生物化學：第七章 生物氧化

1、1生生 物物 氧氧 化化Biological Oxidation2物質(zhì)在生物體內(nèi)進行氧化稱物質(zhì)在生物體內(nèi)進行氧化稱生物氧化生物氧化，主，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時逐步釋要指糖、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+PiATP熱能熱能生物氧化的概念生物氧化的概念 3* * 生物氧化生物氧化與與體外氧化之相同點體外氧化之相同點w 生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，都遵循氧化還原反應的一般規(guī)律。失電子，都遵循氧化

2、還原反應的一般規(guī)律。w 物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。）和釋放能量均相同。4* * 生物氧化生物氧化與與體外氧化之不同點體外氧化之不同點生物氧化生物氧化體外氧化體外氧化w能量是能量是突然釋放突然釋放的。的。 w是在細胞內(nèi)溫和的環(huán)境中（體是在細胞內(nèi)溫和的環(huán)境中（體溫，溫，pHpH接近中性），在一系列接近中性），在一系列酶促反應酶促反應逐步進行逐步進行，有利于機，有利于機體捕獲能量，提高體捕獲能量，提高ATPATP生成的效生成的效率。率。w進行廣泛的加水脫氫反應使物進行廣泛的加水脫氫反應使物質(zhì)能質(zhì)能間接間接獲得

3、氧，并增加脫氫獲得氧，并增加脫氫的機會；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)的機會；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生生H H2 2O O，有機酸脫羧有機酸脫羧產(chǎn)生產(chǎn)生COCO2 2。w產(chǎn)生的產(chǎn)生的COCO2 2、H H2 2O O由物質(zhì)中由物質(zhì)中的碳和氫的碳和氫直接直接與氧結(jié)合與氧結(jié)合生成。生成。5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 生物氧化的一般過程生物氧化的一般過程6第一節(jié)第一節(jié) 生成生成ATP的氧化體系的氧化體系The Oxidation System of ATP Producing7定義定義代謝物脫下

4、的成對氫原子（代謝物脫下的成對氫原子（2H）通過多種）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應逐步傳遞，最終與酶和輔酶所催化的連鎖反應逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱為氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈呼吸鏈(respiratory chain)又稱又稱電子傳遞鏈電子傳遞鏈(electron transfer chain)。組成組成遞氫體和電子傳遞體（遞氫體和電子傳遞體（2H 2H+ + 2e） 一、呼吸鏈一、呼吸鏈8（一）呼吸鏈的組成（一）呼吸鏈的組成四種具有傳遞電子功能的酶復合體四種具有傳遞電子功能的酶復合體(complex) * * 泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上

5、述四種復合體中。均不包含在上述四種復合體中。人線粒體呼吸鏈復合體人線粒體呼吸鏈復合體復合體復合體酶名稱酶名稱復合體復合體復合體復合體復合體復合體復合體復合體NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶泛醌泛醌-細胞色素細胞色素C還原酶還原酶細胞色素細胞色素c氧化酶氧化酶輔基輔基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)394 1013 復合體復合體酶名稱酶名稱復合體復合體復合體復合體復合體復合體復合體復合體NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶泛醌泛醌-細胞色素細胞色素C還原酶還原酶細胞色素

6、細胞色素c氧化酶氧化酶輔基輔基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)394 1013 9呼吸鏈復合體在線粒體內(nèi)膜中的位置呼吸鏈復合體在線粒體內(nèi)膜中的位置內(nèi)膜內(nèi)膜側(cè)側(cè)10 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 e-e-e-e-e-111. 復合體復合體: NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶功能功能: : 將電子從將電子從NADHNADH傳遞給泛醌傳遞給泛醌 (ubi(ubiquinonequinone) ) 復合體復合體NADH

7、 CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 成份成份：含有以黃素單核苷酸：含有以黃素單核苷酸(flavin mono(flavin mononucleotidenucleotide,FMN,FMN) )為輔基的為輔基的黃素蛋白黃素蛋白（flavoflavoproteinprotein) )和以鐵硫簇（和以鐵硫簇（ironironsulfursulfur，F(xiàn)eFeS S）為輔基的）為輔基的鐵硫蛋白鐵硫蛋白（ironironsulfur sulfur ProteinProtein）12NAD+和和NADP+的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)R=H（NAD+）; R=H

