生物氧化星号

1、第六章第六章 生物氧化生物氧化生化教研室生化教研室王宏娟王宏娟第一节第一节 概述概述第二节第二节 线粒体氧化体系线粒体氧化体系第三节第三节 ATPATP的生成、储存和利用的生成、储存和利用第四节第四节 非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系内容内容特点特点反应条件反应条件酶催化、体温、近中性酶催化、体温、近中性pH环境、逐步放能环境、逐步放能生物氧化方式生物氧化方式脱氢、脱电子、加氧脱氢、脱电子、加氧生成生成CO2的方式的方式有机酸脱羧有机酸脱羧场所场所线粒体、微粒体、过氧化物酶体等线粒体、微粒体、过氧化物酶体等能量形式能量形式ATP、热能、热能H2O的生成方式的生成方式代谢物脱氢，通过呼吸链传递给

2、氧代谢物脱氢，通过呼吸链传递给氧酶酶以以O2为受氢体的氧化酶、不需氧脱氢酶等为受氢体的氧化酶、不需氧脱氢酶等二、生物氧化的特点二、生物氧化的特点p171超生波破碎线粒体，去垢剂（胆酸、脱氧胆酸）超生波破碎线粒体，去垢剂（胆酸、脱氧胆酸）处理线粒体内膜，得到种传递电子的复合体处理线粒体内膜，得到种传递电子的复合体编号编号名称名称质量（质量（kD） 多肽链数多肽链数辅基辅基复合体复合体NADH-泛醌泛醌还原酶还原酶85043FMN、Fe-S复合体复合体琥珀酸琥珀酸-泛醌泛醌还原酶还原酶1404FAD、Fe-S复合体复合体泛醌泛醌-细胞色细胞色素素c还原酶还原酶25011血红素血红素bL、血红素、血

3、红素bH、血、血红素红素c1、Fe-S复合体复合体细胞色素细胞色素氧化酶氧化酶16013血红素血红素a、血红素、血红素a3CuA、CuB两个两个自由移动的自由移动的电子传递体：泛醌和细胞色素电子传递体：泛醌和细胞色素cp172（一）（一）NADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链 代谢物脱氢由代谢物脱氢由NAD+传递。传递。 NADH+H+复合体复合体UQ 复合体复合体 Cytc 复合体复合体 O2 每传递每传递2H至至O2生成生成2.5个个ATP二）二） FADH FADH2 2 氧化呼吸链氧化呼吸链 代谢物脱氢由代谢物脱氢由FAD传递。传递。 琥珀酸琥珀酸复合体复合体 UQ 复合体复合体 Cyt

4、c 复合体复合体 O2 每传递每传递2H至至O2生成生成1.5个个ATP三、体内重要的呼吸链三、体内重要的呼吸链p177复合体复合体 （NADH-泛泛醌还原酶）醌还原酶）NADH泛醌泛醌（UQ）复合体复合体 （琥珀酸（琥珀酸-泛泛醌还原酶）醌还原酶）琥珀酸琥珀酸复合体复合体 （泛醌细胞色（泛醌细胞色素素c还原酶）还原酶）细胞色素细胞色素c（Cytc）复合体复合体 （细胞色素（细胞色素氧化酶）氧化酶）O2丙酮酸、异柠檬酸、丙酮酸、异柠檬酸、- -酮戊二酸酮戊二酸、苹果酸、苹果酸琥珀酸、琥珀酸、-磷酸甘油、脂酰辅酶磷酸甘油、脂酰辅酶A等等细胞色素（细胞色素（Cyt）在呼吸链中的排列顺序：）在呼吸链

5、中的排列顺序： Cytb Cytc1 Cytc Cytaa3第三节第三节 ATP的生成、储存和利用的生成、储存和利用生物体不能直接利用营养物质的化学能，生物体不能直接利用营养物质的化学能，ATP是能量的直接供体是能量的直接供体类型类型举例举例水解释放自由能水解释放自由能G0 (kJ/mol)酸酐类酸酐类（焦磷酸化合物）（焦磷酸化合物）ATP、GTPADP、GDP等等-30.5烯醇磷酸烯醇磷酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸-60.9混合酐混合酐（酰基磷酸）（酰基磷酸）1, 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸-61.9磷酸胍类磷酸胍类磷酸肌酸磷酸肌酸-43.9高能硫酯类高能硫酯类乙酰辅酶乙酰辅酶A-34.

