生物氧化課件

生物氧化生物氧化1第6章BiologicalOxidation第6章BiologicalOxidation2物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱(chēng)生物氧化(biologicaloxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過(guò)程。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能生物氧化的概念物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱(chēng)生物氧化(biologicalox生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物(CO2，H2O)和釋放能量均相同。生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫反應(yīng)環(huán)境溫和，酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放，能量容易捕獲，ATP生成效率高。通過(guò)加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間接獲得氧，并增加脫氫的機(jī)會(huì)；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生H2O，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生CO2。生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn)生物氧化體外氧化能量突然釋放。物質(zhì)中的碳和氫直接氧結(jié)合生成CO2和H2O

。反應(yīng)環(huán)境溫和，酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放，能量容易捕獲，糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2生物氧化的一般過(guò)程糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基第一節(jié)

生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing第一節(jié)

生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidati指線(xiàn)粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列具有電子傳遞功能的酶復(fù)合體，可通過(guò)鏈鎖的氧化還原將代謝物脫下的電子最終傳遞給氧生成水。這一系列酶和輔酶稱(chēng)為呼吸鏈(respiratorychain)又稱(chēng)電子傳遞鏈(electrontransferchain)。一、呼吸鏈定義遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）組成指線(xiàn)粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列具有電子傳遞功能的酶復(fù)合酶復(fù)合體是線(xiàn)粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存在形式，所含各組分具體完成電子傳遞過(guò)程。電子傳遞過(guò)程釋放的能量驅(qū)動(dòng)H+移出線(xiàn)粒體內(nèi)膜，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐑?nèi)膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。

（一）氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成酶復(fù)合體是線(xiàn)粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存在形式，所含各組分具體人線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體復(fù)合體酶名稱(chēng)質(zhì)量(kD)多肽鏈數(shù)功能輔基含結(jié)合位點(diǎn)復(fù)合體ⅠNADH-泛醌還原酶85039FMN，F(xiàn)e-SNADH（基質(zhì)側(cè)）CoQ（脂質(zhì)核心）復(fù)合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶1404FAD，F(xiàn)e-S琥珀酸（基質(zhì)側(cè)）CoQ（脂質(zhì)核心）復(fù)合體Ⅲ泛醌-細(xì)胞色素C還原酶25011血紅素bL,bH,c1,Fe-SCytc（膜間隙側(cè)）細(xì)胞色素c131血紅素cCytc1，Cyta復(fù)合體Ⅳ細(xì)胞色素C氧化酶16213血紅素a，a3，CuA,CuBCytc（膜間隙側(cè)）泛醌不包含在上述四種復(fù)合體中。人線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體復(fù)合體酶名稱(chēng)質(zhì)量(kD)多肽鏈數(shù)功能輔基ⅣCytcoxNADH+H+NAD+1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線(xiàn)粒體內(nèi)膜ⅠQH2Q

Ⅱ延胡索酸琥珀酸QH2Q

4H+4H+Ⅲ4H+4H+CytcoxCytcredCytcred4H+4H+電子傳遞鏈各復(fù)合體在線(xiàn)粒體內(nèi)膜中的位置ⅣCytcNADH+H+NAD+1/2O2+2H+復(fù)合體Ⅰ又稱(chēng)NADH-泛醌還原酶。復(fù)合體Ⅰ電子傳遞：NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQ每傳遞2個(gè)電子可將4個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅰ有質(zhì)子泵功能。1、復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH+H+中的電子傳遞給泛醌(ubiquinone)復(fù)合體Ⅰ又稱(chēng)NADH-泛醌還原酶。1、復(fù)合體Ⅰ作用是將NADNAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;RNAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時(shí)變化發(fā)生在五價(jià)氮和三價(jià)氮之間。NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN·。在可逆的氧化還原反應(yīng)中顯示3種分子狀態(tài)，屬于單、雙電子傳遞體。

FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3++e反應(yīng)傳遞電子。屬于單電子傳遞體。

?表示無(wú)機(jī)硫鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其鐵硫蛋白SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫鐵硫蛋白SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個(gè)異戊二烯連接形成較長(zhǎng)的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時(shí)可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。內(nèi)膜中可移動(dòng)電子載體，在各復(fù)合體間募集并穿梭傳遞還原當(dāng)量和電子。在電子傳遞和質(zhì)子移動(dòng)的偶聯(lián)中起著核心作用。

泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個(gè)異戊二烯連接形成較長(zhǎng)的疏復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+

