生物化學(xué)-第六章 生物氧化（3-4節(jié)）

第三節(jié)底物水平磷酸化一ATP的生成方式

底物水平磷酸化氧化磷酸化11/17/20231〔一〕底物水平磷酸化1.定義：由底物分子因脫氫或脫水而使分子內(nèi)部能量重新分配產(chǎn)生的高能磷酸鍵〔或高能硫酯鍵〕，在激酶作用下將高能鍵上的鍵能直接轉(zhuǎn)移給ADP〔或GDP〕而生成ATP〔或GTP〕的反響。11/17/202322.舉例：糖酵解過程的底物磷酸化:CHOCHOHCH2OP+NAD++PiCO~CHOHCH2OPPO+NADH+H+dehydrogenaseG-1,3-2PCO~CHOHCH2OPPO+ADPCOHCHOHCH2OPO+ATPPhosphoglycerickinase3-PG11/17/20233PCOOHH—C—O—CH2—OHEnolaseCOOHC—O~CH2P+H2OPEPCOOHC—O~CH2P+ADPPyrkinaseCOOHC—OHCH2+ATP11/17/20234〔二〕氧化磷酸化的概念：1.定義：生物過程中，代謝物脫下的氫和電子沿呼吸鏈傳遞過程中，逐步釋放能量使ADP氧化生成ATP。這種氧化與磷酸化緊密偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化作用。11/17/2023511/17/2023611/17/202372、呼吸鏈成分的排列次序標(biāo)準(zhǔn)氧化復(fù)原電位及自由能變化復(fù)合體體外拆開與重組特異抑制劑阻斷復(fù)原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧11/17/2023811/17/20239呼吸鏈電子傳遞過程中，哪些區(qū)段放出的能量能實現(xiàn)ADP的磷酸化？11/17/202310

二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位確定P/O比指用某一代謝物作呼吸底物，消耗1mol氧時，有多少摩爾無機磷轉(zhuǎn)化為有機磷11/17/202311

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)。例實測得NADH呼吸鏈：P/O~2.5NADHH2OADP+PiATPO2122e-ADP+PiATPADP+PiATPFADH2O212H2O實測得FADH2呼吸鏈：P/O~1.52e-ADP+PiATPADP+PiATP11/17/202312氧化磷酸化的偶聯(lián)部位11/17/202313離體線粒體實驗中測得一些底物的P/O值β-羥丁酸

NAD+→FMN→CoQ→Cyt→O2

2.4～2.82.5琥珀酸

FAD→CoQ→Cyt→O2

1.71.5抗壞血酸

Cytc→Cytaa3→O2

0.881Cytc(Fe2+)Cytaa3→O2

0.61～0.681底物呼吸鏈的組成生成ATP數(shù)P/O值11/17/20231411/17/202315三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理〔一〕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〔二〕質(zhì)子梯度的形成〔三〕線粒體ATP合酶〔mitochondrialATPase〕〔四〕ATP合成的機制11/17/202316〔一〕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11/17/20231711/17/202318化學(xué)滲透假說的內(nèi)容★★1.呼吸鏈中傳氫體和電子傳遞體是間隔交替排列的，且在線粒體內(nèi)膜都有特定的位置，催化反響是定向的。2.內(nèi)膜對H＋不能自由通過，泵出膜外側(cè)的H＋不能自由返回膜內(nèi)側(cè)，造成電化學(xué)梯度3.復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都有質(zhì)子泵的作用4.ATP合酶存在于線粒體內(nèi)膜上，H＋梯度是ATP合成的驅(qū)動力11/17/202319化學(xué)滲透假說的支持證據(jù)①電子傳遞能形成H+濃度梯度②線粒體內(nèi)膜對H+、OH-、Cl-、K+等不能透過③ATP合成需要有完整的內(nèi)膜④破壞H+濃度梯度使得磷酸化不能進行⑤膜外表能儲存大量質(zhì)子，也能迅速轉(zhuǎn)移質(zhì)子11/17/202320化學(xué)滲透假說示意圖NADH+H+NAD+e-琥珀酸延胡素酸1/2O2+2H+H2OH+H+H++++++++++++++++++++---------------ADP+PiATPH+H+H+11/17/202321質(zhì)子梯度的形成11/17/202322化學(xué)滲透假說11/17/202323氧化磷酸化〔oxidativephosphorylation〕物質(zhì)氧化高能電子氧氧化過程ADP+PiATP質(zhì)子動力勢energyenergy磷酸化過程11/17/202324四線粒體ATP合酶〔mitochondrialATPase〕形成ATP的機理F1F0柄11/17/20232511/17/202326ATP合酶ATP合成酶由疏水的F0(a1b2c10

