第四章生物氧化

1、生生 物物 氧氧 化化Biological Oxidation1目目 錄錄第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化概述生物氧化概述第二節(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) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用第四節(jié)第四節(jié) 其它氧化體系（自學(xué)）其它氧化體系（自學(xué)）2物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化稱為物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化稱為生物氧化生物氧化，主要指，主要指糖、糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)徹底氧化分解最終生成脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)徹底氧化分解最終生成COCO2 2 和和 H H2 2O O并逐步釋放能量的過程并逐步釋放能量的過程。亦稱。亦稱“組織氧化組織氧化”、“細(xì)胞呼吸細(xì)胞呼吸”或或“細(xì)胞氧化

2、細(xì)胞氧化”。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熱能熱能一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念 3COCO2 2的生成的生成 直接脫羧直接脫羧：氨基酸脫羧酶：氨基酸脫羧酶 氧化脫羧：氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物丙酮酸脫氫酶復(fù)合物水的生成：水的生成：脫下來的氫傳遞給氧脫下來的氫傳遞給氧CH3CH2OHCH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶12 O2NAD+電子傳遞鏈電子傳遞鏈 H2O2eO=2H+4（一）本質(zhì)（一）本質(zhì) 生物氧化的本質(zhì)是電子的得失，它有三種生物氧化的本質(zhì)是電子的得失，它有三種方式：方式：脫氫、加氧、失電子脫氫、加氧、失電

3、子二、生物氧化的本質(zhì)及過程二、生物氧化的本質(zhì)及過程5 加氧酶加氧酶催化的加氧反應(yīng)和催化的加氧反應(yīng)和氧化酶氧化酶催化的生成水的反應(yīng)。催化的生成水的反應(yīng)。6【甲烷單加氧酶甲烷單加氧酶】 CH CH4 4 + NADH + O + NADH + O2 2 CH CH3 3-OH + NAD-OH + NAD+ + + H + H2 2O OFe2+ Fe3+ + e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7三、生物氧化的特點(diǎn)三、生物氧化的特點(diǎn) 8u 在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，是在體溫、

4、近中性在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，是在體溫、近中性pHpH和有水的和有水的溫和環(huán)溫和環(huán)境中，在一系列酶、輔酶和電子傳遞體境中，在一系列酶、輔酶和電子傳遞體的參與。的參與。u 反應(yīng)分階段進(jìn)行，能量逐步釋放反應(yīng)分階段進(jìn)行，能量逐步釋放 ，避免了能量驟然，避免了能量驟然釋放對機(jī)體的損害釋放對機(jī)體的損害 , , 使生物體能充分、有效地利用使生物體能充分、有效地利用釋放的能量；釋放的能量； u 生物氧化過程中生物氧化過程中釋放的化學(xué)能通常被偶聯(lián)的磷酸化反應(yīng)釋放的化學(xué)能通常被偶聯(lián)的磷酸化反應(yīng)所利用所利用 , , 貯存于高能磷酸化合物貯存于高能磷酸化合物 ( ( 如如 ATPATP) ) 中用于中用于各種生命活動(dòng)；各種生

5、命活動(dòng)；u 真核真核細(xì)胞，生物氧化多在細(xì)胞，生物氧化多在線粒體線粒體內(nèi)進(jìn)行，在不含線粒體內(nèi)進(jìn)行，在不含線粒體的的原核原核細(xì)胞中，生物氧化在細(xì)胞中，生物氧化在細(xì)胞膜細(xì)胞膜上進(jìn)行。上進(jìn)行。 9 一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、呼吸鏈的概念呼吸鏈的概念三、呼吸鏈的組成成份三、呼吸鏈的組成成份四、呼吸鏈中傳遞體的排列順序四、呼吸鏈中傳遞體的排列順序五、兩條主要的呼吸鏈五、兩條主要的呼吸鏈10 構(gòu)成呼吸鏈的構(gòu)成呼吸鏈的遞氫體遞氫體或或遞電子體遞電子體通常以復(fù)通常以復(fù)合體的形式存在于合體的形式存在于線線粒體內(nèi)膜粒體內(nèi)膜上。上。一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在生物氧化體系中，傳遞氫的酶或輔酶