FMNFMNH2還原型Fe-S

氧化型Fe-S

QQH2復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶，又稱(chēng)琥珀酸-泛醌還原酶。電子傳遞：琥珀酸→FAD→幾種Fe-S→CoQ復(fù)合體Ⅱ沒(méi)有H+泵的功能。2、復(fù)合體Ⅱ功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶，又稱(chēng)琥珀酸-泛醌還原酶生物氧化課件3、復(fù)合體Ⅲ功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素c。復(fù)合體Ⅲ又叫泛醌-細(xì)胞色素C還原酶，細(xì)胞色素b-c1復(fù)合體，含有細(xì)胞色素b(b562,b566)、細(xì)胞色素c1和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白(Rieskeprotein)。泛醌從復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ募集還原當(dāng)量和電子并穿梭傳遞到復(fù)合體Ⅲ。電子傳遞過(guò)程：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc3、復(fù)合體Ⅲ功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素c。復(fù)合體細(xì)胞色素(cytochrome,Cyt)細(xì)胞色素是一類(lèi)以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類(lèi)，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類(lèi)。細(xì)胞色素(cytochrome,Cyt)細(xì)胞色素是一類(lèi)以復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過(guò)“Q循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。復(fù)合體Ⅲ每傳遞2個(gè)電子向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放4個(gè)H+，復(fù)合體Ⅲ也有質(zhì)子泵作用。Cytc是呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白，不包含在復(fù)合體中。將獲得的電子傳遞到復(fù)合體Ⅳ。復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過(guò)“Q循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。復(fù)合體Ⅳ又稱(chēng)細(xì)胞色素C氧化酶(cytochromecoxidase)。電子傳遞：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3–CuB→O2Cyta3–CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給O2。每2個(gè)電子傳遞過(guò)程使2個(gè)H+跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移。4、復(fù)合體Ⅳ將電子從細(xì)胞色素C傳遞給氧復(fù)合體Ⅳ又稱(chēng)細(xì)胞色素C氧化酶(cytochromecox復(fù)合體Ⅳ的電子傳遞過(guò)程復(fù)合體Ⅳ的電子傳遞過(guò)程細(xì)胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2還原成水的過(guò)程，有強(qiáng)氧化性中間物始終和雙核中心緊密結(jié)合，不會(huì)引起細(xì)胞損傷。細(xì)胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2還原成水的過(guò)程，標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位拆開(kāi)和重組特異抑制劑阻斷還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧（二）氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的順序排列

由以下實(shí)驗(yàn)確定:標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（二）氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)E0‘(V)氧化還原對(duì)E0‘(V)NAD+/NADN+H+－0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH2－0.219CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.219CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.816呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)E0‘(V1、NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22、琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O21、NADH氧化呼吸鏈NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy二、氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱(chēng)為偶聯(lián)磷酸化。底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分子的高能鍵，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的過(guò)程。不經(jīng)電子傳遞。ATP生成方式二、氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ內(nèi)根據(jù)P/O比值自由能變化:⊿Go'=-nF⊿Eo'氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ內(nèi)根據(jù)P/O比值氧線(xiàn)粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/O比值可能生成的ATP數(shù)β-羥丁酸NAD+→復(fù)合體Ⅰ→CoQ→復(fù)合體Ⅲ2.52.5→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2琥珀酸復(fù)合體Ⅱ→CoQ→復(fù)合體Ⅲ1.51.5→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2抗壞血酸Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O20.881細(xì)胞色素c(Fe2+)復(fù)合體Ⅳ→O20.61-0.6811、P/O比值指氧化磷酸化過(guò)程中，每消耗1/2摩爾O2所生成ATP的摩爾數(shù)（或一對(duì)電子通過(guò)氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數(shù)）。線(xiàn)粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/2、自由能變化根據(jù)熱力學(xué)公式，pH7.0時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(△G0′)與還原電位變化(△E0′)之間有以下關(guān)系：n為傳遞電子數(shù)；F為法拉第常數(shù)(96.5kJ/mol·V)△G0′=-nF△E0′2、自由能變化根據(jù)熱力學(xué)公式，pH7.0時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(△電子傳遞鏈自由能變化

