第4章+生物氧化

1、會計學(xué)1第第4章章+生物氧化生物氧化第1頁/共78頁u第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化概述生物氧化概述u第二節(jié)第二節(jié) 電子傳遞鏈（呼吸鏈）電子傳遞鏈（呼吸鏈）u第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化氧化磷酸化第2頁/共78頁有機(jī)物在生物體內(nèi)氧化分解成二氧化碳和水有機(jī)物在生物體內(nèi)氧化分解成二氧化碳和水并釋放和貯存能量的過程。并釋放和貯存能量的過程。又稱細(xì)胞氧化或又稱細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸細(xì)胞呼吸。 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量能量（2870.22 kJ/mol）一、生物氧化概念一、生物氧化概念（一）定義：（一）定義：第3頁/共78頁1 1、在活的細(xì)胞中溫和條件下進(jìn)行、在活的細(xì)胞中溫和條件下進(jìn)

2、行2 2、生物氧化反應(yīng)為酶促反應(yīng)、生物氧化反應(yīng)為酶促反應(yīng)3 3、氧化過程分階段進(jìn)行，能量逐步釋放。、氧化過程分階段進(jìn)行，能量逐步釋放。4 4、產(chǎn)生的能量貯存在高能磷酸化合物（主、產(chǎn)生的能量貯存在高能磷酸化合物（主ATPATP）中。）中。一、生物氧化概念一、生物氧化概念 生物氧化過程與磷酸化偶聯(lián)，在此過程中不會因氧化過程中能量驟生物氧化過程與磷酸化偶聯(lián)，在此過程中不會因氧化過程中能量驟然釋放而傷害機(jī)體，釋放的能量盡可得到有效的利用。然釋放而傷害機(jī)體，釋放的能量盡可得到有效的利用。第4頁/共78頁（三）生物氧化的方式（三）生物氧化的方式氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)脫電子脫電子脫氫脫氫加氧加氧還原反應(yīng)還原反應(yīng)得

3、電子得電子加氫加氫脫氧脫氧一、生物氧化概念一、生物氧化概念第5頁/共78頁（四）（四）CO2的生成的生成1 1、直接脫羧、直接脫羧丙酮酸丙酮酸丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶乙醛乙醛 + CO+ CO2 22 2、氧化脫羧的同時伴有氧化脫氫、氧化脫羧的同時伴有氧化脫氫丙酮酸丙酮酸丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系乙酰乙酰CoA + COCoA + CO2 22H一、生物氧化概念一、生物氧化概念第6頁/共78頁（四）（四）H2O的形成的形成 在脫氫酶、傳遞體、氧化酶組成的體系催在脫氫酶、傳遞體、氧化酶組成的體系催化下由代謝底物脫下的氫與氧結(jié)合生成的?；掠纱x底物脫下的氫與氧結(jié)合生成的。AH2A2HH受體受體

4、中間傳遞體中間傳遞體H2O1/2O2ATP氧化酶激活氧化酶激活一、生物氧化概念一、生物氧化概念第7頁/共78頁二、自由能和氧化還原電位二、自由能和氧化還原電位1 1、自由能、自由能u某一系統(tǒng)的總能量中，能在恒溫恒壓和必要的體積下做有用功的某一系統(tǒng)的總能量中，能在恒溫恒壓和必要的體積下做有用功的那部分能量。（用那部分能量。（用G G表示）表示） u在一個化學(xué)反應(yīng)中當(dāng)在一個化學(xué)反應(yīng)中當(dāng)A A轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為B B時，其自由能的變化用時，其自由能的變化用GG表示。表示。 u根據(jù)根據(jù)GG判定反應(yīng)方向：判定反應(yīng)方向：GG0 0 放能，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；放能，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；GG0 0 吸能，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；吸能

5、，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；G=0 G=0 反應(yīng)達(dá)到平衡。反應(yīng)達(dá)到平衡。第8頁/共78頁2 2、標(biāo)準(zhǔn)自由能變化與平衡常數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)自由能變化與平衡常數(shù) G0= - RT1n KeqR R為氣體常數(shù)（為氣體常數(shù)（1.987calMol-1K-1）T T為絕對溫度。為絕對溫度。G0是一個常數(shù)，是一個特定值。是一個常數(shù)，是一個特定值。在生化反應(yīng)中，在生化反應(yīng)中，pH=7.0pH=7.0時時, ,其標(biāo)準(zhǔn)自由能變化以其標(biāo)準(zhǔn)自由能變化以GG0 0表示。表示。二、自由能和氧化還原電位二、自由能和氧化還原電位第9頁/共78頁3 3、氧化還原電位、氧化還原電位在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫電極電極勢為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氫電極電極勢為0 0，

