《生物化學(xué)：第八章 生物氧化-06-091》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《生物化學(xué)：第八章 生物氧化-06-091（98頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、 第八章第八章 生物氧化生物氧化 （ Biologic Oxidation ）2015-06-092015-06-09營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)基本單位基本單位糖原糖原葡萄糖葡萄糖脂肪脂肪脂肪酸脂肪酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸CO22HH2O呼吸鏈呼吸鏈ADP+Pi ATP階段階段 乙酰乙酰CoACoA階段階段階段階段 TAC 線粒體線粒體 呼吸鏈 呼吸鏈最重要的功能是傳遞電子和質(zhì)子，同呼吸鏈最重要的功能是傳遞電子和質(zhì)子，同時(shí)合成時(shí)合成ATP。生物氧化的特點(diǎn)及其酶類生物氧化的特點(diǎn)及其酶類一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)二、二、CO2的生成的生成由物質(zhì)代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生。由物質(zhì)代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生。方式：方式：C
2、OOHCHR氨基酸氨基酸H2N胺胺 HCHRH2NCO2氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶NAD+ NADH+H+丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系HS-CoA +COOHC=OCH 3丙酮酸丙酮酸CH3COSCoA +CO2乙酰輔酶乙酰輔酶A丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶COOHC=OCH 3CH2草酰乙酸草酰乙酸COOHC=OCH 3+CO2丙酮酸丙酮酸2. -氧化脫羧氧化脫羧：NADP+ NADPH+H+蘋果酸酶蘋果酸酶+CO2COOHC=OCH 3丙酮酸丙酮酸COOH CH-OH COOHCH2蘋果蘋果酸酸三、生物氧化的酶類三、生物氧化的酶類H2OSH2 2Cu 2+(2Fe 3+) 2eS 2Cu+(2F
3、e2+)O2212eO2-2H+ 特點(diǎn)特點(diǎn) 直接激活氧分子直接激活氧分子 通常為含通常為含CuCu2+2+ 和和FeFe3+3+的結(jié)合蛋白質(zhì)的結(jié)合蛋白質(zhì) （二）脫氫酶（二）脫氫酶1. 需氧脫氫酶需氧脫氫酶(aerobic dehydrogenase) SFMNH2或或FADH2SH2 FMN或或 FAD2HO2H2O22H 特點(diǎn)特點(diǎn) 輔基為輔基為FMNFMN或或 FADFAD 產(chǎn)物為產(chǎn)物為H H2 2O O2 2 如黃嘌呤氧化酶、單胺氧化酶等如黃嘌呤氧化酶、單胺氧化酶等 2. 不不需氧脫氫酶需氧脫氫酶(anaerobic dehydrogenase) FMNH2或或FADH2 （NADH+H+
4、或或 NADPH+H+）S2H遞氫體遞氫體SH2 FMN或或 FAD （NAD+或或 NADP+）2H2H遞氫體遞氫體-2H-2HO221H2O特點(diǎn)：特點(diǎn)： 輔酶或輔基為輔酶或輔基為FMN( NADHFMN( NADH脫氫酶脫氫酶) )或或 FAD(FAD(琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶) )、NADNAD+ +( (乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶) )或或 NADPNADP+ + ( (葡萄糖葡萄糖-6-6-磷羧脫氫酶磷羧脫氫酶); ); 是生物氧化最主要的酶類是生物氧化最主要的酶類 功用：呼吸鏈組分或受氫體功用：呼吸鏈組分或受氫體、 （三）加氧酶（三）加氧酶(oxygenase)催化向底物加催化向底物加氧
5、原子或氧分子氧原子或氧分子的酶類，主要存在于微粒體。的酶類，主要存在于微粒體。 1. 1. 加單氧酶加單氧酶(monooxygenase): (monooxygenase): 催化氧分子中的一個(gè)氧原子加進(jìn)底物分子，催化氧分子中的一個(gè)氧原子加進(jìn)底物分子，另一個(gè)氧原子被還原生成水，又稱羥化酶另一個(gè)氧原子被還原生成水，又稱羥化酶(hydroxylase)(hydroxylase)、混合功能氧化酶、混合功能氧化酶(mixed function (mixed function oxidase)oxidase)。RH+O2+NADPH+H+ ROH+NADP+H2O加單氧酶加單氧酶CytP4502. 加雙
6、氧酶加雙氧酶(dioxygenase): 催化向底物分子中加進(jìn)兩個(gè)氧原子，催化向底物分子中加進(jìn)兩個(gè)氧原子，又稱氧轉(zhuǎn)移酶又稱氧轉(zhuǎn)移酶(oxygen transferase)。色氨酸加雙氧酶色氨酸加雙氧酶O2NHCH2CH-COOHNH2色氨酸色氨酸NH-C-HC-CH2CH-COOHNH2OON-N-甲酰犬尿氨酸甲酰犬尿氨酸 （三）氫過氧化物酶（三）氫過氧化物酶(hydroperoxidase)(hydroperoxidase)1.1.過氧化物酶（過氧化物酶（peroxidaseperoxidase）GSH過氧化物酶過氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADPH+
