復(fù)旦生化-課件16生物氧化

生物氧化

BiologicalOxidation分解代謝的各個階段生物氧化

（BiologicalOxidation）一.生物氧化的概念及意義二.生物氧化的特點三.生物氧化的方式四.生物氧化體系—呼吸鏈五.能量的釋放、轉(zhuǎn)移、儲存及利用六.非線粒體氧化體系生物氧化[BiologicalOxidation]生物氧化是指糖類、脂類和蛋白質(zhì)等在生物活細胞內(nèi)進行的一系列的氧化分解作用，最終生成H2O和CO2，同時釋放能量的過程，又稱細胞呼吸或組織呼吸。相當于分解（異化）作用。線粒體是生物氧化的場所

1948年，EugeneKennedy和AlbertLehninger發(fā)現(xiàn)線粒體是真核生物生物氧化及氧化磷酸化的場所，開始了生物能研究的新世代。線粒體有兩層膜，外膜對小分子（Mr5000）和離子為自由透過。內(nèi)膜對大多數(shù)小分子及離子不透過（包括H+），只有內(nèi)膜上存在特異運輸體的物質(zhì)可以透過。內(nèi)膜上含有呼吸鏈和ATP合成酶。線粒體基質(zhì)含有丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和檸檬酸循環(huán)途徑、脂肪酸-氧化途徑、氨基酸氧化途徑及酵解以外所有能量物質(zhì)氧化途徑。AlbertLehninger

1917-1986EugeneKennedy1919-線粒體的生物化學(xué)生物氧化的特點

與無機氧化（燃燒）相比，生物氧化與無機氧化從氧化的物質(zhì)、釋放出的總能量及終產(chǎn)物都相同。但兩者的表現(xiàn)形式和條件不同。具體表現(xiàn)在：體外燃燒

：(CH)+O2H2O+CO2+熱能。H2O的生成為氫和氧的直接化合CO2的生成為碳和氧的直接化合能量為驟然釋放，以光和熱的形式生物氧化的特點[cont.]

生物氧化

(CH)+O2H2O+CO2+熱能

H2O的生成在酶的作用下脫氫，H經(jīng)一系列的遞氫和遞電子反應(yīng)，最終與O2接合生成H2O。

CO2為有機物在酶的作用下脫羧形成。生物氧化要求條件溫和，為逐步氧化。能量的釋放是一步一步緩慢釋放，釋放的能量以高能磷酸鍵的形式貯存，不會使周圍溫度升高而傷害有機體。反應(yīng)條件

溫和劇烈反應(yīng)過程逐步進行的酶促反應(yīng)一步完成能量釋放逐步進行瞬間釋放CO2生成方式

有機酸脫羧碳和氧結(jié)合H2O需要不需要

生物氧化體外燃燒生物氧化和體外燃燒的比較脫羧

[Decarboxylation]CO2的生成方式：有機物在酶的作用下脫羧(decarboxylation)生成。根據(jù)脫羧的部位分為： -decarboxylation

-decarboxylation

根據(jù)脫羧的性質(zhì)分為：簡單脫羧（simpledecarboxylation）氧化脫羧（oxidativedecarboxylation）直接脫羧基作用

(Directdecarboxylation)丙酮酸脫羧酶草酰乙酸脫羧酶氧化脫羧基作用

(Oxidativedecarboxylation)丙酮酸脫氫酶復(fù)合物+幾個重要的CO2生成反應(yīng)

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、丙酮酸直接脫羧(乙醇發(fā)酵）2、丙酮酸氧化脫羧（生成乙酰CoA）3、TCA循環(huán)中-酮戊二酸的生成(異檸檬酸氧化脫羧）4、TCA循環(huán)中琥珀酰~CoA的生成（-酮戊二酸氧化脫羧）5、草酰乙酸脫羧生成丙酮酸(直接脫羧）6、蘋果酸脫羧生成丙酮酸（氧化脫羧）氧化（Oxidation)（1）加氧（氧化）（oxidation）

