第06章 生物氧化

1、生物氧化生物氧化Yingzi Kang（康英姿）（康英姿）Dept. of Biochemistry, Tianjin Medical UniversityChapter 6生物氧化（生物氧化（biological oxidation） 物质在体内氧化成物质在体内氧化成COCO2 2，H H2 2O O，并释放出能量的，并释放出能量的过程。由于这一过程在细胞内进行，并消耗过程。由于这一过程在细胞内进行，并消耗氧产生二氧化碳，因此生物氧化又称组织呼氧产生二氧化碳，因此生物氧化又称组织呼吸或细胞呼吸（吸或细胞呼吸（tissue respiration or tissue respiration o

2、r cellular respirationcellular respiration）。）。 蛋白质、脂肪、糖等在体内氧化分解产生还蛋白质、脂肪、糖等在体内氧化分解产生还原当量，这些还原当量进入呼吸链，被氧化原当量，这些还原当量进入呼吸链，被氧化生成水，同时产生生成水，同时产生ATPATP。Chapter 6生物氧化的特点生物氧化的特点 生物氧化是在活细胞内、在体温、常压、近生物氧化是在活细胞内、在体温、常压、近于中性于中性pH 及有水环境介质中进行的，是在一及有水环境介质中进行的，是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进行的；行的； 生物氧化时，氧化

3、还原过程逐步进行，能量生物氧化时，氧化还原过程逐步进行，能量逐步释放，这样不会因为氧化过程中能量骤逐步释放，这样不会因为氧化过程中能量骤然释放而损害机体，同时使释放的能量得到然释放而损害机体，同时使释放的能量得到有效的利用；有效的利用；Chapter 6生物氧化的特点生物氧化的特点 生物氧化的主要方式是脱氢和电子转移的反生物氧化的主要方式是脱氢和电子转移的反应，脱下的氢最后与氧形成水。生物氧化过应，脱下的氢最后与氧形成水。生物氧化过程产生的能量通常都先贮存在一些特殊的高程产生的能量通常都先贮存在一些特殊的高能化合物中，主要是腺苷三磷酸，即能化合物中，主要是腺苷三磷酸，即ATP，然后通过然后通过

4、ATP 再供给机体的需能反应，因此再供给机体的需能反应，因此ATP 相当于生物体内的能量相当于生物体内的能量“转运站转运站”，是，是能量的能量的“流通货币流通货币”。而体外燃烧条件剧烈，。而体外燃烧条件剧烈，有机物在体外燃烧需要高温及干燥条件；燃有机物在体外燃烧需要高温及干燥条件；燃烧时，能量突然释放，产生大量的光和热，烧时，能量突然释放，产生大量的光和热，散失于环境中，同时引起高温。散失于环境中，同时引起高温。Chapter 6生物氧化的方式和酶生物氧化的方式和酶 生物氧化中生物氧化中CO2的生成方式：的生成方式： 单纯脱羧与氧化脱羧单纯脱羧与氧化脱羧 脱羧与脱羧脱羧与脱羧 生物氧化中物质的

5、氧化方式：生物氧化中物质的氧化方式： 脱电子脱电子 脱氢脱氢 加氧加氧 催化氧化还原反应的酶类：催化氧化还原反应的酶类： 氧化酶氧化酶 不需氧脱氢酶不需氧脱氢酶 其它酶类其它酶类Chapter 6Chapter 6高能磷酸化合物高能磷酸化合物 磷酸磷酸化合物在生物机体的能量转换过程中起化合物在生物机体的能量转换过程中起着重要作用。在机体内有许多磷酸化合物，着重要作用。在机体内有许多磷酸化合物，其磷酸键中贮存大量的能，这种能量称为其磷酸键中贮存大量的能，这种能量称为磷磷酸键能酸键能。 在在生物化学中所说的生物化学中所说的“高能键高能键”和物理化学和物理化学中的中的“高能键高能键”的含意是根本不同

