第七章 生物氧化

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1、 第第 七七 章章 新陳代謝總論與生物氧化新陳代謝總論與生物氧化 （metabolism & metabolism & biological oxidation biological oxidation）本章主要內(nèi)容一 新陳代謝的新陳代謝的基本概念基本概念 1 的共同特點的共同特點 2 生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律 3 高能化合物與ATP的作用二 生物氧化 2 電子傳遞和氧化呼吸鏈 3 呼吸鏈的組成（1）呼吸鏈概念。（2）電子傳遞鏈。（3）電子呼吸鏈的抑制劑。三 氧化磷酸化的概念。 1 氧化磷酸化 2 氧化磷酸化的機制： 3 ATP合成部位 4 ATP合成機制。 一一

2、新陳代謝總論新陳代謝總論（一）基本概念（一）基本概念 新陳代謝：泛指生物與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和能量交換的過程。新陳代謝：泛指生物與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和能量交換的過程。 分解代謝分解代謝/ /異化作用（異化作用（catabolismcatabolism）：指細胞從環(huán)境中攝取或是）：指細胞從環(huán)境中攝取或是本身所有的各種復雜的大分子降解為小的簡單分子的過程，有化學本身所有的各種復雜的大分子降解為小的簡單分子的過程，有化學能釋放，如糖、脂肪、蛋白質(zhì)降解為乳酸、能釋放，如糖、脂肪、蛋白質(zhì)降解為乳酸、COCO2 2、氨、脲等。、氨、脲等。 合成代謝合成代謝/ /同化作用（同化作用（anabolismanabo

3、lism）：指從簡單的生物小分子合）：指從簡單的生物小分子合成細胞的組成成分，需要吸收能量，如合成核酸、糖、脂、蛋白質(zhì)成細胞的組成成分，需要吸收能量，如合成核酸、糖、脂、蛋白質(zhì)等大分子。等大分子。 物質(zhì)代謝：指糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸等的合成和分解代謝。物質(zhì)代謝：指糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸等的合成和分解代謝。 能量代謝：伴隨物質(zhì)代謝產(chǎn)生的機械能、化學能、熱能及光、能量代謝：伴隨物質(zhì)代謝產(chǎn)生的機械能、化學能、熱能及光、電能的相互轉(zhuǎn)化。電能的相互轉(zhuǎn)化。 自養(yǎng)生物（自養(yǎng)生物（autotrophautotroph):):從環(huán)境中獲取從環(huán)境中獲取COCO2 2、H H2 2O O，利用，利用太陽能合成有

4、機物（糖類）的生物，如高等植物、光合細太陽能合成有機物（糖類）的生物，如高等植物、光合細菌、藍綠藻等。菌、藍綠藻等。 異養(yǎng)生物（異養(yǎng)生物（heterotrophheterotroph）：依賴自養(yǎng)生物所制造的有）：依賴自養(yǎng)生物所制造的有機物為碳源，利用復雜化合物分解釋放的化學能維持生命機物為碳源，利用復雜化合物分解釋放的化學能維持生命的生物，如高等動物、人和大多數(shù)微生物。的生物，如高等動物、人和大多數(shù)微生物。 代謝途徑（代謝途徑（metabolic pathway）：每一種物質(zhì)的分解）：每一種物質(zhì)的分解合成代謝所經(jīng)歷的一系列酶促反應(yīng)的總過程。合成代謝所經(jīng)歷的一系列酶促反應(yīng)的總過程。 中間代謝（中

5、間代謝（intermediary metabolism）：指代謝途徑中）：指代謝途徑中的一系列酶促反應(yīng)。的一系列酶促反應(yīng)。 代謝物（代謝物（metabolite）：指代謝反應(yīng)中的任一個反應(yīng)物，）：指代謝反應(yīng)中的任一個反應(yīng)物，中間物或產(chǎn)物。中間物或產(chǎn)物。的共同特點的共同特點 1 1 代謝途徑是由一系列酶促反應(yīng)驅(qū)動代謝途徑是由一系列酶促反應(yīng)驅(qū)動 反應(yīng)鏈的形式：線性反應(yīng)途徑、環(huán)狀反應(yīng)途徑、螺旋形反反應(yīng)鏈的形式：線性反應(yīng)途徑、環(huán)狀反應(yīng)途徑、螺旋形反應(yīng)途徑應(yīng)途徑 多酶系統(tǒng)：溶解狀多酶體系多酶系統(tǒng)：溶解狀多酶體系 多酶復合物（如：脂肪酸合成酶系）多酶復合物（如：脂肪酸合成酶系） 膜結(jié)合酶系（如：電子傳遞酶