RCHO+?O2RCOOH（2）脫氫（dehydrogenation）

RCH2OH–2HRCHOCH3CHO+H2OCH3CH(OH)(OH)

CH3COOH+2H（3）脫電子（deelectronation）

Fe2+-eFe3+脫氫酶(Dehydrogenase)

使代謝物的氫活化、脫離，并將之傳遞給其他受氫體或傳遞體。氧化酶(Oxidase)

生物氧化中，以氧直接為受氫體的氧化還原酶類稱為氧化酶。加氧酶(Oxygenase)

催化加氧反應(yīng)的酶。傳遞體(Carrier)

生物氧化過程中，起著中間傳遞氫或電子作用的物質(zhì)，它們既不能使代謝物脫氫，也不能使氫活化。參與生物氧化的酶類脫氫酶（Dehydrogenase)

催化：DH+RD+RH絕大多數(shù)脫氫酶需要CoI或CoII作為輔酶。

3-磷酸甘油醛+NAD++磷酸

1,3-二磷酸甘油酸+NADH+H+

丙酮酸+NADH+H+乳酸+NAD+也有以黃素核苷酸（FMN或FAD）作為輔酶的。

琥珀酸+FAD延胡索酸+FADH2

NADH+H++FMNNAD++FMNH2氧化酶(Oxidase)（1）催化：RH+O2R+H2O2

產(chǎn)物是H2O2；需要黃素核苷酸作為輔基。

葡萄糖+O2+H2O葡萄糖酸內(nèi)酯+H2O2（2）催化：RH+O2R+H2O

作用產(chǎn)物之一是H2O，不是H2O2；包括兩種類型：金屬蛋白，如抗壞血酸氧化酶，含銅

L-抗壞血酸+O2脫氫抗壞血酸+H2O

一類是細胞色素氧化酶，催化：

4Cytc-Fe2++O24Cytc-Fe3++H2O過氧化物酶（Peroxidase)

催化H2O2等作為氧化劑的氧化還原反應(yīng)，主要存在于過氧化物酶體，負責H2O2和過氧化物的分解與轉(zhuǎn)化。如：以血紅素為輔基的過氧化物酶和過氧化氫酶；以FAD為輔基的NAD(P)過氧化物酶；谷胱甘肽過氧化物酶，有的含硒，有的則不含，主要的功能是將脂類過氧化物還原為相應(yīng)的醇，同時催化谷胱甘肽轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸汀?H2O22H2O+O2(過氧化氫酶）

RH+H2O22H2O+R(過氧化物酶）

2GSH+ROOHROH+GSSG超氧化物歧化酶

（Superoxidedismutase,SOD)

一種與阻斷過氧化物生成有關(guān)的特殊氧化酶。生物體的自由基清除劑。分為CuZn-SOD、Mn-SOD和Fe-SOD三種。

2O=+2H+

H2O2+O2

作用是清除超氧負離子自由基。超氧自由基是帶有不配對電子的氧分子，十分活躍，可與多種生物分子反應(yīng)，引發(fā)脂質(zhì)過氧化，造成膜損傷；使DNA斷裂，導(dǎo)致基因突變；與炎癥、衰老、腫瘤等密切相關(guān)。氧合酶（Oxygenase)

與氧化酶不同，氧合酶催化氧原子直接參入有機分子。(A)催化兩個氧原子參入[dioxygenase]，需要鐵離子或NADP作為輔助因子，往往伴隨開環(huán)。兒茶酚+O2順，順-己二烯二酸

(B)催化一個氧原子參入(monooxygenase)L-乳酸+O2

乙酸+CO2+H2O

這類酶有的是黃素蛋白，反應(yīng)過程包含脫羧。電子傳遞體

（ElectronTransfer）

它們通過自身的還原和氧化，將脫氫酶和氧化酶連接起來組成呼吸鏈，在生物氧化和氧化磷酸化過程中發(fā)揮重要作用，主要包括黃素蛋白、鐵硫蛋白、CoQ和細胞色素復(fù)合物。生物氧化體系—呼吸鏈(RespiratoryChain)

