生物氧化ppt修復(fù)的

一代謝總論a概念：活細(xì)胞內(nèi)全部有序的化學(xué)變化。每一變化由酶催化。b研究對象：活細(xì)胞（單細(xì)胞生物、多細(xì)胞生物）c相關(guān)的概念：在酶催化的連續(xù)反應(yīng)中產(chǎn)生的各種酶促產(chǎn)物，除最終代謝產(chǎn)物不計在內(nèi)，統(tǒng)稱為中間產(chǎn)物或中間代謝物反應(yīng)物、中間產(chǎn)物和產(chǎn)物統(tǒng)稱為代謝物代謝途徑中的各個中間環(huán)節(jié)成為中間代謝代謝的功能

從環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質(zhì)將外界獲取的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成為自身需要的結(jié)構(gòu)原件將結(jié)構(gòu)原件組成成自身的大分子形成或分解生物體特殊功能所需要的生物分子提供生命活動所需的一切能量特點：特異、有序、高度適應(yīng)和靈敏調(diào)節(jié)、代謝途徑逐步進(jìn)行利用光能的生物（植物、微生物）食草動物

食腐動物（微生物）食肉動物（輪回）新陳代謝的過程反應(yīng)步驟繁多，具有嚴(yán)格的順序性；分解代謝：將從外界攝取或機體原有的物質(zhì)物質(zhì)通過一系列的反應(yīng)步驟變?yōu)檩^小的、較簡單的物質(zhì)的過程。合成代謝：生物利用小分子或大分子結(jié)構(gòu)元件構(gòu)建自身大分子的過程。代謝的分類合成代謝分解代謝生物體的新陳代謝生物小分子合成生物大分子一般需要能量一般釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝二者相輔相成，研究物質(zhì)代謝就是研究能量代謝主要涉及目前已經(jīng)清楚的細(xì)胞內(nèi)四大物質(zhì)的合成與分解。新陳代謝的速率生長旺盛時：合成代謝分解代謝成長的生物：合成代謝分解代謝衰老或饑餓：合成代謝分解代謝代謝作用中的能量關(guān)系

分解代謝分解有機物[糖、脂和蛋白質(zhì)]，轉(zhuǎn)化為更小、更簡單的終產(chǎn)物[如乳酸、CO2和NH3等]，釋放能量，部分被轉(zhuǎn)化為ATP和還原的電子載體[NADH，NADPH和FADH2]，其余的作為熱量散失。 合成代謝以小或簡單的前體物質(zhì)合成更大、更復(fù)雜的分子，如脂、多糖、蛋白質(zhì)和核酸等，合成代謝需要能量的輸入，通常需要ATP和還原力[NADH、NADPH和FADH2]。2.代謝的三階段ⅠⅡⅢTCA代謝研究的方法1．飼養(yǎng)動物(feedinganimal)2．測定呼吸商（respiratoryquotient,R.Q.）3．代謝疾病(metabolicblock)不正常代謝的觀察4．利用微生物的生化突變型（biochemicalmutant)5．切除器官(organexcision)6．離體試驗(invitrotest)7．組織培養(yǎng)（tissueculture）8．應(yīng)用酶的抑制劑(enzymeinhibitor)9．同位素示蹤法（isotopictracertechnique）10．分部離心技術(shù)(differentialcentrifugation)整體方法（invivo)純化合物排泄物的化學(xué)分析典型案例脂肪酸的β氧化離體法(invitro)器官、組織或細(xì)胞各類組織細(xì)胞各種破碎方法碎片置于試管中向該試管中加入純化合物（如葡萄糖）分析各類代謝中間產(chǎn)物及酶，邏輯推斷。典型案例糖代謝、生物氧化等等黑色素是吲哚醌的聚合物白化病(albinism)缺乏酪氨酸酶二、生物能學(xué)簡介1、生物能的轉(zhuǎn)換及生物系統(tǒng)中的能流2、自由能的概念及化學(xué)反應(yīng)自由能的計算1.生物能的轉(zhuǎn)換及生物系統(tǒng)中的能流*第一階段：6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光合作用（光能）合成多糖、脂肪、蛋白質(zhì)等*第二階段：糖、脂、蛋白質(zhì)等小分子物質(zhì)＋自由能熱能化學(xué)能ADP+PiATP滲透功化學(xué)功機械功等CO2+H2O能量源自能源物質(zhì)（糖、脂、偶爾是蛋白質(zhì)）的分解ADP機械能（運動）化學(xué)能（合成反應(yīng)）滲透能（分泌、吸收）電能（生物電）熱能（體溫維持）光能（生物發(fā)光）

