生化-第五章代謝總論與生物氧化ppt課件

1、第五章第五章 新陳代謝總論與生物氧化新陳代謝總論與生物氧化第一節(jié)第一節(jié) 新陳代謝總論新陳代謝總論第二節(jié)第二節(jié) 生物氧化生物氧化第一節(jié)第一節(jié) 新陳代謝總論新陳代謝總論一、一、 新陳代謝的概念新陳代謝的概念新陳代謝新陳代謝 合成代謝同化作用 分解代謝異化作用生物小分子合成為生物小分子合成為生物大分子生物大分子需求能量需求能量釋放能量釋放能量生物大分子分解為生物大分子分解為生物小分子生物小分子能量能量代謝代謝物質代謝物質代謝新陳代謝的共同特點：新陳代謝的共同特點：1. 由酶催化，反響條件溫暖。由酶催化，反響條件溫暖。2. 諸多反響有嚴厲的順序，彼此協(xié)調。諸多反響有嚴厲的順序，彼此協(xié)調。3. 對周圍環(huán)

2、境高度順應。對周圍環(huán)境高度順應。二、二、 新陳代謝的研討方法新陳代謝的研討方法1. 活體內活體內(in vivo)與活體外實驗與活體外實驗(in vitro)2. 同位素示蹤法同位素示蹤法3. 代謝途徑阻斷法代謝途徑阻斷法4. 遺傳缺欠癥及動物模型等方法遺傳缺欠癥及動物模型等方法三、三、 生物體內能量代謝的根本規(guī)律生物體內能量代謝的根本規(guī)律自在能：生物體或恒溫恒壓用以作功的能自在能：生物體或恒溫恒壓用以作功的能量。在沒有作功條件時，自在能轉變?yōu)闊崮軉柿?。在沒有作功條件時，自在能轉變?yōu)闊崮軉适?。失。G = H - TS對于對于 A + B C + DG = - 2.303 RT lgK K =

3、CD / AB四、四、 高能化合物與高能化合物與ATP的作用的作用高能化合物高能化合物磷酸化合物磷酸化合物非磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氧型磷氮型磷氮型硫酯鍵化合物硫酯鍵化合物甲硫鍵化合物甲硫鍵化合物烯醇磷酸化合物烯醇磷酸化合物?；姿峄衔秕；姿峄衔锝沽姿峄衔锝沽姿峄衔?普通將在生物體內水解某物質1mol時，能釋放超越21 kJ /mol5kCal/mol)以上自在能G -21 kJ / mol的化合物稱為高能化合物。生物體內只需這些物質才干直接將能量傳送給ATP磷氧型高能磷酸化合物：磷氧型高能磷酸化合物： - 61.9 kJ/mol- 42.3 kJ/molATP三磷酸腺苷三磷酸

4、腺苷 - 30.5 kJ/mol焦磷酸焦磷酸 - 28.84 kJ/mol磷氮型高能磷酸化合物：磷氮型高能磷酸化合物： - 43.1 kJ/mol非磷酸高能化合物：非磷酸高能化合物：乙酰輔酶乙酰輔酶A 31.4 kJ/mol 41.8 kJ/molO ON NN NN NN NNH2NH2-H-HH-H-OHOHH H O O- O-P O- O-P O - O - O O O O O -P O-P-O-CH2 -P O-P-O-CH2- O - O- O - OOHOH ATPATP的特殊作用的特殊作用作用：是能量的攜帶者或傳送者，而非儲存者，作用：是能量的攜帶者或傳送者，而非儲存者，是能量

5、貨幣是能量貨幣ATP是生物細胞內能量代謝的偶聯(lián)劑是生物細胞內能量代謝的偶聯(lián)劑ATP H2O ADP Pi其其G0= - 30.51kJmo1； 當當ADP Pi ATP時，時，也需吸收也需吸收30.51kJmol的自在能的自在能磷酸肌酸脊椎動物和磷酸精氨酸無脊椎動磷酸肌酸脊椎動物和磷酸精氨酸無脊椎動物是能量的儲存方式物是能量的儲存方式肌酸磷酸肌酸磷酸激酶激酶 第二節(jié)第二節(jié) 生物氧化生物氧化有機物質在細胞內的氧化作用。又稱組織呼有機物質在細胞內的氧化作用。又稱組織呼吸或細胞呼吸。吸或細胞呼吸。 在整個生物氧化過程中，有機物質最終被在整個生物氧化過程中，有機物質最終被氧化成氧化成CO2和和H2O，

6、并釋放出能量構成，并釋放出能量構成ATP。一、一、 生物氧化的特點生物氧化的特點一氧化復原的本質一氧化復原的本質電子轉移電子轉移 電子轉移的主要方式：電子轉移的主要方式： 1. 直接的電子轉移直接的電子轉移 Fe2+ + Cu2+ Fe3+ + Cu+ 1. 在細胞內，于體溫、近于中性的含水環(huán)境中在細胞內，于體溫、近于中性的含水環(huán)境中由酶催化。由酶催化。2. 能量逐漸釋放，部分存于能量逐漸釋放，部分存于ATP中。中。3. 分為線粒體氧化體系和非線粒體氧化體系。分為線粒體氧化體系和非線粒體氧化體系。 2. 氫原子的轉移氫原子的轉移 AH2 + B A + BH2 ( H H+ + e ) 3.