生物氧化體系解決的是有機物脫氫及氫的去路問題，即解決有機物是如何通過一系列特異性的酶催化的反應(yīng)脫氫、遞氫和遞電子，把氫交給氧生成水，并產(chǎn)生ATP的問題。整個氫的傳遞和電子的傳遞過程以及參與這一系列催化反應(yīng)的酶與輔酶及其他中間遞體一個接一個，組成鏈狀反應(yīng)體系，如同接力棒一樣，這種形式的反應(yīng)——呼吸鏈。遞氫體:呼吸鏈中參與傳遞H的輔酶或輔基。遞電子體:呼吸鏈中參與傳遞電子的輔酶或輔基。人體最普遍最重要的呼吸鏈以:

NAD+(CoI)或NADP+(CoII)為輔酶的脫氫酶、黃素蛋白（黃酶yellowenzyme,flavoprotein,FP）、輔酶Q

(CoQ,泛醌，ubiquinone)及

細胞色素復(fù)合物(cytochromecomplex)組成兩條呼吸鏈：

S.NAD+FP1CoQbc1c(a+a3)1/2O2

FP2

S.NADH氧化呼吸鏈（電子傳遞鏈）電子傳遞鏈的類型琥珀酸氧化呼吸鏈（FADH2電子傳遞鏈）呼吸鏈的組成及作用機理1、煙酰胺脫氫酶類[nicotinamidedehydrogenases]

[或稱吡啶脫氫酶類，pyridinedehydrogenases]，以NAD+及NADP+為輔酶。2、黃素酶類[flavoprotein,flavin-linkeddehydrogenase,NADHdehydrogenase]黃素單核苷酸(FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)3、輔酶Q

(coenzymeQ,CoQ)

(泛醌，ubiquinone)4、

細胞色素類[cytochromes]Cytb,Cytc1,Cytc,Cyta1a3煙酰胺[吡啶]脫氫酶類

許多代謝（中間）物的脫氫都通過脫氫酶的作用，是催化底物脫氫的一類酶，輔酶大多相同，有兩種：NAD+（CoI）（nicotinamideadeninedinucleotide）、

NADP+

(CoII):(nicotinamideadeninedinucleotidephosphate)。

還原型代謝物+NAD+氧化型代謝物+NADH+H+

還原型代謝物+NADP+氧化型代謝物+NADPH+H+

這些脫氫酶有些分布在胞質(zhì)中，有些分布在線粒體中，有些則胞質(zhì)和線粒體中兼有。NAD（P）H相連的脫氫酶

催化的一些重要反應(yīng)黃素酶類

這類酶是與黃素相關(guān)的脫氫酶，也稱為黃素蛋白，輔基中因含核黃素得名，線粒體中可能與一種鐵硫蛋白（Iron-sulfurprotein，F(xiàn)e-S）組成復(fù)合體。

種類多，酶蛋白不同，但輔基只有兩種：

黃素單核苷酸[FMN]是NADH脫氫酶（FP1）的輔基。NADH+H++E-FMNNAD++E-FMNH2

黃素腺嘌呤二核苷酸[FAD]是琥珀酸脫氫酶（FP2）的輔基。此類酶催化由NADH、琥珀酸、脂酰CoA及3-磷酸甘油分子上的脫氫，生成FMNH2或FADH2。鐵-硫中心[Iron-sulfurCenter]

鐵與無機硫原子和/或蛋白質(zhì)Cys殘基的硫原子相連。鐵硫中心（Fe-S）最簡單的是單個鐵原子與4個Cys的-SH相連，更復(fù)雜的是有2個或4個鐵原子。所有的鐵硫蛋白參與一個電子的轉(zhuǎn)移，其中的鐵原子或被氧化、或被還原，線粒體中至少有8個鐵硫蛋白參與電子傳遞。輔酶Q（CoenzymeQ，CoQ）