電子傳遞鏈自由能變化ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN琥珀(二)氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線(xiàn)粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度1、化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotichypothesis)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H+)從線(xiàn)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(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。(二)氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線(xiàn)粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度1、化學(xué)氧化磷酸化依賴(lài)于完整封閉的線(xiàn)粒體內(nèi)膜；線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)H+、OH－、K＋、Cl－離子是不通透的；電子傳遞鏈可驅(qū)動(dòng)質(zhì)子移出線(xiàn)粒體，形成可測(cè)定的跨內(nèi)膜電化學(xué)梯度；增加線(xiàn)粒體內(nèi)膜外側(cè)酸性可導(dǎo)致ATP合成，而線(xiàn)粒體內(nèi)膜加入使質(zhì)子通過(guò)物質(zhì)可減少內(nèi)膜質(zhì)子梯度，結(jié)果電子雖可以傳遞，但ATP生成減少?；瘜W(xué)滲透假說(shuō)已經(jīng)得到廣泛的實(shí)驗(yàn)支持。氧化磷酸化依賴(lài)于完整封閉的線(xiàn)粒體內(nèi)膜；化學(xué)滲透假說(shuō)已經(jīng)得到廣線(xiàn)粒體基質(zhì)線(xiàn)粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖線(xiàn)粒體基質(zhì)線(xiàn)粒體膜++++---ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)++++++++++---------電子傳遞過(guò)程復(fù)合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能。

ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響（三）質(zhì)子順梯度回流釋放能量被ATP合酶利用催化ATP合成

F1：親水部分（動(dòng)物：α3β3γδε亞基復(fù)合體，OSCP、IF1亞基），線(xiàn)粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)顆粒狀突起，催化ATP合成。

F0：疏水部分（ab2c9~12亞基，動(dòng)物還有其他輔助亞基），鑲嵌在線(xiàn)粒體內(nèi)膜中，形成跨內(nèi)膜質(zhì)子通道。ATP合酶結(jié)構(gòu)組成（三）質(zhì)子順梯度回流釋放能量被ATP合酶利用催化ATP合成生物氧化課件ATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)樣結(jié)構(gòu)F0的2個(gè)b亞基的一端錨定F1的α亞基，另一端通過(guò)δ和α3β3穩(wěn)固結(jié)合，使a、b2和α3β3、δ亞基組成穩(wěn)定的定子部分。部分γ和ε亞基共同形成穿過(guò)α3β3間中軸，γ還與1個(gè)β亞基疏松結(jié)合作用，下端與嵌入內(nèi)膜的c亞基環(huán)緊密結(jié)合。c亞基環(huán)、γ和ε亞基組成轉(zhuǎn)子部分。質(zhì)子順梯度向基質(zhì)回流時(shí)，轉(zhuǎn)子部分相對(duì)定子部分旋轉(zhuǎn)，使ATP合酶利用釋放的能量合成ATP。

ATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)樣結(jié)構(gòu)F0的2個(gè)b亞基的一端錨圖６－１３ＡＴＰ合酶和質(zhì)子的跨膜流動(dòng)機(jī)制模式圖圖６－１３ＡＴＰ合酶和質(zhì)子的跨膜流動(dòng)機(jī)制模式圖當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時(shí)，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個(gè)β亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。ATP合酶的工作機(jī)制ATP合成的結(jié)合變構(gòu)機(jī)制(bindingchangemechanism)當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時(shí)，γ亞基發(fā)生三、氧化磷酸化作用可受某些內(nèi)外源因素影響（一）有3類(lèi)氧化磷酸化抑制劑1、呼吸鏈抑制劑阻斷氧化磷酸化的電子傳遞過(guò)程復(fù)合體Ⅰ抑制劑：魚(yú)藤酮(rotenone)、粉蝶霉素A(piericidinA)及異戊巴比妥(amobarbital)等阻斷傳遞電子到泛醌。復(fù)合體Ⅱ的抑制劑：萎銹靈(carboxin)。三、氧化磷酸化作用可受某些內(nèi)外源因素影響（一）有3類(lèi)氧化磷酸復(fù)合體Ⅲ抑制劑：抗霉素A(antimycinA)阻斷CytbH傳遞電子到泛醌(QN)

；粘噻唑菌醇則作用QP位點(diǎn)。復(fù)合體Ⅳ抑制劑：CN－、N3－緊密結(jié)合中氧化型Cyta3，阻斷電子由Cyta到CuB-Cyta3間傳遞。CO與還原型Cyta3結(jié)合，阻斷電子傳遞給O2。

復(fù)合體Ⅲ抑制劑：抗霉素A(antimycinA)阻斷CytNADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2魚(yú)藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy不同底物和抑制劑對(duì)線(xiàn)粒體氧耗的影響

