生物氧化本科班

生物氧化本科班第1頁/共138頁物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化(biologicaloxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過程。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能生物氧化的概念第2頁/共138頁生物氧化與體外氧化之相同點生物氧化中物質(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)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物(CO2，H2O)和釋放能量均相同。第3頁/共138頁反應(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；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

。第4頁/共138頁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

生物氧化的一般過程第5頁/共138頁G甘油FAAA乙酰輔酶ACO22HADP+PiATPO2H2OCoASH三羧酸循環(huán)糖原脂肪蛋白質(zhì)第一階段第二階段第三階段第6頁/共138頁物質(zhì)代謝小分子合成為大分子合成代謝分解代謝大分子分解為小分子需要能量釋放能量能量代謝

第7頁/共138頁第一節(jié)生物體內(nèi)能量載體ATP第8頁/共138頁體內(nèi)能量儲存和利用都以ATP為中心一、高能化合物1概念：每mol水解釋放出自由能大于21kJ的化合物稱為高能化合物高能化合物低能化合物化合物水解釋放出自由能約為9~16kJ/mol第9頁/共138頁第10頁/共138頁第11頁/共138頁化合物△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)自由能第12頁/共138頁高能磷酸鍵高能磷酸化合物高能硫酯化合物高能硫酯鍵~P~S2第13頁/共138頁1）磷氧鍵型：如ATP、磷酸烯醇式丙酮酸等2）磷氮鍵型：如磷酸肌酸等3）硫酯鍵型：如脂酰CoA等4）甲硫鍵型：S-腺苷甲硫氨酸也可根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的特點和所含高能鍵的特征進(jìn)行分類。第14頁/共138頁磷氧鍵型（—O~P)(1)?；姿峄衔?,3-磷酸甘油酸乙酰磷酸10.1千卡/摩爾11.8千卡/摩爾第15頁/共138頁酰基磷酸化合物氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账岬?6頁/共138頁（2）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾第17頁/共138頁（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾第18頁/共138頁磷氮鍵型磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用。第19頁/共138頁硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸?；o酶A第20頁/共138頁甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸第21頁/共138頁1結(jié)構(gòu)：腺嘌呤、β－D－核糖、三個磷酸二、ATP第22頁/共138頁2作用(1)提供物質(zhì)代謝時需要的能量ATP+葡萄糖6-磷酸葡萄糖＋ADP己糖激酶(2)供給機(jī)體生命活動時需要的能量第23頁/共138頁第24頁/共138頁(3)生成核苷三磷酸和磷酸肌酸第25頁/共138頁磷酸肌酸（C～P）貯存（主要在肌肉和腦組織中）。ATP+肌酸磷酸肌酸+ADP肌酸激酶（CK）意義：防止腦、肌肉組織中ATP的突然缺乏C～P中的～P不能直接利用第26頁/共138頁ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲存中起核心作用高能磷酸鍵水解時釋放的能量大于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第27頁/共138頁

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第28頁/共138頁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。第29頁/共138頁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)主動轉(zhuǎn)運)化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲存和利用都以ATP為中心。第30頁/共138頁三、ATP生成方式1底物水平磷酸化

某些反應(yīng)中，由于脫氫或脫水等作用，使代謝物分子內(nèi)部能量重新分布而形成高能化合物，然后將高能鍵轉(zhuǎn)移給ADP（或GDP）生成ATP（或GTP）的過程稱為底物水平磷酸化

第31頁/共138頁發(fā)生底物水平磷酸化反應(yīng)的三個高能化合物1,3-二磷酸甘油酸

琥珀酸單酰CoA

磷酸烯醇式丙酮酸第32頁/共138頁第33頁/共138頁2氧化磷酸化

代謝物分子脫下的氫經(jīng)過呼吸鏈的傳遞與氧結(jié)合生成水，在此傳遞過程中有能量的釋放，并同時伴隨有ADP磷酸化生成ATP，這種伴隨氫的氧化產(chǎn)生ATP的偶聯(lián)關(guān)系稱為氧化磷酸化