又稱泛醌(Ubiquinone)，脂溶性醌類化合物，有一個長的異戊二烯側(cè)鏈，因廣泛存在得名。呼吸鏈中是參入到線粒體內(nèi)膜的電子載體。

CoQ在呼吸鏈中接受黃素酶的H，本身被還原為氫醌，再把電子傳遞給Cyt體系被氧化，接受1e變?yōu)樽杂苫膈?，接?e變?yōu)闅漉≦H2）。

CoQ不僅接受NADH脫氫酶的H，還接受線粒體其他脫氫酶的H，如琥珀酸脫氫酶，脂酰CoA脫氫酶及其他黃素脫氫酶脫下的H，在電子傳遞鏈中處于中心地位。氧化型泛醌自由基半醌氫（質(zhì)）醌細胞色素類(Cytochromes)

細胞色素是含鐵的電子傳遞體，鐵原子處于卟啉結(jié)構(gòu)中心，構(gòu)成血紅素(heme)。細胞色素類都以血紅素作為輔基，使這類蛋白質(zhì)呈現(xiàn)紅色或褐色。細胞色素類在呼吸鏈中將電子從輔酶Q傳遞到O2。

D.Kailin根據(jù)吸收光譜將它們分成a、b、c三類。線粒體的電子傳遞鏈至少含有5種不同的細胞色素：b、c1、c、a1、a3。

細胞色素b、c、a呼吸鏈功能

復(fù)合物的分離兩條重要的氧化呼吸鏈(I)(II)ComplexI：NADH到CoQ

NADH脫氫酶復(fù)合物，也稱NADH：泛醌氧化還原酶，是一個大的酶復(fù)合物，由42條不同的多肽鏈組成，包括含F(xiàn)MN黃素蛋白和至少6個鐵硫中心。高分辨率電子顯微鏡顯示復(fù)合物I為L形，L的一個臂在膜內(nèi)，另一臂伸展到基質(zhì)中。 復(fù)合物I催化兩個同時發(fā)生的偶聯(lián)過程：（1）NADH+H++QNAD++QH2（2）4個質(zhì)子由基質(zhì)轉(zhuǎn)到內(nèi)膜外 因此，復(fù)合物I是由電子轉(zhuǎn)移能所驅(qū)動的質(zhì)子泵，結(jié)果內(nèi)膜基質(zhì)面變負，內(nèi)膜外側(cè)變正。復(fù)合物

I(ComplexI):NADH+H+NAD+FMNFMNH2Fe2+-SFe3+-SCoQCoQH2NADPH+NAD+NADP++NADHNADPH可將電子傳遞給NAD+電子傳遞的方向為：NADH→FMN→Fe-S→QComplexII：琥珀酸到泛醌

也稱琥珀酸脫氫酶，是TCA循環(huán)中唯一的一個線粒體內(nèi)膜結(jié)合的酶，雖比復(fù)合物I小而簡單，但含有兩類輔基和至少4種不同的蛋白質(zhì)，與FAD及有4個鐵原子的Fe-S中心共價結(jié)合。電子由琥珀酸流向FAD，然后通過Fe-S中心到泛醌。

呼吸鏈上還有其他底物的電子流經(jīng)Q，但不經(jīng)過復(fù)合物II，如脂酰CoA脫氫酶、3-磷酸甘油脫氫酶等。ETF:Electron-transferringFlavoproteinComplexIISuccinateFumarateFADFADH2Fe2+-SFe3+-SCoQCoQH2電子傳遞的方向為：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q反應(yīng)結(jié)果為：琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2

