生物氧化制藥

生物氧化制藥第1頁/共38頁2023/4/192糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATCA2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2二、生物氧化的一般過程第2頁/共38頁2023/4/193第二節(jié)電子傳遞鏈

一、電子傳遞鏈的概念二、電子傳遞鏈的組成三、電子傳遞鏈的電子傳遞順序四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑第3頁/共38頁2023/4/194一、電子傳遞鏈的概念1.概念：在生物氧化過程中，代謝物上脫下的氫經(jīng)過一系列的按一定順序排列的氫傳遞體和電子傳遞體的傳遞，最后傳遞給分子氧并生成水，這種氫和電子的傳遞體系稱為電子傳遞鏈。又稱呼吸鏈。典型的呼吸鏈FADH2呼吸鏈NADH呼吸鏈第4頁/共38頁2023/4/1952、電子傳遞鏈分布原核細(xì)胞存在于質(zhì)膜上真核細(xì)胞存在于線粒體的內(nèi)膜上第5頁/共38頁2023/4/196二、電子傳遞鏈的組成由NADH到O2的電子傳遞鏈主要包括：FMN、輔酶Q(CoQ)、細(xì)胞色素b、c1、c、a、a3以及一些鐵硫蛋白。這些電子傳遞體傳遞電子的順序，按照它們的還原電勢大小可排成序列，它們對電子親和力的不斷增加，推動電子從NADH向O2傳遞。電子傳遞中有四個復(fù)合體參與：NADH-Q還原酶（復(fù)合體I）琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合體Ⅱ

）細(xì)胞色素還原酶（復(fù)合體III）細(xì)胞色素氧化酶（復(fù)合體Ⅳ）第6頁/共38頁2023/4/1971.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（FADH2氧化呼吸鏈）FADH2→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2三、電子傳遞鏈的電子傳遞順序

呼吸鏈的各組分在線粒體內(nèi)膜上是按一定順序排列的，在線粒體內(nèi)膜上主要有兩條呼吸鏈：第7頁/共38頁2023/4/198CytcNADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈第8頁/共38頁2023/4/199四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑1、概念

能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。第9頁/共38頁2023/4/19102、常用的幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位（1）魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素：其作用是阻斷電子在NADH—Q還原酶內(nèi)的傳遞，所以阻斷了電子由NADH向CoQ的傳遞。（2）抗霉素A：它是由鏈酶素分離出的抗生素，能夠抑制電子從細(xì)胞色素b向cytC1的傳遞作用（3）氰化物（CN-）、疊氮化物（N3-）、一氧化碳（CO）等：其作用是阻斷電子在細(xì)胞色素氧化酶中傳遞，即阻斷了電子由cytaa3向分子氧的傳遞。

第10頁/共38頁魚藤酮安密妥殺粉蝶菌素抗霉素A氰化物一氧化碳硫化氫疊氮化合物呼吸鏈的電子傳遞抑制劑圖示第11頁/共38頁2023/4/1912一、氧化磷酸化的概念

伴隨電子從底物到氧的傳遞，ADP被磷酸化形成ATP的酶促過程即是氧化磷酸化作用。根據(jù)生物氧化方式，可將氧化磷酸化分為

底物水平磷酸化電子傳遞體系磷酸化。

第三節(jié)氧化磷酸化第12頁/共38頁2023/4/1913底物水平磷酸化：

ATP的形成直接由一個代謝中間產(chǎn)物（如磷酸烯醇式丙酮酸）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到ADP分子上的作用。電子傳遞體系磷酸化：

是指當(dāng)電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系(呼吸鏈)傳遞給氧形成水時，同時伴有ADP磷酸化為ATP的全過程。通常所說的氧化磷酸化是指電子傳遞體系磷酸化。第13頁/共38頁2023/4/1914二、氧化磷酸化的作用機(jī)制

(1)ATP產(chǎn)生的數(shù)量

研究氧化磷酸化最常用的方法是測定線粒體或其制劑的P/O比值的電化學(xué)實驗。

P/O比值:是指每消耗一摩爾氧所消耗無機(jī)磷酸的摩爾數(shù)。根據(jù)所消耗的無機(jī)磷酸摩爾數(shù)，可間接測出ATP生成量。又可以看作是當(dāng)一對電子通過呼吸鏈傳至O2所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。實驗表明：NADH呼吸鏈的P/O值是2.5，即每消耗一摩爾氧原子就可形成2.5摩爾ATP，F(xiàn)ADH2呼吸鏈的P/O值是1.5，即消耗一摩爾氧原子可形成1.5摩爾ATP。第14頁/共38頁2023/4/1915(2)ATP產(chǎn)生的部位ATP產(chǎn)生的部位都是有大的電位差變化的地方，例如，NADH呼吸鏈生成ATP有三個部位，E0'值在此三個部位有大的“跳動”，都在0.2伏以上。電子傳遞鏈自由能變化

第15頁/共38頁ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位第16頁/共38頁2023/4/1917

認(rèn)為電子傳遞釋放出的自由能和ATP合成是與一種跨線粒體的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。認(rèn)為電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€H+泵，電子傳遞的結(jié)果是將H+從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)“泵”到內(nèi)膜外液體中，于是形成了一個跨內(nèi)膜的H+