UTP、GTP、CTP、TTP合成，供能ATP分解代謝氧化產(chǎn)能生物系統(tǒng)中的能流2.自由能（freeenergy）的概念

定義式：ΔＧ=ΔH-TΔS

物理意義：－ΔＧ＝Ｗ*(體系中能對環(huán)境作功的能量)

自由能的變化能預(yù)示某一過程能否自發(fā)進(jìn)行，即：

ΔG<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行

ΔG>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行

ΔG=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。*自由能變化的可加和性

在偶聯(lián)的幾個化學(xué)反應(yīng)中，自由能的總變化等于每一步反應(yīng)自由能變化的總合。例：G(葡萄糖)＋ATPG-6-P+ADP(總反應(yīng))第一步：G＋Pi(磷酸)G-6-P+H2O(不能自發(fā)進(jìn)行)第二步：ATP+H2OADP+Pi(自發(fā)進(jìn)行的放能反應(yīng))偶聯(lián)：得總反應(yīng)。ATP以偶聯(lián)方式推動體內(nèi)非自發(fā)反應(yīng)。

一個熱力學(xué)上不能進(jìn)行的反應(yīng)，可與其它反應(yīng)（放能反應(yīng)）相偶聯(lián)，驅(qū)動整個反應(yīng)進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)自由能的計算a.利用化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)計算基本公式：ΔG′=ΔG°′+RTlnQc(Qc-濃度商)

ΔG°′=-RTlnKeq

例：計算磷酸葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)的自由能變化

b.利用標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E°）計算（限于氧化還原反應(yīng)）基本公式：ΔG°′=－nFΔE°′(ΔE°′=E+°′-E-°′)

例：計算NADH氧化反應(yīng)的ΔG°′達(dá)平衡時=Keq=19解：ΔG°′=-RTlnKeq=-2.3038.314311log19=-7.6KJ.mol-1ΔG′=ΔG°′+RTlnQc(Qc-濃度商)=-7.6+2.3038.314311log0.1=-13.6KJ.MOL-1未達(dá)平衡時=Qc=0.1反應(yīng)G-1-PG-6-P在380C達(dá)到平衡時，G-1-P占5%，G-6-P占95%，求ΔG0。如果反應(yīng)未達(dá)到平衡，設(shè)[G-1-P]=0.01mol.L，[G-6-P]=0.001mol.L，求反應(yīng)的ΔG是多少？例題：計算磷酸葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)的自由能變化NADH+H++1/2O2====NAD++H2O

正極反應(yīng)：1/2O2+2H++2e

H2O

E+°′

0.82負(fù)極反應(yīng)：NAD++H++2eNADH

E-°′-0.3ΔG°′-nFΔE°′

-2×96485×[0.82-(-0.3)]

-220KJ·mol-1

例題：計算下反應(yīng)式ΔG°′高能化合物——生化反應(yīng)中，在水解時或基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)中可釋放出大量自由能（>21千焦/摩爾）的化合物。高能鍵——水解自由能大于21KJ/mol的化學(xué)鍵，常用∽表示。三、高能化合物1、高能化合物的類型磷酸化合物非磷酸化合物高能化合物類型特點：在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個磷酸基團完全解離成帶4個負(fù)電荷的離子形式（ATP4-），具有較大勢能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩爾）。ATP4-+H2O＝ADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ?MOL-12、ATP的特點及其特殊作用

2、ATP水解產(chǎn)物具有更大的共振穩(wěn)定性，其水解產(chǎn)物ADP3-和Pi的某些電子的能量水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ATP。