7、有機復原劑直接加氧有機復原劑直接加氧 RH + O2 + 2H+ + 2e ROH + H2O二生物氧化的特點二生物氧化的特點(1) 直接脫羧直接脫羧(2)氧化脫羧氧化脫羧：在脫羧過程中伴隨著氧化脫氫：在脫羧過程中伴隨著氧化脫氫CH3CCOOHOCH3CHO + CO2丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶-脫羧脫羧丙酮酸丙酮酸HOOCC H2C COOH丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶CH3CCOOH + CO2OO -脫羧脫羧草酰乙酸草酰乙酸 生物體內生物體內CO2的生成來源于有機物轉變?yōu)楹纳蓙碓从谟袡C物轉變?yōu)楹然衔锏拿擊茸饔?。羧基化合物的脫羧作用。二、二?生物氧化中生物氧化中CO2的生成的生成三、

8、生物氧化中三、生物氧化中 H2O 的生成的生成 生物氧化作用主要是經過脫氫反響來實現(xiàn)的。生物氧化作用主要是經過脫氫反響來實現(xiàn)的。 代謝物脫下的氫經生物氧化作用和吸入的氧結代謝物脫下的氫經生物氧化作用和吸入的氧結合生成水。合生成水。 在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步進展的。進展的。 生物體主要以脫氫酶、傳送體及氧化酶組成生生物體主要以脫氫酶、傳送體及氧化酶組成生物氧化體系，以促進水的生成。物氧化體系，以促進水的生成。HOOCCH2CHOHCOOHNADP+NADPH + H+O蘋果酸蘋果酸CH3CCOOH + CO2氧化型氧化型2H+MH2M 氧化

9、型氧化型復原型復原型(2H)遞氫體遞氫體NAD+,NADP+, FMN,FAD,COQ復原型復原型遞電子體遞電子體 Cyt b, c1, c, aa32e O2O2-H2O脫氫酶脫氫酶氧化酶氧化酶 1、概念、概念 代謝物上的氫原子被脫氫酶激活零落后，代謝物上的氫原子被脫氫酶激活零落后，經一系列傳送體，最后將質子和電子傳經一系列傳送體，最后將質子和電子傳送給氧而生成水的全部體系，稱謂吸鏈送給氧而生成水的全部體系，稱謂吸鏈(respiratory chain)。此體系也稱電子傳送體。此體系也稱電子傳送體系或電子傳送鏈系或電子傳送鏈(electron transfer chain)。 由于參與這一系

10、列催化作用的酶和輔酶及由于參與這一系列催化作用的酶和輔酶及中間傳送體在膜原核細胞膜、真核線粒體中間傳送體在膜原核細胞膜、真核線粒體內膜上一個接一個地構成了鏈狀反響，故內膜上一個接一個地構成了鏈狀反響，故常將這種方式的氧化過程稱為呼吸鏈。常將這種方式的氧化過程稱為呼吸鏈。一呼吸鏈一呼吸鏈ATPATP合成酶合成酶膜間隙膜間隙琥珀琥珀酸酸延胡索延胡索酸酸基質基質化學勢差化學勢差內堿內堿電勢差電勢差內負內負質子驅動力質子驅動力推進推進ATP合合成成內內膜膜外膜外膜SH2SNAD+NADH+ HFMNH2Fe SFMNFe SCoQCoQH2 Fe-SFe-S2Cyt-Fe2+2Cyt-Fe3+O212

11、O2-2H2H2H2H+e-22e-H2OCoQCoQH2Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+bc1aa3cH2OO2-1O22e-2e-2e-2e-2e-2e-22H+CH2CH2COOHCOOHFADFe*SCytb2He-2 復合物I（NADH-泛醌還原酶） 復合物III（泛醌細胞色素c還原酶） 復合物IV（細胞色素c氧化酶） 復合物II（琥珀酸脫氫酶）2、呼吸鏈種類、呼吸鏈種類 根據代謝物上脫下的氫的初始受體不同，根據代謝物上脫下的氫的初始受體不同，在具有線粒體的

12、生物中，典型的呼吸鏈有在具有線粒體的生物中，典型的呼吸鏈有2種：種： NADH呼吸鏈：絕大部分分解代謝的脫氫呼吸鏈：絕大部分分解代謝的脫氫 氧化反響經過此呼吸鏈完成氧化反響經過此呼吸鏈完成 FADH2呼吸鏈：只能催化某些代謝物脫呼吸鏈：只能催化某些代謝物脫 氫，不能使氫，不能使NADH或或NADPH脫氫脫氫 在電子傳送過程中釋放出大量的自在能，在電子傳送過程中釋放出大量的自在能，使使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP，這是生物合成，這是生物合成ATP的的根本途徑之一。根本途徑之一。 實踐上，生物體中能量獲得的本質正是氫實踐上，生物體中能量獲得的本質正是氫的氧化。的氧化。3、呼吸鏈的組成、呼吸鏈的