ComplexIII：CoQtoCytc

又稱Cytbc1復(fù)合物或泛醌：細胞色素c氧化還原酶。偶聯(lián)催化電子由氫醌到Cytc的轉(zhuǎn)移和質(zhì)子由膜內(nèi)基質(zhì)向膜外空間的運輸。 復(fù)合物III和IV結(jié)構(gòu)的確定（1995-1998，X-射線晶體學(xué)）是線粒體電子轉(zhuǎn)移研究的里程碑。復(fù)合物III是一個由相同單體組成的二聚體，每個單體含有11個不同的亞基。ComplexIII:UbiquinonetoCytc

復(fù)合物III的功能核心有三部分：含2Fe-2S的鐵硫蛋白，Cytb（有兩個血紅素bH和bL

），和帶血紅素的Cytc1。

有功能的二聚體單位中，Cytc1和鐵硫蛋白突出P面，與膜間空間的Cytc作用，復(fù)合物有兩個泛醌結(jié)合位點QN和QP（兩個阻止氧化磷酸化作用的藥物作用位點-可阻止QN面電子由bH流向Q以及QP的電子由QH2流向鐵硫蛋白）。單體間的界面形成兩個口袋，每個口袋含來自1個單體的QP和另一個單體的QN。泛醌在這些掩蔽的袋中移動。ComplexIII：泛醌到CytC

（Cytplex或泛醌：CytC氧化還原酶）單體二聚體功能單位抗霉素AntimycinA粘色唑Myxothizol電子：Qbc1c總的反應(yīng)結(jié)果為：2還原態(tài)cytc1+QH2+2H+（M）→2氧化態(tài)cytc1+Q+4H+（P）Q循環(huán)示意圖（引自Lodish等1999）Q循環(huán)Q循環(huán)（TheQCycle)

電子經(jīng)復(fù)合物III的流動模型--Q循環(huán)的反應(yīng)為：

QH2+2cytc1（氧化型）+2HN+Q+2cytc1(還原型）+4Hp+

膜的P側(cè)，2QH2被氧化為2Q，釋放4H+到內(nèi)膜外空間，2個QH2提供2e到cytc1（通過Fe-S中心），另2e到Q分子（通過cytb），再還原成QH2，還原反應(yīng)還從基質(zhì)中利用2H+。轉(zhuǎn)移的凈效應(yīng)：

QH2被氧化成Q，2cytc被還原。ComplexIV：CytctoO2

又稱細胞色素氧化酶，呼吸鏈的最后一步，把Cytc的電子轉(zhuǎn)移給O2，生成H2O。一個大的酶復(fù)合物[線粒體內(nèi)膜上,13個亞基，Mr204000]，作用是電子傳遞和質(zhì)子泵。三個亞基對于功能至關(guān)重要。電子傳遞為：cytc-CuA-a-a3-CuB-O2，每4e通過復(fù)合物時，酶從基質(zhì)中消耗4個“底物”H+，生成2H2O，每通過1e，利用氧化還原反應(yīng)的能量泵出1H+到內(nèi)膜外空間。

4cytc(reduced)+8H+N+O24cytc(oxidized)+4H+P+2H2O兩條重要的氧化呼吸鏈(I)(II)線粒體電子傳遞鏈蛋白質(zhì)組成電子和質(zhì)子通過呼吸鏈

四個復(fù)合物流動的總結(jié)

電子從復(fù)合物I或II到達輔酶Q，承擔了電子和質(zhì)子的流動載體。再將電子傳遞給復(fù)合物III，后者將它們傳遞給流動的連接器—細胞色素c。然后復(fù)合物IV由還原的細胞色素c將電子傳遞給O2。電子流經(jīng)復(fù)合物I、III和IV的過程伴隨質(zhì)子從基質(zhì)流向膜外空間。脂肪酸-氧化產(chǎn)生的電子也可以通過輔酶Q進入呼吸鏈。電子傳遞順序的證據(jù)1、從NADH到O2，每一電子傳遞體的氧化還原電勢逐步增加。