6、系）膜結(jié)合酶系（如：電子傳遞酶系） 分解代謝：蛋白質(zhì)、多糖、脂類等生物大分子降解為主要分解代謝：蛋白質(zhì)、多糖、脂類等生物大分子降解為主要 構(gòu)件分子（階段構(gòu)件分子（階段1 1）。）。 如：多糖如：多糖戊糖或己糖，脂肪戊糖或己糖，脂肪甘油、脂肪酸甘油、脂肪酸 構(gòu)件分子降解為更小、更簡單的中間物（階段構(gòu)件分子降解為更小、更簡單的中間物（階段2 2） 。 如：戊糖、己糖、甘油如：戊糖、己糖、甘油丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA 中間產(chǎn)物最終降解為中間產(chǎn)物最終降解為COCO2 2、H H2 2O O、NHNH3 3等（階段等（階段3 3）。）。 如：乙酰如：乙酰CoACoA 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) COC

7、O2 2、H H2 2O O 釋放能量釋放能量 合成代謝：利用分解代謝產(chǎn)生的小分子為合成原料（階段合成代謝：利用分解代謝產(chǎn)生的小分子為合成原料（階段1 1） 合成各種生物大分子的構(gòu)件單元（階段合成各種生物大分子的構(gòu)件單元（階段2 2）。）。 從構(gòu)件分子合成大分子化合物（階段從構(gòu)件分子合成大分子化合物（階段3 3）。）。 如：乙酰如：乙酰CoACoA 脂肪酸脂肪酸 脂類脂類 需要能量需要能量 3 3 細胞代謝是一個經(jīng)濟的、精密的調(diào)節(jié)過程細胞代謝是一個經(jīng)濟的、精密的調(diào)節(jié)過程反饋作用：反饋作用： 前饋作用：前饋作用：表：某些重要代謝途徑的關(guān)鍵酶（限速酶）表：某些重要代謝途徑的關(guān)鍵酶（限速酶）糖原降解

8、糖原降解 磷酸化酶磷酸化酶糖原合成糖原合成 糖原合酶糖原合酶糖酵解糖酵解 己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶糖有氧氧化糖有氧氧化 丙酮酸脫氫酶系、檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶系、檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶糖異生糖異生 丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸激酶、果糖丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸激酶、果糖1 1，6 6二磷酸酶二磷酸酶脂肪酸合成脂肪酸合成 乙酰輔酶乙酰輔酶A A羧化酶羧化酶膽固醇合成膽固醇合成 HMGHMG輔酶輔酶A A還原酶還原酶1 （三）生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律（三）生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律 1 1、熱力學第一定律：在一定狀態(tài)下系統(tǒng)中

9、的能量可以從、熱力學第一定律：在一定狀態(tài)下系統(tǒng)中的能量可以從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式，但總能量保持不變。一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式，但總能量保持不變。 2 2、熱力學第二定律：任何一個自發(fā)進行的過程總是趨向、熱力學第二定律：任何一個自發(fā)進行的過程總是趨向使其無序程度（熵值）增加，直到平衡。使其無序程度（熵值）增加，直到平衡。 S S總總 S S 系系 S S 環(huán)環(huán) S S總總 0 0 一切自發(fā)過程總的熵變?yōu)檎狄磺凶园l(fā)過程總的熵變?yōu)檎?S S總總 0 0 非自發(fā)過程總的熵變?yōu)樨撝捣亲园l(fā)過程總的熵變?yōu)樨撝?S S總總 0 0 平衡過程，可逆過程平衡過程，可逆過程3 3、自由能：某一系統(tǒng)總能量中，

10、能在恒定壓力和溫度下、自由能：某一系統(tǒng)總能量中，能在恒定壓力和溫度下做功的能量。做功的能量。 G G H HT T S S H H：熱焓變化，代表總能量的變化：熱焓變化，代表總能量的變化 G G0 0：反應(yīng)不可能自發(fā)進行（：反應(yīng)不可能自發(fā)進行（ S S 0 0） 吸（耗）能過程吸（耗）能過程 G G0 0：反應(yīng)處于平衡狀態(tài)（：反應(yīng)處于平衡狀態(tài)（ S S0 0） G G0 0：反應(yīng)自發(fā)進行（：反應(yīng)自發(fā)進行（ S S0 0） 放能過程放能過程 （1 1） G G是狀態(tài)函數(shù)，與變化途徑、反映機理無關(guān)，僅是狀態(tài)函數(shù)，與變化途徑、反映機理無關(guān)，僅決定于起始反應(yīng)物和終產(chǎn)物濃度和性質(zhì)。決定于起始反應(yīng)物和終產(chǎn)