8、2PO3（NADP+13NAD+（NADP+）和）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變）相互轉(zhuǎn)變 煙酰胺的氮為五價，能接受電子成為三價煙酰胺的氮為五價，能接受電子成為三價氮，其對側(cè)的碳原子也比較活潑，能進行加氫氮，其對側(cè)的碳原子也比較活潑，能進行加氫反應反應14FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，接受一個質(zhì)子和一個電子生成咯嗪環(huán)，接受一個質(zhì)子和一個電子生成FMN ，接受另一個質(zhì)子和一個電子生成接受另一個質(zhì)子和一個電子生成FMNH215鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進行子和硫原子，其中

9、鐵原子可進行Fe2+ Fe3+e 反應傳遞電子。反應傳遞電子。 表示無機硫表示無機硫 16 鐵硫蛋白鐵硫蛋白 無機硫無機硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫17泛醌（輔酶泛醌（輔酶Q, CoQQ, CoQ, Q, Q）是一種脂溶性醌類化合物，由）是一種脂溶性醌類化合物，由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側(cè)鏈（人多個異戊二烯連接形成較長的疏水側(cè)鏈（人CoQCoQ1010），氧化還），氧化還原反應時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。原反應時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。18復合體復合體的功能的功能 NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2還原型還原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2192. 復合體復合體: : 琥

10、珀酸琥珀酸- -泛醌還原酶泛醌還原酶功能功能將電子從琥珀酸傳遞給泛醌將電子從琥珀酸傳遞給泛醌 復合體復合體琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 成份成份：黃素蛋白、鐵硫蛋白和細胞色素：黃素蛋白、鐵硫蛋白和細胞色素b560b56020細細 胞胞 色色 素素細胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的細胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。多聚異戊間二烯多聚異戊間二烯21Cyct呈水溶性，與線粒體內(nèi)膜外呈水溶性，與線粒體內(nèi)膜外表面結(jié)合不緊密，極易與線粒體表面結(jié)合不緊密，極易與線粒體

11、內(nèi)膜分離，不包含在復合體中內(nèi)膜分離，不包含在復合體中與蛋白相連通過兩個乙烯側(cè)鏈與蛋白相連通過兩個乙烯側(cè)鏈22233. 復合體復合體: 泛醌泛醌-細胞色素細胞色素c還原酶還原酶 組成組成：兩種：兩種Cyt b b（b562; b566b562; b566），）， Cyt c1c1，鐵硫蛋白，鐵硫蛋白 復合體復合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1功能功能：將電子從泛醌傳遞給細胞色素將電子從泛醌傳遞給細胞色素c c24254. 復合體復合體: 細胞色素細胞色素c氧化酶氧化酶功能功能：將電子從細胞色素將電子從細胞色素c傳遞給氧傳遞給氧 復合體復合體還原型還原型Cyt c O

12、2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB形成的活性部位將電子交給形成的活性部位將電子交給O2。組成組成： CuA 、 CuB、 Cyta、 Cyta32627CuCu+ + CuCu2 2+e+e28 由以下實驗確定由以下實驗確定 標準氧化還原電位，由低到高的順序排列（電標準氧化還原電位，由低到高的順序排列（電位低易失去電子位低易失去電子) ) 呼吸鏈拆開和重組，鑒定四種復合物組成呼吸鏈拆開和重組，鑒定四種復合物組成 特異抑制劑阻斷某一部分呼吸鏈特異抑制劑阻斷某一部分呼吸鏈( (阻斷前處于阻斷前處于還原狀態(tài)，阻斷后處于氧化狀態(tài)還原狀態(tài)，阻斷后處于氧化狀態(tài) 利用吸收光譜，觀察各組分

13、氧化的順序利用吸收光譜，觀察各組分氧化的順序（二）呼吸鏈成分的排列順序（二）呼吸鏈成分的排列順序291. NADH1. NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈NADH NADH 復合體復合體Q Q 復合體復合體CytCyt c c 復合體復合體OO2 22. 2. 琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈 琥珀酸琥珀酸 復合體復合體 Q Q 復合體復合體CytCyt c c 復合體復合體OO2 230電子傳遞鏈電子傳遞鏈NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈31氧氧化化還還原原對對E (V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/ FMNH2-0.30FAD/ FADH2-0.06Cyt

14、 b Fe3+/Fe2+0.04（或或0.10）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/ Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a Fe3+ / Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 0.551/2 O2/ H2O 0.82呼呼吸吸鏈鏈中中各各種種氧氧化化還還原原對對的的標標準準氧氧化化還還原原電電位位電電壓壓由由低低到到高高32 二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation(oxidative phosphorylation) )：是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)是指在呼吸鏈電子傳遞過程