6、的。物理的含意是根本不同的。物理化学中的高能键是指该键很稳定，要使其断化学中的高能键是指该键很稳定，要使其断裂则需大量的能量。而生物化学中的裂则需大量的能量。而生物化学中的“高能高能键键”指的是随着水解反应或基团转移反应可指的是随着水解反应或基团转移反应可放出大量自由能的键，此处高能键是不稳定放出大量自由能的键，此处高能键是不稳定的键，如具有高的磷酸基团转移势能或水解的键，如具有高的磷酸基团转移势能或水解时释放较多自由能的磷酸酐键或硫酸键。时释放较多自由能的磷酸酐键或硫酸键。Chapter 6高能磷酸键的类型高能磷酸键的类型 磷氧键型磷氧键型 焦磷酸化合物焦磷酸化合物 烯醇式磷酸化合物烯醇式磷

7、酸化合物 酰基式磷酸化合物：酰基式磷酸化合物：1,3二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 氮磷键型：磷酸肌醇、磷酸精氨酸氮磷键型：磷酸肌醇、磷酸精氨酸 硫酯键型：酰基硫酯键型：酰基CoA 甲硫键型：甲硫键型：S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸Chapter 6能量转移、储存及利用能量转移、储存及利用 有些合成反应不一定都直接利用有些合成反应不一定都直接利用ATP ATP 供能，供能，而可以用其他三磷酸核苷。如而可以用其他三磷酸核苷。如UTPUTP用于多糖合用于多糖合成、成、CTP CTP 用于磷脂合成、用于磷脂合成、GTP GTP 用于蛋白质合用于蛋白质合成等。但物质氧化时释放的能量通常是必须成等。但物质氧化时释放

8、的能量通常是必须先合成先合成ATPATP，然后，然后ATP ATP 可使可使UDPUDP、CDP CDP 或或GDP GDP 生成相应的生成相应的UTPUTP、CTP CTP 或或GTPGTP，而，而ATP ATP 又转化又转化为为ADPADP。Chapter 6 一般将含有一般将含有20.9 kJ/mol 20.9 kJ/mol 以上能量的磷酸化合物称为以上能量的磷酸化合物称为高能磷酸化合物，含有高能的键称为高能键。高能键高能磷酸化合物，含有高能的键称为高能键。高能键常以常以“”符号表示。符号表示。Chapter 6呼吸链呼吸链 在线粒体内膜上，存在着多种递氢体和电子在线粒体内膜上，存在着多

9、种递氢体和电子传递体，它们按一定顺序排列，可以把代谢传递体，它们按一定顺序排列，可以把代谢物脱下的物脱下的H H传递给氧生成水，同时伴随着传递给氧生成水，同时伴随着ATPATP的生成。的生成。 其中起电子传递的酶或者辅酶称为递氢体或其中起电子传递的酶或者辅酶称为递氢体或递电子体，它们按照一定的顺序排列在线粒递电子体，它们按照一定的顺序排列在线粒体膜上称为电子传递链（体膜上称为电子传递链（electron transfer chain）。上述体系与细胞摄取氧的呼吸过程）。上述体系与细胞摄取氧的呼吸过程有关，又称为呼吸链（有关，又称为呼吸链（respiratory chain）：）：Chapter

10、 6呼吸链模型呼吸链模型Chapter 6呼吸链的主要成分呼吸链的主要成分 电子传递链主要由下列五类电子传递体组成，电子传递链主要由下列五类电子传递体组成，它们是：它们是： 烟酰胺脱氢酶类、烟酰胺脱氢酶类、 黄素脱氢酶类、黄素脱氢酶类、 铁硫蛋白类、铁硫蛋白类、 细胞色素类、细胞色素类、 辅酶辅酶Q Q（又称泛醌）（又称泛醌） 它们都是疏水性分子。除脂溶性辅酶它们都是疏水性分子。除脂溶性辅酶Q Q 外，外，其他组分都是结合蛋白质，通过其辅基的可其他组分都是结合蛋白质，通过其辅基的可逆氧化还原传递电子。逆氧化还原传递电子。Chapter 6烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类 烟酰胺脱氢酶类（烟酰胺脱氢