梯度，即膜外的H+濃度高，膜內(nèi)的H+

濃度低；膜外的電位高，膜內(nèi)電位低。這種梯度就是H+

返回膜內(nèi)的一種動力，為H+濃度梯度所驅(qū)使，通過在F０F１ATP酶分子上的特殊通道，H+

又流回線粒體基質(zhì)。當(dāng)H+

通過F０F１-ATP酶流回線粒體內(nèi)膜基質(zhì)時，釋放出自由能的反應(yīng)和ATP的合成反應(yīng)相偶聯(lián)。(3)化學(xué)滲透偶聯(lián)假說（1961）第17頁/共38頁ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)++++++++++---------化學(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖第18頁/共38頁第19頁/共38頁2023/4/1920三、ATP合成機(jī)制ATP的合成是由一個酶的復(fù)合體系完成的。這個復(fù)合體系稱為ATP合酶由兩個主要的單元構(gòu)成。起質(zhì)子通道作用的單元稱為Fo單元和催化ATP合成的單元稱為F1單元。因此，ATP合酶又稱為FoF1—ATP酶第20頁/共38頁ATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖第21頁/共38頁2023/4/1922ATP合酶

在分離得到四種呼吸鏈復(fù)合體的同時還可得到復(fù)合體Ⅴ，即ATP合酶。該酶主要由Fo（疏水部分）和F1（親水部分）組成。

F1在線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)形成顆粒狀突起。它主要由α3β3γδε亞基組成，其功能是催化生成ATP;催化部位在β亞基中，但β亞基必須與α亞基結(jié)合才有活性。

Fo鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中。它由a1b2c9-12亞基組成。C亞基形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，a亞基位于環(huán)外側(cè)，與c亞基之間形成質(zhì)子通道。Fo與F1之間，其中心部位由γε亞基相連，外側(cè)由b2和δ亞基相連，F(xiàn)1中的α3β3

亞基間隔排列形成六聚體，部分γ亞基插入六聚體中央。第22頁/共38頁第23頁/共38頁第24頁/共38頁FoF1側(cè)視圖第25頁/共38頁2023/4/1926四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制

不同的化學(xué)因素對氧化磷酸化過程的影響不同，根據(jù)它們不同的影響方式可分為三大類：1.解偶聯(lián)劑

使電子傳遞與ADP磷酸化兩個過程分開，失掉它們的緊密聯(lián)系。它只抑制ATP的形成，不抑制電子傳遞過程，使電子傳遞產(chǎn)生的自由能都變成熱能。

解偶聯(lián)劑的作用只抑制氧化磷酸化的ATP形成，對底物水平的磷酸化沒有影響。第26頁/共38頁2023/4/1927DNP(2,4-二硝基苯酚）(弱酸性親脂試劑)

原理：

增加膜的通透性，破壞跨膜H+梯度。（酸性狀態(tài)下為脂溶性物質(zhì)，在線粒體內(nèi)膜中可自由移動，進(jìn)入基質(zhì)側(cè)時釋出H+，返回胞漿側(cè)時結(jié)合H+，從而破壞了電化學(xué)梯度。）第27頁/共38頁2023/4/19282.氧化磷酸化抑制劑

抑制氧的利用和ATP形成，不直接抑制電子傳遞。氧化磷酸化抑制劑的作用是直接干擾ATP的生成過程，結(jié)果也使電子傳遞不能進(jìn)行。例：寡霉素：與Fo的一個亞基結(jié)合而抑制F1DNP(解偶聯(lián)劑）可解除它對氧的抑制作用。第28頁/共38頁2023/4/19293.離子載體抑制劑

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。

與解偶聯(lián)劑區(qū)別：H+離子以外的其它一價陽離子的載體，改變除H+以外的一價陽離子透性。如纈氨霉素K+

短感菌肽Na+K+第29頁/共38頁2023/4/1930五、線粒體穿梭系統(tǒng)

線粒體外膜通透性高，線粒體對物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。

NADH脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)，只作用于線粒體內(nèi)部（基質(zhì)）的NADH,而胞液中的NADH又不能直接穿過線粒體內(nèi)膜進(jìn)入內(nèi)部，這就需要通過一種間接途徑——穿梭系統(tǒng)。不同真核生物細(xì)胞的胞液NADH進(jìn)入線粒體呼吸鏈的途徑有所不同：3-磷酸甘油穿梭系統(tǒng)蘋果酸-天冬氨酸穿梭系統(tǒng)第30頁/共38頁1、3-磷酸甘油穿梭系統(tǒng)3-磷酸甘油穿梭機(jī)制第31頁/共38頁

NADH+H+FADH2NAD+FAD

線粒體內(nèi)膜

線粒體外膜膜間隙

線粒體基質(zhì)3-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油3-磷酸甘油脫氫酶

第32頁/共38頁2.蘋果酸-天冬氨酸穿梭系統(tǒng)蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制第33頁/共38頁NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈天冬氨酸第34頁/共38頁2023/4/1935六、能荷

生物細(xì)胞通過氧化磷酸化和底物水平磷酸化生成ATP，在需要能量的生化反應(yīng)或生命活動中又分解ATP,使ATP轉(zhuǎn)化為ADP和Pi，或轉(zhuǎn)化為AMP和Pi。這樣在細(xì)胞內(nèi)存在著三種腺苷酸：ATP、ADP和AMP，稱為腺苷酸庫。能荷：是細(xì)胞中高能磷酸狀態(tài)一種數(shù)量上的衡量，也就是指細(xì)胞內(nèi)ATP—ADP—AMP系統(tǒng)中充滿高能磷酸基團(tuán)的程度。第35頁/共38頁2023/4/1936

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