13、組成1煙尼克酰胺脫氫酶類以煙尼克酰胺脫氫酶類以NAD+或或NADP+為輔酶的脫氫酶，知的有為輔酶的脫氫酶，知的有200多種多種 該類酶均為不需氧脫氫酶，即不以氧為直接該類酶均為不需氧脫氫酶，即不以氧為直接受氫體。在這類酶的作用下，代謝物脫下的氫被受氫體。在這類酶的作用下，代謝物脫下的氫被其輔酶接受而轉變?yōu)槠漭o酶接受而轉變?yōu)镹ADH或或NADPH；當有受；當有受H體存在時，體存在時， NADH或或NADPH上的上的H可被脫下而氧可被脫下而氧化為化為NAD+或或NADP+。所以它既是一種脫氫酶，。所以它既是一種脫氫酶，也是一種復原酶。也是一種復原酶。 還還 原原氧氧 化化vFMNH2或或FADH2

14、可進一步將電子轉移給輔酶可進一步將電子轉移給輔酶Q。NNNCCONHOCH3CH3R101NNNCCONHOCH3CH3HHR+ 2H- 2H(3)鐵硫蛋白類簡寫為鐵硫蛋白類簡寫為Fe-S 鐵硫蛋白鐵硫蛋白(Fe-S)是一類與電子傳送有關的非血是一類與電子傳送有關的非血紅素鐵蛋白，其作用是借鐵的化合價互變進展電紅素鐵蛋白，其作用是借鐵的化合價互變進展電子傳送子傳送: Fe3+ + e Fe2+ 因鐵硫蛋白的活性部分含有活潑的硫和鐵原子，因鐵硫蛋白的活性部分含有活潑的硫和鐵原子，故稱鐵硫中心。故稱鐵硫中心。 鐵硫蛋白在生物界廣泛存在。在線粒體內膜鐵硫蛋白在生物界廣泛存在。在線粒體內膜上常與黃素酶

15、或細胞色素結合成復合物而存在。上常與黃素酶或細胞色素結合成復合物而存在。在從在從NADH到氧的呼吸鏈中，有多個不同的鐵硫中到氧的呼吸鏈中，有多個不同的鐵硫中心，有的在心，有的在NADH脫氫酶中，有的與細胞色素脫氫酶中，有的與細胞色素 b及及c1有關。有關。 鐵硫蛋白有幾種不同的類型，可概括為鐵硫蛋白有幾種不同的類型，可概括為3類：類： FeS 2Fe 2S 4Fe 4S 4輔酶輔酶Q類類是電子傳送鏈中獨一的非蛋白電子載體。為一種是電子傳送鏈中獨一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性醌類化合物，又名泛醌，簡寫為脂溶性醌類化合物，又名泛醌，簡寫為CoQ或或Q。OOCH3OCH3OCH3(CH2CH C

16、CH2)nHCH3n=6-10CoQ分子中的苯醌構造能可逆地加氫復原而構成分子中的苯醌構造能可逆地加氫復原而構成對苯二酚衍生物，故屬于遞氫體。但它不能從底對苯二酚衍生物，故屬于遞氫體。但它不能從底物接受氫，而是一種中間傳送體。物接受氫，而是一種中間傳送體。Q (氧化型氧化型)半醌式中間體半醌式中間體QH QH2 復原型復原型 CoQ也是呼吸鏈中也是呼吸鏈中獨一一個和蛋白質結合獨一一個和蛋白質結合不緊的傳送體輔酶，不緊的傳送體輔酶，這使它在黃素蛋白類和這使它在黃素蛋白類和細胞色素類之間可以作細胞色素類之間可以作為一種特殊靈敏的電子為一種特殊靈敏的電子載體起作用。載體起作用。5細胞色素類一類含有血

17、紅素輔基的電子細胞色素類一類含有血紅素輔基的電子傳送蛋白的總稱傳送蛋白的總稱 細胞色素主要是經過細胞色素主要是經過Fe3+ + e Fe2+ 的互的互變起傳送電子的作用。變起傳送電子的作用。 線粒體電子傳送鏈至少含有線粒體電子傳送鏈至少含有5種細胞色素：種細胞色素：a 、a3 、b、c、c1。 各種細胞色素的輔基構造略有不同。各種細胞色素的輔基構造略有不同。 a a3 、b、c1中卟啉中卟啉Fe與蛋白質非共價結合，與蛋白質非共價結合， c 的輔基與的輔基與蛋白質以硫醚鍵共價結合。蛋白質以硫醚鍵共價結合。 典型的線粒體呼吸鏈中，細胞色素的順序是：典型的線粒體呼吸鏈中，細胞色素的順序是：b c1