7、H+ NADP+ GSH 有抗氧化劑的作用，可還原細(xì)胞產(chǎn)生的有抗氧化劑的作用，可還原細(xì)胞產(chǎn)生的H2O22. 2. 過氧化氫酶（觸酶，過氧化氫酶（觸酶，catalasecatalase）2H2O2 過氧化氫酶過氧化氫酶2H2O O2+ +(The Oxidation System of ATP Producing)一、線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)作用一、線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)作用（一）線粒體的結(jié)構(gòu)（一）線粒體的結(jié)構(gòu)（structure of mitochondria)structure of mitochondria)（二）（二） 線粒體外線粒體外NADH的轉(zhuǎn)運(yùn)的轉(zhuǎn)運(yùn)1. 蘋果酸蘋果酸-天冬酸穿梭作用（天冬酸穿梭
8、作用（malate-aspartate shuttle） 可生成可生成2.5分子分子ATP 主要存在于肝和心肌主要存在于肝和心肌2. -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 (-glycerophosphate shuttle） 可生成可生成1.5分子分子ATP 主要存在于腦和骨骼肌主要存在于腦和骨骼肌蘋果酸蘋果酸-天冬酸穿梭天冬酸穿梭：酸性氨基酸載體；：酸性氨基酸載體；：-酮戊二酸載體；酮戊二酸載體； ：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶；：蘋果酸脫氫酶：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶；：蘋果酸脫氫酶 內(nèi)膜內(nèi)膜 外膜外膜膜間隙膜間隙 基質(zhì)基質(zhì)磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 FADH2 NAD+ FAD -磷酸甘磷酸甘油脫氫酶油脫氫酶 琥珀酸琥珀
9、酸氧化氧化呼吸鏈呼吸鏈 磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮 -磷酸磷酸甘油甘油 NADH+H+ -磷酸甘磷酸甘油脫氫酶油脫氫酶磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮 -磷酸磷酸甘油甘油 二、氧化呼吸鏈二、氧化呼吸鏈(oxidative respiratory chain) 線粒體內(nèi)膜中由一系列電子傳遞復(fù)合體按線粒體內(nèi)膜中由一系列電子傳遞復(fù)合體按一定順序排列成的鏈鎖性氧化還原體系稱為一定順序排列成的鏈鎖性氧化還原體系稱為氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈, ,又稱又稱電子傳遞鏈電子傳遞鏈(electrotranfer chain).(electrotranfer chain).氧化呼吸鏈各傳遞體排列順序：氧化呼吸鏈各傳遞體排列順序：
10、1. 復(fù)合體復(fù)合體I（NADH-泛醌氧化還原酶泛醌氧化還原酶, NADHubiquinone oxidoreductase) “L”型型豎臂豎臂(vertical arm): 突入基質(zhì)突入基質(zhì);含含NADH脫氫酶脫氫酶(輔基輔基FMN)、 鐵硫蛋白鐵硫蛋白(2Fe-2S)臥臂臥臂(horizontal arm): 內(nèi)膜中內(nèi)膜中;含鐵硫蛋白含鐵硫蛋白(4Fe-4S)與內(nèi)膜中與內(nèi)膜中Q/QH2池接觸池接觸(1) 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：“L”型型輔基遞電子的機(jī)理輔基遞電子的機(jī)理 FMN或或FAD中的異咯嗪接受中的異咯嗪接受1e、1個(gè)個(gè)H+成半醌型成半醌型FMN 或或FAD，再接受，再接受1個(gè)個(gè)e、1個(gè)個(gè)H+成
11、成還原型還原型FMN或或FAD 。 氧化型氧化型FMN或或FAD還原型還原型FMN或或FAD半醌型半醌型FMN或或FADFe泛醌（輔酶泛醌（輔酶Q, CoQ, Q）R：脂溶性多異戊烯側(cè)鏈，即：脂溶性多異戊烯側(cè)鏈，即 -(CH2-CH=C-CH2)nH，在人體，在人體n=10 CH3泛醌的氧化還原反應(yīng)泛醌的氧化還原反應(yīng)經(jīng)經(jīng)FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S傳遞傳遞NADH+H+的的兩個(gè)電子到兩個(gè)電子到Q，使之?dāng)z取基質(zhì)，使之?dāng)z取基質(zhì)2個(gè)個(gè)H+轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镼H2。(2) (2) 復(fù)合體復(fù)合體I I傳遞電子的機(jī)理傳遞電子的機(jī)理2. 2. 復(fù)合體復(fù)合體（琥珀酸（琥珀酸泛醌氧化還原酶，泛醌氧化還原酶，
