生物化學(xué)：第六章 生物氧化

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1、第 六 章生生 物物 氧氧 化化本章內(nèi)容本章內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化概述生物氧化概述第二節(jié)第二節(jié) 電子傳遞鏈電子傳遞鏈( (呼吸鏈呼吸鏈) )第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化氧化磷酸化一、一、生物氧化概念生物氧化概念二、生物化學(xué)反應(yīng)的自由能變化二、生物化學(xué)反應(yīng)的自由能變化三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物2. 主要內(nèi)容主要內(nèi)容3. 生物氧化的生物氧化的特點(diǎn)特點(diǎn)5. CO2、H2O的生成方式的生成方式4. 生物氧化的方式生物氧化的方式第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化概述生物氧化概述1. 定義定義1. 定義定義一、生物氧化概念一、生物氧化概念生物氧化：生物氧化：有機(jī)物有機(jī)物（糖、脂、蛋白質(zhì)）在生物細(xì)（糖、脂、蛋

2、白質(zhì)）在生物細(xì)胞內(nèi)胞內(nèi)進(jìn)行進(jìn)行氧化分解氧化分解，最終生成，最終生成CO2和和H2O 并釋并釋放能量放能量的過程。的過程。又稱為細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸又稱為細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸2. 主要內(nèi)容主要內(nèi)容有機(jī)化合物中的有機(jī)化合物中的 CCO2酶酶有機(jī)化合物中的有機(jī)化合物中的 HH2O有機(jī)物釋放的能量有機(jī)物釋放的能量ATP（1）生物氧化與體外氧化的）生物氧化與體外氧化的相同點(diǎn)相同點(diǎn)n都包含有氧化和還原反應(yīng)都包含有氧化和還原反應(yīng)，遵循氧化還原反應(yīng)的一遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律般規(guī)律。n化學(xué)本質(zhì)相同，即物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所化學(xué)本質(zhì)相同，即物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧消耗的氧量量、最終產(chǎn)物最終產(chǎn)物（CO2，H2O）

3、和和釋放能量釋放能量均相同。均相同。3. 生物氧化的特點(diǎn)生物氧化的特點(diǎn)+ 2867.5 kJ / molC6H12O6 + 6O2 6CO2+6H2O （2）生物氧化的）生物氧化的特點(diǎn)特點(diǎn) 酶催化（在一系列酶、輔酶和中間傳遞體作用下逐步進(jìn)行）酶催化（在一系列酶、輔酶和中間傳遞體作用下逐步進(jìn)行） 反應(yīng)反應(yīng)條件溫和（常溫、常壓、接近中性條件溫和（常溫、常壓、接近中性pH、多水的環(huán)境）、多水的環(huán)境） 逐步放能，釋放的能量?jī)?chǔ)存在逐步放能，釋放的能量?jī)?chǔ)存在ATP中中 CO2是代謝物經(jīng)脫羧作用產(chǎn)生是代謝物經(jīng)脫羧作用產(chǎn)生 真核真核 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 原核原核 細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜 H2O是在生物氧化體系催化

4、下生成的，并伴隨能量的釋放是在生物氧化體系催化下生成的，并伴隨能量的釋放線粒體氧化體系線粒體氧化體系與與ATP形成相關(guān)形成相關(guān)4. 生物氧化的方式（生物氧化的方式（3種）種）2H（2H+ + 2e）細(xì)胞色素（細(xì)胞色素（Fe2+）e細(xì)胞色素（細(xì)胞色素（Fe3+）加氧加氧反應(yīng)：反應(yīng)：脫氫脫氫反應(yīng)：反應(yīng)：脫電子脫電子反應(yīng)：反應(yīng)：5. CO2、H2O的生成方式的生成方式CO2的生成：的生成：有機(jī)物有機(jī)物RCOOHCO2RHCH3CHO + CO2丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶+ CO2NADP+NADPH + H+蘋果酸酶蘋果酸酶COOHCHOHCH2COOHCOCOOHCH3CH3CCOOHOMH2M遞氫