6、稱為在生物氧化體系中，傳遞氫的酶或輔酶稱為遞氫體遞氫體，傳遞電子的酶或輔酶稱為，傳遞電子的酶或輔酶稱為遞電子體。遞電子體。11二、呼吸鏈的概念二、呼吸鏈的概念 12三、呼吸鏈的組成成份三、呼吸鏈的組成成份 u煙酰胺脫氫酶煙酰胺脫氫酶 ： 遞氫體遞氫體u黃素蛋白酶類：黃素蛋白酶類： 遞氫體遞氫體u鐵鐵- -硫蛋白：硫蛋白： 單電子傳遞體單電子傳遞體u輔酶：輔酶： 遞氫體遞氫體u細(xì)胞色素類：細(xì)胞色素類： 單電子傳遞體單電子傳遞體13 特點(diǎn)特點(diǎn)：以：以NADNAD+ + 或或NADPNADP+ +為輔酶，存在于線粒體基為輔酶，存在于線粒體基質(zhì)或胞液中。質(zhì)或胞液中。 傳遞氫機(jī)理傳遞氫機(jī)理: 14 特點(diǎn)

7、特點(diǎn)： 以以FAD或或FMN為輔基，酶蛋白為細(xì)胞膜組成蛋白為輔基，酶蛋白為細(xì)胞膜組成蛋白遞氫機(jī)理遞氫機(jī)理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H215特點(diǎn)特點(diǎn)：鐵硫蛋白鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量含有等量鐵原子和硫原子，鐵原子和硫原子，F(xiàn)e與無機(jī)硫或蛋與無機(jī)硫或蛋白質(zhì)分子中的白質(zhì)分子中的4個(gè)個(gè)Cys殘基的巰殘基的巰基相連結(jié)?；噙B結(jié)。傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理： Fe3+ Fe2+-e+e16 特點(diǎn)特點(diǎn)：帶有帶有聚異戊二烯聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于膜膜雙脂層雙脂層中，能在膜脂中自由泳動(dòng)中，能在膜脂中自由泳動(dòng) +2H 傳遞氫機(jī)理傳遞氫

8、機(jī)理：CoQ CoQH2 2H17 傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特點(diǎn)：特點(diǎn)：以血紅素（鐵卟啉）為輔基的色素蛋白。以血紅素（鐵卟啉）為輔基的色素蛋白。類別類別: 根據(jù)吸收光譜分成根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類三類，呼吸鏈中含，呼吸鏈中含5種種（b、c、c1、a和和a3)，a和和a3以復(fù)合物物存在，稱以復(fù)合物物存在，稱細(xì)胞細(xì)胞色素氧化酶色素氧化酶，其分子中除含，其分子中除含F(xiàn)e外還含有外還含有Cu ，可將電子，可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為傳遞給氧，因此亦稱其為末端氧化酶末端氧化酶。18b c1 c aa3 O2電子傳遞順序：電子傳遞順序：

9、細(xì)胞色素細(xì)胞色素c 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) Cyt c和和c1的血紅素與蛋白部分共價(jià)結(jié)合。的血紅素與蛋白部分共價(jià)結(jié)合。 19 復(fù)合體復(fù)合體 酶名稱酶名稱 亞亞 基基 輔輔 基基 NADH-COQ還原酶還原酶 39 FMN，F(xiàn)eS 琥珀酸琥珀酸-COQ還原酶還原酶 4 FAD，F(xiàn)eS， 鐵卟啉鐵卟啉 CoQ-細(xì)胞色素細(xì)胞色素c還原酶還原酶 10 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)eS 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶 13 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu2+ 呼吸鏈含有呼吸鏈含有4 4種復(fù)合體種復(fù)合體20 Cytcox NADH+H+ NAD+ 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 QH2 Q