-0.32-0.060.00+0.26+0.28+0.82NAD+FP1CoQbc1caa3O2

數(shù)值愈低，失去電子的傾向愈大，愈易成為還原劑而處于呼吸鏈的前面。電子按氧化還原電位從低向高傳遞，能量逐級釋放。電子傳遞順序的證據(jù)2、用分離的電子傳遞體重組，NADH可使NADH脫氫酶還原，但不能直接使cytb、c或aa3還原。還原型NADH脫氫酶不能直接與cytc起作用，必須經(jīng)過輔酶Q和cytb和c1后才能再與cytc起作用。3、分離到的線粒體傳遞體復(fù)合物，在傳遞功能上都是有順序地聯(lián)在一起的。如cytb、c1和一個鐵-硫蛋白等。電子傳遞的抑制劑

能阻斷呼吸鏈某一部位電子傳遞的物質(zhì)為電子傳遞抑制劑。利用專一性電子傳遞抑制劑選擇性地阻斷某個傳遞過程，再測定鏈中各組分的氧化-還原態(tài)情況，是研究電子傳遞順序的有效的重要方法。1、魚藤酮(rotenone)、安密妥(amytal)、殺粉蝶菌素(piericidin)，阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞。2、抗霉素A(antimycinA)，抑制b到c1的電子傳遞。3、氰化物、硫化氫、疊氮化物、CO等，阻斷電子由cytaa3到氧的傳遞。決定電子載體順序的方法電子傳遞、質(zhì)子梯度及ATP合成呼吸鏈中ATP的產(chǎn)生氧化磷酸化

（OxidativePhosphorylation)

生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化為水時所釋放的能量轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP的過程。實際上是氧化作用與氧化作用過程釋放的能量用于形成ATP過程（磷酸化作用）兩種作用的偶聯(lián)反應(yīng)。高能磷酸鍵的形成及轉(zhuǎn)移

氧化磷酸化（Coupledoxidativephosphorylation)磷氧比（P/O）1940，S.Ochoa提出，代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化生成水，一對電子（2H）經(jīng)呼吸鏈傳遞到O2生成水所產(chǎn)生的ATP分子的數(shù)目（即消耗1個原子氧所產(chǎn)生ATP的數(shù)目）稱為磷氧比(P/O)。代謝物脫下的2H經(jīng)NADH氧化呼吸鏈被氧化為水時，生成3ATP（P/O3），而經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈氧化為水時，生成2ATP（P/O2）。

現(xiàn)在普遍認為，2H經(jīng)NADH氧化呼吸鏈被氧化為水時，生成2.5ATP；而經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈氧化為水時，生成1.5ATP

。氧化磷酸化偶聯(lián)的部位影響氧化磷酸化作用的因素（1）ADP-Pi、ATP的調(diào)節(jié)作用ADP/ATP小，減緩、表現(xiàn)為抑制作用；ADP/ATP

大，加快、表現(xiàn)為促進作用.（2）激素的調(diào)節(jié)作用Thyroxine(+)Na+、K+-ATPase,加快ATPADP+Pi,ADP進入線粒體的數(shù)量增加，氧化磷酸化加快，耗氧及產(chǎn)熱增多—甲狀腺機能亢進(hyperthyroidism)，患者BMR(basalmetabolicrate)增高。影響氧化磷酸化作用的因素（續(xù)）（3）抑制劑（inhibitors)的作用A.解偶聯(lián)劑[uncoupler]的作用[2,4-dinitrophenol,DNP]，解除偶聯(lián)作用。B.寡霉素[oligomycin]，抑制氧的利用和ATP的形成。C.CO的作用，與還原型Cyt氧化酶結(jié)合。D.CN-的作用，與氧化型Cyt氧化酶結(jié)合，生成高鐵Cyt氧化酶,酶失活，電子不能傳給O2，呼吸中斷。E.

