生物化學(xué)：Chapter 6 生物氧化

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1、生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第 六六 章生生 物物 氧氧 化化Biological Oxidation生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 呼吸鏈呼吸鏈第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化氧化磷酸化第四節(jié)第四節(jié) 胞液中胞液中NADHNADH的氧化的氧化生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)( (糖、脂肪、蛋白質(zhì)等糖、脂肪、蛋白質(zhì)等) )在生在生物體內(nèi)經(jīng)氧化分解，最終生成物體內(nèi)經(jīng)氧化分解，最終生成COCO2 2 和和 H H2 2O O，并 釋 放 能 量 的 過 程 稱并 釋 放 能 量 的 過 程 稱 生 物

2、氧 化生 物 氧 化（biological oxidationbiological oxidation）。一、生物氧化的概念和特點(diǎn)一、生物氧化的概念和特點(diǎn) 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry* * 生物氧化與體外氧化的相同點(diǎn)生物氧化與體外氧化的相同點(diǎn) 生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。規(guī)律。 物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（終產(chǎn)物（COCO2 2，H H2 2O O）和釋放能量均相同。）和釋放能量均相同。生物化學(xué)

3、生物化學(xué) Biochemistryw是在細(xì)胞內(nèi)是在細(xì)胞內(nèi)溫和的環(huán)境溫和的環(huán)境中由酶催化進(jìn)行的，中由酶催化進(jìn)行的，能能量是逐步釋放量是逐步釋放的，并儲(chǔ)的，并儲(chǔ)存于存于ATPATP中。中。w代謝物脫下的氫與氧結(jié)代謝物脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生合產(chǎn)生H H2 2O O，有機(jī)酸脫，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生羧產(chǎn)生COCO2 2。生物氧化生物氧化體外氧化體外氧化w能量是突然釋放能量是突然釋放的。的。wCOCO2 2、H H2 2O O由物質(zhì)中由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧的碳和氫直接與氧結(jié)合生成。結(jié)合生成。* * 生物氧化與體外氧化的不同點(diǎn)生物氧化與體外氧化的不同點(diǎn)* * 生物氧化的一般過程生物氧化的一般過程2HCO2ATP

4、ADP + PiO2H2O乙酰CoA CoASH葡萄糖 甘油、脂肪酸 氨基酸糖原 脂肪 蛋白質(zhì)三羧酸循環(huán)第一階段第二階段第三階段氧化磷酸化丙酮酸2H胞液線粒體產(chǎn)能少，產(chǎn)能少，約約1%1%產(chǎn)能占總產(chǎn)能占總能能1/31/3產(chǎn)能占總產(chǎn)能占總能能70%70%酯鍵斷裂釋放的自酯鍵斷裂釋放的自由能由能=-14.3KJ；酯鍵斷裂釋放的自酯鍵斷裂釋放的自由能由能=-32.2KJ；酯鍵斷裂釋放的自酯鍵斷裂釋放的自由能由能=-30.5KJ。能量轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換的“貨幣貨幣”三、體能能量的貯存和利用三、體能能量的貯存和利用NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO- -OOPOO- -OPO- - -OO一磷

5、酸腺苷（AMP）二磷酸腺苷（ADP）三磷酸腺苷（ATP）酯鍵酯鍵腺苷酸庫(kù)（腺苷酸庫(kù)（adenylateadenylate） 由于由于ATPATP水解后可以產(chǎn)生水解后可以產(chǎn)生ADPADP或或AMPAMP，因此在，因此在細(xì)胞中存在細(xì)胞中存在3 3種腺苷酸種腺苷酸ATPATP、ADPADP、AMPAMP，這三種這三種腺苷酸合稱腺苷酸合稱腺苷酸庫(kù)腺苷酸庫(kù)。 是高能磷酸狀態(tài)的一種數(shù)量上的衡量，即是高能磷酸狀態(tài)的一種數(shù)量上的衡量，即指細(xì)胞內(nèi)指細(xì)胞內(nèi)ATP-ADP-AMPATP-ADP-AMP系統(tǒng)中充滿高能磷酸基系統(tǒng)中充滿高能磷酸基團(tuán)的程度。團(tuán)的程度。能荷：能荷：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry

6、ATP + 0.5ADP ATP + 0.5ADP能荷能荷 = = ATP +ADP+AMP ATP +ADP+AMP 大多數(shù)細(xì)胞的能荷維持在大多數(shù)細(xì)胞的能荷維持在0.8-0.950.8-0.95左右。左右。ATPATP的生成和的生成和ATPATP的消耗途徑是和細(xì)胞內(nèi)能荷狀態(tài)相呼應(yīng)的：高能荷時(shí)，的消耗途徑是和細(xì)胞內(nèi)能荷狀態(tài)相呼應(yīng)的：高能荷時(shí)，ATPATP生生成過程被抑制，而成過程被抑制，而ATPATP的利用過程被激發(fā)；當(dāng)能荷值低時(shí)，其的利用過程被激發(fā)；當(dāng)能荷值低時(shí)，其效應(yīng)相反。效應(yīng)相反。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistryu高能磷酸鍵高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于水解時(shí)釋放的能量大于2

7、0KJ/mol20KJ/mol（ ）的磷酸酯鍵叫作高能磷酸鍵，常表示為的磷酸酯鍵叫作高能磷酸鍵，常表示為 P P。u高能化合物高能化合物含有高能鍵的化合物。含有高能鍵的化合物。 磷酸肌酸的作用磷酸肌酸的作用 磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。 ATPATP可以直接供能，是能量的利用形式，但在體內(nèi)不能可以直接供能，是能量的利用形式，但在體內(nèi)不能儲(chǔ)存，能量要以磷酸肌酸的形式儲(chǔ)存。儲(chǔ)存，能量要以磷酸肌酸的形式儲(chǔ)存。 ATPATP相當(dāng)于相當(dāng)于cashcash，磷酸肌酸相當(dāng)于，磷酸肌酸相當(dāng)于chequecheque。生物化學(xué)生物化學(xué) Bioche

8、mistry ATP的生成和利用的生成和利用磷酸肌酸肌酸 ATPPADPP 氧化磷酸化底物水平 磷酸化機(jī)械能滲透能化學(xué)能電能熱能生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第二節(jié)第二節(jié) 呼吸鏈呼吸鏈 生成生成ATP的氧化體系的氧化體系The Oxidation System of ATP Producing生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、線粒體一、線粒體線粒體的主要功能：將進(jìn)入線粒體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解，線粒體的主要功能：將進(jìn)入線粒體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解，利用分解釋放的能量合成利用分解釋放的能量合成ATPATP，供給機(jī)體生理活動(dòng)的需要，供給機(jī)體生理活動(dòng)的需要，故將線粒體稱為細(xì)胞的故將線

9、粒體稱為細(xì)胞的“動(dòng)力站動(dòng)力站”，是真核細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換，是真核細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換的重要部位。的重要部位。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 線粒體內(nèi)膜上有呼吸鏈的所有酶。線粒體內(nèi)膜上有呼吸鏈的所有酶。 基質(zhì)中有基質(zhì)中有TCATCA、脂肪酸氧化、轉(zhuǎn)氨等酶類。、脂肪酸氧化、轉(zhuǎn)氨等酶類。 線粒體膜的通透性：線粒體膜的通透性：u 外膜有高通透性外膜有高通透性，大多數(shù)小分子物質(zhì)可以自由通，大多數(shù)小分子物質(zhì)可以自由通過；過；u 內(nèi)膜具有高度的選擇性通透性內(nèi)膜具有高度的選擇性通透性。 可通過物質(zhì)：可通過物質(zhì)：ATPATP、AMPAMP、PiPi、丙酮酸、琥珀酸、丙酮酸