10、 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 QH2 Q 4H+4H+4H+4H+Cytcox Cytcred Cytcred 4H+4H+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21復(fù)合體復(fù)合體: NADH-COQ（泛醌）還原酶（泛醌）還原酶u 功能功能: 將電子從將電子從NADH傳遞給泛醌傳遞給泛醌NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2還原型還原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH222復(fù)合體復(fù)合體: 琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶u 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(fù)合體復(fù)合體琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560;

11、FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 23復(fù)合體復(fù)合體: QH2（泛醌）（泛醌）-細(xì)胞色素細(xì)胞色素c還原酶還原酶 u 功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c 復(fù)合體復(fù)合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c124復(fù)合體復(fù)合體: 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶u 功能：將電子從細(xì)胞色素功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧傳遞給氧 復(fù)合體復(fù)合體還原型還原型Cyt c O2CuAaa3CuB 25 通過四個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)可確定呼吸鏈各組分的排列順序：通過四個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)可確定呼吸鏈各組分的排列順序： 測定電子傳遞鏈各組分的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位測定電子傳遞鏈各組分的

12、標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 在體外將電子傳遞鏈各組分進(jìn)行分離純化在體外將電子傳遞鏈各組分進(jìn)行分離純化 加入電子傳遞鏈的專一性抑制劑或人工供體及受體加入電子傳遞鏈的專一性抑制劑或人工供體及受體 測定各組分特征的吸收光譜測定各組分特征的吸收光譜四、呼吸鏈組分的排列順序四、呼吸鏈組分的排列順序26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 各復(fù)合體的排列順序及電子傳遞方式各復(fù)合體的排列順序及電子傳遞方式 Q 1/2O2+2H+ H2O 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 e-Cytc e-e-e-e-NADH+H+ NAD+ 27NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈五、兩條主要的呼吸

13、鏈五、兩條主要的呼吸鏈2829兩條電子傳遞鏈的關(guān)系兩條電子傳遞鏈的關(guān)系301. 底物水平磷酸化：底物水平磷酸化： 底物分子氧化過程中內(nèi)部能量重新分布，生底物分子氧化過程中內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，由此成高能鍵，由此高能鍵提供能量使高能鍵提供能量使ADP直接磷酸直接磷酸化生成化生成ATP或或GDP直接磷酸化生成直接磷酸化生成GTP的過程。的過程。一、生物體內(nèi)一、生物體內(nèi)ATPATP的生成方式的生成方式31底物水平磷酸化見于下列三個(gè)反應(yīng)：底物水平磷酸化見于下列三個(gè)反應(yīng)：1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸+ATP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶磷酸烯

14、醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP丙酮酸丙酮酸+ATP琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酰琥珀酰CoA+Pi+GDP琥珀酸琥珀酸+CoA+GTP32 在生物氧化過程中，底物在生物氧化過程中，底物脫氫脫氫產(chǎn)生產(chǎn)生NADH 和和FADH2,經(jīng)經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧呼吸鏈傳遞給氧生成水的同時(shí)，所釋放的生成水的同時(shí)，所釋放的自由能使自由能使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP，這種，這種氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)與與磷磷酸化反應(yīng)酸化反應(yīng)相偶聯(lián)的作用稱為氧化磷酸化。氧化磷酸相偶聯(lián)的作用稱為氧化磷酸化。氧化磷酸化是電子傳遞與化是電子傳遞與ATP形成的偶聯(lián)。形成的偶聯(lián)。2. 氧化磷酸化：氧化磷酸化：ADP + Pi ATP +