6、3常见的高能化合物：常见的高能化合物：p178（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化细胞定位：细胞定位：胞液、线粒体胞液、线粒体定义：定义：代谢物在氧化分解过程中因脱氢或脱水而引代谢物在氧化分解过程中因脱氢或脱水而引起分子内部能量重新分布产生的起分子内部能量重新分布产生的高能键，直接转移高能键，直接转移给给ADP(或或GDP)而生成而生成ATP(或或GTP)的反应称为底的反应称为底物水平磷酸化物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。体内生成体内生成ATP的方式有的方式有2种：种：底物（作用物）水平磷酸化和氧化磷酸化底物（作用物）水平磷酸化和氧化磷酸化

7、一、一、ATP的生成的生成p179（1）1, 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ ADP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸+ ATP（2）磷酸烯醇式丙酮酸）磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 丙酮酸丙酮酸+ ATP（3）琥珀酰辅酶）琥珀酰辅酶A +GDP+Pi 琥珀酸琥珀酸 + GTP + CoA磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A合成酶合成酶人体内的人体内的3个底物水平磷酸化：个底物水平磷酸化：p179在生物氧化过程中，代谢物脱下的在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氢经呼吸链氧化生成水氧化生成水的同时，所释放的能量驱动的同时，所释放的能量驱动ADP磷磷酸化生成酸化生成ATP

8、, 这种氧化与磷酸化相偶联的过程这种氧化与磷酸化相偶联的过程称为称为氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)，又称为电，又称为电子传递水平磷酸化。子传递水平磷酸化。 是是ATP生成的主要方式生成的主要方式。（二）氧化磷酸化（二）氧化磷酸化细胞定位细胞定位 线粒体线粒体定义定义p179 1. 氧化磷酸化偶联部位的确定氧化磷酸化偶联部位的确定 即即ATP生成部位生成部位（1）P/O比值测定比值测定离体完整线粒体、不同底物、离体完整线粒体、不同底物、ADP、Pi、Mg2+等等 置于封闭小室，测定置于封闭小室，测定 P/O比值比值定义定义 物质氧化时，每消耗物质氧化时

9、，每消耗1mol原子氧所消耗的原子氧所消耗的 无机磷的无机磷的mol数（或数（或ADP的的mol数），即生数），即生 成成ATP的的mol数，称为数，称为 P/O比值。比值。方法方法ADP + Pi ATPp179 底物底物 呼吸链的组成呼吸链的组成P/O比值比值生成生成ATP数数-羟丁酸羟丁酸NAD+FMNUQCytO22.42.82.5琥珀酸琥珀酸 FADUQCytO21.71.5抗坏血酸抗坏血酸（维生素（维生素C） CytcCyt aa3O20.880.5细胞色素细胞色素c Cyt aa3O20.610.680.5几种物质的几种物质的P/O比值比值3个个偶偶联联部部位位 NAD+ UQ

10、（复合体复合体 ） UQ Cytc （复合体（复合体 ） Cytaa3 O2 （复合体（复合体 ） FADH2呼吸链呼吸链存在存在2个偶联部位个偶联部位NADH呼吸链呼吸链存在存在3个偶联部位个偶联部位p180NADHFMN（Fe-S）UQCytbCytc1CytcCytaa31/2O2琥珀酸琥珀酸FAD（Fe-S）复合体复合体II复合体复合体I复合体复合体III复合体复合体IVATPATPATP氧化磷酸化的偶联部位氧化磷酸化的偶联部位由转移的质子数计算生成的由转移的质子数计算生成的ATP数数复合体复合体III泵出泵出4个个质子质子一对电子经呼吸链传递一对电子经呼吸链传递生成生成1个个ATP需

11、需4个质子个质子复合体复合体I泵出泵出4个个质子质子复合体复合体IV 泵出泵出2个个质子质子复合体复合体I生成生成1个个ATP复合体复合体III生成生成1个个ATP复合体复合体IV 生成生成0.5个个ATPNADH氧化呼吸链氧化呼吸链每传递每传递2H生成生成2.5个个ATPFADH2氧化呼吸链氧化呼吸链每传递每传递2H生成生成1.5个个ATPp1814. 影响影响氧化磷酸化的氧化磷酸化的因素因素 （1）ADP和和ATP浓度的调节浓度的调节氧化磷酸化主要受机体对能量需求的影响氧化磷酸化主要受机体对能量需求的影响ATP利用增多利用增多ADP ADP/ ATP 氧化磷酸化氧化磷酸化 反之，反之，AD

12、P/ ATP 氧化磷酸化氧化磷酸化p182（2）甲状腺素的调节）甲状腺素的调节v 诱导诱导Na+，K+-ATP酶合成，促进酶合成，促进氧化磷酸化氧化磷酸化。v 增强解偶联蛋白基因表达，使耗氧、产热增加。增强解偶联蛋白基因表达，使耗氧、产热增加。 甲状腺功能亢进症患者基础代谢率增高。甲状腺功能亢进症患者基础代谢率增高。p182（3）氧化磷酸化抑制剂）氧化磷酸化抑制剂 分分3类类 解偶联剂（解偶联剂（uncoupler）不影响电子传递只抑制不影响电子传递只抑制ADP的磷酸化，的磷酸化，P/O代表药物：代表药物：2,4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（2,4-DNP）胞质侧结合胞质侧结合H+，返回基质释放，