11、物濃度和性質(zhì)。 （2 2） G G與反應(yīng)速度無關(guān)與反應(yīng)速度無關(guān) 4 4、反應(yīng)的標準自由能變化與反應(yīng)的平衡常數(shù)的關(guān)系、反應(yīng)的標準自由能變化與反應(yīng)的平衡常數(shù)的關(guān)系： A A B C B C D D CD CD G G G G RTlnRTln AB AB R = 8.31R = 8.311010-3-3kJ/K.mol=1.98kJ/K.mol=1.981010-3-3kcal/K.molkcal/K.mol 氣體常數(shù)氣體常數(shù) G G ：pH7,25pH7,25情況下的標準自由能變化情況下的標準自由能變化 當達到平衡時：當達到平衡時： CC平衡平衡DD 平衡平衡 0 0 G G RTlnRTln

12、A A 平衡平衡BB 平衡平衡或或 G G - RTln K- RTln Keq = -2.303RTlog Keq = -2.303RTlog Keqeq (K (Keqeq：平衡常數(shù)：平衡常數(shù)) ) K Keqeq G G 反應(yīng)方向反應(yīng)方向 1 1 0 0 自發(fā)進行自發(fā)進行 1 1 0 0 反向進行反向進行 =1 =0 =1 =0 達到平衡達到平衡（四）高能化合物與ATP的作用 高能化合物高能化合物 1 1、定義：指含有高能鍵的化合物，該鍵水解時釋放出大、定義：指含有高能鍵的化合物，該鍵水解時釋放出大量的自由能（量的自由能（20.92kJ20.92kJ），用），用表示。表示。 2 2、類型

13、：、類型： （1 1）磷氧鍵型（）磷氧鍵型（-O-P-O-P-）：如乙酰磷酸、）：如乙酰磷酸、 1 1，3-3-二磷酸甘油酸、氨甲酰磷酸、二磷酸甘油酸、氨甲酰磷酸、 焦磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸焦磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸 （2 2）氮磷鍵型：如磷酸肌酸、）氮磷鍵型：如磷酸肌酸、 磷酸精氨酸磷酸精氨酸 （3 3）硫酯鍵型：如?；o酶）硫酯鍵型：如?；o酶A A （4 4）甲硫鍵型：如）甲硫鍵型：如S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸3 3、ATPATPATPATP在細胞內(nèi)的功能在細胞內(nèi)的功能 （1 1）作為磷酸基團共同中間傳遞體）作為磷酸基團共同中間傳遞體 （2 2）驅(qū)動合成反應(yīng)（化學能）驅(qū)動合成反應(yīng)（化

14、學能） （3 3）細胞運動或肌肉收縮（運動）細胞運動或肌肉收縮（運動） （4 4）跨膜逆濃度梯度主動轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)（滲透能）跨膜逆濃度梯度主動轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)（滲透能） （5 5） 電能、熱能和光能電能、熱能和光能分解代謝過程中放出的能量轉(zhuǎn)化為ATP，在合成代謝，生物運動等過程中消耗。 ATPATP將生物體內(nèi)的放能過程將生物體內(nèi)的放能過程和吸能過程偶聯(lián)起來。和吸能過程偶聯(lián)起來。其它高能化合物的能量可以與其它高能化合物的能量可以與ATPATP的合成耦聯(lián)的合成耦聯(lián)動物肌肉細胞中的磷酸肌動物肌肉細胞中的磷酸肌酸（脊椎動物）和磷酸精酸（脊椎動物）和磷酸精氨酸（無脊椎動物）氨酸（無脊椎動物） ，在在激酶的催化

15、下磷?；鶊F可激酶的催化下磷?；鶊F可以從這種高能分子轉(zhuǎn)移到以從這種高能分子轉(zhuǎn)移到ADPADP上，形成上，形成ATPATP。氧化還原反應(yīng)包括：1 電子轉(zhuǎn)移。 得到電子物質(zhì)為氧化劑； 失去電子物質(zhì)為還原劑； 2 直接與氫結(jié)合為還原。 3 直接與氧結(jié)合為氧化 生物氧化：糖，脂，蛋白質(zhì)等燃料分子在細胞中逐步氧化分解，生成CO2，H2O并釋放出能量的過程稱為生物氧化。生物氧化是需氧細胞呼吸代謝過程中的一系列氧化還原作用，又稱細胞氧化或細胞呼吸。二 生物氧化 生物氧化特點： 1 反應(yīng)條件溫和，逐步氧化，逐步放能。 2 分步進行，多種酶和電子傳遞體參與氧化過程，釋放的能量以ATP形式儲存起來。 3 真核生物的