15、 H ATP + H2 2O O生物氧化過程中生物氧化過程中釋放出的自由能釋放出的自由能33二、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位二、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位 物質(zhì)氧化時(shí)，物質(zhì)氧化時(shí)，每消耗每消耗1摩爾氧原子，所消耗摩爾氧原子，所消耗的無機(jī)磷原子的摩爾數(shù)的無機(jī)磷原子的摩爾數(shù)。1、磷氧比、磷氧比(P/O)： 由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個(gè)氧原子，而每生成一分子消耗一個(gè)氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子消耗一分子Pi ，因此，因此P/O的數(shù)值相當(dāng)于的數(shù)值相當(dāng)于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的至分子氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)分子數(shù)。 34u

16、 NADH 呼吸鏈的呼吸鏈的P/O為為2.5，F(xiàn)ADH2呼吸鏈的呼吸鏈的P/O為為1.5。u 一對電子通過一對電子通過NADH（NADPH）電子傳遞鏈可）電子傳遞鏈可泵出泵出10個(gè)質(zhì)子；一對電子通過個(gè)質(zhì)子；一對電子通過FADH2電子傳遞電子傳遞鏈可泵出鏈可泵出6個(gè)質(zhì)子。個(gè)質(zhì)子。u 每合成一個(gè)每合成一個(gè)ATP需需3個(gè)質(zhì)子通過個(gè)質(zhì)子通過ATP合酶，把合酶，把ATP從線粒體基質(zhì)運(yùn)送到胞液要消耗一個(gè)質(zhì)子，從線粒體基質(zhì)運(yùn)送到胞液要消耗一個(gè)質(zhì)子，所以每形成一個(gè)所以每形成一個(gè)ATP就需要就需要4個(gè)質(zhì)子的流動(dòng)個(gè)質(zhì)子的流動(dòng)352、偶聯(lián)部位、偶聯(lián)部位 偶聯(lián)部位有偶聯(lián)部位有 3 個(gè)：個(gè)： NADH CoQ ， Co

17、Q Cytc 及及 Cytaa3 O2 ATPATP ATP 36三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理u化學(xué)偶聯(lián)假說化學(xué)偶聯(lián)假說 19531953年年E.C.SlaterE.C.Slater提出提出u構(gòu)象偶聯(lián)假說構(gòu)象偶聯(lián)假說 19641964年年P(guān).D.BoyerP.D.Boyer提出提出u化學(xué)滲透假說化學(xué)滲透假說 19611961年年P(guān)eter.Peter.MitchellMitchell 提出提出 目前公認(rèn)的機(jī)制是目前公認(rèn)的機(jī)制是19611961年由年由MitchellMitchell提出提出的化學(xué)滲透學(xué)說的化學(xué)滲透學(xué)說37遞氫體和遞電子體交替排列，有序定位于完整的線遞氫體和遞

18、電子體交替排列，有序定位于完整的線粒體內(nèi)膜上。粒體內(nèi)膜上。呼吸鏈中復(fù)合物呼吸鏈中復(fù)合物、中的遞氫體具有質(zhì)子泵中的遞氫體具有質(zhì)子泵的作用，將質(zhì)子泵到線粒體膜外側(cè)，電子傳給隨后的作用，將質(zhì)子泵到線粒體膜外側(cè)，電子傳給隨后的電子傳遞體。的電子傳遞體。完整的線粒體內(nèi)膜有選擇透性，完整的線粒體內(nèi)膜有選擇透性，H H+ +不能自由通過。不能自由通過。在質(zhì)子泵的作用下產(chǎn)生了跨膜的質(zhì)子濃度梯度和電在質(zhì)子泵的作用下產(chǎn)生了跨膜的質(zhì)子濃度梯度和電位梯度。又叫質(zhì)子推動(dòng)力。位梯度。又叫質(zhì)子推動(dòng)力。質(zhì)子推動(dòng)力可以被存在于線粒體內(nèi)膜上的質(zhì)子推動(dòng)力可以被存在于線粒體內(nèi)膜上的ATPATP合酶合酶利利用，生成高能磷酸基團(tuán)，并與用