5、體遞氫體遞氫體遞氫體H2 NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ還原型還原型Cyt遞電子體遞電子體 b, c1, c, aa3氧化型氧化型 O2O2-H2O2e2H+脫氫酶脫氫酶氧化酶氧化酶H2O的生成的生成生物體主要以生物體主要以脫氫酶脫氫酶、傳遞體傳遞體及及氧化酶氧化酶組成生物氧化體系，以促進(jìn)水的生成。組成生物氧化體系，以促進(jìn)水的生成。Cyt遞電子體遞電子體 b, c1, c, aa3二、生化反應(yīng)的自由能變化二、生化反應(yīng)的自由能變化1. 自由能（自由能（G）G = = H TSAB單位：?jiǎn)挝唬?J / mol或或kJ / mol式中：式中：G代表自由能變化代表自由能變化 H為體系的焓

6、變化為體系的焓變化 T為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度 S代表體系熵變化代表體系熵變化恒溫恒壓恒溫恒壓1. 自由能（自由能（G）ABGB GA G若若 GA GBG 0放能，反應(yīng)能自發(fā)的正向進(jìn)行放能，反應(yīng)能自發(fā)的正向進(jìn)行GB GAG 0吸能，吸能，反應(yīng)反應(yīng)不能不能自發(fā)進(jìn)行自發(fā)進(jìn)行GA GBG 0反應(yīng)處于平衡，反應(yīng)可逆反應(yīng)處于平衡，反應(yīng)可逆2. G 的測(cè)定的測(cè)定（1） 標(biāo)準(zhǔn)自由能變化（標(biāo)準(zhǔn)自由能變化（ G）標(biāo)準(zhǔn)狀況：標(biāo)準(zhǔn)狀況： 1個(gè)大氣壓，個(gè)大氣壓，25，反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃，反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃 度均為度均為1mol/L，pH = 0當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，G = 0，0 = G + RTlnK

7、eqG = RTlnK eq生化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化生化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化（ G）pH = 7BA= K eq轉(zhuǎn)換成常用對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)換成常用對(duì)數(shù)，G = 2.303RT lgK eqG= G+ RTBeqAeqAB（2）用）用K 求求G 和和GG = 2.303 R T lg K = 2.3031.987298 lg0.0475= + 7.58 kJ mol3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮K = 0.0475G = RTlnK （2） 用用K 求求G 和和G磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3 106mol 已知：已知：2 104molG = G + 2.303 R T lg

8、3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 = +7.58 + 2.3038.31 10-3 298 lg 3 10 62 10 4= 7.5810.41= 2.83 kJ mol 3. 氧化還原電位與自由能的關(guān)系氧化還原電位與自由能的關(guān)系（1）生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原位）生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原位（ E）p 25，pH=7，壓力為，壓力為0.1 MPa，參加，參加反應(yīng)物的濃度為反應(yīng)物的濃度為1molL1，氧化態(tài)物質(zhì)與還原態(tài)物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)電極組成原，氧化態(tài)物質(zhì)與還原態(tài)物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)電極組成原電池測(cè)定得到的氧化還原電位。電池測(cè)定得到的氧化還原電位。pE越小，供電子傾向越大，即還原能力越強(qiáng)；反之亦然越小，供電子傾向

9、越大，即還原能力越強(qiáng)；反之亦然（2） 根據(jù)根據(jù)E計(jì)算計(jì)算G G= nF E氧化還原電位與自由能的關(guān)系氧化還原電位與自由能的關(guān)系:式中：式中：n為轉(zhuǎn)移電子數(shù)，為轉(zhuǎn)移電子數(shù)， F為法拉弟常數(shù)為法拉弟常數(shù)96.403 kJ/Vmol (或或 23.063 kcal/Vmol)丙酮酸丙酮酸 + NADH + H+乳酸乳酸 + NAD+丙酮酸乳酸丙酮酸乳酸E = 0.19VNAD+ NADH +H+E = 0.32V= 0.19 （ 0.32）= + 0.13 VG= nF E= 296.403 0.13= 25.1 kJ mol（2） 根據(jù)根據(jù)E計(jì)算計(jì)算G G= nF E42.3kJmol61.9 k

10、Jmol30.5 kJmol43.1kJmol1. 高能化合物類型高能化合物類型20.92kJmol以上以上非磷酸化的非磷酸化的磷酸化的磷酸化的三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸乙酰磷酸乙酰磷酸三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物41.8kJmol31.4kJmol1. 高能化合物類型高能化合物類型非磷酸化的非磷酸化的磷酸化的磷酸化的2. ATP的的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在能量轉(zhuǎn)換中的作用及其在能量轉(zhuǎn)換中的作用腺苷腺苷OPOPOPOOOOOOO ATP含有含有2個(gè)高能酸酐鍵，易于水解放能個(gè)高能酸酐鍵，易于水解放能 ATP水解產(chǎn)生的水解產(chǎn)生的Pi是