12、 succinate-ubiquinone oxidoreductasesuccinate-ubiquinone oxidoreductase）(1) (1) 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：從基質(zhì)鑲嵌入內(nèi)膜的酶蛋白從基質(zhì)鑲嵌入內(nèi)膜的酶蛋白( (輔基輔基FADFAD、鐵硫蛋白、鐵硫蛋白) )(2) (2) 功能：功能： 催化琥珀酸脫氫，交給催化琥珀酸脫氫，交給FAD變?yōu)樽優(yōu)镕ADH2，后者經(jīng)鐵硫蛋白，后者經(jīng)鐵硫蛋白 遞氫給遞氫給Q，生成，生成QH2。 經(jīng)經(jīng)-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭生成的生成的FADH2，也在此，也在此 遞氫給遞氫給Q生成生成QH2。3. 復(fù)合體復(fù)合體（泛醌（泛醌細(xì)胞色素氧化還原酶細(xì)胞色素氧化還原
13、酶（ubiquinone- cytochrome oxidoredutaseubiquinone- cytochrome oxidoredutase）(1) (1) 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 同二聚體跨膜酶蛋白同二聚體跨膜酶蛋白 組分：組分： Cyt b562(bH)Cyt b562(bH) Cyt b566(bL) Cyt b566(bL) Cyt c1(b1) Cyt c1(b1) 2Fe-2S 2Fe-2S QH2 QH2結(jié)合位點(diǎn)（結(jié)合位點(diǎn)（QoQo） Q Q結(jié)合位點(diǎn)（結(jié)合位點(diǎn)（QiQi）輔基輔基 在內(nèi)膜外表面可移動(dòng)的親水性球蛋白在內(nèi)膜外表面可移動(dòng)的親水性球蛋白 單肽鏈單肽鏈, ,分子量分子量 13
14、 KDa 輔基血紅素輔基血紅素C C 單電子傳遞體單電子傳遞體 Cyt C：Fe3+ + e Fe2+ Q循環(huán)循環(huán)：復(fù)合體復(fù)合體III把把2分子分子QH2的的2個(gè)個(gè)e傳給傳給CytC ，另另2個(gè)個(gè)e傳給傳給Q生成生成1分子分子Q和和1分子分子QH2，并偶聯(lián)泵出，并偶聯(lián)泵出 4個(gè)個(gè)H+到膜間隙的過程。到膜間隙的過程。(2) 功能：功能：通過通過Q循環(huán)循環(huán)傳遞電子、泵出質(zhì)子傳遞電子、泵出質(zhì)子3.3.復(fù)合體復(fù)合體IV(IV(細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C氧化酶氧化酶,Cytochorome c oxidase),Cytochorome c oxidase)(1) 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 13個(gè)亞基組成的跨膜酶蛋白；亞
15、基個(gè)亞基組成的跨膜酶蛋白；亞基I、II、 為功能所必需；為功能所必需； I：Cyta、Cyta3-CuB2+活性中心活性中心, II ：2個(gè)個(gè)CuA2+組成的銅中心，組成的銅中心， ：結(jié)構(gòu)不詳；：結(jié)構(gòu)不詳；4Cyt c4e 銅中心傳遞銅中心傳遞4個(gè)個(gè)Cyt C的的4e給給4個(gè)個(gè)Cyt a 4個(gè)個(gè)Cyt a再傳此再傳此4e到到Cyt a3-CuB2+中心，使中心，使1個(gè)個(gè)O2還原為還原為2個(gè)個(gè)O2- ，結(jié)合，結(jié)合4H+生成生成 2H2O，同時(shí)把基質(zhì)中，同時(shí)把基質(zhì)中4H+泵入膜間隙。泵入膜間隙。 1QH2只能傳只能傳2e，故上述過程只生成，故上述過程只生成1H2O，泵出，泵出2個(gè)個(gè)H+(2) ：功
16、能功能 復(fù)合體復(fù)合體把把4個(gè)個(gè)Cyt c傳來的傳來的4個(gè)個(gè)e給給O2生成生成2H2O，并把并把4H+由基質(zhì)泵出到膜間隙。由基質(zhì)泵出到膜間隙。 過程：過程：5. 質(zhì)子泵（質(zhì)子泵（proton pump）： 氧化呼吸鏈中在傳遞電子的同時(shí)氧化呼吸鏈中在傳遞電子的同時(shí)能能把質(zhì)子從基質(zhì)泵出到膜間隙的電子傳遞把質(zhì)子從基質(zhì)泵出到膜間隙的電子傳遞復(fù)合體，有復(fù)合體復(fù)合體，有復(fù)合體、。酶復(fù)合體酶復(fù)合體分子分子(kD) 亞基亞基 輔酶輔酶/輔基輔基 主要功能主要功能復(fù)合體復(fù)合體(NADH-泛醌氧泛醌氧 化還原酶化還原酶)1000 40 FMN、Fe-S傳遞傳遞NADH+H+中中2個(gè)個(gè)e到到Q，并由基質(zhì)向膜間隙泵出并
17、由基質(zhì)向膜間隙泵出4個(gè)個(gè)H+復(fù)合體復(fù)合體(琥珀酸琥珀酸-泛醌氧泛醌氧 化還原酶化還原酶)140 4 FAD、Fe-S傳遞琥珀酸中傳遞琥珀酸中2個(gè)電子、個(gè)電子、2個(gè)個(gè)質(zhì)子到質(zhì)子到Q復(fù)合體復(fù)合體(泛醌泛醌-細(xì)胞色素細(xì)胞色素 氧化還原酶氧化還原酶)250 11 血紅素血紅素bH、bL、c1 Fe-S通過通過Q循環(huán)傳遞循環(huán)傳遞QH2中中2個(gè)個(gè)e到到細(xì)胞色素細(xì)胞色素C，并把，并把4H+ 由由基質(zhì)泵出到膜間隙基質(zhì)泵出到膜間隙 細(xì)胞色素細(xì)胞色素C*13 1 血紅素血紅素C傳遞復(fù)合體傳遞復(fù)合體中中2個(gè)電子到復(fù)個(gè)電子到復(fù)合體合體復(fù)合體復(fù)合體(細(xì)胞色素細(xì)胞色素C氧氧 化酶化酶)200 13 血紅素血紅素a、a3