15、中偶聯(lián)ADPADP磷酸化，磷酸化，生成生成ATPATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。，又稱為偶聯(lián)磷酸化。 底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level (substrate level phosphorylationphosphorylation) )：是底物分子內(nèi)部能量重是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使新分布，生成高能鍵，使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的過程。的過程。33（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復合體復合體、根據(jù)自由能變化和根據(jù)自由能變化和P/OP/O比值比值 G G =-nF=-nFE E n為傳

16、遞電子數(shù)，為傳遞電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，為法拉第常數(shù)， E E為電位差為電位差 P/OP/O比值比值：指物質(zhì)氧化時，每消耗一摩爾氧原子：指物質(zhì)氧化時，每消耗一摩爾氧原子所消耗的無機所消耗的無機P P摩爾數(shù)，即生成摩爾數(shù)，即生成ATPATP的摩爾數(shù)的摩爾數(shù)。 34線線粒粒體體離離體體實實驗驗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+復復合合體體CoQ復復合合體體2.42.8 3Cyt c復復合合體體O2琥琥珀珀酸酸復復合合體體CoQ復復合合體體1.7 2Cyt c復復合合體體O2抗抗壞壞血

17、血酸酸Cyt c復復合合體體O20.88 1細細胞胞色色素素c (Fe2+) 復復合合體體O20.61-0.68 135ATPATP ATP 氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化電子傳遞鏈自由能變化區(qū)段區(qū)段電位變化電位變化(E)自由能變化自由能變化G=-nFE能否生成能否生成ATP(G是否大于是否大于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36線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì) 線粒體膜線粒體膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O

18、 H+e- ADP+Pi ATP 化學滲透假說簡單示意圖化學滲透假說簡單示意圖（二）（二） 氧化磷酸化的偶聯(lián)機理氧化磷酸化的偶聯(lián)機理化學滲透假說化學滲透假說(chemiosmotic(chemiosmotic hypothesis) hypothesis) ：電子經(jīng)呼吸鏈電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（傳遞時，可將質(zhì)子（H H+ +）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學梯度儲存能量。當質(zhì)子順濃度漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學梯度儲存能量。當質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動梯度回流時驅(qū)動ADPADP與與PiPi生成生成ATPATP。 37化學滲透假說化學滲透

19、假說電鏡下的線粒體電鏡下的線粒體38 提出化學滲透假說提出化學滲透假說19781978年獲諾貝爾化學獎年獲諾貝爾化學獎 1.1. 氧化呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)氧化呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜上，當氧化反應進行時，膜上，當氧化反應進行時，H+H+通過氫泵作用被排斥到線通過氫泵作用被排斥到線粒體內(nèi)膜外側(cè)（膜間腔），粒體內(nèi)膜外側(cè)（膜間腔），從而形成跨膜從而形成跨膜pHpH梯度和跨膜梯度和跨膜電位差。電位差。2.2. 這種形式的這種形式的“勢能勢能”，可以，可以被存在于線粒體內(nèi)膜上的被存在于線粒體內(nèi)膜上的ATPATP合酶利用，生成高能磷酸基合酶利用，生成高能磷酸基團，并與團，并與ADPADP結(jié)合而合成結(jié)合而合成

20、ATPATP?；瘜W滲透假說化學滲透假說39 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 H+ H+ H+ 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化學滲透假說詳細示意圖化學滲透假說詳細示意圖402. ATP合酶合酶由親水部分由親水部分 F1（33亞基亞基 ）和 疏 水 部 分和 疏 水 部 分 F0（a1b2c912亞基）亞基）組成。組成。F1催 化 生 成催 化 生 成ATP，F(xiàn)0形成質(zhì)子形成質(zhì)子通道。通道。ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖合酶

21、結(jié)構(gòu)模式圖41當當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亞基之間亞基之間回流時，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)生亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，改變，T型中生成型中生成ATP，L型與型與ADP及及Pi結(jié)合結(jié)合, O型釋放型釋放ATPATP合酶的工作機制合酶的工作機制O O 開放型，開放型，L L 疏松型疏松型， T T 緊密結(jié)合型緊密結(jié)合型42三、影響氧化磷酸化的因素三、影響氧化磷酸化的因素1. 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遞阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。魚藤酮、粉蝶霉。魚藤酮、粉蝶霉素素A A、異戊巴比妥等、異戊巴比妥等（一）抑制劑（一