異巴比妥和魚藤酮的作用，抑制FP1CoQ的傳遞。F.Antimycin(antitoxin)A的作用，抑制Cyt

bc的傳遞。G.離子載體抑制劑（ionophores)解偶聯(lián)劑的作用機理pH為7時，DNP以解離形式存在，脂不溶性，不能過膜。接受質(zhì)子成為非解離形式，脂溶性，可過膜。質(zhì)子被帶入膜內(nèi)，打破跨膜的質(zhì)子梯度。質(zhì)子梯度不用于ATP形成，P/O下降。2，4-二硝基苯酚的作用機理解偶聯(lián)蛋白

（Uncouplingproteins,UCPs)

解偶聯(lián)蛋白是線粒體內(nèi)膜上參與機體產(chǎn)熱的重要轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)。UCPs被激活時，形成質(zhì)子通道，可引起線粒體內(nèi)膜上的質(zhì)子轉(zhuǎn)運速度加快，使ATP合成依賴的線粒體內(nèi)膜上的電化學(xué)梯度改變，氧化磷酸化被解偶聯(lián)，不能合成ATP，產(chǎn)能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)熱。UCPs被認為是參與能量代謝的重要靶蛋白。 機體產(chǎn)熱與能量平衡、代謝、體重調(diào)節(jié)有著密不可分的關(guān)系，推測UCPs可能與肥胖、胰島素抵抗及糖尿病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。但對于UCPs生理功能的組織特異性及其主要的體內(nèi)的調(diào)控因素仍不十分清楚。 目前作為肥胖藥物研究的靶蛋白非常熱門。氧化磷酸化作用的機理

(1)

化學(xué)偶聯(lián)假說（chemicalcouplinghypothesis），認為電子傳遞和ATP生成的偶聯(lián)是通過一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)形成一個高能的共價中間物，被用于ATP的形成。

(2)構(gòu)象偶聯(lián)假說（conformationalcouplinghypothesis），認為電子沿呼吸鏈傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白組分發(fā)生了構(gòu)象變化而形成一種高能形式，進一步使F0F1-ATP酶高能化，用于ATP的生成。氧化磷酸化作用的機理

(3)

化學(xué)滲透假說（chemiosmotichypothesis），認為電子傳遞的結(jié)果把H+從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)泵到膜外空間形成一個跨內(nèi)膜的H+梯度，這種H+梯度滲透能（質(zhì)子推動力，質(zhì)力）用于驅(qū)動ATP的生成。由英國科學(xué)家P.Michell(1961)提出，獲1978年諾貝爾化學(xué)獎。化學(xué)滲透假說模式圖（Chemiosmotichypothesis）

化學(xué)滲透假說示意圖化學(xué)滲透模型（ChemiosmoticModel)ATP合成酶

[ATPsynthase]

位于線粒體內(nèi)膜的內(nèi)表面，又稱F1/F0-ATP合成酶。F1由5種亞基組成，為酶復(fù)合物的球狀頭部，也是活性中心，位于內(nèi)膜基質(zhì)表面。F0橫貫內(nèi)膜，含有質(zhì)子通道，由4種亞基組成。線粒體ATP合成酶復(fù)合物F1復(fù)合物F1結(jié)晶ATP結(jié)合位點ADP結(jié)合位點側(cè)視俯視線粒體ATP合成酶復(fù)合物F0F1結(jié)構(gòu)酵母F0F1結(jié)構(gòu)F0F1復(fù)合物結(jié)構(gòu)能量的轉(zhuǎn)移、貯存和利用

代謝物氧化最終都將能量轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP才能被生命活動所利用。

ATP水解釋放的能量除供機體活動外，有一部分能量可通過高能鍵的形式轉(zhuǎn)移給肌酸生成磷酸肌酸(phosphocreatine),是肌肉及腦組織中的能量貯存形式。 生物體內(nèi)有諸多合成反應(yīng)所需能量分子并非直接為ATP，如糖元合成所需能量物質(zhì)為UTP，磷脂合成則需CTP，而蛋白質(zhì)合成需要GTP。究其根源，這些高能化合物還是來源于ATP,ATP+NDPADP+NTP。磷酸肌酸作為能量儲