10、、琥珀酸、-酮戊二酸、蘋果酸、檸檬酸、谷氨酸等。酮戊二酸、蘋果酸、檸檬酸、谷氨酸等。 不可通過物質(zhì)不可通過物質(zhì)：H H+ +、NADHNADH、NADPHNADPH、草酰乙酸等。、草酰乙酸等。 定義定義生物氧化過程中，代謝物脫下的成對(duì)氫原生物氧化過程中，代謝物脫下的成對(duì)氫原子（子（2H2H）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，并釋放出能逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，并釋放出能量 ， 這 一 系 列 酶 和 輔 酶 稱 為量 ， 這 一 系 列 酶 和 輔 酶 稱 為 呼 吸 鏈呼 吸 鏈(respiratory chain)(resp

11、iratory chain)又稱又稱電子傳遞鏈電子傳遞鏈(electron transfer chain)(electron transfer chain)。 組成組成遞氫體和電子傳遞體（遞氫體和電子傳遞體（2H 2H 2H 2H+ + + 2e+ 2e） 二、呼吸鏈二、呼吸鏈（一）煙酰胺脫氫酶類（一）煙酰胺脫氫酶類 NADNAD+ +：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸( (N Nicotinamide icotinamide A Adenine denine D Dinucleotide)inucleotide) ，又叫，又叫CoCo，主要作為，主要作為呼吸鏈的一個(gè)組分，起遞氫體作

12、用；呼吸鏈的一個(gè)組分，起遞氫體作用； NADPNADP+ +：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸( (N Nicotin-icotin-amide amide A Adenine denine D Dinucleotide inucleotide P Phosphate) hosphate) ，又，又叫叫CoCo，主要在還原性生物合成中作為供氫體。，主要在還原性生物合成中作為供氫體。 二者的遞氫部位是二者的遞氫部位是煙酰胺煙酰胺部分，為部分，為Vit PPVit PP。呼吸鏈的組成呼吸鏈的組成生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryR=H: NAD+; R=H2PO3:NAD

13、P+NAD+和和NADP+的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)煙酰胺煙酰胺核糖核糖核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤磷酸磷酸磷酸磷酸遞氫遞氫生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryNAD+（NADP+）的遞氫機(jī)制）的遞氫機(jī)制（氧化型）（氧化型）NHCONH2R+ H + H + + eNHCONH2RH+ H +NAD +/NADP+NADH/NADPH（還原型）（還原型）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）黃素脫氫酶類（二）黃素脫氫酶類 FMNFMN：黃素單核苷酸：黃素單核苷酸( (F Flavinlavin M Monoonon nucleotide)ucleotide) FADFAD：黃素腺嘌呤二核苷酸：黃素腺

14、嘌呤二核苷酸( (F Flavin lavin A Adenine denine D Dinucleotide)inucleotide) FMNFMN和和FADFAD中中異咯嗪環(huán)異咯嗪環(huán)起起遞氫體遞氫體作用。作用。 異咯嗪及核醇部分為異咯嗪及核醇部分為Vit BVit B2 2（核黃素）。（核黃素）。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry FMN(黃素單核苷酸黃素單核苷酸)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)CH2OHOPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910異咯嗪異咯嗪核醇核醇核黃素核黃素CH2OOOHOHHHHCH2HOPOHONNNNNH2OPOHOCCHOHCHOHHOH

15、CHHNHNNNOOH3CH3C1458910FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)核黃素核黃素生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryFMN和和FAD遞氫機(jī)制遞氫機(jī)制 RNHNNNOOH3CH3CFMN/FAD1458910RNHNHHNNOOH3CH3C1458910+ 2HFMNH2/FADH2（氧化型）（氧化型）（還原型）（還原型）（三）鐵硫蛋白（三）鐵硫蛋白(Iron-sulfur protein, Fe-S) 分子中含有非血紅素鐵和對(duì)酸不穩(wěn)定的硫，又分子中含有非血紅素鐵和對(duì)酸不穩(wěn)定的硫，又叫鐵硫中心或鐵硫簇。叫鐵硫中心或鐵硫簇。 含有等量鐵原子和硫原子。含有等量鐵