不同底物和抑制劑對(duì)線(xiàn)粒體氧耗的影響2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度解偶聯(lián)劑(uncoupler)可使氧化與磷酸化的偶聯(lián)相互分離，基本作用機(jī)制是破壞電子傳遞過(guò)程建立的跨內(nèi)膜的質(zhì)子電化學(xué)梯度，使電化學(xué)梯度儲(chǔ)存的能量以熱能形式釋放，ATP的生成受到抑制。如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein，UCP1)。2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度解偶聯(lián)劑(解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線(xiàn)粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線(xiàn)粒體）ⅢⅠⅡF0F3、ATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類(lèi)抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可結(jié)合F0單位，二環(huán)己基碳二亞胺(dicyclohexylcarbodiimide,DCCP)共價(jià)結(jié)合F0的c亞基谷氨酸殘基，阻斷質(zhì)子從F0質(zhì)子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于線(xiàn)粒體內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功能，繼而抑制電子傳遞。3、ATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類(lèi)抑制劑

寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成。寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖Na+，K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。（二）ADP是調(diào)節(jié)正常人體氧化磷酸化速率的主要因素。呼吸控制率(respiratorycontrolratio,RCR)（三）甲狀腺激素刺激機(jī)體耗氧量和產(chǎn)熱同時(shí)增加。（四）線(xiàn)粒體DNA突變可影響機(jī)體氧化磷酸化功能。Na+，K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。（二）AD電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度；H+m內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)H+；H+c

內(nèi)膜胞液側(cè)H+電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度；四、ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物四、ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸化合物△E0′kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮酸－61.9(－14.8)氨基甲酰磷酸－51.4(－12.3)1，3-二磷酸甘油酸－49.3(－11.8)磷酸肌酸－43.1(－10.3)ATP→ADP＋Pi－30.5(－7.3)乙酰輔酶A－31.5(－7.5)ADP→AMP＋Pi－27.6(－6.6)焦磷酸－27.6(－6.6)1-磷酸葡萄糖－20.9(－5.0)一些重要有機(jī)磷酸化合物水解釋放的標(biāo)準(zhǔn)自由能化合物△E0′kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮

核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP核苷二磷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。

ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以ATP為中心。ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸五、線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)粒體外膜通透性高，線(xiàn)粒體對(duì)物質(zhì)通過(guò)的選擇性主要依賴(lài)于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。五、線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)粒體外膜通透性高，線(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入線(xiàn)粒體出線(xiàn)粒體ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ADP3-ATP4-磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H2PO4-+H+二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白HPO42-蘋(píng)果酸α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋(píng)果酸α-酮戊二酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白谷氨酸天冬氨酸單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白丙酮酸OH-三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋(píng)果酸檸檬酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白鳥(niǎo)氨酸瓜氨酸肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白脂酰肉堿肉堿線(xiàn)粒體內(nèi)膜的某些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入線(xiàn)粒體出線(xiàn)粒體ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ADP3-AT（一）胞漿中NADH通過(guò)穿梭機(jī)制進(jìn)入線(xiàn)粒體氧化呼吸鏈胞漿中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)入線(xiàn)粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：（一）胞漿中NADH通過(guò)穿梭機(jī)制進(jìn)入線(xiàn)粒體氧化呼吸鏈胞漿中N1、α-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌中

1、α-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌中

NADH+H+FADH2NAD+FAD線(xiàn)粒體內(nèi)膜線(xiàn)粒體外膜膜間隙線(xiàn)粒體基質(zhì)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油NADH+H+FADH2NAD+FAD2、蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中

2、蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋(píng)果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋(píng)果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸蘋(píng)果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線(xiàn)粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈天冬氨酸NADHNAD+NADHNAD+谷氨酸-蘋(píng)果（二）ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶促進(jìn)ADP進(jìn)入和ATP移出緊密偶聯(lián)（二）ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶促進(jìn)ADP進(jìn)入和ATP移出緊密偶聯(lián)ATP4-F0F1胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)

腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP4-和ADP3-反向轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，向內(nèi)膜外凈轉(zhuǎn)移1個(gè)負(fù)電荷，相當(dāng)于多1個(gè)H+轉(zhuǎn)入線(xiàn)粒體基質(zhì)。

ATP4-F0F1胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)腺苷酸磷酸ADP3-第二節(jié)