18、CuA2+、CuB2+把把4個(gè)個(gè)Cyt c傳來的傳來的4個(gè)個(gè)e轉(zhuǎn)交給轉(zhuǎn)交給O2，在攝取基質(zhì)中，在攝取基質(zhì)中4H+與與O2生成生成2H2O的同時(shí)，把的同時(shí)，把基質(zhì)中另外基質(zhì)中另外4H+ 泵出到膜泵出到膜間隙間隙哺乳動(dòng)物氧化呼吸鏈的組成及功能哺乳動(dòng)物氧化呼吸鏈的組成及功能 （二）氧化呼吸鏈各傳遞體排列順序：（二）氧化呼吸鏈各傳遞體排列順序：由以下實(shí)驗(yàn)確定由以下實(shí)驗(yàn)確定: 標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 ; 拆開和重組拆開和重組; 特異抑制劑阻斷特異抑制劑阻斷; 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧1. NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈每對(duì)氫通過此呼吸鏈生成每對(duì)氫通過此呼吸鏈生成 2.5mol
19、 ATP;又稱主要呼吸鏈又稱主要呼吸鏈;以以NADH的方式進(jìn)入的方式進(jìn)入;NADH復(fù)合體復(fù)合體 Q 復(fù)合體復(fù)合體 Cyt c 復(fù)合體復(fù)合體 O22. 2. 琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈 琥珀酸琥珀酸復(fù)合體復(fù)合體 Q 復(fù)合體復(fù)合體 Cyt c 復(fù)合體復(fù)合體 O2 三、氧化磷酸化（三、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation） 概念概念 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)脫氫生成的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)脫氫生成的NADH+H+或或FADH2，經(jīng)氧化呼吸鏈，經(jīng)氧化呼吸鏈傳遞電子、泵出質(zhì)子形成質(zhì)子梯度而蘊(yùn)藏的電化學(xué)勢(shì)能，被傳遞電子、泵出質(zhì)子形成質(zhì)子梯度而蘊(yùn)藏的電化學(xué)勢(shì)能，被ADP利用、磷酸化生成利用、磷酸化生成AT
20、P的過程，的過程，是體內(nèi)生成是體內(nèi)生成ATPATP的主要方式。的主要方式。底物水平磷酸化底物水平磷酸化 底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP（或（或GDP）磷酸化生成）磷酸化生成ATP（或（或GTP）的）的 過程。過程。氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈氧化釋能氧化釋能和和ADP磷酸化儲(chǔ)能磷酸化儲(chǔ)能的偶聯(lián)的偶聯(lián)實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)（一）氧化磷酸化的偶聯(lián)部位（一）氧化磷酸化的偶聯(lián)部位線線粒粒體體離離體體實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測(cè)測(cè)得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼 吸吸鏈鏈 組組成成P/O 比比 值值生生成成 ATP 數(shù)數(shù)-羥羥丁丁酸酸NAD + 復(fù)復(fù)合合體體CoQ
21、 復(fù)復(fù)合合體體2.42.8 2.5Cytc復(fù)復(fù)合合體體O2琥琥珀珀酸酸復(fù)復(fù)合合體體CoQ 復(fù)復(fù)合合體體1.7 1.5Cytc復(fù)復(fù)合合體體O2抗抗壞壞血血酸酸Cytc復(fù)復(fù)合合體體O20.88 1細(xì)細(xì)胞胞色色素素復(fù)復(fù)合合體體O20.61 -0.68 1ATPATP ATP 氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化電子傳遞鏈自由能變化 氧化磷酸化中每消耗氧化磷酸化中每消耗1mol氧原子時(shí)，所氧原子時(shí)，所消耗無機(jī)磷的摩爾數(shù)，表示氧化呼吸鏈產(chǎn)生消耗無機(jī)磷的摩爾數(shù)，表示氧化呼吸鏈產(chǎn)生ATP的效率（或者產(chǎn)生幾個(gè)的效率（或者產(chǎn)生幾個(gè)ATP）。）。磷氧比值（磷氧比值（P/O）第三節(jié)第三節(jié) 非供能
22、氧化體系非供能氧化體系RH+O2+NADPH+H+ ROH+NADP+H2O羥化酶羥化酶 NADP-細(xì)胞色素還原酶細(xì)胞色素還原酶 細(xì)胞色素細(xì)胞色素P450 鐵氧還蛋白鐵氧還蛋白組成組成參與類固醇激素、膽汁酸等生物合成及生物轉(zhuǎn)化參與類固醇激素、膽汁酸等生物合成及生物轉(zhuǎn)化催化發(fā)應(yīng)催化發(fā)應(yīng)功能功能細(xì)胞色素細(xì)胞色素P450循環(huán)循環(huán) 二、二、超氧陰離子超氧陰離子自由基等活性氧的產(chǎn)生與消除自由基等活性氧的產(chǎn)生與消除（一）概念：（一）概念：1. 自由基（自由基（free radical）： 帶未成對(duì)電子的原子帶未成對(duì)電子的原子、分子或基團(tuán)分子或基團(tuán), 如超氧陰離子如超氧陰離子自由基自由基(O2-. ) 、羥