6、與之比較，與之比較得電極勢（電位）。得電極勢（電位）。 0 0 接受電子接受電子(得電子能力大于得電子能力大于H，氧化劑，氧化劑)0 7.3千卡時，可形成千卡時，可形成ATP二、自由能和氧化還原電位二、自由能和氧化還原電位第11頁/共78頁高能化合物：高能化合物：水解時放出的自由能在水解時放出的自由能在20.92kJ/mol（5千卡千卡/mol）以上的化合物以上的化合物。u高能基團(tuán)高能基團(tuán) 高能化合物中被水解的基團(tuán)；高能化合物中被水解的基團(tuán)；u高能磷酸化合物高能磷酸化合物 以磷酸作為高能基團(tuán)的高能化合物；以磷酸作為高能基團(tuán)的高能化合物；u高能鍵高能鍵 被水解斷裂釋放出大量自由能的活潑共價鍵。被

7、水解斷裂釋放出大量自由能的活潑共價鍵。（一）高能化合物概念（一）高能化合物概念第12頁/共78頁1 1）焦磷酸化合物）焦磷酸化合物OOHOHCH2NH2NNNNOPOOOHPOOOHPHOOOH1 1、磷氧鍵型、磷氧鍵型三、高能化合物三、高能化合物腺苷三磷酸（腺苷三磷酸（ATPATP）第13頁/共78頁（二）高能化合物類型（二）高能化合物類型CCHOHCH2OPO3H2OOOHPOHO1,3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸1 1、磷氧鍵型、磷氧鍵型第14頁/共78頁CCCH2OOHOPO3H21 1、磷氧鍵型、磷氧鍵型（二）高能化合物類型（二）高能化合物類型磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸第15頁/共

8、78頁POOHOHHNCNCH2COOHCH3NH（二）高能化合物類型（二）高能化合物類型磷酸肌酸磷酸肌酸第16頁/共78頁3 3、硫酯鍵型、硫酯鍵型 CH3COCoAS乙酰乙酰CoASH CoASH （二）高能化合物類型（二）高能化合物類型CH2CORCoAS脂酰輔酶脂酰輔酶A A第17頁/共78頁CH3CH2CH2CHCOOHSH2NNNNNNH2CH2OHOHO（二）高能化合物類型（二）高能化合物類型S腺苷甲硫氨酸（腺苷甲硫氨酸（ SAM ）第18頁/共78頁第19頁/共78頁 1 1、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)特點密集的負(fù)電荷產(chǎn)生靜電斥力，產(chǎn)生高的磷酸轉(zhuǎn)移密集的負(fù)電荷產(chǎn)生靜電斥力，產(chǎn)生高的磷酸轉(zhuǎn)移

9、勢能，水解脫去磷酸基團(tuán)可釋放大量能量。勢能，水解脫去磷酸基團(tuán)可釋放大量能量。與與CaCa2+2+，或或MgMg2+2+以絡(luò)合物形式存在以絡(luò)合物形式存在POO-OP-OO-OOPOOO-OOHOHCH2NH2NNNNO第20頁/共78頁 1 1） ATPATP為能量貨幣為能量貨幣 能量合成與利用以能量合成與利用以ATPATP為中心，為中心，ATP-ADPATP-ADP循循環(huán)是生物系統(tǒng)的能量交換中樞。環(huán)是生物系統(tǒng)的能量交換中樞。2 2、ATPATP的作用的作用 1,31,3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸1,31,3二磷酸甘油酸激酶二磷酸甘油酸激酶3 3磷酸甘油酸磷酸甘油酸ATP6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄

10、糖ADP己糖己糖激酶激酶葡萄糖葡萄糖（三三）最重要的高能化合物最重要的高能化合物-ATP-ATP第21頁/共78頁 在磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)中，磷酸基從轉(zhuǎn)移勢能較在磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)中，磷酸基從轉(zhuǎn)移勢能較高的供體轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移勢能較低的受體分子，高的供體轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移勢能較低的受體分子，ATPATP的的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能在常見的含磷酸基團(tuán)化合物中磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能在常見的含磷酸基團(tuán)化合物中處于中間位置，因而在磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能高的供處于中間位置，因而在磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能高的供體與低能的受體之間充當(dāng)中間載體。體與低能的受體之間充當(dāng)中間載體。2 2）磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間體）磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間體2 2、ATPATP的