18、c aa3 O2。Cyt a和和a3組成一個復合體，二者無法分開，除組成一個復合體，二者無法分開，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。Cyt a a3可以可以直接以直接以O2為電子受體，所以為電子受體，所以a a3又稱細胞色素又稱細胞色素c氧化酶。氧化酶。 a與與a3之間的兩個銅離子，起電子傳送作用：發(fā)之間的兩個銅離子，起電子傳送作用：發(fā)生生Cu+ Cu2+ 的互變，將的互變，將Cyt c所攜帶的電子傳所攜帶的電子傳送給送給O2。b、 c1 、 c、a 卟啉卟啉Fe與環(huán)及蛋白構成與環(huán)及蛋白構成6個配個配位鍵：位鍵：4個與個與Fe，1個與個與His，1個與蛋白鏈中個與蛋

19、白鏈中Met構成。構成。a3卟啉卟啉Fe與環(huán)及蛋白構成與環(huán)及蛋白構成5個配位鍵不與個配位鍵不與Met構成構成, 空一個配位鍵與空一個配位鍵與O2，CO，CN等結等結合，其正常功能是與合，其正常功能是與O2結合。結合。血紅素血紅素A血紅素血紅素C血紅素血紅素B細胞色素的附基NADH呼吸鏈順序：NADH-FMN-CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O2FADH2呼吸鏈順序： FADH2 -CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O2或 琥珀酸-FAD -CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O24. 呼吸鏈中傳送體的順序呼吸鏈中傳送體的順序FADMH2NADH-0.32FMN-0

20、.30CoQ+0.10b+0.07c1 +0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816-0.18魚藤酮魚藤酮安密妥安密妥抑制劑：抑制劑：抗霉素抗霉素A氰化物，氰化物，CO, 疊氮化合物疊氮化合物a. 測定各電子傳送體氧化復原電位的數(shù)值測定各電子傳送體氧化復原電位的數(shù)值按氧化復原電位由低到高順序陳列；按氧化復原電位由低到高順序陳列； b. 利用電子傳送抑制劑確定其順序；利用電子傳送抑制劑確定其順序；1確定呼吸鏈中各傳送體順序的方法根據：確定呼吸鏈中各傳送體順序的方法根據：電子傳送抑制劑電子傳送抑制劑: :可以阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳送的物質?？梢宰钄嗪粑溨心骋徊课浑娮觽魉偷奈镔|。各組

21、分各組分E E ： 低低 高高 電子遷移方向：低電位電子遷移方向：低電位 高電位高電位 G：逐漸降低：逐漸降低 放能放能d. 根據從線粒體中分別到的傳送體復合物根據從線粒體中分別到的傳送體復合物 (4種種)。c. 經過電子傳送體體外重組實驗加以驗證；經過電子傳送體體外重組實驗加以驗證；l簡寫為簡寫為NADHQ復原酶復原酶, 即復合物即復合物I，其作用是，其作用是催化催化NADH的氧化脫氫以及的氧化脫氫以及Q的復原。所以它既的復原。所以它既是一種脫氫酶，也是一種復原酶。是一種脫氫酶，也是一種復原酶。l l NADH + Q + H+ NAD+ + QH2lNADH所攜帶的高能電子是線粒體呼吸鏈主

22、要電所攜帶的高能電子是線粒體呼吸鏈主要電子供體之一。子供體之一。lNADHQ復原酶是線粒體內膜上最大的一個蛋復原酶是線粒體內膜上最大的一個蛋白質復合物。最少含有白質復合物。最少含有34條多肽鏈，分別由核和條多肽鏈，分別由核和線粒體兩個基因組編碼。它的活性部分含有輔基線粒體兩個基因組編碼。它的活性部分含有輔基FMN和鐵硫中心。和鐵硫中心。lFMN的作用是接受脫氫酶脫下的電子和質子，的作用是接受脫氫酶脫下的電子和質子，構成復原型構成復原型FMNH2。復原型。復原型FMNH2可經過鐵硫可經過鐵硫中心進一步將電子轉移給中心進一步將電子轉移給Q。NADHQ復原復原酶酶Fe-S復合物復合物I I基質負基質

23、負膜間隙正膜間隙正基質基質臂臂FADMH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1 +0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816-0.18l琥珀酸是生物代謝過程三羧酸循環(huán)中產生琥珀酸是生物代謝過程三羧酸循環(huán)中產生的中間產物，它在琥珀酸的中間產物，它在琥珀酸-Q復原酶復合物復原酶復合物II催化下，將兩個高能電子傳送給催化下，將兩個高能電子傳送給Q。再經過。再經過QH2-Cyt c復原酶、復原酶、Cyt c和和Cyt c氧化酶將電子氧化酶將電子傳送到傳送到O2。 l琥珀酸琥珀酸-Q復原酶也是存在于線粒體內膜上的蛋復原酶也是存在于線粒體內膜上的蛋白復合物白復合物,