23、自由基羥自由基(HO. ) 、烷自由基烷自由基(RO. ) 、脂質(zhì)過氧化自由基脂質(zhì)過氧化自由基(LOO. )等。等。2. 活性氧（活性氧（reactive oxygen species, ROS）：）： 由氧不完全還原反應(yīng)所產(chǎn)生的含氧化合物由氧不完全還原反應(yīng)所產(chǎn)生的含氧化合物,主要主要有有O2-. 、HO、單線態(tài)氧（、單線態(tài)氧（1O2）、）、H2O2等。等。（二）體內(nèi)（二）體內(nèi)O2-. 等的產(chǎn)生、影響及消除：等的產(chǎn)生、影響及消除：體內(nèi)體內(nèi)O2-. 細(xì)菌感染細(xì)菌感染(刺激巨噬細(xì)胞、刺激巨噬細(xì)胞、微粒體、線粒體微粒體、線粒體胞漿酶系胞漿酶系(需氧脫氫酶需氧脫氫酶) 中性粒細(xì)胞等中性粒細(xì)胞等) 生理
24、量生理量參與生物轉(zhuǎn)化、需氧參與生物轉(zhuǎn)化、需氧脫氫反應(yīng)、殺菌作用等脫氫反應(yīng)、殺菌作用等 過量過量破壞不飽和脂肪酸、破壞不飽和脂肪酸、含含-SH基酶及蛋白、基酶及蛋白、DNA變性、突變等變性、突變等 酶性消除：酶性消除： SOD/過氧化氫酶過氧化氫酶/ 過氧化物酶過氧化物酶 抗氧化物：抗氧化物： VitE/VitC/ 泛醌泛醌/ -胡蘿卜素胡蘿卜素補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容 概念概念nDNAmt DNA存在部位存在部位細(xì)胞核細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)形態(tài)形態(tài)雙螺旋雙螺旋閉環(huán)雙鏈閉環(huán)雙鏈堿基數(shù)堿基數(shù)(bp)3.1 x 10916 569編碼基因數(shù)編碼基因數(shù)3-3.5 萬個(gè)萬個(gè)37 個(gè)個(gè)基因拷貝數(shù)基因拷貝數(shù)單拷貝單拷貝
25、成千上萬成千上萬間隔順序間隔順序有有無無突變頻率突變頻率低低高高（自身無修復(fù)機(jī)制）（自身無修復(fù)機(jī)制）線粒體基因線粒體基因病病系譜系譜 l 自由基的生理學(xué)意自由基的生理學(xué)意義義l 自由基損傷自由基損傷l 自由基相關(guān)的疾病自由基相關(guān)的疾病(1)(1)氧張力感受氧張力感受(2)(2)黃嘌呤脫氫酶向黃嘌呤氧化酶的轉(zhuǎn)化黃嘌呤脫氫酶向黃嘌呤氧化酶的轉(zhuǎn)化l自由基的生理學(xué)意義自由基的生理學(xué)意義(1) (1) 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子AP-1的激活的激活1) FOX/JUN蛋白可逆氧化蛋白可逆氧化-還原態(tài)的轉(zhuǎn)化調(diào)控還原態(tài)的轉(zhuǎn)化調(diào)控AP-1的活性的活性2) Ca2+依賴的依賴的AP-1蛋白的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)蛋白的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)3) 通
26、過花生四烯酸代謝介導(dǎo)的通過花生四烯酸代謝介導(dǎo)的AP-1的表達(dá)的表達(dá)4) 經(jīng)絲裂原激活的蛋白激酶經(jīng)絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)介導(dǎo)的介導(dǎo)的AP-1的激活和的激活和FOS、JUN基因的基因的表達(dá)表達(dá)(2) 對(duì)核轉(zhuǎn)錄因子對(duì)核轉(zhuǎn)錄因子KappaB(NF-kB)的調(diào)控的調(diào)控(1) (1) 內(nèi)皮依賴的血管松弛因子內(nèi)皮依賴的血管松弛因子(2) (2) 神經(jīng)信使分子神經(jīng)信使分子(3) (3) 免疫效應(yīng)分子免疫效應(yīng)分子4. 4. 免疫保護(hù)效應(yīng)中的自由基機(jī)制免疫保護(hù)效應(yīng)中的自由基機(jī)制一、自由基對(duì)核酸的損傷一、自由基對(duì)核酸的損傷1. DNA骨架損
27、傷骨架損傷2. 堿基修飾堿基修飾3. DNA-DNA、DNA-蛋白交聯(lián)蛋白交聯(lián)(cross-links)二、自由基對(duì)蛋白的損傷二、自由基對(duì)蛋白的損傷1. 蛋白質(zhì)活性部位的修飾蛋白質(zhì)活性部位的修飾2. 蛋白質(zhì)分子的聚合、斷裂蛋白質(zhì)分子的聚合、斷裂 三、自由基對(duì)脂質(zhì)的損傷三、自由基對(duì)脂質(zhì)的損傷1. 1. 膜結(jié)構(gòu)的破壞膜結(jié)構(gòu)的破壞2. 2. 脂自由基對(duì)蛋白質(zhì)分子的進(jìn)攻脂自由基對(duì)蛋白質(zhì)分子的進(jìn)攻3. 3. 過氧化脂質(zhì)羰基產(chǎn)物對(duì)蛋白質(zhì)分子過氧化脂質(zhì)羰基產(chǎn)物對(duì)蛋白質(zhì)分子 的交聯(lián)作用的交聯(lián)作用白內(nèi)障白內(nèi)障視視網(wǎng)網(wǎng)膜損害膜損害退化性黃斑癥退化性黃斑癥心臟病心臟病牙周炎牙周炎幅射幅射老化老化癌癥癌癥糖尿病糖尿病