第34頁/共138頁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程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(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)的過程。不經(jīng)電子傳遞。ATP生成方式第35頁/共138頁第二節(jié)

生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing第36頁/共138頁指線粒體內(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，可通過連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為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。一、呼吸鏈定義遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）組成第37頁/共138頁呼吸鏈在線粒體內(nèi)膜上排列著一系列的酶和輔酶所組成的遞氫體和遞電子體，能將從代謝物上脫下的成對氫原子（2H）最終傳遞給氧生成水，并釋放出能量，該傳遞鏈稱為呼吸鏈，也稱為電子傳遞鏈第38頁/共138頁線粒體縱切示意圖第39頁/共138頁3氧化磷酸化（概念同前）ATP合酶AH2A脫氫酶NADH+H+電子傳遞鏈2H（或FADH2）NAD+（或FAD）1/2O2H2O釋放能量ADP+PiATP氧化磷酸化氧化磷酸化第40頁/共138頁二、呼吸鏈的類型1NADH氧化呼吸鏈2FADH2

氧化呼吸鏈（即琥珀酸氧化呼吸鏈）第41頁/共138頁三、呼吸鏈的組成1

尼克酰胺核苷酸遞氫體NAD+第42頁/共138頁NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

第43頁/共138頁

第44頁/共138頁NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。第45頁/共138頁2黃素蛋白類遞氫體FMN/FAD第46頁/共138頁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。

第47頁/共138頁3鐵硫蛋白（Fe-S）遞電子體Fe2+Fe3+-e+e第48頁/共138頁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。

?表示無機(jī)硫第49頁/共138頁4泛醌（輔酶QCoQ）遞氫體第50頁/共138頁泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。內(nèi)膜中可移動電子載體，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)子移動的偶聯(lián)中起著核心作用。

第51頁/共138頁5細(xì)胞色素（Cyt）遞電子體Fe2+Fe3+-e+e第52頁/共138頁

傳遞體作用

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）遞氫體黃素蛋白（輔基為FAD和FMN）遞氫體鐵硫蛋白（Fe-S）單電子傳遞體輔酶Q遞氫體細(xì)胞色素類單電子傳遞體第53頁/共138頁FAD(Fe-S)NAD+FMN(Fe-S)

CoQbc1caa3O2琥珀酸四、呼吸鏈的排列第54頁/共138頁第55頁/共138頁酶復(fù)合體是線粒體內(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程。電子傳遞過程釋放的能量驅(qū)動H+移出線粒體內(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)合體組成第56頁/共138頁FAD(Fe-S)NAD+FMN(Fe-S)

CoQbc1caa3O2琥珀酸呼吸鏈的復(fù)合體復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ復(fù)合體Ⅱ第57頁/共138頁人線粒體呼吸鏈復(fù)合體復(fù)合體酶名稱質(zhì)量(kD)多肽鏈數(shù)功能輔基含結(jié)合位點復(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。第58頁/共138頁ⅣCytcox

NADH+H+NAD+1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)

線粒體內(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)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置第59頁/共138頁復(fù)合體Ⅰ又稱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個電子可將4個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)第60頁/共138頁NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

第61頁/共138頁NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。第62頁/共138頁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。

第63頁/共138頁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。

?表示無機(jī)硫第64頁/共138頁

鐵硫蛋白SS無機(jī)硫半胱氨酸硫第65頁/共138頁泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。內(nèi)膜中可移動電子載體，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)子移動的偶聯(lián)中起著核心作用。