24、 比比NADH-Q復原酶的構造簡單，由復原酶的構造簡單，由4個不同的多肽亞基組成。其活性部分含有輔基個不同的多肽亞基組成。其活性部分含有輔基FAD和鐵硫蛋白。和鐵硫蛋白。l琥珀酸琥珀酸-Q復原酶的作用是催化琥珀酸的脫氫氧復原酶的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和化和Q的復原。的復原。CoQH2復合物復合物復合物復合物 2e膜間隙膜間隙正正基質基質(負負)琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸復合物復合物復合物復合物 2H+l簡寫為簡寫為QH2-Cyt c復原酶復原酶, 即復合物即復合物III, 它是線它是線粒體內膜上的一種跨膜蛋白復合物，其作用是粒體內膜上的一種跨膜蛋白復合物，其作用是催化復原型催化復原型QH

25、2的氧化和細胞色素的氧化和細胞色素cCyt c的復原。的復原。l QH2-Cyt c 復原酶復原酶l QH2 + 2 Cyt c (Fe3+) Q + 2 Cyt c (Fe2+) + 2H+l QH2-Cyt c復原酶由復原酶由9個多肽亞基組成，活性個多肽亞基組成，活性部分主要包括細胞色素部分主要包括細胞色素b 和和c1，以及鐵硫蛋白，以及鐵硫蛋白2Fe-2S。Cyt b4H+Cyt c1瑞斯克瑞斯克 鐵硫蛋白鐵硫蛋白Cyt c膜間隙膜間隙(正正)基質基質(負負)復合物復合物IIIbL(562), bH(566)MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1 +0.

26、22c+0.25aa3+0.29O2+0.816l簡寫為簡寫為Cyt c 氧化酶，即復合物氧化酶，即復合物 IV，它是位于，它是位于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復合物，由線粒體呼吸鏈末端的蛋白復合物，由12個多肽個多肽亞基組成。活性部分主要包括亞基組成?；钚圆糠种饕–yt a和和a3，兩，兩者組成一個復合體，除了含有鐵卟啉外，還含者組成一個復合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。有銅原子。Cyt a a3可以直接以可以直接以O2為電子受體。為電子受體。lFe2+ + Cu2+ Cu+ + Fe3+l2Cu+ + 1/2O2 2Cu2+ + O2-l在電子傳送過程中，分子中的銅離子可以發(fā)生在電子傳

27、送過程中，分子中的銅離子可以發(fā)生Cu+ Cu2+ 的互變，將的互變，將Cyt c所攜帶的電子傳所攜帶的電子傳送給送給O2。復合物復合物 + 2H+Cyt cABC膜間隙正膜間隙正基質基質負負1(泵出泵出)(底物底物)4H+4H+復合物復合物膜間隙外膜間隙外基質內基質內琥珀酸琥珀酸延胡延胡索酸索酸MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1 +0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FADH2組成：組成： Fo亞基亞基 + F1亞基亞基 Fo ： 寡霉素敏感蛋白寡霉素敏感蛋白oscp，鑲嵌在，鑲嵌在線粒體內膜中的質子通道線粒體內膜中的質子通道 F1：33催

28、化生成催化生成ATPATP合成酶合成酶基質側基質側膜間隙側膜間隙側四、氧化磷酸化四、氧化磷酸化(Oxidative Phosphorylation)作用作用伴隨著放能的氧化作用而進展的伴隨著放能的氧化作用而進展的ATP合成。合成。ADP + Pi + 能量能量 ATPAMP + PPi + 能量能量 ATP一一 ATP的生成的生成1. 底物程度磷酸化底物程度磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化底物程度磷酸化底物程度磷酸化電子傳送體系磷酸化電子傳送體系磷酸化底物被氧化時伴隨著分子內部能量的重新分布，構成底物被氧化時伴隨著分子內部能量的重新分布，構成了某些高能磷酸化合物的中間產物，經過酶的作用使磷酸了某些高

29、能磷酸化合物的中間產物，經過酶的作用使磷酸基團轉移到基團轉移到ADP上構成上構成ATP的作用。的作用。底物程度磷酸化反響舉例底物程度磷酸化反響舉例X + ADP ATP + XPCOO-COO-C-O P C-O P CH2CH2磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸 COO-COO-C=OC=OCH3CH3丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶ADP ATPADP ATPCHHCCH2OPO3H2OH3-磷酸甘油醛O+ H3PO4NAD+NADH+H+CHCCH2OPO3H2OHOOPO3H2ADPATP1，3-二磷酸甘油酸CHCCH2OPO3H2OHOOH3-磷酸甘油酸2. 電子傳送體系磷酸化電子傳送