13、返回基质释放H+，破坏了内膜两，破坏了内膜两侧的电化学梯度，使氧化和磷酸化呈现解偶联。侧的电化学梯度，使氧化和磷酸化呈现解偶联。* 新生儿棕色脂肪组织含解偶联蛋白新生儿棕色脂肪组织含解偶联蛋白产热御寒产热御寒* 某些细菌、病毒可产生解偶联剂某些细菌、病毒可产生解偶联剂其它解偶联剂：其它解偶联剂：p183* 阿米妥、阿米妥、鱼藤酮、粉蝶霉素鱼藤酮、粉蝶霉素A、异戊巴比妥、异戊巴比妥 与与复合体复合体I的铁硫蛋白结合，的铁硫蛋白结合， 阻断阻断NADHUQ的电子传递的电子传递* 抗霉素抗霉素A、二巯丙醇（、二巯丙醇（ BAL） 抑制抑制复合体复合体III， 阻断阻断Cytb Cytc1的电子传递的

14、电子传递* 氰氰化物化物(CN-)、叠氮化合物、叠氮化合物(N3-)、 CO、H2S 抑制抑制复合体复合体IV， 阻断阻断 Cytaa3 O2的电子传递的电子传递 电子传递抑制剂电子传递抑制剂抑制呼吸链的不同环节，使电子传递受阻抑制呼吸链的不同环节，使电子传递受阻p183代表药物：代表药物： 寡霉素寡霉素和二环乙基碳二亚胺（和二环乙基碳二亚胺（DCCD）机制：机制： ATP合酶抑制剂合酶抑制剂阻止阻止H+从从F0质子通道质子通道回流，回流，抑制抑制ATP合成合成既抑制磷酸化又抑制电子传递既抑制磷酸化又抑制电子传递内膜两侧内膜两侧H+化学梯度化学梯度 ，影响呼吸链影响呼吸链质子泵的作用质子泵的作

15、用p183NADH FMN UQ Cytb Cytc1 Cytc Cytaa3 (Fe-S) (Fe-S) O2FADH2 (Fe-S)阿米妥、鱼藤酮阿米妥、鱼藤酮异戊巴比妥异戊巴比妥粉蝶霉素粉蝶霉素A- 抗霉素抗霉素A二巯丙醇二巯丙醇氰化物氰化物硫化氢硫化氢叠氮化合物叠氮化合物 CO-ADPATP寡霉素、寡霉素、DCCD-2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚-p183 H2N+ C-NH2 H3C-N CH2 COO- H2N+ H O C-N P-O- H3C-N O- CH2 COO-+ATP肌酸激酶肌酸激酶(CK) 肌酸肌酸磷酸肌酸（磷酸肌酸（CP）1. 磷酸肌酸是磷酸肌酸是脑、肌肉脑、肌肉能

16、量的能量的储存形式储存形式二、二、ATP的储存和利用的储存和利用肌酸肌酸+ADPp1842. 其它核苷三磷酸主要来源于其它核苷三磷酸主要来源于ATP在生物合成中需要的其它核苷三磷酸（在生物合成中需要的其它核苷三磷酸（NTP） 糖糖 原原 合合 成成 UTP 磷磷 脂脂 合合 成成 CTP 蛋白质合成蛋白质合成 GTP核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶NMPNDPNTPATP ADPATPADPp184不能自由通过线粒体内膜的物质：不能自由通过线粒体内膜的物质： NADH、草酰乙酸、乙酰、草酰乙酸、乙酰CoA、脂酰、脂酰CoA三、细粒体内膜对物质的转运三、细粒体内膜对物质的

17、转运线粒体外线粒体外NADH + H+的的2H通过通过转运机制转运机制进入线粒体进入线粒体主要有：主要有：-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭和和苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭（一）胞液中（一）胞液中NADHNADH的氧化的氧化p1851. -磷酸磷酸甘油穿梭甘油穿梭组织定位：组织定位：脑和骨骼肌脑和骨骼肌NADH+H+NAD+磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油-磷酸甘油磷酸甘油-磷酸甘油脱氢酶（磷酸甘油脱氢酶（NAD+）FADH2FAD-磷酸甘油脱氢酶（磷酸甘油脱氢酶（FAD）UQb c1 c aa3 O2（1.5ATP）呼吸链呼吸链胞胞液液侧侧线线粒粒体体内内膜膜2. 苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭组织定位：肝和心肌组织定位：肝和