28、阿滋罕默癥阿滋罕默癥帕金森氏癥帕金森氏癥癡呆癡呆氣氣喘喘呼吸窘迫癥呼吸窘迫癥牙牙齒齒腸腸胃道胃道眼眼腎腎皮皮膚膚心心關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)肺肺腦腦血管血管器官衰器官衰竭竭腎腎小球性小球性腎腎炎炎燒傷燒傷皮炎皮炎肝炎肝炎肝肝損傷損傷潰潰瘍瘍性性腸腸炎炎等等 血管血管痙攣痙攣 動(dòng)脈動(dòng)脈硬化硬化類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎科學(xué)家的故事科學(xué)家的故事 整個(gè)生命過程都在不斷地從外界攝取營(yíng)整個(gè)生命過程都在不斷地從外界攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，排出廢物。其重要意義之一就是不養(yǎng)物質(zhì)，排出廢物。其重要意義之一就是不斷地從外界攝取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中獲得斷地從外界攝取的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中獲得能量能量，以，以供生命活動(dòng)需用。供生命活動(dòng)需用。 ATPATP是體
29、內(nèi)能量轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存和直接利用的是體內(nèi)能量轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存和直接利用的最主要形式。最主要形式。機(jī)體如何把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所攜帶的機(jī)體如何把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所攜帶的能量轉(zhuǎn)換為能量轉(zhuǎn)換為ATPATP，是人們很感興趣的課題。，是人們很感興趣的課題。 生于英格蘭博德明。生于英格蘭博德明。23歲獲劍橋大歲獲劍橋大學(xué)學(xué)士學(xué)位，學(xué)學(xué)士學(xué)位，30歲獲博士學(xué)位。先后歲獲博士學(xué)位。先后在劍橋大學(xué)生物化學(xué)系和愛丁堡在劍橋大學(xué)生物化學(xué)系和愛丁堡 大學(xué)大學(xué)動(dòng)物系任教。動(dòng)物系任教。 1961年提出年提出 “化學(xué)滲化學(xué)滲透學(xué)說透學(xué)說”，1963年建立私人實(shí)驗(yàn)室，年建立私人實(shí)驗(yàn)室，后實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大為后實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大為Glynn研究所，任所研究所，任所長(zhǎng)。長(zhǎng)。
30、1966年發(fā)表了著名的年發(fā)表了著名的“在氧化和在氧化和光合磷酸化中的化學(xué)滲透偶聯(lián)光合磷酸化中的化學(xué)滲透偶聯(lián)”。 1978年獲諾貝爾獎(jiǎng)金年獲諾貝爾獎(jiǎng)金 Petel Denni Mitchell （1920. 9.1992.4） Mitchell認(rèn)為認(rèn)為線粒體內(nèi)膜有能量轉(zhuǎn)化功能線粒體內(nèi)膜有能量轉(zhuǎn)化功能。完。完整整線粒體內(nèi)膜中的氧化呼吸鏈在傳遞電子過程中，線粒體內(nèi)膜中的氧化呼吸鏈在傳遞電子過程中，像像“泵泵”一樣能把基質(zhì)中的質(zhì)子泵出到內(nèi)膜外的一樣能把基質(zhì)中的質(zhì)子泵出到內(nèi)膜外的膜間隙。膜間隙。 他認(rèn)為他認(rèn)為電子傳遞體電子傳遞體在傳遞氫的過程中，把氫原在傳遞氫的過程中，把氫原子中子中H+釋放入膜間隙，以
31、傳遞電子，之后又從基釋放入膜間隙，以傳遞電子，之后又從基質(zhì)中吸收質(zhì)中吸收H+，再與電子形成氫而傳遞氫。，再與電子形成氫而傳遞氫。 結(jié)果結(jié)果, 使使內(nèi)膜內(nèi)內(nèi)膜內(nèi)H+減少而成負(fù)電性空間減少而成負(fù)電性空間，內(nèi)膜外，內(nèi)膜外H+增加而成正電性空間增加而成正電性空間, 形成形成H+電化學(xué)梯度，蘊(yùn)藏電化學(xué)梯度，蘊(yùn)藏著電化學(xué)自由能（質(zhì)子推動(dòng)力）。著電化學(xué)自由能（質(zhì)子推動(dòng)力）。 在在H+從內(nèi)膜外側(cè)回流到內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的過程中，釋從內(nèi)膜外側(cè)回流到內(nèi)膜內(nèi)側(cè)的過程中，釋出自由能，推動(dòng)出自由能，推動(dòng)F1-F0ATP酶（即酶（即ATP合酶）利用合酶）利用此能量把此能量把ADP和和Pi轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)锳TP。 化學(xué)滲透學(xué)說化學(xué)滲透學(xué)