19、，生成高能磷酸基團(tuán)，并與ADPADP結(jié)合而合成結(jié)合而合成ATPATP。1、化學(xué)滲透學(xué)說主要內(nèi)容、化學(xué)滲透學(xué)說主要內(nèi)容：38 Fo 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(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖化學(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖39內(nèi)膜內(nèi)膜F Fo oF F1 1 ATPATP酶酶e e- -ADP+PiADP+Pi底物底物H H+ +ATPATPH H+ +H H+ +H H+ +基質(zhì)基質(zhì)膜

20、間隙膜間隙電子傳遞鏈電子傳遞鏈40412. ATP合酶合酶由由親水部分親水部分 F1（33亞基亞基 ）和）和疏水部分疏水部分 Fo（a1b2c912亞基）組成。亞基）組成。42 F1主要作用是催主要作用是催化化ATP形成；形成； Fo鑲嵌在線粒體鑲嵌在線粒體的內(nèi)膜上，作為質(zhì)子的內(nèi)膜上，作為質(zhì)子通道。通道。 Fo中的一個(gè)亞中的一個(gè)亞基稱為基稱為寡霉素敏感蛋寡霉素敏感蛋白質(zhì)白質(zhì)（OSCP）43 ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，當(dāng)化速度加快；反之，當(dāng)ATP/ADP比值升比值升高時(shí)，則氧化磷酸化速度減慢。高時(shí)，則氧化磷酸化速度減慢。 （一）（一）ATP/AD

21、PATP/ADP比值比值四、影響氧化磷酸化的因素四、影響氧化磷酸化的因素44（二）（二） 呼吸鏈電子傳遞抑制劑呼吸鏈電子傳遞抑制劑 它的特點(diǎn)是可抑制呼吸鏈的某一環(huán)節(jié)，使呼吸它的特點(diǎn)是可抑制呼吸鏈的某一環(huán)節(jié)，使呼吸鏈中斷。因底物的氧化作用受阻，偶聯(lián)的磷酸化鏈中斷。因底物的氧化作用受阻，偶聯(lián)的磷酸化作用無法進(jìn)行，作用無法進(jìn)行，ATP的生成隨之減少。這類物質(zhì)和的生成隨之減少。這類物質(zhì)和化學(xué)藥品大多對人類或哺乳動(dòng)物乃至需氧生物具化學(xué)藥品大多對人類或哺乳動(dòng)物乃至需氧生物具有極強(qiáng)的毒性。有極強(qiáng)的毒性。1 1、 定義定義 是能夠?qū)Ｒ恍宰钄嗪粑溨心承┎课浑娮觽鬟f是能夠?qū)Ｒ恍宰钄嗪粑溨心承┎课浑娮觽鬟f的物質(zhì)

22、。的物質(zhì)。452 2、 種類種類u 氰化物、疊氮化物、氰化物、疊氮化物、CO、H2S :阻斷阻斷Cytaa3Cytaa3向向O O2 2的傳遞的傳遞u 魚藤酮、安密妥、殺粉蝶素魚藤酮、安密妥、殺粉蝶素 A：阻斷從阻斷從NADH向向CoQ的傳遞的傳遞u 抗霉素抗霉素A和二巰基丙醇：和二巰基丙醇：阻斷阻斷Cytb向向Cytc1的電的電子傳遞子傳遞46魚藤酮魚藤酮?dú)⒎鄣兀ǚ鄣顾貧⒎鄣兀ǚ鄣顾谹 A）安密妥（異戊巴比妥）安密妥（異戊巴比妥） 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(diǎn)各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)47（三）解偶聯(lián)劑（三）解偶