3、H+的低濃度導(dǎo)致ATP4-向分解方向進(jìn)行。

4、酸酐鍵溶劑化所需能量小于磷脂鍵。ATP分子內(nèi)存在相反共振現(xiàn)象.由于在相鄰的兩個磷原子之間夾著一個氧原子，氧原子上存在有未共用電子對，而磷原子因P=O和P-O-間的誘電子效應(yīng)帶有部分正電荷，于是在兩個相鄰的磷原子之間存在競爭氧原子上的未共用電子的現(xiàn)象，這種作用的結(jié)果會影響ATP分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，反應(yīng)物的不穩(wěn)定性和產(chǎn)物的穩(wěn)定性或反應(yīng)物內(nèi)的。靜電斥力和產(chǎn)物的共振穩(wěn)定使ATP水解釋放大量能量。1、ATP分子結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定因素：靜電斥力，ATP水解時釋放大量的自由能的原因另外：GTP對G蛋白的活化、蛋白質(zhì)的生物合成、蛋白質(zhì)的尋靶作用以及蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)等過程提供自由能；UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用；CTP在合成磷脂酰膽堿及纖維素等方面有作用。

ATP的特殊功能特殊功能：

a.細(xì)胞能量代謝的“通貨”－－能量通貨

化合物

ΔG°（KJ/mol）磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸＋Pi－61.91,3－二磷酸甘油酸3－磷酸甘油酸＋Pi－49.3

磷酸肌醇肌酸＋Pi－43.1

ATPADP＋Pi－30.5

1－磷酸葡萄糖葡萄糖＋Pi－20.96－磷酸果糖果糖＋Pi－15.96－磷酸葡萄糖葡萄糖＋Pi－13.8

磷酸肌酸＋ADPATP

＋肌酸

ATP＋葡萄糖6－磷酸葡萄糖＋ADPb.磷酸基團轉(zhuǎn)移的中間載體～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基團轉(zhuǎn)移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基團儲備物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油（3）ATP斷裂形成AMP和焦磷酸的作用ΔG0’=-7.7(Kcal/mol)=-32.19(KJ/mol)ΔG0’=-6.9(Kcal/mol)=-28.842(KJ/mol)-61.028KJ/mol意義：螢火蟲發(fā)光物質(zhì)的形成由ATP降解為AMP+PPi來提供腺苷酸；為一些接近平衡的反應(yīng)提供驅(qū)動力：ATP+RCOOH+CoA-SHAMP+PPi+RCO-S-CoA

ΔG0'=0.2(Kcal/mol)=0.836(KJ/mol)ATP+H2OPPi+H2O下頁AMP+PPi2Pi（4）能荷ATP是生命活動中能量的主要直接供體，因此ATP不斷產(chǎn)生又不斷消耗，ATP、ADP和AMP的轉(zhuǎn)換率非常高。但他們在機體內(nèi)總能保持相應(yīng)的平衡狀態(tài)，以適應(yīng)細(xì)胞對能量的需求。

細(xì)胞所處的能量狀態(tài)用ATP、

ADP和AMP之間的關(guān)系式來表示，稱為能荷，公式如下：下頁

[ATP]+1/2[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]腺苷酸庫能荷=能荷是細(xì)胞所處能量狀態(tài)的一個指標(biāo)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的ATP全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP時能荷值為0，當(dāng)AMP全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP時，能荷值為1。高能荷抑制ATP的生成，促進(jìn)ATP的應(yīng)用，即促進(jìn)機體內(nèi)的合成代謝。大多數(shù)細(xì)胞的能荷處于0.8-0.95之間。進(jìn)一步說明細(xì)胞內(nèi)ATP的產(chǎn)生和利用都處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。（同位素實驗）節(jié)生物氧化1.生物氧化的概念及所要討論的主要問題

⑵討論的問題：細(xì)胞內(nèi)CO2、H20的生成機制。能量的產(chǎn)生、貯存和利用（即當(dāng)有機物氧化時，細(xì)胞如何將氧化時產(chǎn)生的能量搜集和貯藏起來。）