12)和親水的F1(

3

3

)組成.質(zhì)子穿過a時,推動c環(huán)象水車一樣轉(zhuǎn)動,連帶F1轉(zhuǎn)動.11/17/20232711/17/202328五ATP合成的機制旋轉(zhuǎn)催化機制

c

ba定子轉(zhuǎn)子11/17/20232911/17/20233011/17/20233111/17/202332旋轉(zhuǎn)催化具體過程11/17/202333六、氧化磷酸化的影響因素(一)激素甲狀腺素(二)ADP/ATP(三)抑制劑的作用(四)線粒體DNA突變11/17/202334(一)激素甲狀腺素促進細(xì)胞膜上的Na+-K+－ATPase的生成，促進ATP的分解Na+-K+

ATP酶活性

ATP分解

ADP/ATP

氧化磷酸化

11/17/202335(二)ADP/ATP定義式：能荷=—————————

[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]

意義：能荷由ATP、ADP和AMP的相對數(shù)量決定，數(shù)值在0~1之間，反映細(xì)胞能量水平。能荷對代謝的調(diào)節(jié)可通過ATP、ADP和AMP作為代謝中某些酶分子的別構(gòu)效應(yīng)物進行變構(gòu)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。11/17/202336NADHFMNCoQFe-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CO抗霉素A的抑制部位NADFPQbcaa3NADFPQbcaa3呼吸鏈的比較圖解〔三〕呼吸鏈抑制劑粉蝶霉素Ａ作用：阻斷電子傳遞11/17/202337呼吸鏈抑制劑的阻斷位點魚藤酮粉蝶霉素Ａ異戊巴比妥

抗霉素Ａ二巰基丙醇

CO、CN-、N3-及Ｈ２Ｓ11/17/20233811/17/202339不阻斷電子傳遞，但拆散氧化和磷酸化的偶聯(lián)作用。P/O很低，甚至為零〔四〕解偶聯(lián)劑11/17/2023402,4一二硝基酚〔DNP〕使電子傳遞和ATP兩個過程別離，失掉它們的緊密聯(lián)系，只抑制ATP的形成過程，但不抑制電子傳遞過程11/17/202341Ｈ＋Ｈ＋Ｈ＋ADP+PiATP+H2O解偶聯(lián)蛋白Ｈ＋解偶聯(lián)作用機制熱Ｈ＋11/17/202342氧化磷酸化抑制劑直接干擾ATP的生成過程阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流。寡霉素11/17/202343〔五〕離子載體抑制劑能與某些離子結(jié)合并作為載體使之穿越膜它們能與除H+以外的所有一價陽離子結(jié)合11/17/20234411/17/202345七、有關(guān)氧化磷酸化物質(zhì)的運輸胞液中的3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油或乳酸脫氫，均可產(chǎn)生NADH。這些NADH可經(jīng)穿梭系統(tǒng)而進入線粒體氧化磷酸化，產(chǎn)生H2O和ATP。11/17/202346-磷酸甘油穿梭示意圖NADH+H+NAD+-磷酸甘油脫氫酶-磷酸甘油脫氫酶FADFADH2呼吸鏈11/17/202347α-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FADFADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2NADHNAD+線粒體內(nèi)膜〔細(xì)胞液〕11/17/202348蘋果酸穿梭

3ATP11/17/202349蘋果酸－天冬氨酸穿梭細(xì)胞液線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸

-酮戊二酸蘋果酸草酰乙酸谷氨酸

-酮戊二酸天冬氨酸蘋果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)蘋果酸脫氫酶NADH+H+ⅣⅠⅡⅢ蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為膜上的轉(zhuǎn)運載體）呼吸鏈11/17/202350α-磷酸甘油穿梭蘋果酸-天冬氨酸穿梭穿梭物質(zhì)α-磷酸甘油磷酸二羥丙酮蘋果酸、谷氨酸天冬氨酸、α-酮戊二酸進入線粒體前后轉(zhuǎn)變成的物質(zhì)NAD+/FADH2NAD+/NADH+H+進入呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈生成ATP數(shù)2.5/3存在組織某些肌肉、神經(jīng)組織肝臟和心肌組織相同點將胞漿中NADH的復(fù)原當(dāng)量轉(zhuǎn)