23、聯(lián)劑 不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程，但能使過程，但能使氧化產(chǎn)生的能量不氧化產(chǎn)生的能量不能用于能用于ADP的磷酸化的磷酸化的試劑稱的試劑稱為解偶聯(lián)劑。為解偶聯(lián)劑。 1 1、 定義定義 增大了線粒體內(nèi)膜對增大了線粒體內(nèi)膜對H+的通透性，的通透性，破壞了質(zhì)子破壞了質(zhì)子濃度梯度濃度梯度，從而使氧化過程釋放的能量不能用于，從而使氧化過程釋放的能量不能用于ATP的合成反應(yīng)的合成反應(yīng) 2 2、 作用機(jī)理作用機(jī)理483 3、 舉列舉列主要的解偶聯(lián)劑有主要的解偶聯(lián)劑有2,4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNP）（1）2,4-二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO

24、2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜內(nèi)內(nèi)外外49（2）解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制）解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制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 50（四）氧化磷酸化抑制劑（四）氧化磷酸化抑制劑 直接干擾直接干擾ATP的生成，結(jié)果的生成，結(jié)果即阻斷了呼吸鏈即阻斷了呼吸鏈的電子傳遞又抑制了的電子傳遞又抑制了ATP的形成的形成的物質(zhì)。的物質(zhì)。 1 1、 定義定義2 2、 作用機(jī)理作用機(jī)理 直接作用于直接作用于線粒體內(nèi)膜上的線粒體內(nèi)膜上的ATP合酶合酶，從而使，從而使線粒體內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高。線粒體內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)

25、梯度增高。51 寡霉素寡霉素(oligomycin) 可阻止質(zhì)子從可阻止質(zhì)子從Fo質(zhì)子通道回流，抑制質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成生成3 3、 舉列舉列52（五）離子載體抑制劑（五）離子載體抑制劑 指那些能與某種離子結(jié)合，并作為這些離子的指那些能與某種離子結(jié)合，并作為這些離子的載體攜帶離子穿過線粒體內(nèi)膜的脂雙層進(jìn)入線粒體載體攜帶離子穿過線粒體內(nèi)膜的脂雙層進(jìn)入線粒體的化合物的化合物 實(shí)質(zhì)是實(shí)質(zhì)是破壞了膜兩側(cè)的電位梯度破壞了膜兩側(cè)的電位梯度。1 1、 定義定義2 2、 作用機(jī)理作用機(jī)理 結(jié)合除結(jié)合除H+以處的一價(jià)陽離子以處的一價(jià)陽離子,如如纈氨霉素纈氨霉素結(jié)合結(jié)合K+離子離子,短桿菌肽短桿菌肽結(jié)合結(jié)

26、合K+、Na+及其它一價(jià)離子等。及其它一價(jià)離子等。 3 3、 舉列舉列53氧化磷酸化的抑制劑總結(jié)氧化磷酸化的抑制劑總結(jié)54五、高能化合物五、高能化合物u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21KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯鍵，常表示為鍵，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（一）定義（一）定義u高能化合物高能化合物 水解時(shí)釋放的自由能大于等于水解時(shí)釋放的自由能大于等于ATP水解生成水解生成ADP的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(-30.5kJ/mol)的化合物的化合物55（二）高能化合物的種類（二）高能化合物的種類565

27、7（三）重要的高能化合物（三）重要的高能化合物-ATP-ATPATP（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷）焦磷酸焦磷酸58adenineNNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12glycosidicbondOPO- -OOPOO- -OPO- - -OOester bondATP分子中的高能磷酸鍵鍵 G0 14.3KJ鍵 G0 27.6KJ 鍵 G0 30.5KJ機(jī)械能機(jī)械能-運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)化學(xué)能化學(xué)能-合成合成滲透能滲透能-分泌吸收分泌吸收電能電能-生物電生物電熱能熱能-體溫體溫光能光能-生物發(fā)光生物發(fā)光 ATPATP是生物系統(tǒng)能量交換的中心是生物系統(tǒng)能量交換的中心熒火蟲熒火蟲1 1、ATPATP的特殊作