11、酶类（nicotinamine dehydrogenasesnicotinamine dehydrogenases）以以NAD+NAD+和和NADP+NADP+为辅酶，现已知在代谢中这类酶有为辅酶，现已知在代谢中这类酶有200 200 多种。多种。 这类酶催化脱氢时，其辅酶这类酶催化脱氢时，其辅酶NAD+NAD+或或NADP+NADP+先和酶的活先和酶的活性中心结合，然后再脱下来。它与代谢物脱下的氢结性中心结合，然后再脱下来。它与代谢物脱下的氢结合而还原成合而还原成NADH NADH 或或NADPHNADPH。当有受氢体存在时，。当有受氢体存在时，NADH NADH 或或NADPH NADPH

12、 上的氢可被脱下而氧化为上的氢可被脱下而氧化为NAD+NAD+或或NADP+NADP+。 其递氢机制是：当其接受代谢物脱下的一对氢原子时，其递氢机制是：当其接受代谢物脱下的一对氢原子时，就由氧化型（就由氧化型（NAD+NAD+或或NADP+NADP+）变为还原型（）变为还原型（NADHNADHH+H+或或NADPHNADPHH+H+），吡啶环接受一个氢原子和一个电子），吡啶环接受一个氢原子和一个电子后，氮原子就由五价变成三价，而后，氮原子就由五价变成三价，而H+H+则游离于介质中。则游离于介质中。这种转移是可逆的。这种转移是可逆的。Chapter 6Chapter 6黄素脱氢酶类黄素脱氢酶类

13、黄素脱氢酶类（黄素脱氢酶类（flavin dehydrogenasesflavin dehydrogenases）是以）是以FMN FMN 或或FAD FAD 作为辅基。作为辅基。 FMN FMN 或或FAD FAD 与酶蛋白结合是较牢固的。这些酶所催化与酶蛋白结合是较牢固的。这些酶所催化的反应是将底物脱下的一对氢原子直接传递给的反应是将底物脱下的一对氢原子直接传递给FMNFMN或或FAD FAD 而形成而形成FMNH2 FMNH2 或或FADH2FADH2。 其传递氢的机制是其传递氢的机制是FMN FMN 或或FAD FAD 的异咯嗪环上第的异咯嗪环上第1 1位及位及第第1010位两个氮原子

14、能反复地进行加氢和脱氢反应，因位两个氮原子能反复地进行加氢和脱氢反应，因此此FMNFMN、FAD FAD 同同NAD+NAD+、NADP+NADP+的作用一样，也是递氢体。的作用一样，也是递氢体。Chapter 6硫铁蛋白类（硫铁蛋白类（Fe-SFe-S） 铁硫蛋白类（铁硫蛋白类（iron-sulfur proteinsiron-sulfur proteins）的分子中含非）的分子中含非卟啉铁与对酸不稳定的硫（酸化时放出硫化氢、也除卟啉铁与对酸不稳定的硫（酸化时放出硫化氢、也除去铁），二者成等量关系，排列成硫桥，然后再与蛋去铁），二者成等量关系，排列成硫桥，然后再与蛋白质中的半胱氨酸连接。白质

15、中的半胱氨酸连接。 因其活性部分含有两个活泼的硫和两个铁原子，故称因其活性部分含有两个活泼的硫和两个铁原子，故称为铁硫中心，又称作铁硫桥。为铁硫中心，又称作铁硫桥。 铁硫蛋白在线粒体内膜上与黄素酶或细胞色素形成复铁硫蛋白在线粒体内膜上与黄素酶或细胞色素形成复合物，它们的功能是以铁的可逆氧化原传递电子化态合物，它们的功能是以铁的可逆氧化原传递电子化态三价铁形式是红色或绿色，还原态颜色消退，因此铁三价铁形式是红色或绿色，还原态颜色消退，因此铁硫蛋白是单电子传递体。在从硫蛋白是单电子传递体。在从NADH NADH 到氧的呼吸链中，到氧的呼吸链中，有多个不同的铁硫中心，有的在有多个不同的铁硫中心，有的