30、體系磷酸化 當電子從當電子從NADH或或FADH2經過電子傳送體經過電子傳送體系呼吸鏈傳送給氧構成水時，同時伴有系呼吸鏈傳送給氧構成水時，同時伴有ADP磷酸化為磷酸化為ATP，這一全過程稱為電子傳送，這一全過程稱為電子傳送體系磷酸化。體系磷酸化。 底物程度磷酸化是捕獲能量的一種方式，在底物程度磷酸化是捕獲能量的一種方式，在發(fā)酵作用無氧呼吸中是進展生物氧化獲得能發(fā)酵作用無氧呼吸中是進展生物氧化獲得能量的獨一方式。量的獨一方式。 底物程度磷酸化和氧的存在與否無關，在底物程度磷酸化和氧的存在與否無關，在ATP 生成中沒有氧分子參與，也不經過電子傳送生成中沒有氧分子參與，也不經過電子傳送鏈傳送電子。鏈

31、傳送電子。1概念概念ADP ATP底物底物產物產物FAD FADH2NAD NADHH2O電子傳送體系電子傳送體系磷酸化：磷酸化：能量能量1ATP合成酶 電子傳送體系磷酸化是需氧生物獲得電子傳送體系磷酸化是需氧生物獲得ATP 的一的一種主要方式，是生物體內能量轉移的主要環(huán)節(jié)，種主要方式，是生物體內能量轉移的主要環(huán)節(jié)，需求氧分子的參與。真核生物氧化磷酸化過程在需求氧分子的參與。真核生物氧化磷酸化過程在線粒體內膜進展，原核生物在細胞質膜上進展。線粒體內膜進展，原核生物在細胞質膜上進展。P/O比：比： 是指物質氧化時，每耗費是指物質氧化時，每耗費1摩爾氧原子所耗費摩爾氧原子所耗費的無機磷酸的摩爾數(shù)或

32、的無機磷酸的摩爾數(shù)或ADP摩爾數(shù)，即生成摩爾數(shù)，即生成ATP的摩爾數(shù)。的摩爾數(shù)。 NADH呼吸鏈：呼吸鏈：P/O比值接近比值接近3， FADH2呼吸鏈：呼吸鏈：P/O比值接近比值接近2，故推斷從故推斷從NADH到分子氧、到分子氧、FADH2到分子氧的呼到分子氧的呼吸鏈上釋放的能量，可分別用于吸鏈上釋放的能量，可分別用于3個、個、2個個ATP。1 復合物復合物I: NADHCoQ, E0= 0.360V， G0= -69.5kJ/mol 復合物復合物III: CoQ Cytc, E0= 0.190V， G0= -36.7kJ/mol 復合物復合物IV: Cytaa3 O2, E0= 0.580V

33、， G0= -112kJ/mol 復合物復合物II:FAD與酶結合后與酶結合后E升高到升高到0-0.03 FADH2 CoQ, E0= 0.085V， G0= -16.4kJ/mol 可見，當一對電子相繼經過復合物可見，當一對電子相繼經過復合物、和和時，每一步都釋放出足以合成一分子時，每一步都釋放出足以合成一分子ATPATP的自的自在能，即泵出在能，即泵出4 4個個H+H+的能量；的能量； 但當一對電子經過復合物但當一對電子經過復合物時，釋放的能量時，釋放的能量缺乏以合成缺乏以合成ATPATP，其作用僅僅是將電子由，其作用僅僅是將電子由FADH2FADH2注注入電子傳送鏈。入電子傳送鏈。最近的

34、研討闡明：復合物最近的研討闡明：復合物、和和不能直接不能直接合成合成ATP，但能螯合經過電子傳送所產生的自在，但能螯合經過電子傳送所產生的自在能，從而將質子由線粒體基質泵出至膜間隙，構能，從而將質子由線粒體基質泵出至膜間隙，構成跨膜的質子梯度。成跨膜的質子梯度。 跨膜質子梯度所蘊含的自在能是推進跨膜質子梯度所蘊含的自在能是推進ATP合成的驅動力。合成的驅動力?？缒べ|子轉移跨膜質子轉移膜間膜間隙隙1基質基質琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸電化學電化學梯度梯度二胞液中二胞液中 NADH 的氧化磷酸化的氧化磷酸化 在細胞質中經糖酵解產生的在細胞質中經糖酵解產生的 NADH NADH，不能，不能透過線粒體

35、內膜進入呼吸鏈以便進展有氧氧化。透過線粒體內膜進入呼吸鏈以便進展有氧氧化。只能經過兩種精妙的只能經過兩種精妙的“穿越系統(tǒng)處理穿越系統(tǒng)處理 NADH NADH 的再氧化問題。一種稱為甘油的再氧化問題。一種稱為甘油-磷酸穿越系磷酸穿越系統(tǒng)，另一種稱為蘋果酸統(tǒng)，另一種稱為蘋果酸- -天冬氨酸穿越系統(tǒng)。天冬氨酸穿越系統(tǒng)。NADH + H+線粒體內膜線粒體內膜甘油甘油-磷酸穿越作用磷酸穿越作用甘油甘油-磷酸磷酸FAD二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸FADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸CH2OHC=OCH2ONAD+甘油甘油-磷酸磷酸CH2OHCHOHCH2O胞液甘油胞液甘油-