11、共振雜化物，穩(wěn)定。是共振雜化物，穩(wěn)定。OOHOPOHOPOOOOHO=POOOHOP=OO酸酐鍵酸酐鍵G0=-30.5kJ/mol反應(yīng)物不穩(wěn)定反應(yīng)物不穩(wěn)定產(chǎn)物穩(wěn)定產(chǎn)物穩(wěn)定ATP作為磷酸基團(tuán)作為磷酸基團(tuán)共同中間傳遞體共同中間傳遞體2. ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在能量轉(zhuǎn)換中的作用在能量轉(zhuǎn)換中的作用 化合物化合物 水解水解 轉(zhuǎn)移勢(shì)能轉(zhuǎn)移勢(shì)能 G G 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 61.9 61.9 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 51.4 51.4 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 49.3 49.3 磷酸肌酸磷酸肌酸 43.1 43.1 磷酸精氨酸磷酸精氨酸 33.5 33.5 ATPADP+

12、Pi 30.5 30.5 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 20.9 20.9 6-磷酸果糖磷酸果糖 15.9 15.9 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 13.8 13.8 3-磷酸甘油磷酸甘油 9.2 9.2ATP+肌酸肌酸肌酸磷酸激酶肌酸磷酸激酶+ADP磷酸肌酸磷酸肌酸2. ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其在能量轉(zhuǎn)換中的作用在能量轉(zhuǎn)換中的作用磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸脊椎動(dòng)物肌肉、腦、神經(jīng)組織脊椎動(dòng)物肌肉、腦、神經(jīng)組織 無脊椎動(dòng)物肌肉組織無脊椎動(dòng)物肌肉組織第二節(jié)第二節(jié) 呼吸呼吸鏈鏈一、呼吸鏈的概念一、呼吸鏈的概念二、呼吸鏈的組成二、呼吸鏈的組成三、呼吸鏈的電子傳遞順序三、呼吸鏈的電子傳遞順序四、

13、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑一、一、呼吸鏈呼吸鏈的概念的概念電子傳遞鏈電子傳遞鏈1. FAD FeS琥珀酸琥珀酸 CytbFeSCytc1CytcCytaa3 (Cu)1/2O2NADH FMNFeS CoQ典型的呼吸鏈典型的呼吸鏈NADH呼吸鏈呼吸鏈FADH2呼吸鏈呼吸鏈組成：組成： 遞氫體和電子傳遞體（遞氫體和電子傳遞體（2H 2H+ + 2e）一、一、呼吸鏈呼吸鏈的概念的概念2.電子傳遞鏈分布電子傳遞鏈分布原核細(xì)胞原核細(xì)胞 細(xì)胞質(zhì)膜上細(xì)胞質(zhì)膜上真核細(xì)胞真核細(xì)胞 線粒體的內(nèi)膜上線粒體的內(nèi)膜上 二、呼吸鏈的組成二、呼吸鏈的組成2. 黃素蛋白黃素蛋白3. 鐵硫蛋白鐵硫蛋白4

14、. 細(xì)胞色素細(xì)胞色素結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白通過通過輔基輔基可逆氧可逆氧化還原化還原傳電子傳電子5. 輔酶輔酶Q非蛋白組成，非蛋白組成，為脂類為脂類 1. NAD+ 1. NAD+H H eCONH2NHHRHCONH2NR 還原型底物還原型底物NAD氧化型底物氧化型底物NADHHNAD+/NADP+NADH/NADPHNAD+是水溶性的，與酶蛋白可是水溶性的，與酶蛋白可逆結(jié)合而往返于線粒體基質(zhì)與逆結(jié)合而往返于線粒體基質(zhì)與內(nèi)膜之間（但不能透過內(nèi)膜）內(nèi)膜之間（但不能透過內(nèi)膜） 2. 黃素蛋白黃素蛋白P. 179CH2COOHCH2COOH+ FAD CHCOOHHCCOOH+ FADH2 NADH +

