第6章生物氧化

1、长沙医学院生化教研室第 六 章生生 物物 氧氧 化化Biological Oxidation长沙医学院生化教研室生物氧化生物氧化 营养物质在生物体内进行的氧化称为营养物质在生物体内进行的氧化称为生物氧生物氧化化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成逐步释放能量，最终生成COCO2 2和和H H2 2O O的过程。的过程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能长沙医学院生化教研室 水如何生成水如何生成? CO2如何生成如何生成? 能量如何生成能量如何生成?长沙医学院生化教研室 生物氧化与体外

2、氧化的相同点生物氧化与体外氧化的相同点 生物氧化中物质的氧化方式有生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱加氧、脱氢、失电子氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般，遵循氧化还原反应的一般规律。规律。 物质在体内、外氧化时的物质在体内、外氧化时的耗氧量耗氧量、最终最终产物产物(CO2，H2O)和和释放能量释放能量均相同。均相同。长沙医学院生化教研室生物氧化的方式生物氧化的方式 1. 1. 加氧反应加氧反应 2. 2. 脱氢反应脱氢反应( (最主要最主要) ) 3. 3. 脱电子反应脱电子反应 Fe 2+ Fe 3+ +eCOOH C =O + 2H CH3 （2H+ +2e） COOH HOCH CH3C

3、u + O2 CuO1 2（乳酸乳酸）（丙酮酸丙酮酸）长沙医学院生化教研室l 反应环境反应环境温和温和( (体温、体温、pHpH近中近中性性) )；酶促反应；酶促反应逐步逐步进行；能进行；能量量逐步逐步释放，容易被捕获，释放，容易被捕获，ATPATP生成效率高。生成效率高。l 通过通过加水脱氢加水脱氢反应使物质反应使物质间接间接获氧获氧，并增加脱氢的机会；，并增加脱氢的机会；脱脱下的氢与氧结合产生下的氢与氧结合产生H H2 2O O；有；有机酸脱羧产生机酸脱羧产生COCO2 2。 生物氧化与体外氧化的不同点生物氧化与体外氧化的不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化l 反应条件反应条件剧烈剧烈（

4、高（高温、高压），反应温、高压），反应一步一步完成，能量完成，能量突突然然释放。释放。 l 物质中的碳或氢直物质中的碳或氢直接氧结合生成接氧结合生成COCO2 2H H2 2O O 。长沙医学院生化教研室糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP n 生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程长沙医学院生化教研室第一节第一节 氧化呼吸链的组成氧化呼吸链的组成长沙医学院生化教研室（一）氧化酶类（一）氧化酶类如细胞色素氧化酶、酚氧化酶等如细胞色素氧化酶、酚氧化酶等特点：特点：催化底物脱氢后，以催化底物脱

5、氢后，以O O2 2为为直接直接受氢体受氢体, ,生成生成H H2 2O ORH2 2Fe3+ / 2Cu2+ O2 H2O R 2Fe2+ / 2Cu+ O22H+2e-2e +2e1 22e 组成：组成：结合酶结合酶酶蛋白酶蛋白辅基：含辅基：含FeFe、CuCu 常见的一些氧化脱氢酶常见的一些氧化脱氢酶长沙医学院生化教研室1.1. 需氧脱氢酶需氧脱氢酶 特点：特点：催化底物脱氢后催化底物脱氢后, ,以以O O2 2为为直接直接受氢体受氢体, ,生成生成H H2 2O O2 2RH2 FMN /FAD H2O2 R FMNH2/FADH2 O2 2H2H组成：组成：结合酶结合酶酶蛋白酶蛋白辅

6、基：辅基：FMNFMN、FADFAD（二）脱氢酶类（二）脱氢酶类如胺氧化酶、黄嘌呤氧化酶等如胺氧化酶、黄嘌呤氧化酶等长沙医学院生化教研室2.2.不需氧脱氢酶不需氧脱氢酶（最重要）（最重要） 特点：特点：催化底物脱氢后，催化底物脱氢后，不不能以能以O O2 2为直接受氢体为直接受氢体组成：组成：结合酶结合酶酶蛋白酶蛋白辅助因子辅助因子辅酶：辅酶：NADNAD+ +、NADPNADP+ +辅基：辅基：FMNFMN、FADFAD如乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等如乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等 RH2 NAD+ (NADP+) XH2 O2 R NADH+H + X H2O (NADPH+H+) 2H2H2H