16、在NADH NADH 脱氢酶中，有脱氢酶中，有的与细胞色素的与细胞色素b b 及及c c有关。有关。 另外，铁硫蛋白在叶绿体中也参与光合作用中的电子另外，铁硫蛋白在叶绿体中也参与光合作用中的电子传递过程。传递过程。Chapter 6铁硫蛋白铁硫蛋白 它主要以它主要以 (2Fe-2S) (2Fe-2S) 或或 (4Fe-4S) (4Fe-4S) 形式存在形式存在. .铁硫蛋铁硫蛋白通过白通过FeFe3+3+ Fe Fe2+2+ 变化起传递电子的作用变化起传递电子的作用Chapter 6辅酶辅酶QQ 辅酶辅酶Q Q（coenzyme Qcoenzyme Q，简称，简称CoQCoQ）是一类脂溶性的化

17、合）是一类脂溶性的化合物，因广泛存在于生物界，故又名泛醌物，因广泛存在于生物界，故又名泛醌（ubiquinoneubiquinone）。其分子中的苯醌结构能可逆地加氢）。其分子中的苯醌结构能可逆地加氢和脱氢，故和脱氢，故CoQCoQ 也属于递氢体。也属于递氢体。 它的结构和传递氢机制可参看第四章中的维生素和辅它的结构和传递氢机制可参看第四章中的维生素和辅酶内容，不同来源的辅酶酶内容，不同来源的辅酶Q Q 的侧链长度是不同的。的侧链长度是不同的。 某些微生物线粒体中的辅酶某些微生物线粒体中的辅酶Q Q含有含有6 6个异戊二烯单位个异戊二烯单位（CoQ6CoQ6）；）； 动物细胞线粒体中的辅酶动物

18、细胞线粒体中的辅酶Q Q含有含有1010个异戊二烯单位个异戊二烯单位（CoQ10CoQ10）。）。 另外，植物细胞中的质体醌在光合作用的电子传递中另外，植物细胞中的质体醌在光合作用的电子传递中起着类似的作用起着类似的作用Chapter 6细胞色素体系细胞色素体系 细胞色素细胞色素（cytochromescytochromes, or , or cellular pigmentscellular pigments）是一）是一类以铁卟啉衍生物为辅类以铁卟啉衍生物为辅基的结合蛋白质，因有基的结合蛋白质，因有颜色，所以称为细胞色颜色，所以称为细胞色素（素（CytCyt-Fe-Fe）。）。 细胞色素的种

19、类较多，细胞色素的种类较多，已经发现存在于高等动已经发现存在于高等动物线粒体电子传递链中物线粒体电子传递链中的细胞色素有的细胞色素有b b、c1c1、c c、a a 和和a3a3。Chapter 6细胞色素蛋白细胞色素蛋白 细胞色素细胞色素c c 为线粒体内膜外侧的外周蛋白，为线粒体内膜外侧的外周蛋白，其余的均为内膜的整合蛋白。细胞色素其余的均为内膜的整合蛋白。细胞色素c c 容容易从线粒体内膜上溶解出来。不同种类的细易从线粒体内膜上溶解出来。不同种类的细胞色素的辅基结构与蛋白质的连接方式是不胞色素的辅基结构与蛋白质的连接方式是不同的。细胞色素中的辅基与酶蛋白的关系以同的。细胞色素中的辅基与酶