16、生物氧化在線粒體的內(nèi)膜上進行，原核生物在細胞膜的內(nèi)側(cè)進行。（二）二氧化碳的生成 糖、脂類和蛋白質(zhì)等生物大分子分解生成有機酸和氨基酸脫羧，放出二氧化碳。 脫羧過程有直接脫羧和氧化脫羧兩種類型。(1(1）直接脫羧作用）直接脫羧作用 氧化代謝的中間產(chǎn)物羧酸在脫羧酶的催化下，直接從分子氧化代謝的中間產(chǎn)物羧酸在脫羧酶的催化下，直接從分子中脫去羧基。例如丙酮酸的脫羧。中脫去羧基。例如丙酮酸的脫羧。CH3COCOOH CH3COH + CO2丙酮酸脫羧酶（丙酮酸脫羧酶（TPP）（2 2）氧化脫羧作用）氧化脫羧作用 氧化代謝中產(chǎn)生的有機羧酸（主要是酮酸）在氧化氧化代謝中產(chǎn)生的有機羧酸（主要是酮酸）在氧化脫羧酶

17、系的催化下，在脫羧的同時，也發(fā)生氧化（脫氫）脫羧酶系的催化下，在脫羧的同時，也發(fā)生氧化（脫氫）作用。例如丙酮酸氧化脫羧生成乙酰作用。例如丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoACoA。丙酮酸乙酰CoA +CO2 （三）生物氧化中水的生成（三）生物氧化中水的生成 水的生成是氧與氫的結(jié)合，氫不能與氧直接結(jié)合，代謝物脫下的氫必須通過一系列的傳遞體，才能與氧結(jié)合生成水。 在電子傳遞過程中，還原型輔酶中的氫以H形式脫下，其電子經(jīng)一系列的電子傳遞體（電子傳遞鏈）轉(zhuǎn)移，最后轉(zhuǎn)移到分子氧上，質(zhì)子和離子型氧結(jié)合生成H2O。 在電子傳遞過程伴隨有H的結(jié)合和釋放，形成跨膜的質(zhì)子濃度梯度和跨膜的電化學梯度，推動ATP的形成（氧化

18、磷酸化） 電子傳遞鏈在原核生物中位于質(zhì)膜上，在真核生物中位于線粒體內(nèi)膜上。1 呼吸鏈 ：由NADH、FADH2到O2的電子傳遞鏈主要包括4個酶復合體、兩種游離電子載體。 M-2HM-2HM M氧化型氧化型還原型還原型一個或多個傳遞體H H2 2O O O O2 2復合體IV：細胞色素氧化酶 細胞色素c氧化酶 細胞色素aa3復合體復合體I： NADH-Q還原酶， NADH脫氫酶復合體II： 琥珀酸-Q還原酶復合體III：細胞色素還原酶 輔酶Q-細胞色素c還原酶 細胞色素bc1復合體兩種游離電子載體：CoQ（ubiquinone)、cyt c2 呼吸鏈的組成電子傳遞鏈各個成員電子傳遞鏈各個成員（1

19、 1） NADH-QNADH-Q還原酶（還原酶（NADHNADH脫氫酶、復合體脫氫酶、復合體I I） 兩種輔基：FMN、Fe-S 聚簇 一種輔酶： 輔酶Q2e-（H-）NADHFMNFe-SCoQ 鐵硫中心鐵硫中心: :鐵硫聚簇鐵硫聚簇（iron-sulfur clustur，F(xiàn)e-S)鐵硫蛋白非血紅素蛋白（nonheme iron proteins)廣泛參與生物氧化還原反應(yīng)：鐵硫中心鐵的價態(tài)變化（Fe3+Fe2+）可以將電子從FMN輔基上轉(zhuǎn)移到呼吸鏈下一成員輔酶Q上2Fe-2S2Fe-2S和和4Fe-4S4Fe-4S兩種類型鐵兩種類型鐵- -硫簇的結(jié)構(gòu)硫簇的結(jié)構(gòu)（2）輔酶Q（泛醌）脂溶性醌類