11、作用的作用 （三三）最重要的高能化合物最重要的高能化合物-ATP-ATP第22頁/共78頁第23頁/共78頁一、電子傳遞鏈概念一、電子傳遞鏈概念 在生物氧化中，代謝物上的在生物氧化中，代謝物上的H H原子被脫氫酶激活脫原子被脫氫酶激活脫落后，以質(zhì)子和電子的形式由線粒體內(nèi)膜上的一系列落后，以質(zhì)子和電子的形式由線粒體內(nèi)膜上的一系列傳遞體傳遞，最終傳給被激活的傳遞體傳遞，最終傳給被激活的O O2 2，而生成，而生成H H2 2O O，由這，由這些傳遞體組成的傳遞鏈稱為些傳遞體組成的傳遞鏈稱為電子傳遞鏈（呼吸鏈）。電子傳遞鏈（呼吸鏈）。第24頁/共78頁2、FADH2呼吸鏈（呼吸鏈（琥珀酸琥珀酸氧化呼

12、吸鏈）氧化呼吸鏈）生物體內(nèi)主要呼吸鏈生物體內(nèi)主要呼吸鏈1 1、NADH呼吸鏈呼吸鏈第25頁/共78頁是體內(nèi)很多脫是體內(nèi)很多脫氫酶的輔酶，氫酶的輔酶，連接三羧酸循連接三羧酸循環(huán)和呼吸鏈，環(huán)和呼吸鏈，其功能是將代其功能是將代謝過程中脫下謝過程中脫下來的氫交給黃來的氫交給黃素蛋白。素蛋白。第26頁/共78頁 呼吸鏈所有組成成分都嵌合于線粒體內(nèi)膜，呼吸鏈所有組成成分都嵌合于線粒體內(nèi)膜，線線粒體的內(nèi)膜粒體的內(nèi)膜是重要的能量交換部位。是重要的能量交換部位。線粒體結(jié)構(gòu)線粒體結(jié)構(gòu)第27頁/共78頁線粒體結(jié)構(gòu)線粒體結(jié)構(gòu)第28頁/共78頁是膜內(nèi)側(cè)的一個嵌入蛋白，含是膜內(nèi)側(cè)的一個嵌入蛋白，含F(xiàn)MNFMN或或FADF

13、AD，活性中心在膜的內(nèi)側(cè)，活性中心在膜的內(nèi)側(cè), ,可可催化琥珀酸氧化為延胡索酸。催化琥珀酸氧化為延胡索酸。每個每個FMNFMN或或FADFAD可接受可接受2 2個電子個電子2 2個質(zhì)子，個質(zhì)子，NADHNADH脫氫酶以脫氫酶以FMNFMN為輔基，為輔基，琥珀酸脫氫酶以琥珀酸脫氫酶以FADFAD為為輔基。輔基。 二、電子傳遞鏈的組成成分二、電子傳遞鏈的組成成分第29頁/共78頁鐵硫蛋白：在其分子結(jié)構(gòu)中每個鐵原子和鐵硫蛋白：在其分子結(jié)構(gòu)中每個鐵原子和肽鏈的肽鏈的半胱氨酸半胱氨酸4 4個硫原子結(jié)合，通過個硫原子結(jié)合，通過FeFe2+2+、FeFe3+3+互變進(jìn)互變進(jìn)行電子傳遞，有行電子傳遞，有2Fe

14、-2S2Fe-2S和和4Fe-4S4Fe-4S兩種類型。兩種類型。 Fe+ eFe+二、電子傳遞鏈的組成成分二、電子傳遞鏈的組成成分第30頁/共78頁OORRRR2H+2e-OHOHRRRR+二、電子傳遞鏈的組成成分二、電子傳遞鏈的組成成分 醌式化合物，可接受一對質(zhì)子和一對電子，醌式化合物，可接受一對質(zhì)子和一對電子，是呼吸鏈上唯一的非蛋白質(zhì)的有機(jī)分子，在膜是呼吸鏈上唯一的非蛋白質(zhì)的有機(jī)分子，在膜中比較自由。中比較自由。第31頁/共78頁多肽鏈多肽鏈多肽鏈多肽鏈N NC CH H3 3C CH HC CH H3 3S SC Cy ys sN NC CH H3 3F Fe eC CH H2 2C