20、蛋白的关系以细胞色素细胞色素c c 研究得最清楚。研究得最清楚。 典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的排列顺典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的排列顺序依次是：序依次是：bc1caa3Obc1caa3O2 2，其中仅最后，其中仅最后一个一个aa3 aa3 可被分子氧直接氧化，但现在还不可被分子氧直接氧化，但现在还不能把能把a a和和a3 a3 分开，故把分开，故把a a和和a3 a3 合称为细胞色合称为细胞色素氧化酶，由于它是有氧条件下电子传递链素氧化酶，由于它是有氧条件下电子传递链中最末端的载体，故又称末端氧化酶中最末端的载体，故又称末端氧化酶（terminal oxidaseterminal ox

21、idase）。）。Chapter 6细胞色素蛋白细胞色素蛋白 细胞色素辅基中的铁能可逆地进行氧化还原细胞色素辅基中的铁能可逆地进行氧化还原反应，反应，Fe3+Fe3+得到电子被还原成得到电子被还原成Fe2+Fe2+，Fe2+Fe2+给给出电子被氧化成出电子被氧化成Fe3+Fe3+，所以细胞色素在电子，所以细胞色素在电子传递中起着载体的作用，是单电子传递体。传递中起着载体的作用，是单电子传递体。 当辅酶当辅酶Q Q（还原态）被氧化时，细胞色素就被（还原态）被氧化时，细胞色素就被还原。一个还原态的泛醌分子能给出两个电还原。一个还原态的泛醌分子能给出两个电子而与两分子的细胞色素作用，生成的两个子而与

22、两分子的细胞色素作用，生成的两个质子释放到介质中，最后把电子传递给氧，质子释放到介质中，最后把电子传递给氧，使氧变为氧离子（使氧变为氧离子（O O2 2）。氧离子的活性较强，）。氧离子的活性较强，可以和介质中的可以和介质中的2H+2H+结合成水。结合成水。Chapter 6细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶Chapter 6呼吸链及其氧化还原电位呼吸链及其氧化还原电位Chapter 6Chapter 6呼吸链复合体呼吸链复合体 呼吸链中的各种递氢体和递电子体多数是紧密地镶嵌呼吸链中的各种递氢体和递电子体多数是紧密地镶嵌在线粒体内膜中，成为内膜结构的组成成分。在线粒体内膜中，成为内膜结构的组成成分。

23、温和处理线粒体内膜，可以得到温和处理线粒体内膜，可以得到4 4种仍具传递电子功种仍具传递电子功能的复合体能的复合体-复合体复合体酶名称酶名称多肽链数多肽链数辅基辅基-I NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶 39FMN，Fe-SII 琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶 4FAD，Fe-SIII 泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C 还原酶还原酶 10铁卟啉，铁卟啉，Fe-SIV 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 13铁卟啉，铁卟啉，Cu2+-Chapter 6Chapter 6复合体复合体I I 亦称亦称NADHNADH脱氢酶复合体（脱氢酶复合体（NADH dehydrogenaseNADH dehydroge

24、nase complexcomplex） a.a.位置位置: : 内膜：内膜： b.b.结构结构: : 巨大复合物巨大复合物( (含黄素蛋白，硫铁蛋白含黄素蛋白，硫铁蛋白) ) c.c.功能：功能： 把把NADH+HNADH+H+ +脱下的氢及电子经过复合体脱下的氢及电子经过复合体I I中的中的FMNFMN、铁硫蛋白传递给辅酶铁硫蛋白传递给辅酶Q Q 质子转移：质子转移： 基质基质膜间隙膜间隙Chapter 6NADH NADH dehydrogenasedehydrogenase complex complexChapter 6复合体复合体II II 琥珀酸琥珀酸- -泛醌还原酶泛醌还原酶a