22、）抑制劑3. 3. 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑 對電子傳遞及對電子傳遞及ADPADP磷酸化均有抑制作用磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素如：寡霉素 2. 2. 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白，二硝基苯酚（如：解偶聯(lián)蛋白，二硝基苯酚（DNP)DNP) 43抗霉素抗霉素A A二巰基丙醇二巰基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點魚藤酮魚藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素 阻斷阻斷鐵硫蛋白鐵硫蛋白異戊巴比妥異戊巴比妥 1. 1. 呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑442. 2. 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑 使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程

23、脫離使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。其基本作用。其基本作用機制是使呼吸鏈傳遞電子過程中泵出的機制是使呼吸鏈傳遞電子過程中泵出的H+H+不經(jīng)不經(jīng)ATPATP合酶的質(zhì)子通道回流，破壞內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子合酶的質(zhì)子通道回流，破壞內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子電化學梯度，使電化學梯度，使ATPATP生成受限，如二硝基苯酚、生成受限，如二硝基苯酚、解偶聯(lián)蛋白等。解偶聯(lián)蛋白等。45解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）Cyt cQ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 463. 3. 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑 對電子傳遞及對電子傳遞及ADP

24、ADP磷酸磷酸化均有抑制作用化均有抑制作用。如：寡。如：寡霉素可阻止質(zhì)子從霉素可阻止質(zhì)子從F F0 0質(zhì)子質(zhì)子通道回流，抑制通道回流，抑制ATPATP生成生成 寡霉素可與寡霉素可與ATPATP合酶合酶F1F1和和F F0 0之間的柄部的寡霉素之間的柄部的寡霉素敏感蛋白結(jié)合阻止質(zhì)子從敏感蛋白結(jié)合阻止質(zhì)子從F F0 0質(zhì)子通道回流，抑制質(zhì)子通道回流，抑制ATPATP的生成。的生成。47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越早阻斷耗氧量就越少越早阻斷耗氧量就越少48（二）（二）ADP的調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)作用呼吸控制率呼吸控制率(respiratory control ra

25、tio, (respiratory control ratio, RCR)RCR)： 當有過量底物存在時，加入當有過量底物存在時，加入ADPADP后耗氧速后耗氧速率與僅有底物時的耗氧速率之比。作為氧化率與僅有底物時的耗氧速率之比。作為氧化磷酸化偶聯(lián)程度較敏感的指標。磷酸化偶聯(lián)程度較敏感的指標。 機體利用機體利用ATPATP增多，增多，ADPADP濃度增高，轉(zhuǎn)運濃度增高，轉(zhuǎn)運入線粒體后使氧化磷酸化速度加快入線粒體后使氧化磷酸化速度加快。49（三）甲狀腺激素（三）甲狀腺激素 甲狀腺激素甲狀腺激素誘導細胞膜上誘導細胞膜上NaNa+ +,K,K+ +ATPATP酶的生成，使酶的生成，使ATPATP加速

26、生成加速生成ADPADP和和PiPi，促進氧化磷酸化，還使解偶聯(lián)蛋白基，促進氧化磷酸化，還使解偶聯(lián)蛋白基因表達均增加。因表達均增加。（四）線粒體（四）線粒體DNADNA突變突變 線粒體線粒體DNADNA呈裸露的環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu)，缺乏蛋白保護呈裸露的環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu)，缺乏蛋白保護修復系統(tǒng)，而由于含編碼氧化磷酸化復合體中多肽鏈的修復系統(tǒng)，而由于含編碼氧化磷酸化復合體中多肽鏈的基因，因此突變可能影響氧化磷酸化，使基因，因此突變可能影響氧化磷酸化，使ATPATP生成減少而生成減少而致病。致病。50電子傳遞鏈及氧化電子傳遞鏈及氧化 磷酸化系統(tǒng)概貌磷酸化系統(tǒng)概貌H+ 跨膜跨膜質(zhì)子電化學質(zhì)子電化學梯度；梯度；H

27、+m內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)H+；H+c 內(nèi)內(nèi)膜胞液側(cè)膜胞液側(cè)H+51四、四、ATP高能磷酸鍵與高能磷酸化合物高能磷酸鍵與高能磷酸化合物 u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21KJ/mol的磷酸的磷酸酯鍵，常表示為酯鍵，常表示為 P。u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52531. ATP1. ATP向向UTPUTP、CTPCTP、GTPGTP生成提供能量生成提供能量 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激

