膜兩側(cè)內(nèi)膜兩側(cè)H+化學(xué)梯度化學(xué)梯度 ，影響呼吸鏈影響呼吸鏈質(zhì)子泵的作用質(zhì)子泵的作

15、用p183NADH FMN UQ Cytb Cytc1 Cytc Cytaa3 (Fe-S) (Fe-S) O2FADH2 (Fe-S)阿米妥、魚藤酮阿米妥、魚藤酮異戊巴比妥異戊巴比妥粉蝶霉素粉蝶霉素A- 抗霉素抗霉素A二巰丙醇二巰丙醇氰化物氰化物硫化氫硫化氫疊氮化合物疊氮化合物 CO-ADPATP寡霉素、寡霉素、DCCD-2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚-p183 H2N+ C-NH2 H3C-N CH2 COO- H2N+ H O C-N P-O- H3C-N O- CH2 COO-+ATP肌酸激酶肌酸激酶(CK) 肌酸肌酸磷酸肌酸（磷酸肌酸（CP）1. 磷酸肌酸是磷酸肌酸是腦、肌肉腦、肌肉能

16、量的能量的儲存形式儲存形式二、二、ATP的儲存和利用的儲存和利用肌酸肌酸+ADPp1842. 其它核苷三磷酸主要來源于其它核苷三磷酸主要來源于ATP在生物合成中需要的其它核苷三磷酸（在生物合成中需要的其它核苷三磷酸（NTP） 糖糖 原原 合合 成成 UTP 磷磷 脂脂 合合 成成 CTP 蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成 GTP核苷單磷酸激酶核苷單磷酸激酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶NMPNDPNTPATP ADPATPADPp184不能自由通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)：不能自由通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)： NADH、草酰乙酸、乙酰、草酰乙酸、乙酰CoA、脂酰、脂酰CoA三、細(xì)粒體內(nèi)膜對物質(zhì)的轉(zhuǎn)運三、細(xì)粒體內(nèi)膜對物質(zhì)的

17、轉(zhuǎn)運線粒體外線粒體外NADH + H+的的2H通過通過轉(zhuǎn)運機(jī)制轉(zhuǎn)運機(jī)制進(jìn)入線粒體進(jìn)入線粒體主要有：主要有：-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭和和蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭（一）胞液中（一）胞液中NADHNADH的氧化的氧化p1851. -磷酸磷酸甘油穿梭甘油穿梭組織定位：組織定位：腦和骨骼肌腦和骨骼肌NADH+H+NAD+磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮-磷酸甘油磷酸甘油-磷酸甘油磷酸甘油-磷酸甘油脫氫酶（磷酸甘油脫氫酶（NAD+）FADH2FAD-磷酸甘油脫氫酶（磷酸甘油脫氫酶（FAD）UQb c1 c aa3 O2（1.5ATP）呼吸鏈呼吸鏈胞胞液液側(cè)側(cè)線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜2. 蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭組織定位：肝和心肌組織定位：肝和