⑴生物氧化——有機物在細(xì)胞內(nèi)氧化分解成CO2和H2O并釋放出能量形成ATP的過程。（組織呼吸或細(xì)胞呼吸）。2.生物氧化的特點體外：C6H12O6+6O26CO2+6H2O燃燒ΔG°

=-2867.5KJ/mol（以熱、光形式釋放）體內(nèi)：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+38ATPΔG°

=-2867.5KJ/mol

貯存：38×(-30.5)=-1159KJ/mol剩余:-2867.5-(-1159)=-1708.KJ/mol主要以熱、光、電的形式釋放(動物主要用于保持體溫).生物氧化和有機物在體外氧化（燃燒）的實質(zhì)相同，都是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧氣，都生成CO2和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：

細(xì)胞內(nèi)溫和條件高溫或高壓、干燥條件（常溫、常壓、中性pH、水溶液）一系列酶促反應(yīng)無機催化劑逐步氧化放能，能量利用率高能量爆發(fā)釋放釋放的能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用

轉(zhuǎn)換為光和熱，散失生物氧化體外燃燒生物氧化與體外燃燒的異同生物氧化的特點:在體溫條件下進(jìn)行,通過酶的催化作用使有機分子發(fā)生一系列的化學(xué)變化,同時逐步氧化釋放能量.這種方式不會引起體溫的驟然升高,而且釋放的能量得到有效的利用。在氧化過程中產(chǎn)生的能量一般貯存于一些特殊的化合物中,主要是ATP。生物氧化中物質(zhì)氧化的方式表現(xiàn)形式（生物氧化的方式）：失電子、脫氫、加氧、加水脫氫，其中脫氫和加水脫氫最常見。CHOH—COOHCH2—COOH+H2O延胡索酸酶CH2—COOHCH2—COOHHOOC—CHHC—COOH琥珀酸脫氫酶FADFADH2CHOH—COOHCH2—COOHCO—COOHCH2—COOH蘋果酸脫氫酶NAD+NADH+H+HOOC—CHHC—COOH3.生物氧化中CO2生成機制基本方式：有機物在酶的作用下脫羧生成。α-脫羧

β-脫羧分類（一）單純脫羧（二）氧化脫羧羧基位置脫羧方式

1.α-單純脫羧

COOHC=OCH2COOHαβ2.β-單純脫羧COOHC=O+CO2

CH3（一）單純脫羧丙酮酸脫羧酶CH3CCOOH‖OCH3CH+CO2

O‖1.α-氧化脫羧2.β-氧化脫羧COOHC=O+CO2+NADPH+H+

CH3COOHC=O+NADP+CH2COOHβα（二）氧化脫羧丙酮酸脫氫酶復(fù)合體CH3－C－COOH+CoASH+NAD+O‖CH3－C～SCoA+NADH+H++CO2O‖烯醇式丙酮酸羧化酶生物氧化中CO2的生成

生物氧化中的CO2是由糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物后脫羧產(chǎn)生的。1、乙醇發(fā)酵的第一步(直接脫羧）2、丙酮酸氧化脫羧（氧化脫羧）3、TCA循環(huán)中-酮戊二酸的生成(氧化脫羧）4、TCA循環(huán)中琥珀酰~CoA的生成（氧化脫羧）5、草酰乙酸脫羧生成丙酮酸(直接脫羧）6、蘋果酸生成丙酮酸（氧化脫羧）4.H2O的生成機制

代謝物在脫氫酶催化下氧化脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（

NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H2O，在這個過程中，同時伴隨著能量的釋放和儲存。CH3CCOOH‖OCH3CSCoA

O‖丙酮酸脫氫復(fù)合酶NAD+NADH+H+NAD+O2/2O-2H+H2O電子傳遞鏈生物氧化的關(guān)鍵：代謝物如何脫氫及如何與分子氧結(jié)合成H2O并釋放能量的。