15、H+ + FMN NAD+ + FMNH2琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸1012H1012H指以黃素核苷酸指以黃素核苷酸(FAD或或FMN)為輔基的酶為輔基的酶3. 鐵硫蛋白鐵硫蛋白鐵硫中心鐵硫中心“Fe-S”FAD FeS琥珀酸琥珀酸 CytbFeSCytc1CytcCytaa3 (Cu)1/2O2NADH FMNFeS CoQ2Fe-2S簇簇4Fe-4S簇簇 在線粒體內(nèi)膜上與其它遞氫遞電在線粒體內(nèi)膜上與其它遞氫遞電子體結(jié)合成復(fù)合物的形式存在。子體結(jié)合成復(fù)合物的形式存在。Cys-sCys-ss-Cyss-Cyss-Cyss-CysCys-sCys-s e單單電電子子傳傳遞遞體體3. 鐵硫蛋白鐵

16、硫蛋白+ e作用：作用：Fe3+ + eFe2+4. 細(xì)胞色素細(xì)胞色素（cytochrome，Cyt）是一類以是一類以鐵卟啉為輔基鐵卟啉為輔基的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)5種：種： b、c1、c、a、a3Cyta439600Cytb429532563Cytc415521550Cytc1418524554各各細(xì)胞色素結(jié)構(gòu)性質(zhì)差別細(xì)胞色素結(jié)構(gòu)性質(zhì)差別Cyt輔基輔基鐵配鐵配位鍵位鍵Cu+-帶帶顏色顏色E以以O(shè)2為電子為電子受體受體b血紅素血紅素6563紅紅0.07c1血紅素血紅素6554紅紅0.22c血紅素血紅素6550紅紅0.25aa3血紅素血紅素A52600綠綠0.29FAD FeS琥珀酸琥珀酸 CytbF

17、eSCytc1CytcCytaa3 (Cu)1/2O2NADH FMNFeS CoQ4. 細(xì)胞色素（細(xì)胞色素（cytochrome，Cyt）作用作用 ：Fe3+ + eFe2+單電子傳遞體單電子傳遞體FAD FeS琥珀酸琥珀酸 CytbFeSCytc1CytcCytaa3 (Cu)1/2O2NADH FMNFeS CoQ5. 輔酶輔酶Q（CoQ）酚醌互變傳電子酚醌互變傳電子+2H-2HOOCH3OCH3OCH3(CH2CH=C-CH2)nHCH3CoQ（氧化型）（氧化型）OHOHCH3OCH3OCH3(CH2CH=C-CH2)nHCH3CoQH2（還原型）還原型）又稱泛醌又稱泛醌FAD FeS

18、琥珀酸琥珀酸 CytbFeSCytc1CytcCytaa3 (Cu)1/2O2NADH FMNFeS CoQ5. 輔酶輔酶Q（CoQ）NADHHNADFMNH2FMN氧化型氧化型FeS還原型還原型FeSCoQCoQH2琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶NADH脫氫脫氫酶酶三、三、呼吸鏈的電子傳遞順序呼吸鏈的電子傳遞順序P.181琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶NADH脫氫脫氫酶酶CoQ- Cytc還原酶還原酶Cyt c氧化酶氧化酶FAD FeS琥珀酸琥珀酸 CytbFeSCytc1CytcCytaa3 (Cu)1/2O2NADH FMNFeS CoQFADH2呼吸鏈呼吸鏈NADH 呼吸鏈呼吸鏈NADH呼吸鏈呼吸

19、鏈H2O12O2O2-MH2還原型代謝還原型代謝底物底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代謝氧化型代謝底物底物FADH2呼吸鏈呼吸鏈FADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸延胡索酸電子傳遞系統(tǒng)電子傳遞系統(tǒng)兩條呼吸連根據(jù)其所氧化電子的來源或電子傳遞到輔酶兩條呼吸連根據(jù)其所氧化電子的來源或電子傳遞到輔酶Q的途徑區(qū)分，從輔酶的途徑區(qū)分，從輔酶Q到分子氧的電子傳遞途徑則公到分子氧的電