第66頁/共138頁復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+

FMN

FMNH2還原型Fe-S

氧化型Fe-S

QQH2第67頁/共138頁復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶，又稱琥珀酸-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。第68頁/共138頁第69頁/共138頁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。電子傳遞過程：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc第70頁/共138頁細(xì)胞色素(cytochrome,Cyt)細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。第71頁/共138頁復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過“Q循環(huán)”實現(xiàn)。復(fù)合體Ⅲ每傳遞2個電子向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放4個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。第72頁/共138頁復(fù)合體Ⅳ又稱細(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個電子傳遞過程使2個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傳遞給氧第73頁/共138頁復(fù)合體Ⅳ的電子傳遞過程第74頁/共138頁細(xì)胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2還原成水的過程，有強(qiáng)氧化性中間物始終和雙核中心緊密結(jié)合，不會引起細(xì)胞損傷。第75頁/共138頁FAD(Fe-S)NADHFMN(Fe-S)

CoQbc1caa3O2琥珀酸四、呼吸鏈的排列第76頁/共138頁標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位拆開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

由以下實驗確定:第77頁/共138頁標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位以E0’表示。

E0’值越小，供出電子的傾向越強(qiáng)，即還原能力越強(qiáng)；E0’值越大，接受電子的傾向越強(qiáng)。在生物體內(nèi)氧化還原過程中，電子總是從E0’值較小的物質(zhì)移向E0’值較大的物質(zhì)，即從還原劑（電子供體）移向氧化劑（電子受體）第78頁/共138頁呼吸鏈中各種氧化還原對的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對E0‘(V)氧化還原對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第79頁/共138頁呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置第80頁/共138頁1、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→O2第81頁/共138頁NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc1→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈第82頁/共138頁（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第83頁/共138頁線粒體離體實驗測得的一些底物的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程中，每消耗1/2摩爾O2所生成ATP的摩爾數(shù)（或一對電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數(shù)）。第84頁/共138頁2、自由能變化根據(jù)熱力學(xué)公式，pH7.0時標(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′第85頁/共138頁電子傳遞鏈自由能變化

第86頁/共138頁ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc1→CytcCytaa3O2第87頁/共138頁FAD(Fe-S)NAD+FMN(Fe-S)

CoQbc1caa3O2琥珀酸五、ATP的生成部位～PADPATP～PADPATP～PADPATP第88頁/共138頁3H+3H+TransportofATP,ADP,&Pi第89頁/共138頁(二)氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度1、化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子(H+)從線粒體內(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)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。第90頁/共138頁氧化磷酸化依賴于完整封閉的線粒體內(nèi)膜；線粒體內(nèi)膜對H+、OH－、K＋、Cl－離子是不通透的；電子傳遞鏈可驅(qū)動質(zhì)子移出線粒體，形成可測定的跨內(nèi)膜電化學(xué)梯度；增加線粒體內(nèi)膜外側(cè)酸性可導(dǎo)致ATP合成，而線粒體內(nèi)膜加入使質(zhì)子通過物質(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。化學(xué)滲透假說已經(jīng)得到廣泛的實驗支持。第91頁/共138頁化學(xué)滲透假說第92頁/共138頁線粒體基質(zhì)

線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡單示意圖第93頁/共138頁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)++++++++++---------電子傳遞過程復(fù)合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能。

第94頁/共138頁化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對電子傳遞鏈的影響第95頁/共138頁（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（動物：α3β3γδε亞基復(fù)合體，OSCP、IF1

亞基），線粒體內(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，動物還有其他輔助亞基），鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成跨內(nèi)膜質(zhì)子通道。ATP合酶結(jié)構(gòu)組成第96頁/共138頁第97頁/共138頁ATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)樣結(jié)構(gòu)F0的2個b亞基的一端錨定F1的α亞基，另一端通過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α3β3間中軸，γ還與1個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，轉(zhuǎn)子部分相對定子部分旋轉(zhuǎn)，使ATP合酶利用釋放的能量合成ATP。

第98頁/共138頁當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個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)第99頁/共138頁三、氧化磷酸化作用可受某些內(nèi)外源因素影響（一）有3類氧化磷酸化抑制劑1、呼吸鏈抑制劑阻斷氧化磷酸化的電子傳遞過程復(fù)合體Ⅰ抑制劑：魚藤酮(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)。第100頁/共138頁復(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。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。