16、原子和硫原子。 鐵除與硫連接外，還與肽鏈中鐵除與硫連接外，還與肽鏈中CysCys殘基的巰基殘基的巰基連接。連接。 鐵原子可進(jìn)行鐵原子可進(jìn)行FeFe2+2+ Fe Fe3+3+e +e 反應(yīng)傳遞電子，反應(yīng)傳遞電子，為為單電子傳遞體單電子傳遞體。 FeFeSSSFeFeSSSSSCysCysCysCysSFeSFeSSSSCysCysCysCys鐵硫蛋白結(jié)構(gòu)鐵硫蛋白結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry鐵硫蛋白遞電子機(jī)制鐵硫蛋白遞電子機(jī)制生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（四）泛醌（四）泛醌 (ubiquinone, UQ) 即輔酶即輔酶Q Q（Coenzyme QCoenzyme

17、 Q，CoQCoQ），屬于脂溶性醌類），屬于脂溶性醌類化合物，帶有多個(gè)異戊二烯側(cè)鏈，是電子傳遞鏈化合物，帶有多個(gè)異戊二烯側(cè)鏈，是電子傳遞鏈中中唯一的非蛋白質(zhì)組分唯一的非蛋白質(zhì)組分。 因其為脂溶性，游動(dòng)性大，極易從線粒體內(nèi)膜中因其為脂溶性，游動(dòng)性大，極易從線粒體內(nèi)膜中分離出來(lái)，因此不包含在四種復(fù)合體中。分離出來(lái)，因此不包含在四種復(fù)合體中。 分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地結(jié)合分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地結(jié)合2 2個(gè)個(gè)H H，為，為遞氫體遞氫體。 生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryOOH3COH3COCH3(CH2CHCCH3CH2)nHCoQ isoprene H2CCCCH2CH3H異戊二烯異戊二

18、烯輔酶輔酶Q的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryOOCH3OCH3CH3OROHOHCH3OCH3CH3OR+ 2H 泛泛醌醌（氧氧化化型型） 二二氫氫泛泛醌醌（還還原原型型）輔酶輔酶Q的遞氫機(jī)制的遞氫機(jī)制（五）（五） 細(xì)胞色素類（細(xì)胞色素類（Cytochrome, Cyt） 是一類以鐵卟啉為輔基的電子傳遞蛋白。是一類以鐵卟啉為輔基的電子傳遞蛋白。 呼吸鏈中主要有呼吸鏈中主要有a a、b b、c c三類。差別在于鐵三類。差別在于鐵卟啉的側(cè)鏈以及鐵卟啉與蛋白部分連接的卟啉的側(cè)鏈以及鐵卟啉與蛋白部分連接的方式不同。方式不同。CytbCytb、c c的鐵卟啉與血紅素相同；的鐵卟啉與

19、血紅素相同；CytaCyta的鐵卟啉為血紅素的鐵卟啉為血紅素A A。 FeFe2+2+ Fe Fe3+3+e+e，為，為單電子傳遞體單電子傳遞體。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry人線粒體呼吸鏈復(fù)合體人線粒體呼吸鏈復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體酶名稱酶名稱復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶泛醌泛醌-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶還原酶細(xì)胞色素細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶輔基輔基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)394 1013

20、 復(fù)合體復(fù)合體酶名稱酶名稱復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶泛醌泛醌-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶還原酶細(xì)胞色素細(xì)胞色素c氧化酶氧化酶輔基輔基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)394 1013 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry四種復(fù)合體的排列關(guān)系四種復(fù)合體的排列關(guān)系NADHsuccinate FMN（Fe-S） FAD（Fe-S） Cyt b, （Fe-S）CoQ Cyt aa3O2Cyt ccompex Icompex IIcompex III