20、子傳遞途徑則公用，所氧化電子直接來自用，所氧化電子直接來自NADH，即通過，即通過NADH脫氫酶脫氫酶將電子直接傳遞到輔酶將電子直接傳遞到輔酶Q，此為，此為NADH呼吸鏈，含復(fù)合呼吸鏈，含復(fù)合體體、。所氧化電子來自琥珀酸等物質(zhì)，即通過。所氧化電子來自琥珀酸等物質(zhì)，即通過特殊的中間物質(zhì)簡(jiǎn)介傳遞到輔酶特殊的中間物質(zhì)簡(jiǎn)介傳遞到輔酶Q，此為琥珀酸呼吸連，此為琥珀酸呼吸連，含復(fù)合體含復(fù)合體、。琥珀酸是通過此途徑進(jìn)入呼吸鏈。琥珀酸是通過此途徑進(jìn)入呼吸鏈的代表性物質(zhì)，但不是唯一物質(zhì)。的代表性物質(zhì)，但不是唯一物質(zhì)。 NADH呼吸鏈的電子呼吸鏈的電子傳遞順序是：傳遞順序是：NADHCoQcyt bcyt C1C

21、yt Ccyt aa3氧。氧。 琥珀酸呼吸鏈的電子傳遞順序是：琥珀琥珀酸呼吸鏈的電子傳遞順序是：琥珀酸（代表）酸（代表）FADCoQcyt bcyt C1Cyt Ccyt aa3氧。氧。 -0.32-0.30+0.10+0.07 +0.22+0.25+0.29+0.816-0.181） 測(cè)定呼吸鏈的各種電子載體的測(cè)定呼吸鏈的各種電子載體的E（二）呼吸鏈的電子傳遞順序（二）呼吸鏈的電子傳遞順序順序的確定順序的確定 ？FADMH2NADHFMNCoQbc1caa3O2琥珀酸琥珀酸FADFe-S Cytb CytcMH2NAD+CoQ CytbFe-SCytc1 Cyta Cu2+ Cyta3O2F

22、MN Fe-SIIIIIVII魚藤酮魚藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A安密妥安密妥抗霉素抗霉素A A二巰基丙醇二巰基丙醇CO、 CN-N3-和和H2S2） 專一抑制劑阻斷某一特定環(huán)節(jié)專一抑制劑阻斷某一特定環(huán)節(jié)呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化氧化磷酸化一、氧化磷酸化作用的概念一、氧化磷酸化作用的概念二、二、PO比值和氧化磷酸化比值和氧化磷酸化偶聯(lián)部位偶聯(lián)部位三、氧化磷酸化作用機(jī)制三、氧化磷酸化作用機(jī)制五五、線粒體外線粒體外NADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化四四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)氧化磷酸化的解偶聯(lián)六、能荷六、能荷一、氧化磷酸化作用的概念一、氧化磷酸化作用的概念氧化過程中伴隨著氧化過程中伴隨著

23、ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的作用的作用 底物水平磷酸化底物水平磷酸化電子的電子的氧化氧化作用和作用和ATP生成的生成的磷酸化磷酸化作用是作用是偶聯(lián)偶聯(lián)發(fā)生的。發(fā)生的。 氧化磷酸化氧化磷酸化（電子傳遞體系磷酸化）（電子傳遞體系磷酸化）底物水平磷酸化底物水平磷酸化 指底物中的高能鍵轉(zhuǎn)移給指底物中的高能鍵轉(zhuǎn)移給ADP生成生成ATP的過程的過程X ADPXH- ATPP一、氧化磷酸化作用的概念一、氧化磷酸化作用的概念氧化磷酸化氧化磷酸化 指當(dāng)電子從指當(dāng)電子從NADH或或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系傳遞給經(jīng)過電子傳遞體系傳遞給氧形成水時(shí)，同時(shí)伴有氧形成水時(shí)，同時(shí)伴有ADP磷酸化為磷酸化為ATP的全過

24、程。的全過程。一、氧化磷酸化作用的概念一、氧化磷酸化作用的概念A(yù)H22e1/2O2氧化氧化ADP+Pi ATP磷酸化磷酸化能能相互偶聯(lián)相互偶聯(lián)電子的電子的氧化氧化作用和作用和ATP生成的生成的磷酸化磷酸化作用是作用是偶聯(lián)偶聯(lián)發(fā)生的。發(fā)生的。電子由電子由NADH傳遞至傳遞至氧氧所釋放的自由能？所釋放的自由能？G= nF E= 296.403（+0.82）（）（0.32）= 296.4031.14= 220.07kJ mol P.1853ADP + 3Pi3ATP +3H2OG= 330.5= 91.5 kJmol NAD+ + H2ONADH+H+ + 12O2放能反應(yīng)：放能反應(yīng)：吸能反應(yīng)：吸能