15、CH HC CH H3 3N NC CH H2 2C CH H2 2C CO OO O- -S SC Cy ys sN NC CH H3 3C CH H2 2C CH H2 2C CO OO O- -Fe2+ Fe3+e二、電子傳遞鏈的組成成分二、電子傳遞鏈的組成成分Cyt 分子中含有血分子中含有血紅素鐵，以共價形紅素鐵，以共價形式與蛋白結(jié)合，呼式與蛋白結(jié)合，呼吸鏈中有吸鏈中有5 5類：細(xì)類：細(xì)胞色素胞色素a a、a a3 3、b b、c c、c c1 1，其中，其中a a、a a3 3含有銅原子。含有銅原子。第32頁/共78頁1 1、CytbCytb 是膜的嵌入蛋白，可接受是膜的嵌入蛋白，可

16、接受CoQCoQ的電子。的電子。2 2、CytcCytc1 1 是膜的嵌入蛋白，與是膜的嵌入蛋白，與CytbCytb組成一個復(fù)合體，它可接受組成一個復(fù)合體，它可接受CytbCytb的電子，的電子，并把它傳給并把它傳給Cytc Cytc 。二、電子傳遞鏈的組成成分二、電子傳遞鏈的組成成分第33頁/共78頁是膜上唯一的外是膜上唯一的外周蛋白，處于膜周蛋白，處于膜的外側(cè)，可接受的外側(cè)，可接受CytcCytc1 1的電子，并的電子，并傳給傳給CytaaCytaa3 3。（四）細(xì)胞色素（四）細(xì)胞色素（CytCyt）類類二、電子傳遞鏈的組成成分二、電子傳遞鏈的組成成分第34頁/共78頁兩個細(xì)胞色素的復(fù)合體

17、兩個細(xì)胞色素的復(fù)合體，跨膜蛋白跨膜蛋白，含有，含有CuCu離離子。子。CytaCyta接受接受CytcCytc的電的電子，經(jīng)過子，經(jīng)過CuCu傳給傳給a a3 3。Cyta3的活性中心在膜的活性中心在膜的內(nèi)側(cè)，可以將其電子的內(nèi)側(cè)，可以將其電子直接傳給氧分子而生成直接傳給氧分子而生成水。水。該復(fù)合體又稱為細(xì)胞色素氧化酶該復(fù)合體又稱為細(xì)胞色素氧化酶 呼吸鏈末端氧化酶呼吸鏈末端氧化酶（四）細(xì)胞色素（四）細(xì)胞色素（CytCyt）類類二、電子傳遞鏈的組成成分二、電子傳遞鏈的組成成分第35頁/共78頁上述電子傳遞鏈組分除泛醌和細(xì)胞色素上述電子傳遞鏈組分除泛醌和細(xì)胞色素C外，外，其余組分形成嵌入內(nèi)膜的結(jié)構(gòu)化

18、超分子復(fù)合物。其余組分形成嵌入內(nèi)膜的結(jié)構(gòu)化超分子復(fù)合物。第36頁/共78頁復(fù)合物復(fù)合物I：又稱為又稱為NADH CoQ還原酶還原酶, 它的作用是催化它的作用是催化NADH的氧化脫氫以及的氧化脫氫以及CoQ還原。包括以還原。包括以FMN為輔基的黃素蛋白和多種鐵硫蛋白。為輔基的黃素蛋白和多種鐵硫蛋白。復(fù)合物復(fù)合物：又稱為琥珀酸又稱為琥珀酸 CoQ還原酶還原酶,它的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和它的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和CoQ的還原。包括以的還原。包括以FAD為輔基的黃素蛋白、多種鐵硫蛋白和細(xì)胞色素為輔基的黃素蛋白、多種鐵硫蛋白和細(xì)胞色素b560。復(fù)合物復(fù)合物:又稱為又稱為CoQ -Cytc還原