7、1 2长沙医学院生化教研室定义定义代谢物脱下的成对氢原子代谢物脱下的成对氢原子(2H)通过多种酶通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶组成的传递链结合生成水，这一系列酶和辅酶组成的传递链称为称为呼吸链呼吸链(respiratory chain)，又称，又称电子传递电子传递链链 (electron transfer chain, ETC)。组成组成递氢体和电子传递体（递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e） 一、呼吸链一、呼吸链长沙医学院生化教研室1. 基本组分：基本组分：（1 1）以）以NADNAD+ +、 N

8、ADPNADP+ +为辅酶的脱氢酶类为辅酶的脱氢酶类 NADNAD+ + 、 NADPNADP+ + 递氢体递氢体 （2 2）黄素蛋白）黄素蛋白 FMN FMN 、FAD FAD 递氢体递氢体 （3 3）泛醌（辅酶）泛醌（辅酶Q Q） 递氢体递氢体（4 4）铁硫蛋白）铁硫蛋白 单电子传递体单电子传递体（5 5）细胞色素体系）细胞色素体系 单电子传递体单电子传递体（一）呼吸链的组成（一）呼吸链的组成长沙医学院生化教研室2. 四种具有传递电子功能的酶复合体四种具有传递电子功能的酶复合体(complex) * * 泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。均不包含在上述四种复合体中。人

9、线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体复复合合体体酶酶名名称称复复合合体体复复合合体体复复合合体体复复合合体体NADH-泛泛醌醌还还原原酶酶琥琥珀珀酸酸-泛泛醌醌还还原原酶酶泛泛醌醌-细细胞胞色色素素C还还原原酶酶细细胞胞色色素素c氧氧化化酶酶辅辅基基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁铁卟卟啉啉，Fe-S 铁铁卟卟啉啉，Cu 多多肽肽链链数数394 1013 复复合合体体酶酶名名称称复复合合体体复复合合体体复复合合体体复复合合体体NADH-泛泛醌醌还还原原酶酶琥琥珀珀酸酸-泛泛醌醌还还原原酶酶泛泛醌醌-细细胞胞色色素素C还还原原酶酶细细胞胞色色素素c氧氧化化酶酶辅辅基基FMN，Fe-S F

10、AD，Fe-S 铁铁卟卟啉啉，Fe-S 铁铁卟卟啉啉，Cu 多多肽肽链链数数394 1013 长沙医学院生化教研室长沙医学院生化教研室呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置胞液侧胞液侧基质侧基质侧长沙医学院生化教研室1. 1. 复合体复合体: NADH-: NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶u 功能功能: 将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌 复合体复合体NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 四种复合体及其之间的电子传递四种复合体及其之间的电子传递长沙医学院生化教研室尼克酰胺核苷酸的作用原理尼克

11、酰胺核苷酸的作用原理RHCONH2N+CRHHCONH2N+ + H H + + e e + + H H+ + + H H+ +NAD(P)+ NAD(P)H+H+2H+2H-2H-2H2H2HH HH He eH H+ +H H长沙医学院生化教研室FMN结构中含核黄素，发挥功能的结构中含核黄素，发挥功能的部位是部位是异咯嗪环异咯嗪环，属双电子传递体。，属双电子传递体。FAD/FMN FADH2/FMNH2+2H+2H-2H-2H长沙医学院生化教研室FeSSSFeFeFeSSCSSCC铁硫簇铁硫簇(Fe4S4)功能：单电子传递体功能：单电子传递体 Fe3+e-eFe2+铁硫蛋白铁硫蛋白铁硫蛋白

12、中辅基铁硫簇铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。反应传递电子。长沙医学院生化教研室长沙医学院生化教研室泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q, CoQ）在各复合体间募集并）在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子，在电子传递和质子穿梭传递还原当量和电子，在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。移动的偶联中起着核心作用。泛醌泛醌CoQ CoQH2+2H+2H-2H-2H长沙医学院生化教研室 复合体复合体电子传递：电子传递： NADH FMN Fe-S CoQ复合体复合体的功能的功能 NADH+H+