25、反應(yīng)：氧化磷酸化的全過程可用反應(yīng)式表示如下：氧化磷酸化的全過程可用反應(yīng)式表示如下：NADH+H+3ADP+3Pi+1/2O2 NAD+4H2O+3ATP ？ NADH 3ATP，F(xiàn)ADH2 2ATPP/O比值作為氧化磷酸化的指標(biāo)比值作為氧化磷酸化的指標(biāo)琥珀酸琥珀酸FADFe-S Cytb CytcMH2NAD+CoQ CytbFe-SCytc1 Cyta Cu2+ Cyta3O2FMN Fe-SIIIIIVIIATP在呼吸鏈的哪些部位生成在呼吸鏈的哪些部位生成？二、二、PO比值和氧化磷酸化偶聯(lián)部位比值和氧化磷酸化偶聯(lián)部位二、二、PO比值和氧化磷酸化比值和氧化磷酸化偶聯(lián)部位偶聯(lián)部位PO比值比值N

26、ADHNAD1/2O2H2OADP+pi ATP磷氧比（磷氧比（ P/O ）呼吸過程中無機(jī)磷酸（呼吸過程中無機(jī)磷酸（P Pi i）消耗量和分子氧（）消耗量和分子氧（O O2 2）消耗量的比值稱）消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對(duì)電子消耗一個(gè)氧原子，為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對(duì)電子消耗一個(gè)氧原子，而每生成一分子而每生成一分子ATPATP消耗一分子消耗一分子P Pi i ，因此，因此P/O的數(shù)值相當(dāng)于一對(duì)電子經(jīng)呼吸的數(shù)值相當(dāng)于一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的ATPATP分子數(shù)。分子數(shù)。NADHNADHFADHFADH2 2O O2

27、212H H2 2O OH H2 2O O例例 實(shí)測(cè)得實(shí)測(cè)得NADHNADH呼吸鏈呼吸鏈： P/O 3ADP+ADP+PiPi ATP ATP實(shí)測(cè)得實(shí)測(cè)得FADHFADH2 2呼吸鏈呼吸鏈： P/O 2O O2 2122e-2e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATP81 kJ/mol34.7 kJ/mol102.2 kJ/mol氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位MH2NAD+FMN Fe-SCoQCytb Fe-S Cytc1 CytcCyta Cu2+ Cyta3O2

28、NADH脫氫脫氫酶酶CoQ- Cytc還原酶還原酶Cyt c氧化酶氧化酶琥珀酸琥珀酸FAD Fe-S Cytb 琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶IIIIIVIIADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP三個(gè)偶聯(lián)部位三個(gè)偶聯(lián)部位 ATP生成的部位生成的部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位三、氧化磷酸化作用機(jī)制三、氧化磷酸化作用機(jī)制1. 化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說2. 構(gòu)象偶聯(lián)學(xué)說構(gòu)象偶聯(lián)學(xué)說3. 化學(xué)滲透學(xué)說化學(xué)滲透學(xué)說在在NADH和和FADH的氧化過程中，的氧化過程中， 電子傳遞是如何偶聯(lián)磷酸化的電子傳遞是如何偶聯(lián)磷酸化的?4. 線粒體線粒體內(nèi)膜的內(nèi)膜的ATP-合成酶系統(tǒng)合成酶系統(tǒng) 認(rèn)為

29、電子傳遞過程產(chǎn)生一種活潑的高能共價(jià)中間物。認(rèn)為電子傳遞過程產(chǎn)生一種活潑的高能共價(jià)中間物。它隨后的裂解驅(qū)動(dòng)氧化磷酸化作用。它隨后的裂解驅(qū)動(dòng)氧化磷酸化作用。三、氧化磷酸化作用機(jī)制三、氧化磷酸化作用機(jī)制1. 化學(xué)偶聯(lián)假說（化學(xué)偶聯(lián)假說（1953） 認(rèn)為電子沿電子傳遞體傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組認(rèn)為電子沿電子傳遞體傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能形式。這種高能形式分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能形式。這種高能形式通過通過ATPATP的合成而恢復(fù)其原來的構(gòu)象。的合成而恢復(fù)其原來的構(gòu)象。2. 構(gòu)象偶聯(lián)假說（構(gòu)象偶聯(lián)假說（1964）3.3.化學(xué)滲透學(xué)說（化學(xué)滲透學(xué)說（19611961） 認(rèn)