代謝物上脫氫的兩種方式：

在脫氫酶的催化下脫氫，氫由脫氫酶的輔助因子接受（受氫體）。CH2—COOHCH2—COOH琥珀酸脫氫酶FADFADH2CHOH—COOHCH2—COOHCO—COOHCH2—COOH蘋果酸脫氫酶NAD+NADH+H+HOOC—CHHC—COOH脫氫酶的種類以NAD+、NADP+為輔助因子以FAD、FMN為輔助因子(黃素酶）黃素酶需氧黃素酶：以O(shè)2為直接受氫體，產(chǎn)生H2O2不需氧黃素酶：不以O(shè)2為直接受氫體，經(jīng)傳遞體最后到O2。傳遞體：生物氧化過程中起傳遞氫和電子作用的物質(zhì)。

NADH傳遞體（遞氫體和遞電子體）O2H2O氧化酶氧化酶：以O(shè)2為直接受氫體的氧化還原酶，其作用是可激活氧，并使其和氫氧結(jié)合H2O。

進(jìn)行生物氧化反應(yīng)的部位（1）線粒體（2）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、微粒體、過氧化酶體等生理意義：供給機體能量，進(jìn)行正常生理生化活動，轉(zhuǎn)化有害廢物。脂肪酸、甘油CoA2CO2e-O2電子傳遞ADP+PiATP三羧酸循環(huán)大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA)共同的中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán)，氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過磷酸化儲存在ATP。蛋白質(zhì)氨基酸葡萄糖、其他單糖脂肪多糖乙酰CoA生物氧化體系1、線粒體氧化體系（ATP生成的主要方式）ATP的生成方式氧化磷酸化作用底物水平磷酸化作用光合磷酸化作用線粒體結(jié)構(gòu)特點電子傳遞呼吸鏈的概念呼吸鏈的組成及各組分的排列順序細(xì)胞內(nèi)兩條主要呼吸鏈及其能量變化氧化磷酸化作用氧化磷酸化解偶鏈及電子傳遞抑制作用線粒體呼吸鏈線粒體呼吸鏈的概念

線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化的場所，底物在這里氧化所產(chǎn)生的NADH和FADH2將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳給O2生成H2O。這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞鏈，因為其功能和呼吸作用直接相關(guān)，亦稱呼吸鏈。呼吸鏈（電子傳遞鏈）—由供氫體、傳遞體、受氫體（O2)及其相應(yīng)酶系統(tǒng)組成的鏈狀代謝途徑。線粒體中的兩條典型呼吸鏈(供氫體)NADH傳遞體(多個)H2O?O2傳遞體-2HSH2+NAD+(供氫體)FADH2傳遞體(多個)H2O?O2傳遞體-2HSH2+FAD受氫體受氫體線粒體中的兩條典型呼吸鏈2.呼吸鏈的組成(1)煙酰氨脫氫酶類(2)黃素蛋白酶類(3)鐵－硫蛋白類(4)輔酶Q(CoQ)(5)細(xì)胞色素還原酶(6)細(xì)胞色素氧化酶下頁琥珀酸等黃素蛋白（FAD）鐵硫蛋白（Fe-S)NADH黃素蛋白（FMN）鐵硫蛋白（Fe-S)輔酶Q(CoQ)CytbFe-SCytc1CytcCytaa3O2(1)煙酰氨脫氫酶類NAD+、NADP+的結(jié)構(gòu)

NAD+：R=HNADP+：R=PO32-(尼克酰胺核苷酸類)下頁特點：以NAD+或NADP+為輔酶，存在于線粒體、基質(zhì)或胞液中。+H+

H++

H+2HHHeH+HNAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2H尼克酰胺核苷酸的作用原理+e(2)黃素蛋白酶類特點：以FAD或FMN為輔基，酶蛋白為細(xì)胞膜組成蛋白。傳遞機理如下：NHNNHNROHNNNONHR+2H-2HFAM(FAD)氧化態(tài)FAMH2(FADH2)還原態(tài)+2H(3)鐵硫蛋白鐵硫聚簇（Fe-S中心）主要以（Fe-S）(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在，鐵硫聚簇與蛋白質(zhì)結(jié)合稱為鐵硫蛋白。下頁傳遞電子機理：Fe3++eFe2+鐵-硫中心