32、說曾受到不少質(zhì)疑。但他繼續(xù)堅(jiān)持曾受到不少質(zhì)疑。但他繼續(xù)堅(jiān)持研究，研究，1966年發(fā)表論文年發(fā)表論文“在氧化與光合磷酸化中的在氧化與光合磷酸化中的化學(xué)滲透偶聯(lián)化學(xué)滲透偶聯(lián)”，進(jìn)一步闡明自己的觀點(diǎn)。進(jìn)一步闡明自己的觀點(diǎn)。 其它研究結(jié)果的支持，其它研究結(jié)果的支持，如：如： 氧化磷酸化必需線粒體內(nèi)膜完整才能進(jìn)行；氧化磷酸化必需線粒體內(nèi)膜完整才能進(jìn)行； ATP的形成伴隨著的形成伴隨著H+向內(nèi)膜內(nèi)轉(zhuǎn)移；向內(nèi)膜內(nèi)轉(zhuǎn)移； 2，4-二硝基酚使二硝基酚使H+回流到線粒體基質(zhì)，則回流到線粒體基質(zhì)，則ATP不不 能合成，并使動(dòng)物發(fā)熱等；能合成，并使動(dòng)物發(fā)熱等；他在獲獎(jiǎng)典禮上他在獲獎(jiǎng)典禮上的講演的講演“Keillins
33、 呼吸鏈概念及其化呼吸鏈概念及其化學(xué)滲透結(jié)果學(xué)滲透結(jié)果”中說中說“我們可以預(yù)期課題的結(jié)果，但不我們可以預(yù)期課題的結(jié)果，但不易拿到研究的成果易拿到研究的成果”，表達(dá)了，表達(dá)了化學(xué)滲透學(xué)說化學(xué)滲透學(xué)說從從個(gè)人假個(gè)人假說說到得到到得到公認(rèn)的理論公認(rèn)的理論是個(gè)艱辛過程。是個(gè)艱辛過程。人們終于接受了人們終于接受了化學(xué)滲透學(xué)說，化學(xué)滲透學(xué)說，Mitchell終于獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。終于獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。Boyer生于美國(guó)猶他州的普羅沃；生于美國(guó)猶他州的普羅沃；25歲獲美國(guó)威斯康星大學(xué)生化博士學(xué)位；歲獲美國(guó)威斯康星大學(xué)生化博士學(xué)位；19631989年在美國(guó)加利福尼亞大學(xué)化學(xué)與生化系任年在美國(guó)加利福尼亞大學(xué)化學(xué)與生
34、化系任教授教授 ，19651983年兼任分子生物學(xué)研究所所長(zhǎng)。年兼任分子生物學(xué)研究所所長(zhǎng)。 1970年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士。年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士。1974年獲瑞典斯德哥爾摩大學(xué)榮譽(yù)博士。年獲瑞典斯德哥爾摩大學(xué)榮譽(yù)博士。1989年提出年提出“結(jié)合變構(gòu)機(jī)制結(jié)合變構(gòu)機(jī)制”。現(xiàn)仍在洛杉機(jī)分校任教授?，F(xiàn)仍在洛杉機(jī)分校任教授。 Walker生于英國(guó)哈里法克斯。在牛津大生于英國(guó)哈里法克斯。在牛津大學(xué)獲碩士和博士學(xué)位。學(xué)獲碩士和博士學(xué)位。19821982年至今在英國(guó)劍年至今在英國(guó)劍橋分子生物學(xué)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)實(shí)驗(yàn)室任高級(jí)實(shí)橋分子生物學(xué)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)實(shí)驗(yàn)室任高級(jí)實(shí)驗(yàn)員。驗(yàn)員。19951995年當(dāng)選為年當(dāng)
35、選為倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。 后來，人們分離到了后來，人們分離到了ATP合酶的合酶的F1和和F0兩個(gè)結(jié)兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，并證明構(gòu)域，并證明F1的頭部由的頭部由336個(gè)亞基構(gòu)成，個(gè)亞基構(gòu)成，亞基亞基可能是有催化活性的亞基，可能是有催化活性的亞基，F(xiàn)0可能有質(zhì)子通道，可能有質(zhì)子通道，質(zhì)子可從膜間隙經(jīng)此通道回流釋能。質(zhì)子可從膜間隙經(jīng)此通道回流釋能。 Boyer于于1964年提出呼吸鏈年提出呼吸鏈傳遞電子釋能傳遞電子釋能可可使線粒使線粒體內(nèi)膜產(chǎn)生含高能構(gòu)象的蛋白質(zhì)，后者可體內(nèi)膜產(chǎn)生含高能構(gòu)象的蛋白質(zhì)，后者可催化合成催化合成ATP，之后再，之后再變構(gòu)成原來構(gòu)象變構(gòu)成原來構(gòu)象，但一直未能得到證實(shí)，但
36、一直未能得到證實(shí)。 Boyer用用同位素同位素18O參入實(shí)驗(yàn)參入實(shí)驗(yàn)證實(shí)：證實(shí)： 在無線粒體內(nèi)膜在無線粒體內(nèi)膜質(zhì)子梯度質(zhì)子梯度存在的情況下，存在的情況下，亞基結(jié)合在亞基結(jié)合在ATP和和ADP上是等量的，處于平衡上是等量的，處于平衡狀態(tài)，但狀態(tài)，但ATP不能從不能從亞基脫落下來亞基脫落下來。 當(dāng)有膜間隙的當(dāng)有膜間隙的質(zhì)子通過質(zhì)子通過ATP合酶回流到基合酶回流到基質(zhì)時(shí)，質(zhì)時(shí)，ATP即可脫落下來。即可脫落下來。 Boyer發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)： ADP和和Pi結(jié)合結(jié)合1個(gè)個(gè)亞基，亞基， ATP結(jié)合在另結(jié)合在另1個(gè)個(gè)亞基，亞基， 還有還有1個(gè)個(gè)亞基未結(jié)合核苷酸。亞基未結(jié)合核苷酸。 并且并且1個(gè)個(gè)亞基新結(jié)合亞基新