36、磷酸脫氫酶；磷酸脫氫酶；線粒體甘油線粒體甘油-磷酸脫氫酶磷酸脫氫酶(黃素蛋白脫氫酶黃素蛋白脫氫酶)肌肉和神經組織中細胞漿酵解酵解NADH草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸NAD+蘋果酸蘋果酸蘋果酸蘋果酸NAD+草酰乙酸草酰乙酸NADH天冬氨酸天冬氨酸NADH呼吸鏈呼吸鏈蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿越系統(tǒng)天冬氨酸穿越系統(tǒng)COOHCHNH2CH2COOHCOOHC=OCH2COOHCOOHCHOHCH2COOH轉氨酶轉氨酶轉氨酶轉氨酶細胞質細胞質線粒體線粒體細胞質蘋果酸脫氫酶細胞質蘋果酸脫氫酶線粒體蘋果酸脫氫酶線粒體蘋果酸脫氫酶線粒體內膜線粒體內膜心、肝、腎 化學偶聯(lián)假說化學偶聯(lián)假說構象偶聯(lián)假說構象偶聯(lián)

37、假說化學浸透假說化學浸透假說1. 化學偶聯(lián)假說化學偶聯(lián)假說 1953年Edward Slater 最先提出。以為電子傳送產生一種高能共價中間物，它隨后的裂解釋放能量驅動ATP合成。但在電子傳送體系磷酸化作用中不斷未找到任何一種活潑的高能中間物。三氧化磷酸化作用機制三氧化磷酸化作用機制 氧化作用電子傳送與磷酸化作用相偶氧化作用電子傳送與磷酸化作用相偶聯(lián)曾經不存在任何疑問，但對二者終究如何偶聯(lián)曾經不存在任何疑問，但對二者終究如何偶聯(lián)，尚有許多未完全闡明的問題。共存在三種聯(lián)，尚有許多未完全闡明的問題。共存在三種假說：假說：l2. 構象偶聯(lián)假說構象偶聯(lián)假說l 1964年年Paul Boyer最先提出。

38、以為電子沿呼最先提出。以為電子沿呼吸鏈傳送使線粒體內膜蛋白質組分發(fā)生構象變化，吸鏈傳送使線粒體內膜蛋白質組分發(fā)生構象變化，而構成一種高能方式，這種高能方式經過將能量而構成一種高能方式，這種高能方式經過將能量提供應提供應ATP合成而恢復其原來的構象。但至今未合成而恢復其原來的構象。但至今未能找到有力的實驗證據。能找到有力的實驗證據。l3. 化學浸透假說化學浸透假說chemiosmotic hypothesisl 1961年英國生物化學家年英國生物化學家Peter Mitchell首先提首先提出，出，1978年獲諾貝爾化學獎。年獲諾貝爾化學獎。l 根本要點：電子經呼吸鏈傳送時釋放出的自在根本要點：

39、電子經呼吸鏈傳送時釋放出的自在能，可將質子能，可將質子H+從線粒體內膜的基質側泵從線粒體內膜的基質側泵到內膜外側，產生膜內外質子電化學梯度到內膜外側，產生膜內外質子電化學梯度H+濃度梯度和跨膜電位差，以此儲存能量。當質濃度梯度和跨膜電位差，以此儲存能量。當質子順濃度梯度回流時驅動子順濃度梯度回流時驅動ADP與與Pi生成生成ATP?；瘜W浸透假說要點分述：化學浸透假說要點分述： 1. 呼吸鏈中遞氫體和電子傳送體在線粒體內呼吸鏈中遞氫體和電子傳送體在線粒體內膜中是間隔交替陳列的，并且都有特定的位置，膜中是間隔交替陳列的，并且都有特定的位置，催化反響是定向的。催化反響是定向的。 2. 遞氫體有氫泵的作

40、用遞氫體有氫泵的作用, 可將其中的電子可將其中的電子2e傳給位于其后的電子傳送體傳給位于其后的電子傳送體,而將而將H+ 質子質子從內膜泵出到膜外側。在電子傳送過程中從內膜泵出到膜外側。在電子傳送過程中,每傳每傳送一對電子就泵出送一對電子就泵出10H+ 質子。質子。? 氧化磷酸化作用的關鍵要素是質子H+梯度和完好的線粒體內膜。 3. 內膜對內膜對H+ 不能自在經過，泵出膜的外側不能自在經過，泵出膜的外側H+ 不能自在前往膜內側，因此使線粒體內膜外不能自在前往膜內側，因此使線粒體內膜外側的側的H+ 濃度高于內側，呵斥濃度高于內側，呵斥H+濃度的跨膜梯度，濃度的跨膜梯度，此此H+ 濃度差使外側的濃度