30、為電子傳遞釋放出的自由能和認(rèn)為電子傳遞釋放出的自由能和ATP合成是與一種跨線粒合成是與一種跨線粒體的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。體的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。 當(dāng)氧化進(jìn)行時(shí)，呼吸鏈起當(dāng)氧化進(jìn)行時(shí)，呼吸鏈起質(zhì)子泵作用質(zhì)子泵作用，質(zhì)子被泵出線粒體，質(zhì)子被泵出線粒體內(nèi)膜之外側(cè)，造成了內(nèi)膜之外側(cè)，造成了膜內(nèi)外兩側(cè)間跨膜的化學(xué)電位差膜內(nèi)外兩側(cè)間跨膜的化學(xué)電位差，后者被，后者被膜上膜上ATP合成酶合成酶所利用，使所利用，使ADP與與Pi合成合成ATP。3.3.化學(xué)滲透學(xué)說（化學(xué)滲透學(xué)說（19611961）化學(xué)滲透學(xué)說示意圖化學(xué)滲透學(xué)說示意圖2H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ ADP+PiATP高高質(zhì)質(zhì)

31、子子濃濃度度H2O2e-+ + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _質(zhì)子流質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜磷酸化磷酸化 氧化氧化 2H+F1-F04. 線粒體內(nèi)膜的線粒體內(nèi)膜的ATP-合酶系統(tǒng)合酶系統(tǒng) ATP的合成由一個(gè)酶的復(fù)合體系完成，稱為的合成由一個(gè)酶的復(fù)合體系完成，稱為ATP合合酶，酶，即復(fù)合體即復(fù)合體。F0F1-ATP酶酶4. 線粒體內(nèi)膜的線粒體內(nèi)膜的ATP-合酶系統(tǒng)合酶系統(tǒng)F0F1-ATP酶酶Fo起質(zhì)子通道作用起質(zhì)子通道作用F1催化催化ATP合成合成ATPaseATPase的旋轉(zhuǎn)催化模型的旋轉(zhuǎn)催化模型 旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為質(zhì)旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為質(zhì)子流通過子流通過Fo引起

32、亞基引起亞基III 寡聚體和寡聚體和 及及 亞基一起亞基一起轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng),這種旋轉(zhuǎn)配置這種旋轉(zhuǎn)配置 / 亞基之間的不對(duì)稱的相亞基之間的不對(duì)稱的相互作用互作用,引起催化位點(diǎn)性引起催化位點(diǎn)性質(zhì)的轉(zhuǎn)變質(zhì)的轉(zhuǎn)變, 亞基的中心亞基的中心 -螺旋被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子螺旋被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子,亞基亞基I和和II與與 亞基組合在一亞基組合在一起組成定子起組成定子,它壓住它壓住 / 異質(zhì)六聚體異質(zhì)六聚體.超聲波超聲波處理處理內(nèi)膜囊泡內(nèi)膜囊泡電子傳遞電子傳遞-磷酸化偶聯(lián)磷酸化偶聯(lián)胰蛋白酶胰蛋白酶尿素處理尿素處理膜囊泡膜囊泡只傳電子只傳電子內(nèi)膜小球內(nèi)膜小球重組的內(nèi)膜囊泡重組的內(nèi)膜囊泡電子傳遞電子傳遞-磷酸化偶聯(lián)磷酸化偶聯(lián)（F1-ATP

33、酶）酶）重組重組4. 線粒體內(nèi)膜的線粒體內(nèi)膜的ATP-合酶系統(tǒng)合酶系統(tǒng)基質(zhì)基質(zhì)外膜外膜內(nèi)膜內(nèi)膜四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制劑四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制劑OHNO2NO2O-NO2NO2H2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚(DNP)電化學(xué)梯度的解體電化學(xué)梯度的解體失去合成失去合成ATP的能力的能力1.解偶聯(lián)劑：解偶聯(lián)劑：ONO2NO2生理生理pHOHNO2NO2擴(kuò)散到擴(kuò)散到線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)H線粒體膜線粒體膜外外內(nèi)內(nèi)2. 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑 寡霉素寡霉素(oligomycin) 可阻止質(zhì)子從可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)質(zhì)子通道回流，抑制子通道回流，抑制ATP生成。生成。寡霉素寡霉素五、線粒體外