28、酶的作用 ADP + ADP ATP + AMP2.2.當體內(nèi)當體內(nèi)ATPATP消耗過多時，消耗過多時，ADPADP積累，積累，腺苷酸激酶激活腺苷酸激酶激活54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。3. ATP3. ATP轉(zhuǎn)移能量生成磷酸肌酸轉(zhuǎn)移能量生成磷酸肌酸55 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 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 機械能機械能( (肌肉收縮肌肉收縮) )滲透能滲透能( (物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運) ) 化學能化學能( (合成代謝合成代謝) )電能電能( (生物電生

29、物電) )熱能熱能( (維持體溫維持體溫) )生物體內(nèi)能量的儲存和利生物體內(nèi)能量的儲存和利用都以用都以ATP為中心。為中心。56五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運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)運蛋白過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運蛋白(transporter)(transporter)對各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運。對各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運。57 線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運蛋白線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運蛋白 胞胞 漿漿線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白H2PO4H+H2PO4H+酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白谷氨酸

30、谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸轉(zhuǎn)運蛋白酮戊二酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸蘋果酸 -酮戊二酸酮戊二酸腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白ADPATP 丙酮酸轉(zhuǎn)運蛋白丙酮酸轉(zhuǎn)運蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸轉(zhuǎn)運蛋白三羧酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸蘋果酸檸檬酸檸檬酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉堿轉(zhuǎn)運蛋白肉堿轉(zhuǎn)運蛋白脂酰肉堿脂酰肉堿肉肉堿堿胞胞 漿漿線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白H2PO4H+H2PO4H+磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白H2PO4H+H2PO4H+酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸

31、天冬氨酸 -酮戊二酸轉(zhuǎn)運蛋白酮戊二酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸蘋果酸 -酮戊二酸酮戊二酸 -酮戊二酸轉(zhuǎn)運蛋白酮戊二酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸蘋果酸 -酮戊二酸酮戊二酸腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白ADPATP 腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白ADPATP 丙酮酸轉(zhuǎn)運蛋白丙酮酸轉(zhuǎn)運蛋白丙酮酸丙酮酸OH-丙酮酸轉(zhuǎn)運蛋白丙酮酸轉(zhuǎn)運蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸轉(zhuǎn)運蛋白三羧酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸蘋果酸檸檬酸檸檬酸三羧酸轉(zhuǎn)運蛋白三羧酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸蘋果酸檸檬酸檸檬酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉堿轉(zhuǎn)運蛋白肉堿轉(zhuǎn)運蛋白脂酰肉堿脂酰肉堿肉肉堿堿肉堿轉(zhuǎn)運

32、蛋白肉堿轉(zhuǎn)運蛋白脂酰肉堿脂酰肉堿肉肉堿堿轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運蛋白功功 能能內(nèi)膜中不同的轉(zhuǎn)運載體對各種物質(zhì)進行轉(zhuǎn)運，保證內(nèi)膜中不同的轉(zhuǎn)運載體對各種物質(zhì)進行轉(zhuǎn)運，保證生物氧化的順利進行生物氧化的順利進行58（一）（一） 胞漿中胞漿中NADH的氧化的氧化 胞漿中胞漿中NADHNADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運機制進入線粒體，再經(jīng)必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運機制進入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進行氧化磷酸化。呼吸鏈進行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運機制主要有：轉(zhuǎn)運機制主要有：-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate(-glycerophosphate shuttle) shuttle)： 該穿梭主要存在于腦和骨骼肌中該穿梭主要存在于腦和

33、骨骼肌中蘋果酸蘋果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭(malate-asparate(malate-asparate shuttle) shuttle)： 該穿梭主要存在于肝和心肌中該穿梭主要存在于肝和心肌中59 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 線粒體線粒體 內(nèi)膜內(nèi)膜 線粒體線粒體 外膜外膜膜間隙膜間隙 線粒體線粒體 基質(zhì)基質(zhì)-磷酸甘油磷酸甘油 脫氫酶脫氫酶 呼吸鏈呼吸鏈 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH1.1. - -磷酸甘油穿梭機制磷

34、酸甘油穿梭機制 60NADH +H+ NAD+ -OOC-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH +H+ NAD+ 酸性氨基酸酸性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸蘋果酸-酮酮 戊二酸轉(zhuǎn)運體戊二酸轉(zhuǎn)運體 -OOC-CH2-C-COO-OHH蘋果酸蘋果酸 -OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 蘋果酸蘋果酸 脫氫酶脫氫酶 谷草轉(zhuǎn)谷草轉(zhuǎn) 氨酶氨酶 胞液胞液 線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜 基質(zhì)基質(zhì) 呼吸鏈呼吸鏈 -O