19、酶還原酶, 其作用是催化還原型其作用是催化還原型CoQ的氧化和細(xì)胞色的氧化和細(xì)胞色素素c的還原。包括細(xì)胞色素的還原。包括細(xì)胞色素b（b562、b566）和）和c1，以及鐵硫蛋白。，以及鐵硫蛋白。復(fù)合物復(fù)合物IV：又稱為又稱為Cytc 氧化酶、末端氧化酶，它的重要作用是將電子從氧化酶、末端氧化酶，它的重要作用是將電子從Cytc傳傳遞給氧。包括遞給氧。包括cyt aa3和含銅蛋白。和含銅蛋白。電子傳遞鏈組分形成的超分子復(fù)合物電子傳遞鏈組分形成的超分子復(fù)合物第37頁/共78頁E E0 0的高低的高低三、呼吸鏈的電子傳遞順序三、呼吸鏈的電子傳遞順序研究方法：研究方法：第38頁/共78頁呼吸鏈組分排列順

20、序及氧化還原電位呼吸鏈組分排列順序及氧化還原電位電子傳遞方向性由氧化還原電位決定電子傳遞方向性由氧化還原電位決定電子從電子從E E0 0值小的傳遞體向值小的傳遞體向E E0 0值大的傳遞體傳遞值大的傳遞體傳遞琥珀酸琥珀酸 FAD CoQ b c1 c aa3 O2 +0.06第39頁/共78頁三、呼吸鏈的電子傳遞順序三、呼吸鏈的電子傳遞順序Cytc第40頁/共78頁NADH呼吸鏈電子傳遞過程的循環(huán)呼吸鏈電子傳遞過程的循環(huán)第41頁/共78頁呼吸鏈組分在線粒體內(nèi)膜上的分布呼吸鏈組分在線粒體內(nèi)膜上的分布外膜外膜膜間膜間空間空間內(nèi)膜內(nèi)膜胞液胞液襯質(zhì)襯質(zhì)NADH+H+FMNFe-SCoQFe-SFADC

21、ytbFe-SCytc1CytcO2CytaCyta3琥珀酸琥珀酸第42頁/共78頁 能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)，稱為，稱為電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑。第43頁/共78頁 利用專一性電子傳遞抑制劑選擇性地阻斷呼吸鏈中某個傳遞步驟，再測定利用專一性電子傳遞抑制劑選擇性地阻斷呼吸鏈中某個傳遞步驟，再測定鏈中多組分的氧化還原態(tài)情況，是研究電子傳遞鏈順序的一種重要方法。鏈中多組分的氧化還原態(tài)情況，是研究電子傳遞鏈順序的一種重要方法。 原理如通水管中的流水一原理如通水管中的流水一樣，正常情況下，連通管中樣，正常情況下，連通管中的水位，越靠近出水管口越的

22、水位，越靠近出水管口越低，從入水到出水形成均勻低，從入水到出水形成均勻的梯度；若連通水管中某一的梯度；若連通水管中某一環(huán)節(jié)受阻，則在受阻部位以環(huán)節(jié)受阻，則在受阻部位以前的水管即充滿水，而在受前的水管即充滿水，而在受阻部位以后的水管，因無水阻部位以后的水管，因無水繼續(xù)補充而即將流空。繼續(xù)補充而即將流空。第44頁/共78頁第45頁/共78頁底物氧化過程中，高能代謝中間產(chǎn)物，通過底物氧化過程中，高能代謝中間產(chǎn)物，通過E E促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，直接偶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，直接偶聯(lián)聯(lián)ATPATP的形成。的形成。一、氧化磷酸化的概念及類型一、氧化磷酸化的概念及類型 利用生物氧化過程中，釋放的自由能使利用生物

23、氧化過程中，釋放的自由能使ADPADP磷酸化為磷酸化為ATPATP的過程的過程。1 1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化第46頁/共78頁電子從電子從NADHNADH或或FADHFADH2 2經(jīng)過電子傳遞體傳遞到經(jīng)過電子傳遞體傳遞到O O2 2形成形成H H2 2O O時，同時偶聯(lián)時，同時偶聯(lián)ADPADP磷酸化磷酸化為為ATPATP，這一過程稱電子傳遞偶聯(lián)的磷酸化。，這一過程稱電子傳遞偶聯(lián)的磷酸化。一、氧化磷酸化的概念及類型一、氧化磷酸化的概念及類型 2 2、電子傳遞偶聯(lián)的磷酸化（簡稱氧化磷酸化）、電子傳遞偶聯(lián)的磷酸化（簡稱氧化磷酸化）第47頁/共78頁二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位二、氧化磷酸化偶聯(lián)部