41、差使外側的pH 較內側的較內側的pH 低低1.0 單單位左右，并使原有的外正內負的跨膜電位增高，位左右，并使原有的外正內負的跨膜電位增高，此電位差中就包含著電子傳送過程中所釋放的能此電位差中就包含著電子傳送過程中所釋放的能量，好象電池兩極的離子濃度差呵斥電位差含有量，好象電池兩極的離子濃度差呵斥電位差含有電能一樣。這種電能一樣。這種H+ 質子梯度和電位梯度就是質質子梯度和電位梯度就是質子前往內膜的一種動力。子前往內膜的一種動力。 G = 2.3 RT pH + Z F , pH = pH(內內) pH(外外) , Z 是質子電荷是質子電荷(包括符號包括符號)，F(xiàn)是是法拉第常數(shù)，法拉第常數(shù)， 是

42、膜電位差是膜電位差 4. 利用線粒體內膜上的利用線粒體內膜上的ATP 合成酶的特點，合成酶的特點，將膜外側的將膜外側的2H+ 轉化成膜內側的轉化成膜內側的2H+，與氧生成，與氧生成水，即水，即H+ 經過經過ATP 酶的特殊途徑，前往到基質，酶的特殊途徑，前往到基質，使質子發(fā)生回流。由于使質子發(fā)生回流。由于H+ 濃度梯度所釋放的自濃度梯度所釋放的自在能，偶聯(lián)在能，偶聯(lián)ADP 與無機磷酸合成與無機磷酸合成ATP，質子的，質子的電化學梯度也隨之消逝。電化學梯度也隨之消逝。 由上述分析可以看出， Mitchell的實際以為：電子傳送釋放的自在能和ATP合成是與一種跨線粒體內膜的質子梯度相偶聯(lián)的。細細

43、胞胞 質質膜間隙膜間隙基基 質質由于泵出質子，使得基質外側的質子由于泵出質子，使得基質外側的質子濃度高于內側濃度高于內側流動的電子載體流動的電子載體ATP ATP 合合 成成 酶酶膜結合蛋白膜結合蛋白 復合體復合體來自來自NADH NADH 的電子的電子來自來自FADH2 FADH2 的電子的電子電子傳送電子傳送 產生能量將質子泵出產生能量將質子泵出 構成跨膜濃度梯度構成跨膜濃度梯度ATPATP合成合成 利用質子前往膜內驅動利用質子前往膜內驅動ATPATP產生產生線線 粒粒 體體 外外 膜膜內內 膜膜質子泵質子泵膜間隙正膜間隙正基質負基質負 生理物質的氧化在多個位點復合物生理物質的氧化在多個位

44、點復合物、和和 為跨膜質子梯度做奉獻，而該梯度只在為跨膜質子梯度做奉獻，而該梯度只在一個部位即一個部位即FoF1-ATP酶處消減酶處消減(合成合成ATP)?；|側基質側膜間隙側膜間隙側 根據最新的進展情況，從呼吸鏈中電子傳送根據最新的進展情況，從呼吸鏈中電子傳送的過程可以看出：的過程可以看出： 每對電子經過復合物每對電子經過復合物、和和可導致可導致10個個442質子從基質泵出；質子從基質泵出； 來自復合物來自復合物中的中的FADH2的電子繞過復合物的電子繞過復合物進入電子傳送鏈只能導致進入電子傳送鏈只能導致6個個42質子跨膜質子跨膜挪動。挪動。 大多數(shù)實驗丈量闡明：每合成大多數(shù)實驗丈量闡明：每

45、合成1分子分子ATP大約大約需求需求3個質子經過個質子經過FoF1-ATP酶；同時，從細胞質酶；同時，從細胞質轉運合成轉運合成ATP所需的所需的Pi至線粒體基質要耗費至線粒體基質要耗費1個質個質子。故每合成子。故每合成1個個ATP需耗費需耗費4個質子。個質子。 因此，因此，1對對H(即即2e)經經NADH呼吸鏈生成呼吸鏈生成2.5個個ATP，經，經FADH2呼吸鏈生成呼吸鏈生成1.5個個ATP。The binding-changeModel proposed byPaul Boyerl1、F1復合物由3個與腺苷結合才干不等的位點，亞基對，l2、在某一時辰，3個亞基一個ATP結合構象嚴密結合 -ATP ，一個與ADP Pi結合構象-ADPATP松散結合，一個是ATP釋放態(tài)構象-empty空的；l3、在質子流的推進下， F1復合物中軸旋轉，圖中箭頭方向，延續(xù)與亞基對接觸，導致-ATP構象改動為-empty ，ATP釋放， -ADP構象改動為-ATP，-empty構象改動為-ADP后結合從基質中進入的ADP Pi用熒光顯微鏡察看和c亞基的旋轉實驗分子馬達腺苷酸腺苷酸 移位酶移位酶 (反向運輸反向運輸)膜間隙膜間隙基質基質ATP ATP 合成酶合成酶磷酸移位酶磷酸移位酶(同向運輸同向運輸)3H+3H+四氧化磷酸化解偶聯(lián)四氧化磷酸化解偶聯(lián) 1.