其他不生成ATP的氧化體系TheOthersOxidativeEnzymeSystemswithoutATPProducing第二節(jié)TheOthersOxidativeEnzym一、抗氧化酶體系有清除反應(yīng)活性氧類(lèi)的功能反應(yīng)活性氧類(lèi)(reactiveoxygenspecies,ROS)O2e-O·-2e-+2H+H2O2e-+H+OH·H2Oe-+H+H2O反應(yīng)活性氧類(lèi)一、抗氧化酶體系有清除反應(yīng)活性氧類(lèi)的功能反應(yīng)活性氧類(lèi)(reaROS主要來(lái)源線(xiàn)粒體：超氧陰離子O·-2，是體內(nèi)O·-2的主要來(lái)源；O·-2在線(xiàn)粒體中再生成H2O2和·OH。過(guò)氧化酶體：FAD將從脂肪酸等底物獲得的電子交給O2生成H2O2和羥自由基·OH。胞漿需氧脫氫酶（如黃嘌呤氧化酶等）也可催化生成O·-2。細(xì)菌感染、組織缺氧等病理過(guò)程，環(huán)境、藥物等外源因素也可導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生活性氧類(lèi)。ROS主要來(lái)源線(xiàn)粒體：超氧陰離子O·-2，是體內(nèi)O·-2的主需氧脫氫酶和氧化酶需氧脫氫酶和氧化酶抗氧化酶體系1、過(guò)氧化氫酶(catalase)又稱(chēng)觸酶，其輔基含4個(gè)血紅素2H2O22H2O+O2

過(guò)氧化氫酶

抗氧化酶體系1、過(guò)氧化氫酶(catalase)2H2O2可去除細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)生的H2O2和過(guò)氧化物(R-O-OH)，是體內(nèi)防止活性氧類(lèi)損傷主要的酶。2、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathioneperoxidase，GPx)H2O2+2GSH→2H2O+GS-SG2GSH+R-O-OH→GS-SG+H2O+R-OH可去除細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)生的H2O2和過(guò)氧化物(R-O-OH)

谷胱甘肽過(guò)氧化物酶H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G–SHG–S–S–GNADP+NADPH+H+此類(lèi)酶可保護(hù)生物膜及血紅蛋白免遭損傷。

谷胱甘肽還原酶含硒的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶谷胱甘肽過(guò)氧化物酶H2O2H2O2G3、超氧化物歧化酶2O2﹣+2H+SODH2O2+O2H2O+O2過(guò)氧化氫酶SOD：超氧化物歧化酶(superoxidedismutase)3、超氧化物歧化酶2O2﹣+2H+SODH2O2+二、微粒體細(xì)胞色素P450單加氧酶催化底物分子羥基化RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O上述反應(yīng)需要細(xì)胞色素P450(CytP450)參與。細(xì)胞色素P450單加氧酶(cytochromeP450monooxygenase)，又稱(chēng)混合功能氧化酶(mixed-functionoxidase)或羥化酶(hydroxylase)二、微粒體細(xì)胞色素P450單加氧酶催化底物分子羥基化RH+生物氧化生物氧化81第6章BiologicalOxidation第6章BiologicalOxidation82物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱(chēng)生物氧化(biologicaloxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過(guò)程。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能生物氧化的概念物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱(chēng)生物氧化(biologicalox生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物(CO2，H2O)和釋放能量均相同。生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫反應(yīng)環(huán)境溫和，酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放，能量容易捕獲，ATP生成效率高。通過(guò)加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間接獲得氧，并增加脫氫的機(jī)會(huì)；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生H2O，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生CO2。生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn)生物氧化體外氧化能量突然釋放。物質(zhì)中的碳和氫直接氧結(jié)合生成CO2和H2O

。反應(yīng)環(huán)境溫和，酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放，能量容易捕獲，糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2生物氧化的一般過(guò)程糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基第一節(jié)

生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing第一節(jié)

生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidati指線(xiàn)粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列具有電子傳遞功能的酶復(fù)合體，可通過(guò)鏈鎖的氧化還原將代謝物脫下的電子最終傳遞給氧生成水。這一系列酶和輔酶稱(chēng)為呼吸鏈(respiratorychain)又稱(chēng)電子傳遞鏈(electrontransferchain)。一、呼吸鏈定義遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）組成指線(xiàn)粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列具有電子傳遞功能的酶復(fù)合酶復(fù)合體是線(xiàn)粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存在形式，所含各組分具體完成電子傳遞過(guò)程。電子傳遞過(guò)程釋放的能量驅(qū)動(dòng)H+移出線(xiàn)粒體內(nèi)膜，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐑?nèi)膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。

（一）氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成酶復(fù)合體是線(xiàn)粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存在形式，所含各組分具體人線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體復(fù)合體酶名稱(chēng)質(zhì)量(kD)多肽鏈數(shù)功能輔基含結(jié)合位點(diǎn)復(fù)合體ⅠNADH-泛醌還原酶85039FMN，F(xiàn)e-SNADH（基質(zhì)側(cè)）CoQ（脂質(zhì)核心）復(fù)合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶1404FAD，F(xiàn)e-S琥珀酸（基質(zhì)側(cè)）CoQ（脂質(zhì)核心）復(fù)合體Ⅲ泛醌-細(xì)胞色素C還原酶25011血紅素bL,bH,c1,Fe-SCytc（膜間隙側(cè)）細(xì)胞色素c131血紅素cCytc1，Cyta復(fù)合體Ⅳ細(xì)胞色素C氧化酶16213血紅素a，a3，CuA,CuBCytc（膜間隙側(cè)）泛醌不包含在上述四種復(fù)合體中。人線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體復(fù)合體酶名稱(chēng)質(zhì)量(kD)多肽鏈數(shù)功能輔基ⅣCytcoxNADH+H+NAD+1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線(xiàn)粒體內(nèi)膜ⅠQH2Q