21、compex IVc1琥珀酸琥珀酸呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸NADH+H+ NAD+ FMN FMNH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2 復(fù)合體復(fù)合體NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 復(fù)合體復(fù)合體琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 FAD FADH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2 復(fù)合體復(fù)合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1生物化學(xué)

22、生物化學(xué) Biochemistry 復(fù)合體復(fù)合體還原型還原型Cyt c O2CuAaa3CuB 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. NADH1. NADH氧化呼吸鏈（主要）氧化呼吸鏈（主要）2. 2. 琥珀酸氧化呼吸鏈（次要）琥珀酸氧化呼吸鏈（次要） 三、兩條主要呼吸鏈NADHFMN（Fe-S）CoQCyt b c1 caa3O2CoQCyt b c1 caa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryNADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈線粒體內(nèi)重要代謝物氧化的途徑線粒體內(nèi)重要代謝物氧化

23、的途徑NADHFMN（Fe-S） c1 caa3O2 FAD（Fe-S） 琥珀酸 -磷酸甘油CoQCyt b蘋果酸 -羥脂酰CoA -羥丁酸異檸檬酸谷氨酸FAD硫辛酸 丙酮酸 -酮戊二酸FAD 脂酰CoA 第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化氧化磷酸化（一）概念（一）概念氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)(oxidative phosphorylation)是指是指底物脫下的底物脫下的H H經(jīng)過呼吸鏈傳遞給氧生成水的過程中，釋經(jīng)過呼吸鏈傳遞給氧生成水的過程中，釋放的能量使放的能量使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP，這種氧化與磷酸化的過，這種氧化與磷酸化

24、的過程是偶聯(lián)的，稱為氧化磷酸化。是程是偶聯(lián)的，稱為氧化磷酸化。是細(xì)胞內(nèi)生成細(xì)胞內(nèi)生成ATPATP的主的主要方式要方式。發(fā)生部位：發(fā)生部位：在在線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜上上底 物 水 平 磷 酸 化底 物 水 平 磷 酸 化 ( s u b s t r a t e l e v e l ( s u b s t r a t e l e v e l phosphorylation)phosphorylation) 是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使成高能鍵，使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的過程。的過程。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）氧

25、化磷酸化偶聯(lián)部位（二）氧化磷酸化偶聯(lián)部位即即ATP生成的部位。生成的部位。P/O比值比值：是指物質(zhì)氧化時(shí)，每消耗是指物質(zhì)氧化時(shí)，每消耗1 1摩爾氧摩爾氧原子所消耗的無(wú)機(jī)磷的摩爾數(shù)，即生成原子所消耗的無(wú)機(jī)磷的摩爾數(shù)，即生成ATPATP的的摩爾數(shù)。摩爾數(shù)。 消耗消耗1 1個(gè)個(gè)O O原子即脫去原子即脫去2 2個(gè)個(gè)H H，消耗，消耗1 1個(gè)無(wú)機(jī)磷個(gè)無(wú)機(jī)磷即即生成生成1 1個(gè)個(gè)ATPATP。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry線粒體離體實(shí)驗(yàn)線粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的測(cè)得的一些底物的P/O比值比值底底 物物呼吸鏈的組成呼吸鏈的組成P/O比值比值生成生成ATP數(shù)數(shù) -羥丁酸羥丁酸NAD+O22.4

26、2.83琥珀酸琥珀酸FAD O21.72抗壞血酸抗壞血酸Cyt cO20.881細(xì)胞色素細(xì)胞色素CCyt aa3O20.610.681生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry三個(gè)偶聯(lián)部位：三個(gè)偶聯(lián)部位：ATPATP ATP NADH與與CoQ之間；之間；CoQ與與Cyt c之間；之間；Cyt aa3與氧之間。與氧之間。 自由能變化自由能變化( G0)：大于大于30.5kJ30.5kJ即可生成即可生成1 1摩爾摩爾ATPATP。NADHFMN（Fe-S）CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸能量ADP + PiATP能量ADP + PiATP能量AD