20、化合物，作為復合體I、II、III的輔酶，但結(jié)合非常疏松，可以沿線粒體內(nèi)膜的脂雙層擴散。輔酶Q可以接受NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、脂酰-CoA等黃素酶類脫下的電子和氫原子。復合體復合體I I將來自將來自NADHNADH的電子傳遞給泛醌的電子傳遞給泛醌 復合體復合體I NADH-I NADH-泛醌氧化還原酶（也稱之泛醌氧化還原酶（也稱之NADHNADH脫氫酶）催脫氫酶）催化化NADHNADH的兩個電子轉(zhuǎn)移給泛醌。的兩個電子轉(zhuǎn)移給泛醌。復合體I是個非常復雜的酶，下圖給出了在復合體I中依次進行的反應(yīng)。復合體復合體I I中電子轉(zhuǎn)移和質(zhì)子流中電子轉(zhuǎn)移和質(zhì)子流（3）琥珀酸-Q還原酶（復合體II）4亞單位

21、：包括 琥珀酸脫氫酶輔基：FAD、Fe-S輔酶：CoQ琥珀酸FADH2Fe-SCoQ復合體復合體IIII將電子由琥珀酸轉(zhuǎn)移到泛醌將電子由琥珀酸轉(zhuǎn)移到泛醌 復合體II琥珀酸-泛醌氧化還原酶（也稱之琥珀酸脫氫酶復合體）接受來自琥珀酸的電子，同時也象復合體I一樣催化Q還原為QH2。琥珀酸脫氫酶，它催化琥珀酸脫氫生成延胡索酸。 來自琥珀酸的兩個電子轉(zhuǎn)移給來自琥珀酸的兩個電子轉(zhuǎn)移給Q Q。由復合體II催化的反應(yīng)中釋放的自由能很少，它的主要作用是將來自琥珀酸氧化它的主要作用是將來自琥珀酸氧化的電子引入到電子傳遞鏈中。的電子引入到電子傳遞鏈中。Q可以接受來自復合體I或II的電子，然后再將電子傳給復合體III

22、。通過復合體通過復合體IIII的電子流的電子流（4）細胞色素還原酶（復合體III）CoQ-細胞色素c還原酶、細胞色素bcbc1 1復合體復合體輔基：血紅素輔基：血紅素b b562562、b b566566，血紅素血紅素c c1 1、Fe-SFe-S輔酶：輔酶： CoQQH2Cyt bCoQ-細胞色素c還原酶Cytc12Fe-2SCyt c復合體復合體IVIV中電子傳遞和質(zhì)子流動中電子傳遞和質(zhì)子流動細胞色素細胞色素是含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白的總稱細胞色素是含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白的總稱根據(jù)還原型細胞色素的可見吸收光譜的不同有根據(jù)還原型細胞色素的可見吸收光譜的不同有a a、b b、c c三

23、大三大類類每一個大類中因為血紅素分子所處的環(huán)境不同，其吸收光每一個大類中因為血紅素分子所處的環(huán)境不同，其吸收光譜又略有差異，又分為小類，如細胞色素譜又略有差異，又分為小類，如細胞色素c c還原酶中的還原酶中的b b562562、b b566566等，等，（5）細胞色素c一條肽鏈細胞溶膠側(cè)（跨膜）接受細胞色素c還原酶（復合體III）中cyt c1的電子，并傳遞到細胞色素c氧化酶中的cyt a-CuA（6）細胞色素c氧化酶（復合體IV）10個亞基輔基：血紅素a、血紅素a3、CuA、CuBCyt cCyt a-CuACyt a3-CuBO2H2OSH2SNAD+NADH+ HFMNH2Fe SFMN

24、Fe SCoQCoQH2 Fe-SFe-S2Cyt-Fe2+2Cyt-Fe3+O212O2-2H2H2H2H+e-22e-H2OCoQCoQH2Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+bc1aa3cH2OO2-1O22e-2e-2e-2e-2e-2e-22H+CH2CH2COOHCOOHFADFe*SCytb2He-2 復合物I（NADH-泛醌還原酶） 復合物III（泛醌細胞色素c還原酶） 復合物IV（細胞色素c氧化酶） 復合物II（琥珀酸脫氫酶）3 、呼吸鏈的排列順序一些重