25、.a.功能：把电子从琥珀酸传递给泛醌功能：把电子从琥珀酸传递给泛醌b.b.组成：黄素蛋白（含组成：黄素蛋白（含FADFAD）、硫铁蛋白和细胞色素）、硫铁蛋白和细胞色素b560b560 辅酶辅酶Q Q为脂溶性，分子较小，且不与任何蛋白质结合，为脂溶性，分子较小，且不与任何蛋白质结合，在线粒体内膜不同组分间可以穿梭游动。在线粒体内膜不同组分间可以穿梭游动。 从复合体从复合体I I和复合体和复合体IIII接受氢接受氢 将质子转移到线粒体的膜间隙将质子转移到线粒体的膜间隙 将电子传递给复合体将电子传递给复合体IIIIIIChapter 6Chapter 6复合体复合体IIIIII 又称泛醌又称泛醌-

26、-细胞色素细胞色素C C 还原酶（还原酶（ubiquinone-ubiquinone-cytochrome reductasecytochrome reductase）a.a.组成：细胞色素组成：细胞色素b (562, 566)b (562, 566)、细胞色素、细胞色素C1C1、铁硫、铁硫蛋白以及其它多种蛋白质蛋白以及其它多种蛋白质b.b.功能：传递电子：从泛醌传递给细胞色素功能：传递电子：从泛醌传递给细胞色素C C 转移质子：线粒体基质转移到内膜外转移质子：线粒体基质转移到内膜外 细胞色素细胞色素C C分子量较小，与线粒体内膜结合疏松，是分子量较小，与线粒体内膜结合疏松，是除辅酶除辅酶Q

27、Q外另一个可在线粒体内膜外侧移动的递电子外另一个可在线粒体内膜外侧移动的递电子体，有利于将电子从复合体体，有利于将电子从复合体IIIIII传递到复合体传递到复合体IVIV。Chapter 6复合体复合体IVIV 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶a.a.组成：细胞色素组成：细胞色素a, a3a, a3b.b.功能：功能： 把电子从细胞色素把电子从细胞色素C C传递到氧传递到氧 代谢物氧化后脱下的质子及电子通过呼吸链传递到氧，代谢物氧化后脱下的质子及电子通过呼吸链传递到氧，活化了的氧和活化了的氢结合成水。活化了的氧和活化了的氢结合成水。Chapter 6Chapter 6呼吸链中电子传递链的排列顺序呼

28、吸链中电子传递链的排列顺序Chapter 6体内重要的呼吸链体内重要的呼吸链Chapter 6ATPATP的生成的生成 在机体能量代谢中，在机体能量代谢中，ATPATP几乎是组织细胞能直接利用几乎是组织细胞能直接利用的唯一的高能化合物。的唯一的高能化合物。 体内体内ATPATP的生成方式有两种：的生成方式有两种： 底物水平磷酸化（底物水平磷酸化（substrate level substrate level phosphorylationphosphorylation） 氧化磷酸化（氧化磷酸化（oxidative phosphorylationoxidative phosphorylation

29、） 糖酵解及三羧酸循环的某些反应步骤，由于脱氢或脱糖酵解及三羧酸循环的某些反应步骤，由于脱氢或脱水等作用，使代谢物分子内部能量重新分布而形成高水等作用，使代谢物分子内部能量重新分布而形成高能磷酸化合物，然后将高能键能转移给能磷酸化合物，然后将高能键能转移给ADPADP生成生成ATPATP的的反应称为反应称为底物水平磷酸化底物水平磷酸化。Chapter 6氧化磷酸化氧化磷酸化 又称电子传递水平磷酸化，在生物氧化过程中，代谢又称电子传递水平磷酸化，在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水的同时，所释放出的物脱下的氢经呼吸链氧化生成水的同时，所释放出的能量用于能量用于ADPADP磷酸化生成

30、磷酸化生成ATPATP，这种氧化与磷酸化相偶，这种氧化与磷酸化相偶联的过程称为氧化磷酸化。联的过程称为氧化磷酸化。NADHFMNCoQbc1caa3O2PPP3ADP3ATPChapter 6P/O比值比值 将底物、将底物、ADP、H3PO4、Mg2+和分离得到的较完整的和分离得到的较完整的线粒体在模拟细胞内液的环境中与密闭小时内相互作线粒体在模拟细胞内液的环境中与密闭小时内相互作用。用。 反应体系在消耗氧的同时，消耗磷酸，测得氧和磷酸反应体系在消耗氧的同时，消耗磷酸，测得氧和磷酸的消耗量，即可计算出的消耗量，即可计算出P/O比值。比值。 P/O比值是物质氧化时，每消耗比值是物质氧化时，每消耗