28、用的特殊作用60ATPATP循環(huán)循環(huán)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(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) )61 磷酸肌酸磷酸肌酸是是骨骼肌骨骼肌和和腦組織腦組織中中能量的貯存形式能量的貯存形式。62多磷酸核苷間的能量轉(zhuǎn)移多磷酸核苷間的能量轉(zhuǎn)移 在生物體內(nèi)，除了在生物體內(nèi)，除了ATP供能外，還使用其他形式供能外，還使用其他形式的高能磷酸鍵供能，如的高能磷酸鍵供能，如UTP用于

29、用于糖原的合成糖原的合成，CTP用于用于磷脂的合成磷脂的合成，GTP用于用于蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成等。等。核苷單磷酸激酶核苷單磷酸激酶NMP + ATPNDP + ADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶NDP + ATPNTP + ADP6364磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的載體磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的載體2 2、能荷、能荷 能荷能荷(energy charge) (Atkinson, 1968)(energy charge) (Atkinson, 1968) 在總的腺苷酸中所負(fù)荷在總的腺苷酸中所負(fù)荷( (含有含有) )的的的量。的量。ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP能荷能荷=當(dāng)全部腺苷酸都是當(dāng)全部腺苷酸都是A

30、TP時(shí)時(shí),能荷能荷=1;當(dāng)全部腺苷酸都是當(dāng)全部腺苷酸都是AMP時(shí)時(shí),能荷能荷=0.65 能荷，反映細(xì)胞能量水平。能荷，反映細(xì)胞能量水平。 能荷對代謝的調(diào)能荷對代謝的調(diào)節(jié)節(jié)可通過可通過ATP 、 ADP和和AMP作為代謝中某些酶分作為代謝中某些酶分子的子的別構(gòu)效應(yīng)物別構(gòu)效應(yīng)物進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。能荷能荷相對相對速率速率ATP的利的利用途徑用途徑 ATP的生成的生成途徑途徑能荷對能荷對ATPATP的生成途徑和的生成途徑和ATPATP的的利用途徑相對速率的影響利用途徑相對速率的影響66 磷酸甘油穿梭系統(tǒng)磷酸甘油穿梭系統(tǒng) 主要存在于主要存在于腦腦和和骨骼肌骨骼肌中中 蘋果酸蘋果酸天

31、冬氨酸穿梭系統(tǒng)天冬氨酸穿梭系統(tǒng) 主要存在于主要存在于肝肝和和心肌心肌中中 酵解酵解（細(xì)胞質(zhì)）（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化氧化磷酸化 （線粒體）（線粒體）六、線粒體外六、線粒體外NADHNADH的氧化磷酸化作用的氧化磷酸化作用67 線粒體線粒體 內(nèi)膜內(nèi)膜 線粒體線粒體 外膜外膜膜間腔膜間腔 線粒體線粒體 基質(zhì)基質(zhì) FADH2 NAD+ FAD -磷酸甘磷酸甘油脫氫酶油脫氫酶 FADH2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 CHOH NADH+H+ - -磷酸

32、甘磷酸甘油脫氫酶油脫氫酶（一）（一） -磷酸甘油穿梭系統(tǒng)：磷酸甘油穿梭系統(tǒng)：P/O為為1.568 -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油FADFADH2NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2NADHNAD+線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜（細(xì)胞液）（細(xì)胞液） -磷酸甘磷酸甘油脫氫酶油脫氫酶 -磷酸甘磷酸甘油脫氫酶油脫氫酶 69注：注：它使細(xì)胞溶膠中的它使細(xì)胞溶膠中的NADH逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體內(nèi)膜，進(jìn)入電子傳遞鏈進(jìn)行氧化。到線粒體內(nèi)膜，進(jìn)入電子傳遞鏈進(jìn)行氧化。（二）蘋果酸（二）蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用：天冬氨酸穿梭作用：P/O為為2.5細(xì)胞液細(xì)胞液線粒體內(nèi)膜體線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸蘋果酸蘋果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)蘋果酸蘋果酸脫氫酶脫氫酶NADH+H+蘋果酸蘋果酸脫氫酶脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