24、位（一）推測氧化磷酸化的偶聯(lián)部位的方法（一）推測氧化磷酸化的偶聯(lián)部位的方法位置位置NADH CoQCtyb CytcCytaa3 O2第48頁/共78頁每消耗一個氧原子所形成的每消耗一個氧原子所形成的ATPATP數(shù)或每對電子經(jīng)過呼吸鏈所形成的數(shù)或每對電子經(jīng)過呼吸鏈所形成的ATPATP數(shù)。數(shù)。 測定長呼吸鏈中測定長呼吸鏈中P/OP/O比為比為2.52.5；短呼吸鏈中短呼吸鏈中P/OP/O比為比為1.51.5。在每在每2 2個電子經(jīng)呼吸鏈傳遞給分子氧的過程中，個電子經(jīng)呼吸鏈傳遞給分子氧的過程中，伴隨伴隨ADPADP磷酸化所消耗的無機(jī)磷的磷原子數(shù)與消磷酸化所消耗的無機(jī)磷的磷原子數(shù)與消耗的氧原子數(shù)之比

25、耗的氧原子數(shù)之比 P/O P/O2 2、 P/OP/O比值比值（一）推測氧化磷酸化的偶聯(lián)部位的方法（一）推測氧化磷酸化的偶聯(lián)部位的方法二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位第49頁/共78頁（二）氧化磷酸化偶聯(lián)部位（二）氧化磷酸化偶聯(lián)部位二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位第50頁/共78頁三、氧化磷酸化的作用機(jī)制三、氧化磷酸化的作用機(jī)制 u線粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間隔排列著的球狀顆粒，稱為線粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間隔排列著的球狀顆粒，稱為ATPATP合成酶復(fù)合體，是合成酶復(fù)合體，是ATPATP合成的場所合成的場所。（一）線粒體偶聯(lián)因子（一）線粒體偶聯(lián)因子F1F0 u氧化

26、磷酸化偶聯(lián)因子，包含氧化磷酸化偶聯(lián)因子，包含ATPATP合成酶系統(tǒng)，可利用電子傳遞的高能合成酶系統(tǒng)，可利用電子傳遞的高能狀態(tài)將狀態(tài)將ADPADP和和PiPi合成為合成為ATPATP。 第51頁/共78頁第52頁/共78頁u功能功能ADP+PiATP+H2Ou 組成組成F1頭部頭部為為F1因子因子3 39個亞基個亞基組成組成ATP的催化部位。的催化部位。 F0膜部膜部為為F0因子因子4條肽鏈組成的嵌入線條肽鏈組成的嵌入線粒體內(nèi)膜蛋白，含有質(zhì)粒體內(nèi)膜蛋白，含有質(zhì)子通道。子通道。ATP合酶復(fù)合體合酶復(fù)合體第53頁/共78頁三、氧化磷酸化的作用機(jī)制三、氧化磷酸化的作用機(jī)制 （二）氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制（二

27、）氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制三種假說解釋氧化磷酸化三種假說解釋氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制偶聯(lián)機(jī)制H H的氧化過程中，形成一個高能中間物，然后傳遞能量交給的氧化過程中，形成一個高能中間物，然后傳遞能量交給ADPADP形成形成ATP ATP 。由于一直未能鑒定出高能共價結(jié)合的中間產(chǎn)物，以致連由于一直未能鑒定出高能共價結(jié)合的中間產(chǎn)物，以致連E.C.Slater也認(rèn)為也認(rèn)為它幾乎可以肯定是不正確的了。它幾乎可以肯定是不正確的了。1 1、化學(xué)偶聯(lián)假說（、化學(xué)偶聯(lián)假說（19531953年年E.C.SlaterE.C.Slater提出的）提出的）第54頁/共78頁H的氧化過程中，形成高能構(gòu)象，然后將能量釋放，使的氧化過程中