13、NAD+ FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2NADH+H+ NAD+ FMN（Fe-S） FMNH2（Fe-S）QQH2长沙医学院生化教研室2. 2. 复合体复合体: : 琥珀酸琥珀酸- -泛醌还原酶泛醌还原酶u 功能功能 将电子从琥珀酸传递给泛醌将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQ Fe-S1; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 长沙医学院生化教研室电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸FADFe-SCoQ长沙医学院生化教研室3. 3. 复合体复合体: : 泛醌泛醌- -细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶 u 功能：将电子从泛醌传递给细

14、胞色素功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c 复合体复合体QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1长沙医学院生化教研室细细 胞胞 色色 素（素（CytCyt）细胞色素是一类以细胞色素是一类以铁卟啉铁卟啉为辅基的催化电子为辅基的催化电子传递的酶类。传递的酶类。长沙医学院生化教研室Cytaa3（细胞色素氧化酶）：（细胞色素氧化酶）： Cyta 与与 Cyta3 结合紧密，很难分开，故将结合紧密，很难分开，故将Cyta 和和 Cyta3 合称合称 Cytaa3。Cytaa3 可以直接将电可以直接将电子传递给氧，使氧被激活为氧离子，故亦称为子传递给氧，使氧被激活为氧离子，故亦称为细胞细

15、胞色素氧化酶。色素氧化酶。3030多种多种a a组：组：a、a1、a2、 a3 b b组：组：b、b17、P450 c c组组：c、c1、c2、 c3 根据细胞色素吸收光谱不同而分类：根据细胞色素吸收光谱不同而分类：长沙医学院生化教研室 Cyt Cyt在呼吸链中的作用：在呼吸链中的作用：2Cyt-Fe3+2e 2Cyt-Fe2+ 2Cytaa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2- 长沙医学院生化教研室电子传递过程：电子传递过程：CoQH2Cyt bCytc1Cytc长沙医学院生化教研室4. 4. 复合体复合体: : 细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶u 功能：将电子从细

16、胞色素功能：将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 长沙医学院生化教研室 电子传递：电子传递：Cyt cCuACyt aa3CuBO2长沙医学院生化教研室标准氧化还原电位标准氧化还原电位拆开和重组拆开和重组特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧（二）（二）呼吸链成分的排列呼吸链成分的排列 由以下实验确定由以下实验确定: : 呼吸链中氢和电子的传递顺序和方向主要是呼吸链中氢和电子的传递顺序和方向主要是根据各种递氢体和递电子体的标准氧化还原电位根据各种递氢体和递电子体的标准氧化还原电位数值而确定的（数值而确定

17、的（电子总是从低氧化还原电位向高电子总是从低氧化还原电位向高氧化还原电位流动氧化还原电位流动）。长沙医学院生化教研室呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位氧化还原对氧化还原对E0(V)氧化还原对氧化还原对E0(V)NAD+ /NADN+H+0.32Cyt c1 Fe3+ /Fe2+0.22FMN /FMNH20.219Cyt c Fe3+ /Fe2+0.254FAD /FADH20.219Cyt a Fe3+ /Fe2+0.29Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+0.05(0.10) Cyt a3 Fe3+ /Fe2+0.35Q/QH20.061/

18、2O2 /H2O0.816u 氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列。的顺序排列。长沙医学院生化教研室体内重要的两条呼吸链体内重要的两条呼吸链1. NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH FMN (Fe-S)CoQ Cyt b Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O22. 琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸 FAD (Fe-S) CoQ Cyt b Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2长沙医学院生化教研室 SH2 NAD+ FMNH2 CoQ 2Cyt-Fe2+ 1/2O2 （Fe-S） S NADH FMN CoQH2 2

19、Cyt-Fe3+ O2- （Fe-S） 琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸 FAD （Fe-S） FADH2 （Fe-S）(b、 c1、 c 、 aa3)H2O水如何生成水如何生成?长沙医学院生化教研室u 第一条链与第二条链的差别是什么第一条链与第二条链的差别是什么? ?第二条链不需经过第二条链不需经过NADNAD+ +这一环节。这一环节。u 只要在线粒体中，代谢物经呼吸链脱氢会生成只要在线粒体中，代谢物经呼吸链脱氢会生成H H2 2O O。怎样确定是由第一条链产生还是第二条链产生？怎样确定是由第一条链产生还是第二条链产生？ 看辅酶是什么。以看辅酶是什么。以FADFAD为辅酶的不需氧脱氢酶为辅酶的不