25、要物質(zhì)的標準氧一些重要物質(zhì)的標準氧化還原電勢?；€原電勢。呼吸鏈各組分在鏈上的呼吸鏈各組分在鏈上的位置次序與其得失電子位置次序與其得失電子的趨勢強度有關(guān)。電子的趨勢強度有關(guān)。電子從低氧化還原電位向高從低氧化還原電位向高氧化還原電位移動。氧氧化還原電位移動。氧化還原電位越低失去電化還原電位越低失去電子的傾向越大，反之氧子的傾向越大，反之氧化還原電位越高得到電化還原電位越高得到電子的傾向越大。換句話子的傾向越大。換句話說，還原劑的還原性越說，還原劑的還原性越強，其氧化還原電位越強，其氧化還原電位越低低 4 4、 電子傳遞的抑制劑電子傳遞的抑制劑 阻斷呼吸鏈中某一部位的電子傳遞。 1 1、 魚藤酮、

26、安密妥、殺粉蝶菌素魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素 作用于NADH脫氫酶，可阻斷電子在NADH-CoQ還原酶內(nèi)的傳遞。 2 2、 抗霉素抗霉素A A 作用于細胞色素c還原酶，抑制電子從細胞色素b向細胞色素c1傳遞 3 3、 氰化物、硫化氫、疊氮化物、氰化物、硫化氫、疊氮化物、COCO等。等。作用于細胞色素c氧化酶，阻斷電子從細胞色素aa3 向O2傳遞 （四）（四） 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 1 ATPATP的生成的生成 （1） 底物水平磷酸化作底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接與一個代謝中間物（如PEP）上的磷酸基團轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。 （2 2

27、） 氧化磷酸化作用：氧化磷酸化作用：電子沿著氧化電子傳遞鏈傳遞的過程中所伴隨的將ADP磷酸化為ATP的作用，或者說是ATP的生成與氧化電子傳遞鏈相偶聯(lián)的磷酸化作用。 電子傳遞與電子傳遞與ATPATP形成耦聯(lián)形成耦聯(lián) 通過測定氧化磷酸化過程中氧的消耗與無機磷酸消耗的比例關(guān)通過測定氧化磷酸化過程中氧的消耗與無機磷酸消耗的比例關(guān)系，可以反映底物脫氫氧化與系，可以反映底物脫氫氧化與ATPATP生成之間的比例關(guān)系。生成之間的比例關(guān)系。 2.52.51.51.5丙酮酸丙酮酸乙酰輔酶乙酰輔酶A PA P：O=2.5O=2.5，蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸 P P：O=2.5O=2.5， -酮戊二酸酮戊二酸琥

28、珀酸琥珀酸 P P：O=3.5O=3.5異檸檬酸異檸檬酸-酮戊二酸酮戊二酸 P P：O=2.5O=2.5 3 3 氧化磷酸化作用機制氧化磷酸化作用機制 （1 1） ATPATP生成部位：生成部位：由三個酶復合體催化：部位：NADP與CoQ之間，NADH脫氫酶。部位：CoQ與CytC之間，CytC還原酶。 部位：Cyta與O2之間，CytC氧化酶。電子傳遞鏈標準氧還原電勢自由能變化電子傳遞鏈標準氧還原電勢自由能變化呼吸鏈中電子傳遞的方向電子傳遞過程自由能下降電子傳遞與電子傳遞與ATPATP形成耦形成耦聯(lián)聯(lián)2 細胞質(zhì)中的NADH氧化磷酸化 細胞質(zhì)中的NADH不能穿過線粒體內(nèi)膜，通過呼吸鏈進行徹底氧

29、化，有兩種途徑解決這個問題。 （1 1） 磷酸甘油穿梭機制：磷酸甘油穿梭機制： 3-磷酸甘油進入線粒體，將2H交給FAD而生成FADH2，F(xiàn)ADH2可傳遞給輔酶Q，進入呼吸鏈，產(chǎn)生1.5ATP。（2 2）、）、 蘋果酸蘋果酸- -天冬氨酸穿梭機制：天冬氨酸穿梭機制： 胞液中NADH使草酰乙酸還原成蘋果酸，通過蘋果酸-酮戊二酸載體轉(zhuǎn)運，進入線粒體，由線粒體內(nèi)蘋果酸脫氫酶催化，生成NADH和草酰乙酸，NADH進入呼吸鏈氧化，生成2.5ATP甘油磷酸穿梭機制甘油磷酸穿梭機制蘋蘋果果酸酸- -天天冬冬氨氨酸酸穿穿梭梭機機制制 3 3 氧化磷酸化作用的機制：氧化磷酸化作用的機制：電子傳遞釋放出的能量如何