35、OC-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H2.2. 蘋果酸蘋果酸- -天冬氨酸穿梭機制天冬氨酸穿梭機制61 （二）（二） 腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白(adenine nucleotide transporter)(adenine nucleotide transporter)又稱又稱ATP-ADPATP-ADP載體，參與載體，參與ADPADP與與ATPATP反向轉(zhuǎn)運。反向轉(zhuǎn)運。此時，細胞液中的此時，細胞液中的H H2 2POPO4 4經(jīng)磷酸鹽載體和經(jīng)磷酸鹽載體和H

36、H同向轉(zhuǎn)到線粒同向轉(zhuǎn)到線粒體中。體中。62ATP4- F0 F1 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 腺苷酸腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運蛋白磷酸磷酸轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運蛋白 ADP3- H2PO4- ATP4- H+ H+ H+ H+ H2PO4- H2PO4- ADP3- ADP3- 63（三）線粒體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運（三）線粒體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運外膜表面解折疊外膜表面解折疊 被位于外膜上的受體識別被位于外膜上的受體識別 轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到總插入蛋白總插入蛋白 從氨基端開始通過線粒體內(nèi)、外膜之間的從氨基端開始通過線粒體內(nèi)、外膜之間的接觸位點接觸位點 進入線粒體基質(zhì)進入線粒體基質(zhì) 切除導向序列切除導向序列部分定位于線粒體內(nèi)膜或膜

37、間隙的蛋白質(zhì)經(jīng)基質(zhì)中的加工部分定位于線粒體內(nèi)膜或膜間隙的蛋白質(zhì)經(jīng)基質(zhì)中的加工肽酶作用，暴露出新的疏水段，引導多肽鏈重新過內(nèi)膜，肽酶作用，暴露出新的疏水段，引導多肽鏈重新過內(nèi)膜，再次被切割掉。再次被切割掉。64第二節(jié)第二節(jié) 其他氧化酶系其他氧化酶系The Others Oxidation Enzyme Systems65一、需氧脫氫酶和氧化酶一、需氧脫氫酶和氧化酶 受受氫氫體體輔輔酶酶（輔輔基基）產(chǎn)產(chǎn)物物不不需需氧氧脫脫氫氫酶酶輔輔酶酶需需氧氧脫脫氫氫酶酶O2 FMN或或FAD H2O2氧氧化化酶酶O2 含含Cu H2O受受氫氫體體輔輔酶酶（輔輔基基）產(chǎn)產(chǎn)物物不不需需氧氧脫脫氫氫酶酶輔輔酶酶需需

38、氧氧脫脫氫氫酶酶O2 FMN或或FAD H2O2氧氧化化酶酶O2 含含Cu H2O氧化酶：直接利用氧化酶：直接利用氧氧為受氫體催化底物氧化，其為受氫體催化底物氧化，其輔基含銅離子，輔基含銅離子，產(chǎn)物中有產(chǎn)物中有H2O需氧脫氫酶：直接利用需氧脫氫酶：直接利用氧氧為受氫體催化底物氧化為受氫體催化底物氧化，其輔基是，其輔基是FMN或或FAD，反應產(chǎn)物為，反應產(chǎn)物為過氧化氫過氧化氫不需氧脫氫酶：直接以不需氧脫氫酶：直接以輔酶輔酶為直接受氫體為直接受氫體66二、過氧化物酶體中的酶類二、過氧化物酶體中的酶類 （一）過氧化氫酶（一）過氧化氫酶(catalase)(catalase)又稱觸酶，其輔基含又稱觸酶，其輔基含4 4個血紅素個血紅素2H2O2 2H2O + O2 過氧化氫酶過氧化氫酶 在粒細胞和吞噬細胞中在粒細胞和吞噬細胞中H202可氧化殺可氧化殺死入侵的細菌；甲狀腺細胞中產(chǎn)生的死入侵的細菌；甲狀腺細胞中產(chǎn)生的H H2 20 02 2可使可使2I2I- -氧化生成甲狀腺素。氧化生成甲狀腺素。67（二）過氧化物酶（二）過氧化物酶(perioxidase(perioxidase) )以血紅素為輔基，催化以血紅素為輔基，催化H H2 2O O2 2直接氧化直接氧化酚類或胺類化合物酚類或胺類化合物 R + H2O2 RO + H2O RH2+ H2O