20、需氧脱氢酶只有三种：只有三种：琥珀酸脱氢酶，脂酰琥珀酸脱氢酶，脂酰CoACoA脱氢酶，脱氢酶，- -磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶（指线粒体中，若在胞液中则以（指线粒体中，若在胞液中则以NADNAD+为辅酶）。其余都是以为辅酶）。其余都是以NADNAD+为辅酶。为辅酶。1. 1.呼吸链及其组成呼吸链及其组成? 2.? 2.H2O是怎么形成的？是怎么形成的？长沙医学院生化教研室第二节第二节 氧化磷酸化氧化磷酸化长沙医学院生化教研室ATPATP的生成有两种方式：的生成有两种方式： 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 氧化磷酸化（最主要）氧化磷酸化（最主要） ATPATP是最主要的直接供能物质；是最主要的直

21、接供能物质；可用可用A AP PP PP P表示末端有表示末端有2 2个高能磷酸键。个高能磷酸键。长沙医学院生化教研室（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) (substrate level phosphorylation) 胞液，线粒体胞液，线粒体 底物分子内部能量重新分布，生成高能底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使键，使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的过程。（不经的过程。（不经电子传递）电子传递）1. 1. 定义：定义：2. 2. 反应部位：反应部位：长沙医学院生化教研室3. 3.以底物水平磷酸化生成

22、以底物水平磷酸化生成ATPATP的三种物质：的三种物质： 1,3-1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸，琥珀酰二磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸，琥珀酰C CO OA A1 1，3- 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 + ADP+ ADPATP + 3-ATP + 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP+ ADPATP + ATP + 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸琥珀酰琥珀酰C CO OA + GDPA + GDPGTP + GTP + 琥珀酸琥珀酸高能化合物高能化合物长沙医学院生化教研室 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶HOHOOCCHCH2OPOOHOH 3-磷酸甘油酸磷酸

23、甘油酸这是糖酵解这是糖酵解 中第一次中第一次 底物水平底物水平 磷酸化反应磷酸化反应ADPATPOHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 (1,3-DPG)OPO 3 2-长沙医学院生化教研室ADPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶 (MgMg2+2+, K, K+ + ) )磷酸烯醇式磷酸烯醇式 丙酮酸丙酮酸O-HOOCCCH2P+OOHOH 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸COOHOHCH2C糖酵解中第二次底物糖酵解中第二次底物 水平磷酸化反应水平磷酸化反应长沙医学院生化教研室琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶OCOOHCH2CH2SCoAC琥珀酰琥珀酰CoACoAGDP+PiGD

24、P+PiGTPGTPATPATPADPADPCOOHCH2CH2COOH琥珀酸琥珀酸 HSCoAHSCoA 琥珀酰琥珀酰CoA + GDP +PiCoA + GDP +Pi 琥珀酸琥珀酸+ GTP + CoA-SH+ GTP + CoA-SH长沙医学院生化教研室1 1分子底物生成分子底物生成1 1分子分子ATPATP；有氧无氧条件下都能进行；有氧无氧条件下都能进行；生理意义：在无氧条件下给机体提供生理意义：在无氧条件下给机体提供能量（与呼吸链无关）。能量（与呼吸链无关）。4. 4. 特点：特点：长沙医学院生化教研室 （二）氧化磷酸化（二）氧化磷酸化(oxidative phosphorylat

25、ion)(oxidative phosphorylation) 在呼吸链电子传递过程中偶联在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化磷酸化生成生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。 能量的主要来源能量的主要来源线粒体线粒体1. 1. 定义：定义：2. 2. 反应部位：反应部位：呼呼 吸吸 链链AH2 2H(2H+2e)A能量能量ADP+PiATPO21 2氧化氧化磷酸化磷酸化偶偶联联H2O长沙医学院生化教研室3. 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位 根据根据P/O比值比值 自由能变化自由能变化: G=-nFE 长沙医学院生化教研室从从P/O值值可了解物质氧化时每消耗可了解物质氧化时每消

26、耗1 1摩尔摩尔氧原子所产生的氧原子所产生的ATP摩尔数。摩尔数。P/O比值比值: :指氧化磷酸化过程中，每消耗指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔摩尔O2所生成所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。分子数）。 长沙医学院生化教研室离体线粒体实验中测得一些底物的离体线粒体实验中测得一些底物的P/OP/O值值底物底物 呼吸链的组成呼吸链的组成 P/OP/O值值 生成生成ATPATP数数1.1.-羟丁酸羟丁酸 NADNAD+ +FMNCoQCytOFMNCoQCytO2 2 2.42.42.8 2.8 3 3琥珀