28、，形成高能構(gòu)象，然后將能量釋放，使ADP ATP三、氧化磷酸化的作用機(jī)制三、氧化磷酸化的作用機(jī)制 （二）氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制（二）氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制2 2、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提出了這種假說）提出了這種假說）第55頁/共78頁3 3、化學(xué)滲透學(xué)說（此學(xué)說被多數(shù)人支持）、化學(xué)滲透學(xué)說（此學(xué)說被多數(shù)人支持） 化學(xué)滲透學(xué)說是英國米歇爾經(jīng)過大量實驗后于化學(xué)滲透學(xué)說是英國米歇爾經(jīng)過大量實驗后于19611961年首先提出的，主要年首先提出的，主要論點是認(rèn)為呼吸鏈起質(zhì)子泵作用，質(zhì)子被泵出線粒體內(nèi)膜之外側(cè)，造成論點是認(rèn)為呼吸鏈起質(zhì)子泵作用，質(zhì)子被

29、泵出線粒體內(nèi)膜之外側(cè)，造成了膜內(nèi)外兩側(cè)間跨膜的化學(xué)電位差，后者被膜上了膜內(nèi)外兩側(cè)間跨膜的化學(xué)電位差，后者被膜上ATPATP合成酶所利用，使合成酶所利用，使ADPADP合成合成ATPATP。 三、氧化磷酸化的作用機(jī)制三、氧化磷酸化的作用機(jī)制 （二）氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制（二）氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制第56頁/共78頁（1 1）遞）遞H H體與遞電子體交替排列，定體與遞電子體交替排列，定位于線粒體內(nèi)膜。位于線粒體內(nèi)膜。（2 2）遞）遞H H體有體有H H泵作用，將泵作用，將2H2H+ +泵出內(nèi)泵出內(nèi)膜，膜，2e2e傳給遞電子體，整個過程泵出傳給遞電子體，整個過程泵出3 3對對H H+ +造成造成H H+ +

30、跨膜梯度跨膜梯度（3 3）線粒體膜對）線粒體膜對H H+ +不通透，造成不通透，造成H H+ +跨膜梯度?？缒ぬ荻取＃? 4）H H+ +通過線粒體通過線粒體F1-F0-ATP酶進(jìn)入酶進(jìn)入內(nèi)膜，釋放出的自由能推動內(nèi)膜，釋放出的自由能推動ATP合成合成。化學(xué)滲透學(xué)說化學(xué)滲透學(xué)說要點要點第57頁/共78頁化學(xué)滲透學(xué)說化學(xué)滲透學(xué)說第58頁/共78頁化學(xué)滲透學(xué)說化學(xué)滲透學(xué)說的實驗證據(jù)的實驗證據(jù) 氧化磷酸化的重建試驗氧化磷酸化的重建試驗第59頁/共78頁例：例： 2.4二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNP）原理：增加膜的通透性，破壞跨膜蛋白質(zhì)電化學(xué)梯度（原理：增加膜的通透性，破壞跨膜蛋白質(zhì)電化學(xué)梯度（H+）梯

31、度）梯度使電子傳遞與使電子傳遞與ADPADP磷酸化兩個過程分開，不抑制電子傳遞過程，只磷酸化兩個過程分開，不抑制電子傳遞過程，只抑制抑制ADP ATPADP ATP，使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能以熱的形式耗散。，使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能以熱的形式耗散。化學(xué)因素可影響氧化磷酸化過程，不同的試劑對氧化磷酸化過程的影響不同，化學(xué)因素可影響氧化磷酸化過程，不同的試劑對氧化磷酸化過程的影響不同，根據(jù)它們的影響方式可分為三大類根據(jù)它們的影響方式可分為三大類1 1、解偶聯(lián)劑、解偶聯(lián)劑第60頁/共78頁抑制氧的利用和抑制氧的利用和ATPATP的形成，不直接抑制電子傳遞。氧化磷酸化抑制劑的的形成，不直接抑制電子傳遞

32、。氧化磷酸化抑制劑的作用是直接干擾作用是直接干擾ATPATP的生成過程，結(jié)果也使電子傳遞不能進(jìn)行。（和電子的生成過程，結(jié)果也使電子傳遞不能進(jìn)行。（和電子傳遞抑制劑不同）傳遞抑制劑不同）四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制DNPDNP（解偶聯(lián)劑）可解除它對氧利用的抑制作用。（解偶聯(lián)劑）可解除它對氧利用的抑制作用。例：寡霉素與例：寡霉素與F1F1F0F0結(jié)合，抑制氫離子內(nèi)流即抑制氧的利用。結(jié)合，抑制氫離子內(nèi)流即抑制氧的利用。2 2、氧化磷酸化抑制劑、氧化磷酸化抑制劑第61頁/共78頁生物膜上的脂溶性物質(zhì)，與某些離子結(jié)合，并作為它們的載體，使這些離生物膜上的脂溶性物質(zhì)，與某些離子