30、通過一個中間載體到另一個中間物載體的過程，促使ADP磷酸化，還有許多未完全闡明的問題。 （1 1）化學偶聯(lián)假說）化學偶聯(lián)假說：1953年E.Slater最先提出。他認為，電子傳遞過程產(chǎn)生一種不穩(wěn)定的高能共價中間物，隨后裂解驅(qū)動氧化磷酸化。 （2 2）構(gòu)象偶聯(lián)假說：）構(gòu)象偶聯(lián)假說：1964年美國科學家P.Boyer最先提出出。他認為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組分發(fā)生變化，形成一種高能形式，這種高能形式通過ATP的合成而恢復其原來的構(gòu)象。 （3 3）化學滲透假說：）化學滲透假說： 1961年英國科學家P.Mitchell最先提出。他認為電子傳遞釋放出的自由能和ATP的合成是與一種跨線粒

31、體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)。 多年來由于化學偶聯(lián)假說和構(gòu)象偶聯(lián)假說沒有找到有力的實驗證據(jù)。越來越多的研究提供的實驗證據(jù)支持化學滲透假說。但是ATP合成的過程中，仍可能包含不同形式的構(gòu)象偶聯(lián)P.Mitchell 英國科學家化學滲透學說的創(chuàng)始人電子傳遞釋放出的自由能驅(qū)動質(zhì)子從線粒體的基質(zhì)跨過內(nèi)膜進入膜間隙，從而形成跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子電化學梯度（electrochemical H+ gradient）。這個梯度的電化學勢（ electrochemical potential , 用H+表示），驅(qū)動ATP合成。3 質(zhì)子梯度的形成 質(zhì)子的轉(zhuǎn)移主要通過氧化呼吸鏈在遞氫或遞電質(zhì)子的轉(zhuǎn)移主要通過氧化呼吸鏈在遞氫或

32、遞電子過程中所形成的氧化還原電勢來完成。子過程中所形成的氧化還原電勢來完成。 每傳遞一對電子，就可向膜間腔釋放每傳遞一對電子，就可向膜間腔釋放1010個質(zhì)子。個質(zhì)子。 復合物復合物泵出泵出4 4個質(zhì)子、復合物個質(zhì)子、復合物泵出泵出4 4個質(zhì)子、個質(zhì)子、復合物復合物泵出泵出2 2個質(zhì)子。個質(zhì)子。 1 1 質(zhì)子泵出是需要消耗能量的過程。質(zhì)子泵出是需要消耗能量的過程。 2 2 質(zhì)子轉(zhuǎn)移的機制：有兩種假設(shè)。質(zhì)子轉(zhuǎn)移的機制：有兩種假設(shè)。 （1 1） 氧化還原回路機制氧化還原回路機制 （2 2） 質(zhì)子泵機制質(zhì)子泵機制 （3 3） 合成一個合成一個ATPATP需要需要2 23 3個跨膜質(zhì)子個跨膜質(zhì)子 線粒體

33、的結(jié)構(gòu)：內(nèi)膜內(nèi)陷為嵴。線粒體的結(jié)構(gòu)：內(nèi)膜內(nèi)陷為嵴。ATPATP合酶的分子結(jié)構(gòu)合酶的分子結(jié)構(gòu)質(zhì)子由線粒體內(nèi)部被泵到內(nèi)膜與外膜之間的空間，外質(zhì)子由線粒體內(nèi)部被泵到內(nèi)膜與外膜之間的空間，外膜通透性強，內(nèi)膜具有選擇性透性。膜通透性強，內(nèi)膜具有選擇性透性。5 腺苷酸的轉(zhuǎn)運： ATP在線粒體內(nèi)生成，在線粒體外分解利用生成ADP和Pi，ATP和ADP都不能直接穿過線粒體的內(nèi)膜，因此必須有一種機制將ATP轉(zhuǎn)運到線粒體外，同時將ADP轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi)。 已經(jīng)證明在線粒體內(nèi)膜上的腺苷酸載體能夠承擔ATP和ADP的跨膜轉(zhuǎn)運，這種轉(zhuǎn)運蛋白稱為ATP/ADP交換體。 ATP/ADP交換體以二聚體的形式鑲嵌在線粒體內(nèi)膜上，