[Iron-sulfurCenters]CysSSSCysFe3+

Fe3+

CysSSSCys

CysSSSCysFe3+

Fe2+

CysSSSCys

+e--e-鐵硫聚簇通過Fe3+

Fe2+

變化，將氫從FMNH2上脫下傳給CoQ，同時起傳遞電子的作用，每次傳遞一個電子.返回CoQ的結(jié)構(gòu)和遞氫原理CoQ+2HCoQH2輔酶Q的氧化還原氧化型泛醌半醌自由基氫（質(zhì)）醌底物到輔酶Q

的電子流動ETF:electron-transferringflavoprotein細(xì)胞色素

傳遞電子機理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+

－e－e

特點：以血紅素（heme）為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。

類別:根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類，呼吸鏈中含5種（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸鏈中的中為電子傳遞體，a和a3以復(fù)合物物存在，稱細(xì)胞色素氧化酶，其分子中除含F(xiàn)e外還含有Cu

，可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為末端氧化酶。細(xì)胞色素的結(jié)構(gòu)和遞電子機理傳遞電子機理：Fe3+

Fe2+-e+e細(xì)胞色素c在復(fù)合體III和Ⅳ之間傳遞電子。（細(xì)胞色素c交互地與細(xì)胞色素還原酶的C1和細(xì)胞色素氧化酶接觸）是唯一能溶于水的細(xì)胞色素返回（復(fù)合體Ⅳ、細(xì)胞色素c氧化酶）由cyt.a和a3

組成。復(fù)合物中除了含有鐵卟啉外，還含有2個銅原子（CuA，CuB）。Cyta與CuA相配合，cyta3與CuB相配合，當(dāng)電子傳遞時，細(xì)胞色素的Fe3+Fe2+間循環(huán)，同時Cu2+Cu+間循環(huán)，將電子從Cytc直接傳遞給O2。也叫末端氧化酶。(6)細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶（10個亞基的多聚蛋白）返回五種成分組成的四個復(fù)合物復(fù)合物I-NAD+-CoQ還原酶（FMN、Fe-S、CoQ、脂類）復(fù)合物II-琥珀酸－CoQ還原酶（FAD、Fe-SCytb558、脂類）復(fù)合物III-CoQH2-細(xì)胞色素C還原酶（CoQ、

Cytb、c、Fe-S、脂類）復(fù)合物IV－細(xì)胞色素C氧化酶（Cytaa3、

Cu+2/Cu+1、脂類）細(xì)胞內(nèi)兩條呼吸鏈的組成及各組分的排列細(xì)胞內(nèi)兩條呼吸鏈的組成及各組分的排列琥珀酸等（FAD）（Fe-S)NADH（FMN）（Fe-S)(CoQ)CytbFe-SCytc1CytcCytaa3O2電子傳遞鏈中各中間體的順序復(fù)合酶I－NADH脫氫酶復(fù)合酶III－輔酶Q-細(xì)胞色素還原酶復(fù)合酶IV－細(xì)胞色素C氧化酶復(fù)合酶II－琥珀酸－輔酶Q還原酶FADH2呼吸鏈NADH呼吸鏈NADH呼吸鏈H2O12O2O2-MH2還原型代謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

細(xì)胞色素b-c-c1-aa3FeS2H+M氧化型代謝底物FADH2呼吸鏈FADFADH2琥珀酸FeS2Fe2+2Fe3+

細(xì)胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈

FADH2

↓FeS↓

NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈返回決定呼吸鏈成分排列順序的主要因素呼吸鏈中主要物質(zhì)的氧化還原電位NAD++2HNADH+H+-0.32FMN+2HFMNH2-0.30FAD+2HFADH2-0.15CoQ+2HCoQH2+0.10CytbFe+3+eCytbFe+2+0.07CytcFe+3+eCytcFe+2+0.22Cytc1Fe+3+eCytc1Fe+2+0.25Cyta3Fe+3+eCyta3Fe+2+0.39?O2+2H++2eH2O+0.816反應(yīng)系氧化還原電位電子流動方向NADH呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化總反應(yīng):NADH+H++1/2O2→NAD++H2O