37、結(jié)合ADP和和Pi可促進(jìn)另一可促進(jìn)另一亞基亞基 釋放釋放ATP。 1989年他的論文中闡明年他的論文中闡明F1頭部中頭部中3個(gè)個(gè)亞基實(shí)質(zhì)是相亞基實(shí)質(zhì)是相同的，但在特定時(shí)機(jī)三者功能不同。同的，但在特定時(shí)機(jī)三者功能不同。 推論三個(gè)推論三個(gè)亞基有三種構(gòu)象：亞基有三種構(gòu)象：疏松結(jié)合疏松結(jié)合ADP和和Pi的的L型型（loose型）；型）；緊密結(jié)合緊密結(jié)合ATP的的T型型（tight型）；型）；釋放釋放ATP的的O型型（open型）構(gòu)象。型）構(gòu)象。 L型對(duì)型對(duì)APD和和Pi親和力高，結(jié)合它們后利用質(zhì)子所釋能量親和力高，結(jié)合它們后利用質(zhì)子所釋能量轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)門型，催化型，催化ATP合成，之后轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣?，之?/p>
38、轉(zhuǎn)變?yōu)镺型，釋出型，釋出ATP。 ATP釋出后再自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)獒尦龊笤僮詣?dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)型。如型。如LTOL周而周而復(fù)始，往復(fù)循環(huán)變構(gòu)，每循環(huán)一次合成復(fù)始，往復(fù)循環(huán)變構(gòu)，每循環(huán)一次合成1分子分子ATP。 1994年年Walker在在0.28nm分辯力的水平上闡明了分辯力的水平上闡明了小牛心肌線粒體小牛心肌線粒體ATP合酶合酶F1的結(jié)構(gòu)，證明的結(jié)構(gòu)，證明亞基存亞基存在在3種構(gòu)象，各構(gòu)象與種構(gòu)象，各構(gòu)象與ADP+Pi、 ATP結(jié)合力不同結(jié)合力不同。在完整。在完整ATP合酶催化合酶催化ADP+PiATP的過程中，的過程中，3種構(gòu)象輪回變化，這種輪回變構(gòu)由種構(gòu)象輪回變化，這種輪回變構(gòu)由亞基在亞基在F1頭頭部中央
39、轉(zhuǎn)動(dòng)而輪番接觸部中央轉(zhuǎn)動(dòng)而輪番接觸亞基所引起。亞基所引起。 驅(qū)使驅(qū)使亞基變構(gòu)的動(dòng)力：亞基變構(gòu)的動(dòng)力：是質(zhì)子經(jīng)內(nèi)膜回流所釋的能量是質(zhì)子經(jīng)內(nèi)膜回流所釋的能量 Walker的研究成果支持的研究成果支持Boyer的結(jié)合變構(gòu)機(jī)制。的結(jié)合變構(gòu)機(jī)制。 體外熒光顯微鏡觀察到體外熒光顯微鏡觀察到亞基在亞基在F1頭部中央轉(zhuǎn)動(dòng)頭部中央轉(zhuǎn)動(dòng)。 含含ATP合酶的生物膜和有泵質(zhì)子作用的細(xì)菌組合合酶的生物膜和有泵質(zhì)子作用的細(xì)菌組合 模型，證明了質(zhì)子順梯度經(jīng)模型，證明了質(zhì)子順梯度經(jīng)ATP合酶流動(dòng)，使合酶流動(dòng)，使ADP+Pi合成合成ATP等，結(jié)合變構(gòu)機(jī)制得到承認(rèn)。等，結(jié)合變構(gòu)機(jī)制得到承認(rèn)。Boyer和和Walker在在1997
40、年獲諾貝爾獎(jiǎng)年獲諾貝爾獎(jiǎng) 從從Mitchll到到Boyer和和Walker的研究看出，科的研究看出，科學(xué)研究是為全人類服務(wù)的，是全人類共同的事學(xué)研究是為全人類服務(wù)的，是全人類共同的事業(yè)，是一個(gè)艱苦奮斗的歷程。業(yè)，是一個(gè)艱苦奮斗的歷程。啟示啟示 科學(xué)的發(fā)展、創(chuàng)新科學(xué)的發(fā)展、創(chuàng)新是是全世界各個(gè)有關(guān)學(xué)科的全世界各個(gè)有關(guān)學(xué)科的學(xué)者潛心鉆研、長(zhǎng)期積累、不斷推陳出新的結(jié)學(xué)者潛心鉆研、長(zhǎng)期積累、不斷推陳出新的結(jié)果，果，是是在有關(guān)學(xué)科的現(xiàn)有理論和技術(shù)水平上的在有關(guān)學(xué)科的現(xiàn)有理論和技術(shù)水平上的不斷革新和發(fā)展，相互促進(jìn)的結(jié)果。不斷革新和發(fā)展，相互促進(jìn)的結(jié)果。 只有只有掌握掌握相關(guān)學(xué)科理論和技術(shù)發(fā)展的最前相關(guān)學(xué)科理論和技術(shù)發(fā)展的最前沿，再通過科學(xué)家深入思考，認(rèn)真實(shí)驗(yàn)，才沿，再通過科學(xué)家深入思考，認(rèn)真實(shí)驗(yàn)，才有可能在科學(xué)某一領(lǐng)域進(jìn)行突破，提出新理有可能在科學(xué)某一領(lǐng)域進(jìn)行突破，提出新理論、證實(shí)新理論，作出新貢獻(xiàn)。論、證實(shí)新理論，作出新貢獻(xiàn)。啟示啟示
生物化學(xué)：第八章 生物氧化-06-091