27、酸琥珀酸 FADCoQCytOFADCoQCytO2 2 1.7 1.7 2 2抗坏血酸抗坏血酸 CytcCytaaCytcCytaa3 3OO2 2 0.88 0.88 1 1Cytc(FeCytc(Fe2+2+) ) CytaaCytaa3 3OO2 2 0.61 0.610.68 0.68 1 12.3.4.比较比较1 1、2 2，第一个偶联部位，第一个偶联部位 NADNAD+ + CoQ CoQ 之间之间比较比较2 2、3 3，第二个偶联部位，第二个偶联部位 CoQCoQ Cytc Cytc 之间之间比较比较3 3、4 4，第三个偶联部位，第三个偶联部位 CytaaCytaa3 3 O

28、 O2 2 之间之间长沙医学院生化教研室ATPATP ATP氧化磷酸化偶联部位：氧化磷酸化偶联部位：NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2复合体复合体、长沙医学院生化教研室NADHNADH氧化呼吸链，每氧化呼吸链，每2H2H通过此呼吸链可通过此呼吸链可生成生成2.52.5分子分子ATPATP琥珀酸琥珀酸氧化呼吸链，每氧化呼吸链，每2H2H通过此呼吸链可通过此呼吸链可生成生成1.51.5分子分子ATPATP在线粒体内脱氢时，在线粒体内脱氢时，长沙医学院生化教研室( (三三) ) 氧化磷酸化偶联机制氧化磷酸化偶联机制1. 1.

29、化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)(chemiosmotic hypothesis)电子经呼吸链传递时，可将质子电子经呼吸链传递时，可将质子(H+)从线粒从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。长沙医学院生化教研室线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 电子传递给氧释出的能量推动质子泵；电子传递给氧

30、释出的能量推动质子泵；将将H H+ +泵至內膜胞液侧，形成泵至內膜胞液侧，形成化学梯度化学梯度（势能）；（势能）；当当H H+ +顺梯度回到基质侧时，释出的能量使顺梯度回到基质侧时，释出的能量使ADPADP磷磷酸化为酸化为ATPATP。递氢体和递电子体交替排列，形成递氢体和递电子体交替排列，形成三个三个质子泵；质子泵；要点：要点：长沙医学院生化教研室ATP合酶结构模式图合酶结构模式图基质侧基质侧胞液侧胞液侧线粒体线粒体内膜内膜F FF F0 0当当H+回流时，回流时，亚基亚基发生旋转，发生旋转，3个个亚基亚基的构象改的构象改变，释放能量，使变，释放能量，使ADP生成生成ATP。 F1 F F1

31、 1：亲水部分，亲水部分，催化催化ATPATP合成合成。 F F0 0：疏水部分，形：疏水部分，形成成跨内膜质子通道跨内膜质子通道 。2. ATP2. ATP合酶利用能量催化合酶利用能量催化ATPATP的合成的合成寡霉素敏寡霉素敏感蛋白感蛋白长沙医学院生化教研室 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 长沙医学院生化教研室（四）高能化合物的储存和利用（四）高能化合物的

32、储存和利用高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol21KJ/mol的磷酸的磷酸酯键，常表示为酯键，常表示为 P P。高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物，如含有高能磷酸键的化合物，如ATPATP、磷、磷酸肌酸等。酸肌酸等。 长沙医学院生化教研室长沙医学院生化教研室 ATP ATP的生成和利用的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 机械能机械能( (肌肉收缩肌肉收缩) )渗透能渗透能( (物质主动转运物质主动转运) ) 化学能化学能( (合成代谢合成代谢) )电能电能( (生物电

33、生物电) )热能热能( (维持体温维持体温) )生物体内能量的储存和利生物体内能量的储存和利用都以用都以ATP为中心。为中心。长沙医学院生化教研室 1. 1. ATPATP是直接能源是直接能源 A AP PP PP P 多数多数 ATP ADP+PiATP ADP+Pi 少数少数 ATP AMP+PPi ATP AMP+PPi 2. 2. 其它核苷三磷酸为直接能源的情况其它核苷三磷酸为直接能源的情况 ATP+UDP ADP+ATP+UDP ADP+UTPUTP ( (糖原合成糖原合成) ) ATP+CDP ADP+ ATP+CDP ADP+CTP CTP ( (磷脂合成磷脂合成) ) ATP+