31、1摩尔氧原子所消耗的摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。的摩尔数。 氧化磷酸化偶联部位即氧化磷酸化偶联部位即ATP的生成部位。的生成部位。Chapter 6氧化磷酸化偶联机制氧化磷酸化偶联机制 化学渗透学说（化学渗透学说（chemiosmoticchemiosmotic hypothesis hypothesis ） 线粒体内膜电子传递链构成线粒体内膜电子传递链构成3 3个氧化还原袢个氧化还原袢（redoxredox loop loop）：相当于质子泵（）：相当于质子泵（proton pumpproton pump） a. a. 第一袢：第一袢：NAD

32、HNADH提供提供1 1个个H H+ + 和和2 2个个e e，与基质内，与基质内H H+ + 共同使共同使FMNFMN还原成还原成FMNH2 FMNH2 内膜胞液侧释放内膜胞液侧释放2 2个个H H+ +，将将2 2个个e e 还原硫铁蛋白还原硫铁蛋白 b. b. 第二袢：第二袢：Fe-SFe-S释放释放2 2个个e e后自身重新氧化后自身重新氧化 2 2个个e + e + 基质内基质内2 2个个H H+ + 泛醌泛醌 QH2 QH2移动到内膜外侧移动到内膜外侧 释放释放2H2H+ +， 2e 2e 细胞色素细胞色素b bChapter 6氧化磷酸化偶联机制氧化磷酸化偶联机制 c. c. 第

33、三袢：第三袢：2e 2e （细胞色素（细胞色素b b） 泛醌泛醌 + + 基质内基质内2H2H+ + QH2 QH2 释放释放2H2H+ +至内膜胞液侧，电子由细胞至内膜胞液侧，电子由细胞色素色素 （Fe-S, c1, c, aa3Fe-S, c1, c, aa3） O O2 2 H H2 2O O 由于由于2H2H+ + 电化学梯度回流电化学梯度回流 完成完成ADPATPADPATP的生成的生成 化学偶联学说化学偶联学说 结构偶联学说结构偶联学说Chapter 6MH2MFMN2H+FeS2e2H+CoQ2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e O2O2-X-

34、+ IO-XHIOHH2OXIXIXI 头部头部ATP合酶合酶ADP +PiATP2H+X- +IO-H2OFADH2Fe-SChapter 6Chapter 6ATPATP合酶合酶 ATPATP合酶（合酶（ATP synthaseATP synthase） a.a.位置：内膜基质面和嵴的表面位置：内膜基质面和嵴的表面 b.b.组成：分离得到的酶由组成：分离得到的酶由F0F0和和F1F1两部分组成两部分组成; F1; F1分子分子量量371kD, 371kD, 含有含有9 9个亚基（个亚基（3,3,3,3,） c.c.功能部分：功能部分：催化部位（需要与：催化部位（需要与结合显示功能）结合显示

35、功能）：控制质子通过的阀门：控制质子通过的阀门：质子通道，与膜连接：质子通道，与膜连接：调节亚基：调节亚基 d.d.机理：质子回流时，由机理：质子回流时，由F1F1催化完成催化完成ADP ATPADP ATPChapter 6Chapter 6化学渗透学说化学渗透学说 氧化磷酸化作用的关键因素是质子（H+）梯度和完整的线粒体内膜。化学偶联学说化学偶联学说形成高能中间产物，促使ATP生成。结构偶联学说结构偶联学说Ared + Box 2eA*ox +BredA*ox + ADP +Pi Aox + ATPChapter 6Chapter 6Chapter 6设设A、B为呼吸链邻近的两个电子传递体