34、五、線粒體外NADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化1) - 磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用 （肌肉、神經(jīng)肌肉、神經(jīng)組織）組織） 胞液胞液NADH 線粒體線粒體 FADH22) 蘋果酸穿梭作用蘋果酸穿梭作用 （肝臟、心肌肝臟、心肌） 胞液胞液NADH 線粒體線粒體 NADH線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜CH2OHCHOHCH2OPiCH2OHCHOHCH2OPiNADCH2OHC=OCH2OPiCH2OHC=OCH2OPiFADH22ATP線線粒粒體體基基質(zhì)質(zhì)NADHH胞液胞液1）- 磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用肌肉、神經(jīng)肌肉、神經(jīng)組織組織FAD膜間隙膜間隙線粒體外膜線粒體外膜OAA胞液胞液蘋果酸蘋果酸N

35、ADHNAD+蘋果酸蘋果酸脫氫酶脫氫酶蘋果酸蘋果酸線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)Asp谷草轉(zhuǎn)谷草轉(zhuǎn)氨酶氨酶AspOAANADHNAD+蘋果酸蘋果酸脫氫酶脫氫酶 -酮戊酮戊二酸二酸內(nèi)膜內(nèi)膜：蘋果酸：蘋果酸- -酮戊二酸載體酮戊二酸載體 ：谷氨酸：谷氨酸-天冬氨酸載體天冬氨酸載體Glu -酮戊酮戊二酸二酸2）蘋果酸穿梭作用）蘋果酸穿梭作用肝臟、心肌肝臟、心肌Glu谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶NADH呼吸鏈呼吸鏈3ATP六、能荷六、能荷能荷：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)內(nèi)ATPADPAMP系統(tǒng)中充滿高能磷酸基團(tuán)的程度。系統(tǒng)中充滿高能磷酸基

36、團(tuán)的程度。能荷能荷 =ATP 0.5ADPATP ADP AMP細(xì)胞內(nèi)存在著三種腺苷酸：細(xì)胞內(nèi)存在著三種腺苷酸： ATP、 ADP和和AMP，稱為，稱為腺苷酸庫。腺苷酸庫。公式：公式： 能荷是細(xì)胞所處能量狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)：能荷是細(xì)胞所處能量狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)：當(dāng)當(dāng)ADP、AMP全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿哭D(zhuǎn)變?yōu)锳TP時(shí)，時(shí)，能荷值為能荷值為1當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的ATP、ADP全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿哭D(zhuǎn)變?yōu)锳MP時(shí)，時(shí)，能荷值為能荷值為0 當(dāng)腺苷酸全部呈當(dāng)腺苷酸全部呈ADP狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)時(shí)，能荷等于能荷等于0.5六、能荷六、能荷能荷能荷 =ATP 0.5ADPATP ADP AMPATP ADP AMP 能荷的調(diào)節(jié)能荷的調(diào)節(jié)

37、是靠是靠ATP、ADP、AMP對(duì)代謝中酶對(duì)代謝中酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)的變構(gòu)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。六、能荷六、能荷 大多數(shù)細(xì)胞的能荷處于大多數(shù)細(xì)胞的能荷處于0.8-0.95之之間間。進(jìn)一步說明細(xì)胞內(nèi)。進(jìn)一步說明細(xì)胞內(nèi)ATP的產(chǎn)生和的產(chǎn)生和利用都處于一個(gè)利用都處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。 0.25 0.5 0.75 1.00 能荷能荷相對(duì)速率相對(duì)速率生成生成ATP途徑途徑利用利用ATP途徑途徑0.9 高能荷抑制高能荷抑制ATP的生成，促進(jìn)的生成，促進(jìn)ATP的應(yīng)用，即促進(jìn)機(jī)體內(nèi)的合成代謝。的應(yīng)用，即促進(jìn)機(jī)體內(nèi)的合成代謝。 能荷對(duì)能荷對(duì)ATPATP生成途徑（分解代謝）和生成途徑（分解代謝）和ATPATP利利 用途徑（合成代謝）相對(duì)速率的影響用途徑（合成代謝）相對(duì)速率的影響當(dāng)當(dāng)ATPATP的生成速率和利用速率的生成速率和利用速率相等時(shí)，在兩條曲線的相交點(diǎn)，相等時(shí)，在兩條曲線的相交點(diǎn)，能荷約能荷約0.90.9本章結(jié)束