ΔG°′=-nFΔE°′

=-2×96.5×[0.82-(-0.32)]=-220.07千焦·mol-1總反應(yīng)：FADH2+1/2O2→FAD+H2OΔG°′=-nFΔE°′=-2×96.5×[0.82-(-0.18)]=-193.0千焦·mol-1FADH2呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化第三節(jié)氧化磷酸化作用一、氧化磷酸化和磷氧比（P/O）的概念二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理三、線粒體外NADH的氧化磷酸化作用氧化磷酸化

代謝物在生物氧化過程中釋放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,這種氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化。類別：

底物水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化過程中釋放出的自由能部位：線粒體內(nèi)膜（真核）胞漿膜（原核細(xì)胞）數(shù)目、形狀因細(xì)胞而異

氧化磷酸化重建示意圖磷氧比（P/O

）

呼吸過程中無機磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi

，因此P/O的數(shù)值相當(dāng)于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。NADHFADH2O212H2OH2O例實測得NADH呼吸鏈：P/O~3/2.5ADP+PiATP實測得FADH2呼吸鏈：P/O~2/1.5O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理

1、線粒體ATP合酶（mitochondrialATPase）2、能量偶聯(lián)假說

1953年EdwardSlater

化學(xué)偶聯(lián)假說

1964年P(guān)aulBoyer構(gòu)象偶聯(lián)假說1961年P(guān)eterMitchell化學(xué)滲透假說3、質(zhì)子梯度的形成4、ATP合成的機制1978年獲諾貝爾化學(xué)獎（1）化學(xué)偶聯(lián)假說（1953年）（掌握要點）

chemicalcouplinghypothesis

認(rèn)為電子傳遞反應(yīng)釋放的能量通過一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)形成高能共價中間物，最后將其能量轉(zhuǎn)移到ADP中形成ATP。

AH2+B+I-OHAI+BH2+OH-AI+X-H+OH-

X

I+A+H2O

XI+P-OHXP+I-OH

XP+ADPATP+X-HAH2+B+ADP+P-OHA+BH2+ATP+H2O

（2）構(gòu)象偶聯(lián)假說（1964）

conformationalcouplinghypothesis

認(rèn)為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能構(gòu)象，這種高能形式通過ATP的合成而恢復(fù)其原來的構(gòu)象。迄今未能分離出這種高能蛋白質(zhì)。但在電子傳遞過程中蛋白質(zhì)組分的構(gòu)象變化還是存在的。

內(nèi)膜F0F1ATP酶e-ADP+Pi底物H+ATPH+H+H+基質(zhì)膜間隙電子傳遞鏈

電子傳遞的自由能驅(qū)動H+從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而形成H+跨線粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯度，這個梯度的電化學(xué)勢(ΔH+)驅(qū)動ATP的合成?；瘜W(xué)滲透假說

(chemiosmotichypothasis)化學(xué)滲透假說示意圖2H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高質(zhì)子濃度H2O2e-+++++++++__________質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜磷酸化

氧化

線粒體電子傳遞和H+排出的數(shù)目和途徑H2O2H+CytcCytcCytcQFMNFeSFeSCytc1CytbKCytbrCytaFeSCyta32e-2e-NADH+H+NAD+O2+2H+H2O4H+2H+2H+復(fù)合物III12質(zhì)子梯度的形成（耗能過程）ATP合成機制——ATP酶復(fù)合體線粒體內(nèi)膜表面有一層規(guī)則地間隔排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復(fù)合體/ATP合酶，是ATP合成的場所。結(jié)構(gòu)：頭部：ATP合酶（F1）柄部：棒狀Pr，對寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，與內(nèi)膜連接（FO）線粒體ATP合成酶Boyer和Walker的工作