Ⅱ延胡索酸琥珀酸QH2Q

4H+4H+Ⅲ4H+4H+CytcoxCytcredCytcred4H+4H+電子傳遞鏈各復(fù)合體在線(xiàn)粒體內(nèi)膜中的位置ⅣCytcNADH+H+NAD+1/2O2+2H+復(fù)合體Ⅰ又稱(chēng)NADH-泛醌還原酶。復(fù)合體Ⅰ電子傳遞：NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQ每傳遞2個(gè)電子可將4個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅰ有質(zhì)子泵功能。1、復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH+H+中的電子傳遞給泛醌(ubiquinone)復(fù)合體Ⅰ又稱(chēng)NADH-泛醌還原酶。1、復(fù)合體Ⅰ作用是將NADNAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;RNAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時(shí)變化發(fā)生在五價(jià)氮和三價(jià)氮之間。NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN·。在可逆的氧化還原反應(yīng)中顯示3種分子狀態(tài)，屬于單、雙電子傳遞體。

FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3++e反應(yīng)傳遞電子。屬于單電子傳遞體。

?表示無(wú)機(jī)硫鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其鐵硫蛋白SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫鐵硫蛋白SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個(gè)異戊二烯連接形成較長(zhǎng)的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時(shí)可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。內(nèi)膜中可移動(dòng)電子載體，在各復(fù)合體間募集并穿梭傳遞還原當(dāng)量和電子。在電子傳遞和質(zhì)子移動(dòng)的偶聯(lián)中起著核心作用。

泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個(gè)異戊二烯連接形成較長(zhǎng)的疏復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+

FMNFMNH2還原型Fe-S

氧化型Fe-S

QQH2復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶，又稱(chēng)琥珀酸-泛醌還原酶。電子傳遞：琥珀酸→FAD→幾種Fe-S→CoQ復(fù)合體Ⅱ沒(méi)有H+泵的功能。2、復(fù)合體Ⅱ功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶，又稱(chēng)琥珀酸-泛醌還原酶生物氧化課件3、復(fù)合體Ⅲ功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素c。復(fù)合體Ⅲ又叫泛醌-細(xì)胞色素C還原酶，細(xì)胞色素b-c1復(fù)合體，含有細(xì)胞色素b(b562,b566)、細(xì)胞色素c1和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白(Rieskeprotein)。泛醌從復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ募集還原當(dāng)量和電子并穿梭傳遞到復(fù)合體Ⅲ。電子傳遞過(guò)程：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc3、復(fù)合體Ⅲ功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素c。復(fù)合體細(xì)胞色素(cytochrome,Cyt)細(xì)胞色素是一類(lèi)以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類(lèi)，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類(lèi)。細(xì)胞色素(cytochrome,Cyt)細(xì)胞色素是一類(lèi)以復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過(guò)“Q循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。復(fù)合體Ⅲ每傳遞2個(gè)電子向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放4個(gè)H+，復(fù)合體Ⅲ也有質(zhì)子泵作用。Cytc是呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白，不包含在復(fù)合體中。將獲得的電子傳遞到復(fù)合體Ⅳ。復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過(guò)“Q循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。復(fù)合體Ⅳ又稱(chēng)細(xì)胞色素C氧化酶(cytochromecoxidase)。電子傳遞：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3–CuB→O2Cyta3–CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給O2。每2個(gè)電子傳遞過(guò)程使2個(gè)H+跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移。4、復(fù)合體Ⅳ將電子從細(xì)胞色素C傳遞給氧復(fù)合體Ⅳ又稱(chēng)細(xì)胞色素C氧化酶(cytochromecox復(fù)合體Ⅳ的電子傳遞過(guò)程復(fù)合體Ⅳ的電子傳遞過(guò)程細(xì)胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2還原成水的過(guò)程，有強(qiáng)氧化性中間物始終和雙核中心緊密結(jié)合，不會(huì)引起細(xì)胞損傷。細(xì)胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2還原成水的過(guò)程，標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位拆開(kāi)和重組特異抑制劑阻斷還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧（二）氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的順序排列