36、为呼吸链邻近的两个电子传递体AH2 + B + I AI + BH2 AI + X XI + AXI +Pi XP +IXP + ADP ATP + X（可进行下一轮传递（可进行下一轮传递)Chapter 6影响氧化磷酸化因素影响氧化磷酸化因素 1 1）ADPADP和和ATPATP的调节：主要受的调节：主要受ADPADP控制，控制，ADPADP ,ATP,ATP相反相反称为称为“呼吸控制呼吸控制” 2 2）甲状腺素：活化）甲状腺素：活化Na-K-ATPNa-K-ATP酶酶 ATP ATP 分解分解 3 3）抑制剂：）抑制剂： a. a. 解偶联剂：抑制解偶联剂：抑制ADPADP的磷酸化的磷酸化

37、, ,不影响电子传递。不影响电子传递。例：例：2 2，4-4-二硝基苯酚（脂溶二硝基苯酚（脂溶, ,结合结合HH破坏破坏H H梯度梯度） b.b.电子传递抑制剂：电子传递抑制剂：a) FMN CoQa) FMN CoQ: :阿米妥阿米妥, ,粉蝶霉素粉蝶霉素A,A,鱼藤酮鱼藤酮, ,异戊巴比妥异戊巴比妥b) b c1: b) b c1: 抗霉素抗霉素A, BALA, BALc) aa3 Oc) aa3 O2 2: CN-, N: CN-, N3 3-, CO, H-, CO, H2 2S SChapter 6ATPATP的储存和利用的储存和利用 1 1ATPATP：能量的直接来源：能量的直接来

38、源 2 2磷酸肌酸：能量的储存形式磷酸肌酸：能量的储存形式 3 3心肌能量的供应：线粒体丰富，可以直接利用心肌能量的供应：线粒体丰富，可以直接利用G G，FAFA和酮体和酮体 4 4其他高能磷酸键：其他高能磷酸键： UTPUTP糖原，糖原，CTPCTP磷脂磷脂 ，GTP GTP 蛋白合成蛋白合成三磷酸核苷酸的相互转化：三磷酸核苷酸的相互转化： NMP + ATP NDP NMP + ATP NDP + ATP NTP+ ATP NTP酶：酶： 特异性、非特异性激酶（核苷酸代谢）特异性、非特异性激酶（核苷酸代谢）Chapter 6胞液中胞液中NADHNADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化 所有催化氧化

39、磷酸化的酶均在线粒体内，胞液中生成所有催化氧化磷酸化的酶均在线粒体内，胞液中生成的的NADHNADH需先进入线粒体，才能进行氧化磷酸化。需先进入线粒体，才能进行氧化磷酸化。 NADHNADH不能自由穿越线粒体内膜。必须借助于转运机制不能自由穿越线粒体内膜。必须借助于转运机制 甘油甘油-磷酸穿梭作用（磷酸穿梭作用（glycerol-glycerol-phosphate -phosphate shuttleshuttle） 苹果酸苹果酸- -天冬氨酸转运天冬氨酸转运NADHNADH系统（系统（nalate-nalate-aspartateaspartate shuttle shuttle）Chap

40、ter 6NADH + H+NAD+二羟磷酸丙酮甘油-磷酸线粒体内膜甘油-磷酸FAD二羟磷酸丙酮FADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2甘油甘油- - -磷酸转运系统磷酸转运系统酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+苹果酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸链呼吸链苹果酸苹果酸- -天冬氨酸转运系统天冬氨酸转运系统Chapter 6 与与ATPATP合成无关，但具有重要生理功能合成无关，但具有重要生理功能 1.1.微粒体氧化体系微粒体氧化体系 主要在细胞的光滑内质网上进行。催化分子氧中主要在细胞的光滑内质网上进行。催化分子氧中二个氧原子分别进行不同的反应。一个二个氧原子分别进行不同的反应。一