27、P + PiATP-0.32-0.22+0.04+0.08+0.23+0.25+0.29+0.820.36V0.21V0.53V63.7kJ/mol59.8kJ/mol110kJ/mol 三步能量均三步能量均大于大于30.5KJ30.5KJ，多余的部分用作其它方，多余的部分用作其它方式，比如用于式，比如用于維持體溫。維持體溫。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry NADHNADH氧化呼吸鏈存在氧化呼吸鏈存在3 3個(gè)個(gè)偶聯(lián)部位，偶聯(lián)部位，P/OP/O比比值等于值等于3 3，即產(chǎn)生，即產(chǎn)生3 3（2.52.5）mol ATPmol ATP。 琥珀酸氧化呼吸鏈存在琥珀酸氧化呼吸鏈存在2 2個(gè)個(gè)

28、偶聯(lián)部位，偶聯(lián)部位，P/OP/O比值等于比值等于2 2，即產(chǎn)生，即產(chǎn)生2 2（1.51.5）mol ATPmol ATP。（三）（三）ATP的生成的生成生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 每形成每形成1 1分子分子ATPATP就需要就需要4 4個(gè)質(zhì)子的回流。個(gè)質(zhì)子的回流。 一對(duì)電子通過一對(duì)電子通過NADHNADH電子傳遞鏈電子傳遞鏈可泵出可泵出1010個(gè)質(zhì)子，個(gè)質(zhì)子，則可形成則可形成2.52.5分子分子ATPATP； 一對(duì)電子通過一對(duì)電子通過FADHFADH2 2電子傳遞鏈電子傳遞鏈有有6 6個(gè)質(zhì)子泵出，個(gè)質(zhì)子泵出，則可形成則可形成1.51.5分子分子ATPATP。 復(fù)合體復(fù)合體、均有

29、質(zhì)子泵作用均有質(zhì)子泵作用生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry線粒體內(nèi)膜上ATP的生成、轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（四）（四） 氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制1. 化學(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotic hypothesis) 電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子（電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子（H H+ +）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜外側(cè)，產(chǎn)生從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜外側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順質(zhì)子順濃度梯度回流濃度梯度回流時(shí)釋放能量，驅(qū)動(dòng)時(shí)釋放能量，驅(qū)動(dòng)ADPADP與與PiPi生成生成ATP

30、ATP。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì) 線粒體膜線粒體膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖線粒體基質(zhì)側(cè)的線粒體基質(zhì)側(cè)的H+不能自由通過內(nèi)膜，通過內(nèi)不能自由通過內(nèi)膜，通過內(nèi)膜上的呼吸鏈轉(zhuǎn)運(yùn)到外側(cè)，造成膜上的呼吸鏈轉(zhuǎn)運(yùn)到外側(cè)，造成H+電位梯度電位梯度在電位梯度作用下內(nèi)膜外側(cè)的在電位梯度作用下內(nèi)膜外側(cè)的H+通過通過ATP合酶的合酶的H+轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)通道返回基質(zhì)側(cè)，并釋放能量，運(yùn)通道返回基質(zhì)側(cè)，并釋放能量，合成合成ATP化學(xué)滲透假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō)內(nèi)內(nèi)膜膜外外側(cè)側(cè)H+增增加加基基質(zhì)質(zhì)