34、GDP ADP+ ATP+GDP ADP+GTP GTP ( (蛋白质合成蛋白质合成) )长沙医学院生化教研室 磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。长沙医学院生化教研室第三节第三节 氧化磷酸化的影响因素氧化磷酸化的影响因素长沙医学院生化教研室一、一、ADP/ATPADP/ATP比值的调节比值的调节( (最主要最主要) )ADP/ATPADP/ATP：ADP/ATPADP/ATP：H H2 2O + NADO + NAD+ +NADH + HNADH + H+ + + + O O2 21 2ADP+PiADP+PiATPAT

35、P氧化磷酸化氧化磷酸化抑制氧化磷酸化，抑制氧化磷酸化，ATPATP生成生成促进氧化磷酸化，促进氧化磷酸化，ATPATP生成生成长沙医学院生化教研室1. 呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。阻断呼吸链中某些部位电子传递。2. 解偶联剂解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白如：解偶联蛋白 3. ATP合酶抑制剂合酶抑制剂 对电子传递及对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素如：寡霉素(F0蛋白蛋白)二、抑制剂二、抑制剂长沙医学院生化教研室鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A

36、二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S1. 呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂长沙医学院生化教研室基本作用机制是基本作用机制是破坏破坏电子传递过程建立的跨电子传递过程建立的跨内膜的内膜的质子电化学梯度质子电化学梯度，使电化学梯度储存的，使电化学梯度储存的能能量以热能形式释放量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。的生成受到抑制。 如：二硝基苯酚如：二硝基苯酚(DNP) ；解偶联蛋白；解偶联蛋白(UCP1)2. 2. 解偶联剂：解偶联剂：使氧化与磷酸化偶联过程脱离使氧化与磷酸化偶联过程脱离长沙医学院生化教研室解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）Cy

37、t cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能ADP+Pi ATP 长沙医学院生化教研室 寡霉素：寡霉素： 寡霉素寡霉素ATPATP合酶结构模式图合酶结构模式图 可阻止质子可阻止质子从从F0质子通道质子通道回流，抑制回流，抑制ATP生成。生成。3. ATP合酶抑制剂：合酶抑制剂：长沙医学院生化教研室Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。酶和解偶联蛋白基因表达均增加。三、甲状腺激素三、甲状腺激素甲状腺素甲状腺素Na+，K+ATP酶酶 （钠甲泵）（钠甲泵）ATP分解分解进入线粒体进入线粒体ADP氧化磷酸化氧化磷酸化ATPATP合成合成产热量产热量例：甲状腺机能亢进（甲

38、亢）例：甲状腺机能亢进（甲亢）长沙医学院生化教研室五、通过线粒体内膜的物质转运五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter) 对各种物质的转运。对各种物质的转运。线粒体外膜孔线粒体外膜孔蛋白，蛋白，10kDa的物质通过的物质通过长沙医学院生化教研室胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。 - -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨

39、酸穿梭n 转运机制（转运机制（2种）：种）：长沙医学院生化教研室 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH1. - -磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制( (脑、骨骼肌脑、骨骼肌, ,生成生成1.5ATP) )长沙医学院生化教研室NADH +H+ NAD+ -OOC-CH2-C-COO-

40、O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH +H+ NAD+ 谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮酮 戊二酸转运体戊二酸转运体 -OOC-CH2-C-COO-OHH苹果酸苹果酸 -OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 线线粒粒体体内内膜膜 基质基质 呼吸链呼吸链 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2

41、-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H( (心肌心肌/ /肝脏肝脏, ,生成生成2.5ATP) )长沙医学院生化教研室两种两种穿梭系统的穿梭系统的比较比较-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭穿梭物质穿梭物质-磷酸甘油磷酸甘油 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮苹果酸、苹果酸、 谷氨酸谷氨酸天冬氨酸、天冬氨酸、-酮戊二酸酮戊二酸进入线粒进入线粒 体后转变体后转变 成的物质成的物质FADH2NADH+ H+进入进入 呼吸链呼吸链 琥珀酸琥珀酸 氧化呼吸链氧化呼吸链NADH NADH 氧化呼吸链氧化呼吸链生成生成ATPATP数数1.52.5存在组织存在组织脑、骨骼肌脑、骨骼肌肝脏和心肌组织肝脏和心肌组织相同点相同点