第101頁/共138頁NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2魚藤酮粉蝶霉素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第102頁/共138頁NAD+FMN(Fe-S)

CoQbc1caa3O2魚藤酮、阿密妥、粉蝶霉素A抗霉素ACN-、CO、N3-第103頁/共138頁不同底物和抑制劑對線粒體氧耗的影響

第104頁/共138頁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)。第105頁/共138頁解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP第106頁/共138頁3、ATP合酶抑制劑同時抑制電子傳遞和ATP的生成這類抑制劑對電子傳遞及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。第107頁/共138頁

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。第108頁/共138頁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)熱同時增加。（四）線粒體DNA突變可影響機(jī)體氧化磷酸化功能。第109頁/共138頁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+第110頁/共138頁五、線粒體內(nèi)膜對各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運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)運蛋白(transporter)對各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運。第111頁/共138頁五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運線粒體外膜孔蛋白，<10kDa的物質(zhì)通過線粒體內(nèi)膜不同的轉(zhuǎn)運體,對物質(zhì)有選擇性第112頁/共138頁轉(zhuǎn)運蛋白進(jìn)入線粒體出線粒體ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ADP3-ATP4-磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白H2PO4-+H+二羧酸轉(zhuǎn)運蛋白HPO42-蘋果酸α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸α-酮戊二酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白谷氨酸天冬氨酸單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白丙酮酸OH-三羧酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸檸檬酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白鳥氨酸瓜氨酸肉堿轉(zhuǎn)運蛋白脂酰肉堿肉堿線粒體內(nèi)膜的某些轉(zhuǎn)運蛋白對代謝物的轉(zhuǎn)運

第113頁/共138頁（一）胞漿中NADH通過穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體氧化呼吸鏈胞漿中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運機(jī)制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭

(malate-asparateshuttle)轉(zhuǎn)運機(jī)制：第114頁/共138頁1、α-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌中

第115頁/共138頁（1）α-磷酸甘油穿梭

1.胞漿α-磷酸甘油脫氫酶

2.線粒體α-磷酸甘油脫氫酶1.5ATP第116頁/共138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)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油第117頁/共138頁2、蘋果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中

第118頁/共138頁五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運（2）蘋果酸穿梭系統(tǒng)

2.5ATP第119頁/共138頁NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運體蘋果酸草酰乙酸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120頁/共138頁（二）ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶促進(jìn)ADP進(jìn)入和ATP移出緊密偶聯(lián)第121頁/共138頁ATP4-F0F1胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)

腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白磷酸轉(zhuǎn)運蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP4-和ADP3-反向轉(zhuǎn)運時，向內(nèi)膜外凈轉(zhuǎn)移1個負(fù)電荷，相當(dāng)于多1個H+轉(zhuǎn)入線粒體基質(zhì)。

第122頁/共138頁第二節(jié)

其他不生成ATP的氧化體系TheOthersOxidativeEnzymeSystemswithoutATPProducing第123頁/共138頁過氧化物酶體中的酶類

（一）過氧化氫酶(catalase)又稱觸酶，其輔基含4個血紅素2H2O22H2O+O2

過氧化氫酶

第124頁/共138頁1、過氧化氫酶catalase（觸酶）催化反應(yīng):1分子H2O2

提供電子,

另1分子H2O2

接受電子

輔基:4個血紅素作用：分布廣,可消除需氧脫氫酶催化反應(yīng)產(chǎn)生有毒的H2O2第125頁/共138頁（二）過氧化物酶(perioxidase)以血紅素為輔基，催化H2O2直接氧化酚類或胺類化合物

R+H2O2RO+H2ORH2+H2O2R+2H2O過氧化物酶

過氧化物酶

第126頁/共138頁

谷胱甘肽過氧化物酶

H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G–SHG–S–S–G