由以下實(shí)驗(yàn)確定:標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（二）氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)E0‘(V)氧化還原對(duì)E0‘(V)NAD+/NADN+H+－0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH2－0.219CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.219CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.816呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)E0‘(V1、NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22、琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O21、NADH氧化呼吸鏈NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy二、氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱(chēng)為偶聯(lián)磷酸化。底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分子的高能鍵，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的過(guò)程。不經(jīng)電子傳遞。ATP生成方式二、氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ內(nèi)根據(jù)P/O比值自由能變化:⊿Go'=-nF⊿Eo'氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ內(nèi)根據(jù)P/O比值氧線(xiàn)粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/O比值可能生成的ATP數(shù)β-羥丁酸NAD+→復(fù)合體Ⅰ→CoQ→復(fù)合體Ⅲ2.52.5→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2琥珀酸復(fù)合體Ⅱ→CoQ→復(fù)合體Ⅲ1.51.5→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2抗壞血酸Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O20.881細(xì)胞色素c(Fe2+)復(fù)合體Ⅳ→O20.61-0.6811、P/O比值指氧化磷酸化過(guò)程中，每消耗1/2摩爾O2所生成ATP的摩爾數(shù)（或一對(duì)電子通過(guò)氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數(shù)）。線(xiàn)粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/2、自由能變化根據(jù)熱力學(xué)公式，pH7.0時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(△G0′)與還原電位變化(△E0′)之間有以下關(guān)系：n為傳遞電子數(shù)；F為法拉第常數(shù)(96.5kJ/mol·V)△G0′=-nF△E0′2、自由能變化根據(jù)熱力學(xué)公式，pH7.0時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(△電子傳遞鏈自由能變化

電子傳遞鏈自由能變化ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN琥珀(二)氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線(xiàn)粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度1、化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotichypothesis)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H+)從線(xiàn)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(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。(二)氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線(xiàn)粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度1、化學(xué)氧化磷酸化依賴(lài)于完整封閉的線(xiàn)粒體內(nèi)膜；線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)H+、OH－、K＋、Cl－離子是不通透的；電子傳遞鏈可驅(qū)動(dòng)質(zhì)子移出線(xiàn)粒體，形成可測(cè)定的跨內(nèi)膜電化學(xué)梯度；增加線(xiàn)粒體內(nèi)膜外側(cè)酸性可導(dǎo)致ATP合成，而線(xiàn)粒體內(nèi)膜加入使質(zhì)子通過(guò)物質(zhì)可減少內(nèi)膜質(zhì)子梯度，結(jié)果電子雖可以傳遞，但ATP生成減少?；瘜W(xué)滲透假說(shuō)已經(jīng)得到廣泛的實(shí)驗(yàn)支持。氧化磷酸化依賴(lài)于完整封閉的線(xiàn)粒體內(nèi)膜；化學(xué)滲透假說(shuō)已經(jīng)得到廣線(xiàn)粒體基質(zhì)線(xiàn)粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖線(xiàn)粒體基質(zhì)線(xiàn)粒體膜++++---ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)++++++++++---------電子傳遞過(guò)程復(fù)合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能。

ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響（三）質(zhì)子順梯度回流釋放能量被ATP合酶利用催化ATP合成

F1：親水部分（動(dòng)物：α3β3γδε亞基復(fù)合體，OSCP、IF1亞基），線(xiàn)粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)顆粒狀突起，催化ATP合成。

F0：疏水部分（ab2c9~12亞基，動(dòng)物還有其他輔助亞基），鑲嵌在線(xiàn)粒體內(nèi)膜中，形成跨內(nèi)膜質(zhì)子通道。ATP合酶結(jié)構(gòu)組成（三）質(zhì)子順梯度回流釋放能量被ATP合酶利用催化ATP合成生物氧化課件ATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)樣結(jié)構(gòu)F0的2個(gè)b亞基的一端錨定F1的α亞基，另一端通過(guò)δ和α3β3穩(wěn)固結(jié)合，使a、b2和α3β3、δ亞基組成穩(wěn)定的定子部分。部分γ和ε亞基共同形成穿過(guò)α3β3間中軸，γ還與1個(gè)β亞基疏松結(jié)合作用，下端與嵌入內(nèi)膜的c亞基環(huán)緊密結(jié)合。c亞基環(huán)、γ和ε亞基組成轉(zhuǎn)子部分。質(zhì)子順梯度向基質(zhì)回流時(shí)，轉(zhuǎn)子部分相對(duì)定子部分旋轉(zhuǎn)，使ATP合酶利用釋放的能量合成ATP。

ATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)樣結(jié)構(gòu)F0的2個(gè)b亞基的一端錨圖６－１３ＡＴＰ合酶和質(zhì)子的跨膜流動(dòng)機(jī)制模式圖圖６－１３ＡＴＰ合酶和質(zhì)子的跨膜流動(dòng)機(jī)制模式圖當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時(shí)，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個(gè)β亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。ATP合酶的工作機(jī)制ATP合成的結(jié)合變構(gòu)機(jī)制(bindingchangemechanism)當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時(shí)，γ亞基發(fā)生三、氧化磷酸化作用可受某些內(nèi)外源因素影響（一）有3類(lèi)氧化磷酸化抑制劑1、呼吸鏈抑制劑阻斷氧化磷酸化的電子傳遞過(guò)程復(fù)合體Ⅰ抑制劑：魚(yú)藤酮(rotenone)、粉蝶霉素A(piericidinA)及異戊巴比妥(amobarbital)等阻斷傳遞電子到泛醌。復(fù)合體Ⅱ的抑制劑：萎銹靈(carboxin)。三、氧化磷酸化作用可受某些內(nèi)外源因素影響（一）有3類(lèi)氧化磷酸復(fù)合體Ⅲ抑制劑：抗霉素A(antimycinA)阻斷CytbH傳遞電子到泛醌(QN)

；粘噻唑菌醇則作用QP位點(diǎn)。復(fù)合體Ⅳ抑制劑：CN－、N3－緊密結(jié)合中氧化型Cyta3，阻斷電子由Cyta到CuB-Cyta3間傳遞。CO與還原型Cyta3結(jié)合，阻斷電子傳遞給O2。

復(fù)合體Ⅲ抑制劑：抗霉素A(antimycinA)阻斷CytNADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2魚(yú)藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy不同底物和抑制劑對(duì)線(xiàn)粒體氧耗的影響

不同底物和抑制劑對(duì)線(xiàn)粒體氧耗的影響2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度解偶聯(lián)劑(uncoupler)可使氧化與磷酸化的偶聯(lián)相互分離，基本作用機(jī)制是破壞電子傳遞過(guò)程建立的跨內(nèi)膜的質(zhì)子電化學(xué)梯度，使電化學(xué)梯度儲(chǔ)存的能量以熱能形式釋放，ATP的生成受到抑制。如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein，UCP1)。2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度解偶聯(lián)劑(解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線(xiàn)粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線(xiàn)粒體）ⅢⅠⅡF0F3、ATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類(lèi)抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可結(jié)合F0單位，二環(huán)己基碳二亞胺(dicyclohexylcarbodiimide,DCCP)共價(jià)結(jié)合F0的c亞基谷氨酸殘基，阻斷質(zhì)子從F0質(zhì)子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于線(xiàn)粒體內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功能，繼而抑制電子傳遞。3、ATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類(lèi)抑制劑

寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成。寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖Na+，K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。（二）ADP是調(diào)節(jié)正常人體氧化磷酸化速率的主要因素。呼吸控制率(respiratorycontrolratio,RCR)（三）甲狀腺激素刺激機(jī)體耗氧量和產(chǎn)熱同時(shí)增加。（四）線(xiàn)粒體DNA突變可影響機(jī)體氧化磷酸化功能。Na+，K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。（二）AD電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度；H+m內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)H+；H+c

內(nèi)膜胞液側(cè)H+電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度；四、ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物四、ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸化合物△E0′kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮酸－61.9(－14.8)氨基甲酰磷酸－51.4(－12.3)1，3-二磷酸甘油酸－49.3(－11.8)磷酸肌酸－43.1(－10.3)ATP→ADP＋Pi－30.5(－7.3)乙酰輔酶A－31.5(－7.5)ADP→AMP＋Pi－27.6(－6.6)焦磷酸－27.6(－6.6)1-磷酸葡萄糖－20.9(－5.0)一些重要有機(jī)磷酸化合物水解釋放的標(biāo)準(zhǔn)自由能化合物△E0′kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮

核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP核苷二磷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。

ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以ATP為中心。ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸五、線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)粒體外膜通透性高，線(xiàn)粒體對(duì)物質(zhì)通過(guò)的選擇性主要依賴(lài)于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。五、線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)粒體外膜通透性高，線(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入線(xiàn)粒體出線(xiàn)粒體ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ADP3-ATP4-磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H2PO4-+H+二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白HPO42-蘋(píng)果酸α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋(píng)果酸α-酮戊二酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白谷氨酸天冬氨酸單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白丙酮酸OH-三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋(píng)果酸