英國科學(xué)家Walker通過x光衍射獲得高分辯率的牛心線粒體ATP酶晶體的三維結(jié)構(gòu)，證明在ATP酶合成ATP的催化循環(huán)中三個β亞基的確有不同構(gòu)象，從而有力地支持了Boyer的假說。

Boyer和Walker共同獲得1997年諾貝爾化學(xué)獎。

美國科學(xué)家Boyer為解釋ATP酶作用機理,提出旋轉(zhuǎn)催化假說，認(rèn)為ATP合成酶β亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象(L)有利于ADP和Pi結(jié)合，一種構(gòu)象(T)可使結(jié)合的ADP和Pi合成ATP，第三種構(gòu)象(O)使合成的ATP容易被釋放出來。在ATP合成過程中，三個β亞基依次進(jìn)行上述三種構(gòu)象的交替變化，所需能量由跨膜H+提供。ATPase的旋轉(zhuǎn)催化模型IIIIVIII定子轉(zhuǎn)子

旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為質(zhì)子流通過Fo引起亞基III寡聚體和及亞基一起轉(zhuǎn)動,這種旋轉(zhuǎn)配置

/亞基之間的不對稱的相互作用,引起催化位點性質(zhì)的轉(zhuǎn)變,亞基的中心

-螺旋被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子,亞基I和II與亞基組合在一起組成定子,它壓住

/異質(zhì)六聚體.ATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖定子

旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為質(zhì)子流通過Fo引起亞基III寡聚體和及亞基一起轉(zhuǎn)動,這種旋轉(zhuǎn)配置

/亞基之間的不對稱的相互作用,引起催化位點性質(zhì)的轉(zhuǎn)變,亞基的中心

-螺旋被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子,亞基I和II與亞基組合在一起組成定子,它壓住

/異質(zhì)六聚體.OSCPF1H+通道FO柄DCCD結(jié)合蛋白基質(zhì)表面外表面Rod-shapedgsubunit.ADPEmptyEachbsununitofATPsynthasecanassumethreedifferentconformations!ADP+PiProtenFluxH2O

H+ATP酶作用機理呼吸鏈中電子傳遞時自由能的下降FADH22e-NADH（二）腺苷酸載體----ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶（1）氧化磷酸化的調(diào)節(jié)a.ADP和ATP的調(diào)節(jié)：正常生理條件下，ADP是氧化磷酸化的主要調(diào)節(jié)者，ADP則氧化磷酸化。b.甲狀腺激素：它誘導(dǎo)Na+,K+-ATP酶的生成使ATP分解,因ADP導(dǎo)致氧化。它還使解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)和耗氧，產(chǎn)熱。（2）線粒體DNA突變mtDNA突變率是核內(nèi)DNA的10-20倍，如突變發(fā)生在氧化磷酸化的基因上，將使ATP生成,導(dǎo)致疾病。3、影響氧化磷酸化的因素氧化磷酸化抑制劑的作用①呼吸鏈抑制劑琥珀酸FANAD+FMNCoQbc1caa3O2丙二酸魚藤酮阿米妥抗霉素AH2SCOCN作用：阻斷電子傳遞D電子傳遞抑制劑抑制位置電子傳遞抑制劑

NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸復(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合物I復(fù)合物III魚藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO②解偶聯(lián)劑:能夠使氧化過程與磷酸化過程脫節(jié)的物質(zhì)稱解偶聯(lián)劑，它對電子傳遞沒有抑制作用，但能抑制ADP磷酸化生成ATP的過程。

作用：使氧化過程與磷酸化過程脫節(jié)舉例：2，4-二硝基苯酚、雙香豆素等返回2,4-二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外③磷酸化抑制劑

作用：抑制氧化磷酸化過程舉例：寡霉素機理：與ATP合酶的F0部位結(jié)合，破壞H+回流，影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功能，抑制電子傳遞。三、線粒體外NADH的氧化磷酸化作用

磷酸甘油穿梭系統(tǒng)

蘋果酸—天冬氨酸穿梭系統(tǒng)兩種穿梭系統(tǒng)的比較

酵解（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化

（線粒體）-磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油F