31、側(cè)側(cè)H+減減少少生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryNADH氧化呼吸鏈上電子傳遞與質(zhì)子轉(zhuǎn)移基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè)內(nèi)膜外側(cè)內(nèi)膜外側(cè)4H+生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. ATP合酶合酶多亞基跨膜蛋白，位于線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)。多亞基跨膜蛋白，位于線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryATP合酶合酶 F F0 0：為疏水蛋白質(zhì)，是鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中：為疏水蛋白質(zhì)，是鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中的質(zhì)子通道。的質(zhì)子通道。 F F1 1：為親水蛋白質(zhì)，由：為親水蛋白質(zhì)，由 3 3 3 3亞基組成，亞基組成，催化生成催化生成ATPATP。 O

32、SCPOSCP：寡霉素敏感相關(guān)蛋白，位于：寡霉素敏感相關(guān)蛋白，位于F F0 0與與F F1 1之之間，使間，使ATPATP合酶在寡霉素存在時(shí)不能生成合酶在寡霉素存在時(shí)不能生成ATPATP。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry合合酶酶結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)模模式式圖圖ATP生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 當(dāng)當(dāng)H H+ +順濃度梯度經(jīng)順濃度梯度經(jīng)F F0 0質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)通道回流時(shí)，質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)通道回流時(shí)，亞基發(fā)生旋亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，3 3個(gè)個(gè)亞基的構(gòu)象同時(shí)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換：亞基的構(gòu)象同時(shí)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換：LTLT；TOTO；OLOL 疏松型（疏松型（L L）與）與

33、ADPADP和和PiPi結(jié)合，結(jié)合， 緊密結(jié)合型（緊密結(jié)合型（T T）完成生成）完成生成ATPATP， 開放型（開放型（O O）釋放）釋放ATPATP。 ADPADP和和PiPi與疏松型與疏松型亞基亞基（L L）相結(jié)合后變成緊密型；相結(jié)合后變成緊密型； 緊密型緊密型亞基亞基（T T）結(jié)合的結(jié)合的ADPADP和和PiPi生成生成ATPATP。 緊密結(jié)合型緊密結(jié)合型亞基亞基（T T）變成開放型變成開放型（O O），釋放，釋放ATPATP。ATP合酶的結(jié)合變化機(jī)制合酶的結(jié)合變化機(jī)制生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryATPF0 F1 內(nèi)膜外側(cè)內(nèi)膜外側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 腺苷酸腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

34、磷酸磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 ADPH2PO4- ATP3H+ 3H+ H+ H+ H2PO4- H2PO4- ADPADP 每分子每分子ATPATP在線粒體中生成并轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)膜外在線粒體中生成并轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)膜外側(cè)需側(cè)需4 4分子分子H H回流進(jìn)入線粒體基質(zhì)中回流進(jìn)入線粒體基質(zhì)中生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry NADH NADH氧化呼吸鏈每傳遞氧化呼吸鏈每傳遞2H2H僅生成僅生成2.52.5分分子子ATPATP到線粒體外被利用。到線粒體外被利用。 FADHFADH2 2氧化呼吸鏈每傳遞氧化呼吸鏈每傳遞2H2H僅生成僅生成1.51.5分子分子ATPATP到線粒體外被利用。到線粒體外被利用。生物

35、化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. ADP的調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)作用是主要調(diào)節(jié)因素。是主要調(diào)節(jié)因素。ADPADP，氧化磷酸化，氧化磷酸化。2. 甲狀腺激素甲狀腺激素甲狀腺激素使甲狀腺激素使NaNa+ +,K,K+ +ATPATP酶和解偶聯(lián)蛋白酶和解偶聯(lián)蛋白基因基因表達(dá)均增加。表達(dá)均增加。導(dǎo)致導(dǎo)致ADPADP，氧化磷酸化，氧化磷酸化。（五）影響氧化磷酸化的因素（五）影響氧化磷酸化的因素3. 呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑 阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。4. 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：如：2,4-2,4-二硝基苯酚，物質(zhì)能