33、結(jié)合，并作為它們的載體，使這些離子能夠穿過膜，破壞跨膜電化學(xué)梯度，從而破壞氧化磷酸化過程。子能夠穿過膜，破壞跨膜電化學(xué)梯度，從而破壞氧化磷酸化過程。四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制u與解偶聯(lián)劑區(qū)別：與解偶聯(lián)劑區(qū)別：H H+ +離子以外的其它一價陽離子的載體，改變除離子以外的其它一價陽離子的載體，改變除H H+ +離子離子以外的一價陽離子透性。以外的一價陽離子透性。例：例： 纈氨霉素纈氨霉素K K+ +；短稈菌肽；短稈菌肽K K+ +，NaNa+ +3 3、離子載體抑制劑、離子載體抑制劑第62頁/共78頁五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運第63頁/共78頁五

34、、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運 細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)的ATPATP主要在主要在線粒體內(nèi)線粒體內(nèi)由由ADPADP磷酸化而成，大部分磷酸化而成，大部分ATPATP在在線粒線粒體外體外被利用后又變?yōu)楸焕煤笥肿優(yōu)锳DPADP。由于。由于ADPADP和和ATPATP都不能自由地穿過線粒體內(nèi)膜都不能自由地穿過線粒體內(nèi)膜，因而必需有一種機(jī)制將線粒體外的，因而必需有一種機(jī)制將線粒體外的ADPADP運入，同時把運入，同時把ATPATP運到線粒體運到線粒體外?，F(xiàn)已證實由線粒體內(nèi)膜上的腺苷酸載體（二聚體，只有一個腺苷外?，F(xiàn)已證實由線粒體內(nèi)膜上的腺苷酸載體（二聚體，只有一個腺苷酸結(jié)合位點）負(fù)責(zé)其酸結(jié)合位點

35、）負(fù)責(zé)其雙向運輸雙向運輸，又稱，又稱ADP/ATPADP/ATP交換體。面向外側(cè)時結(jié)合交換體。面向外側(cè)時結(jié)合位點對位點對ADPADP親和力高，面向內(nèi)側(cè)時結(jié)合位點對親和力高，面向內(nèi)側(cè)時結(jié)合位點對ATPATP親和力高。親和力高。 （一）腺苷酸的轉(zhuǎn)運（一）腺苷酸的轉(zhuǎn)運第64頁/共78頁ADP、ATP、Pi的轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)運第65頁/共78頁生物氧化和氧化磷酸化主要在生物氧化和氧化磷酸化主要在線粒體內(nèi)進(jìn)行，而線粒體內(nèi)進(jìn)行，而NADNAD+ +和和NADHNADH不不能自由地透過線粒體內(nèi)膜，因能自由地透過線粒體內(nèi)膜，因此在胞液內(nèi)生成的此在胞液內(nèi)生成的NADHNADH必須通必須通過特殊的穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體過特殊

36、的穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體。已知動。已知動CellCell有兩個穿梭系統(tǒng)有兩個穿梭系統(tǒng)。五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運（二）（二） NADHNADH的轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)運第66頁/共78頁五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運（二）（二） NADHNADH的轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)運產(chǎn)生產(chǎn)生2 2個個ATPATP第67頁/共78頁五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運（二）（二） NADHNADH的轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)運第68頁/共78頁五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運（三）線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運載體（三）線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運載體第69頁/共78頁五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運五、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運（三）線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運載體（三）線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運載體第70頁/共78頁 總的腺苷酸系統(tǒng)中（即總的腺苷酸系統(tǒng)中（即ATPATP、ADPADP和和AMPAMP濃度之和濃度之和）所負(fù)荷的高能磷酸基數(shù)量（）所負(fù)荷的高能磷酸基數(shù)量（ATPATP所占的比例）。所占的比例）。能荷能荷= =ATP+0.5ADPAMP+ADP+ ATP能荷意義能荷意義 u能荷由能荷由ATP ADP和和AMP的相對數(shù)量決定，數(shù)值在的相對數(shù)量決定，數(shù)值在01之間，反映細(xì)胞能量水之間，反映細(xì)胞能量水平。平。u高能荷