34、具有高度的專一性，也就是說ATP/ADP交換體在跨膜電位的推動下只能把ADP轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中，同時將ATP轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi)。腺苷酸載體二聚體面向外側(cè)結(jié)合ADP，面向內(nèi)側(cè)結(jié)合ATP。藥物和毒物：藥物和毒物：（1 1）解偶聯(lián)劑：）解偶聯(lián)劑：不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程，但能使氧化產(chǎn)生的能量不能用于不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程，但能使氧化產(chǎn)生的能量不能用于ADPADP磷酸化的藥物或毒物稱為解偶聯(lián)劑。如磷酸化的藥物或毒物稱為解偶聯(lián)劑。如2,4-2,4-二硝基酚。二硝基酚。 （2 2）氧化磷酸化的抑制劑：）氧化磷酸化的抑制劑：對電子傳遞和對電子傳遞和ADPADP磷酸化均有抑制作用的藥物和毒物稱為磷酸化均

35、有抑制作用的藥物和毒物稱為氧化磷酸化氧化磷酸化的抑制劑的抑制劑，如寡霉素。，如寡霉素。（3 3）離子載體抑制劑）離子載體抑制劑 : :能量用于轉(zhuǎn)運一價陽離子進入線粒體內(nèi)膜基質(zhì)而降低內(nèi)膜內(nèi)外的電勢能量用于轉(zhuǎn)運一價陽離子進入線粒體內(nèi)膜基質(zhì)而降低內(nèi)膜內(nèi)外的電勢差及離子剃度差及離子剃度, ,減弱減弱ATPATP形成的質(zhì)子推動力形成的質(zhì)子推動力, ,抑制氧化磷酸化抑制氧化磷酸化. .如纈氨霉如纈氨霉素、短桿菌肽。素、短桿菌肽。電子傳遞與ATP形成的偶聯(lián)關(guān)系相輔相成：ADP/ATP之比對電子傳遞和還原型輔酶的積累氧化起關(guān)鍵調(diào)空作用呼吸控制：呼吸控制：ADP作為關(guān)鍵物質(zhì)對氧化磷酸化的調(diào)節(jié)作用稱為呼吸控制。P

36、/OP/O比：比：一對電子通過呼吸鏈傳至氧所產(chǎn)生的ATP的分子數(shù)。NADH2.5ATP，F(xiàn)ADH21.5ATP 一個葡萄糖分子通過糖酵解，丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA，經(jīng)過檸檬酸循環(huán)，生成的NADH和FADH2，最后經(jīng)過氧化磷酸化生成ATP和水，徹底氧化總共產(chǎn)生30個ATP，其中10個是由底物水平氧化磷酸化產(chǎn)生的，20個是由氧化磷酸化產(chǎn)生的。 氧由細胞色素氧化酶徹底還原需要4個電子，在生物體內(nèi)的氧化反應(yīng)中很容易產(chǎn)生部分還原的氧，氧的不完全氧化生成氧的自由基。一個電子使氧還原形成超氧化物負離子，兩個電子使氧還原形成過氧化氫，三個電子使氧還原形成羥自由基。 不完全氧化形式的氧反應(yīng)性極強，對機體有害

37、。生物體內(nèi)具有幾種主要的自我保護機制，其中最重要的就是超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD），過氧化氫酶和過氧化物酶等習題 1 新陳代謝包含哪些內(nèi)容？新陳代謝對于生命機體有什么重要意義？ 2 簡要敘述新陳代謝主要的研究方法。 3 生物體內(nèi)有哪些高能化合物？ATP具有什么特別的作用？ 4 解釋下列名詞： （1）生物氧化 （2）呼吸鏈 （3）氧化磷酸化 （4）磷酸甘油穿梭 5 已知共軛 氧化還原對NAD+/NADH和 丙酮酸/乳酸的Eo分別為-0.32V和-0.19V，請問： （1）哪個共軛 氧化還原對失去電子的能力大？ （2）共軛 氧化還原對是更強的氧化劑？ （3）計算下列反應(yīng)的G0 (各反應(yīng)物的濃度都為1mol/L，反應(yīng)條件，pH=7.0 ，25） 丙酮酸+ NADH乳酸+ NAD+ 6 什么是底物水平氧化磷酸化？什么是電子傳遞體系氧化磷酸化？ 7 簡要說明化學滲透學說的主要論點？ 8 1mol丙酮酸徹底氧化生成CO2和H2O時，凈生成多少ATP? 已知魚藤酮能夠抑制NADH脫氫酶的活性，當魚藤酮存在時，1mol丙酮酸能生成多少ATP?如果用其它物質(zhì)將NADH上的氫傳給CoQ，理論上1mol丙酮酸又能生成多少ATP?下課了