36、氧化，不能生成二硝基苯酚，物質(zhì)能氧化，不能生成ATPATP，以熱，以熱能形式釋放。能形式釋放。5. 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑 對(duì)電子傳遞及對(duì)電子傳遞及ADPADP磷酸化均有抑制作用。磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素與如：寡霉素與F F1 1和和F F0 0中間寡霉素敏感蛋白結(jié)合，阻止質(zhì)子中間寡霉素敏感蛋白結(jié)合，阻止質(zhì)子從從F F0 0質(zhì)子通道回流，抑制質(zhì)子通道回流，抑制ATPATP生成，由于線粒體內(nèi)膜兩側(cè)生成，由于線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子濃度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵供能，抑制電子傳遞。的質(zhì)子濃度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵供能，抑制電子傳遞。 魚藤酮魚藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A異戊巴比妥異戊巴比妥 抗霉

37、素抗霉素A A二巰基丙醇二巰基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S各種呼吸鏈各種呼吸鏈抑制劑抑制劑的阻斷位點(diǎn)的阻斷位點(diǎn)3. 呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑抑制劑抑制劑魚藤酮魚藤酮抗霉素抗霉素A解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）Cyt cQ內(nèi)膜外側(cè)內(nèi)膜外側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 解偶聯(lián)解偶聯(lián) 蛋白蛋白熱能熱能 ADP+Pi ATP 4. 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑 寡霉素寡霉素(oligomycin) 可阻止質(zhì)子從可阻止質(zhì)子從F F0 0質(zhì)子通道回流，抑制質(zhì)子通道回流，抑制ATPATP生成生成寡霉素寡霉素5. 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑第四節(jié)第四節(jié) 胞液中胞液中NAD

38、H的氧化的氧化 生物氧化和氧化磷酸化在生物氧化和氧化磷酸化在線粒體線粒體內(nèi)進(jìn)行，但內(nèi)進(jìn)行，但線粒體內(nèi)膜有嚴(yán)格的透過選擇性，胞液中生成線粒體內(nèi)膜有嚴(yán)格的透過選擇性，胞液中生成的的NADHNADH不能直接通過線粒體內(nèi)膜。不能直接通過線粒體內(nèi)膜。 胞液中胞液中NADHNADH必須經(jīng)一定必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)入線粒體，進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要有主要有 - -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭( -glycerophosphate shuttle)蘋果酸穿梭蘋果酸穿梭 (malate shuttle)1. -磷酸甘油穿梭機(jī)制磷酸甘油穿梭機(jī)制 （大腦

39、和肌肉大腦和肌肉）圖7-11 磷酸甘油穿梭系統(tǒng)2. 蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制天冬氨酸穿梭機(jī)制（肝和心?。ǜ魏托募。?蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶 轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶復(fù)習(xí)題：復(fù)習(xí)題：1. 概念概念（1）電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑 （2）底物磷酸化底物磷酸化 （3）氧化磷酸化氧化磷酸化 （4）呼吸鏈呼吸鏈（5）氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑 （6）解偶聯(lián)解偶聯(lián)（7） -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 （8）蘋果酸穿梭蘋果酸穿梭 2. 呼吸鏈?zhǔn)怯赡男┏煞纸M成的？各有何作用呼吸鏈?zhǔn)怯赡男┏煞纸M成的？各有何作用?3. 試述體內(nèi)能量的生成方式以及水的生成。試述體內(nèi)能量的生成方式以及水的生成。 4.闡述一對(duì)電子從闡述一對(duì)電子從NADH傳遞至氧是如何生成傳遞至氧是如何生成2.5個(gè)個(gè)ATP的？的？5. 一對(duì)電子從一對(duì)電子從FADH2傳遞至氧可產(chǎn)生多少分子傳遞至氧可產(chǎn)生多少分子ATP?為什么為什么?6. 試比較電子傳遞抑制劑、氧化磷酸化抑制劑和解偶聯(lián)劑對(duì)生試比較電子傳遞抑制劑、氧化磷酸化抑制劑和解偶聯(lián)劑對(duì)生物氧化作用的影響。物氧化作用的影響。