生物氧化-2015春

1、内容提纲概述概述ATP的生成的生成和储存利用和储存利用线粒体氧化体系线粒体氧化体系l 呼吸链的组成及利用呼吸链的组成及利用l 体内重要的呼吸链体内重要的呼吸链l 胞浆中胞浆中NADH的氧化的氧化非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系2物质在生物体内进行氧化称物质在生物体内进行氧化称生物氧化生物氧化(biological oxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成时逐步释放能量，最终生成CO2 和和 H2O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u 生物氧化的概念生物

2、氧化的概念 第一节 概述3 生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化与体外氧化之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、脱氢、加氧、脱氢、脱电子脱电子，遵循氧化还原反应的一般规律。，遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所物质在体内外氧化时所消耗的氧量消耗的氧量、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。4生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化w在细胞内温和的水溶液环境中在细胞内温和的水溶液环境中（体温，（体温，pH接近中性），由一接近中性），由一系列酶的催化下逐步进行系列酶的催化下逐步进行w体外燃烧体外燃烧w能量逐步释放，有利于机体捕能量逐步释

3、放，有利于机体捕获能量，提高获能量，提高ATP生成的效率生成的效率w生物氧化中生成的生物氧化中生成的H2O由脱下的由脱下的氢与氧结合产生，氢与氧结合产生，CO2由有机酸由有机酸脱羧产生脱羧产生w能量是突然释放的。能量是突然释放的。 w产生的产生的CO2、H2O由物质由物质中的碳和氢直接与氧结中的碳和氢直接与氧结合生成。合生成。w速度受体内多种因素调控速度受体内多种因素调控w不受调节不受调节生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化与体外氧化之不同点5v 生物氧化过程中生物氧化过程中CO2的生成的生成（一）（一）a a- -单纯脱羧单纯脱羧氨基酸氨基酸脱羧酶脱羧酶RCHCOOHNH2a a-氨基酸氨基酸

4、RCH2NH2 + CO2胺胺6（二）（二）a a- -氧化脱羧氧化脱羧CH3CCOOHOCH3COSCoA +CO2丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶复合体复合体HSCoA NAD+NADH+H+v 生物氧化过程中生物氧化过程中CO2的生成的生成7（三）（三）b b- -单纯脱羧单纯脱羧+ CO2CH2COOHCOCOOHCH2COCOOHP磷酸烯醇式磷酸烯醇式 丙酮酸羧激酶丙酮酸羧激酶GTPGDPv 生物氧化过程中生物氧化过程中CO2的生成的生成8（四）（四）b b- -氧化脱羧氧化脱羧+CO2异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 NAD+NADH+H+CHOHCOOHCHCOOHCH2COOHCHOHCO

5、OHCH2CH2COOHv 生物氧化过程中生物氧化过程中CO2的生成的生成9第三节 ATP的生成和储存利用高能化合物高能化合物ATP的生成的生成高能化合物与能量的储存和利用高能化合物与能量的储存和利用底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化10一、高能化合物一、高能化合物 生物体能量代谢的特点：生物体能量代谢的特点：生物体不能承受能量大量增加、能量大量生物体不能承受能量大量增加、能量大量释放的化学过程，所以代谢反应都是依序释放的化学过程，所以代谢反应都是依序进行，能量逐步得失的反应进行，能量逐步得失的反应生物体不直接利用营养物质的化学能，需生物体不直接利用营养物质的化学能，需要使之转移

6、成细胞可以利用的能量形式要使之转移成细胞可以利用的能量形式ATP是最重要的高能化合物，是细胞可以是最重要的高能化合物，是细胞可以直接利用的最主要能量形式直接利用的最主要能量形式11 生物化学中把化合物水解时释放的能量生物化学中把化合物水解时释放的能量大于大于21 kJ/mol者者, ,所含的化学键称为所含的化学键称为高能键高能键，以以“”表示。表示。 含有高能键的化合物称为高能化合物。含有高能键的化合物称为高能化合物。在体内所有高能化合物中，以高能磷酸化合在体内所有高能化合物中，以高能磷酸化合物种类最多，其中又以物种类最多，其中又以ATP最为重要。最为重要。1213二、二、 ATP的生成的生成

7、（一）（一）底物水平磷酸化底物水平磷酸化定义：定义：代谢物在氧化分解过程中，因脱氢或代谢物在氧化分解过程中，因脱氢或脱水而引起分子内能量重新分布，产脱水而引起分子内能量重新分布，产生高能键，然后将高能键转移给生高能键，然后将高能键转移给ADP生成生成ATP的过程，称为的过程，称为底物水平磷酸底物水平磷酸化化(substrate phosphorylation)。14底物水平磷酸化反应底物水平磷酸化反应(1) 1，3-二磷酸甘油二磷酸甘油酸酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶激酶ADPATP(2) 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸ADPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶(3)

8、琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸 + HSCoA琥珀酰琥珀酰COA合成酶合成酶GDP+PiGTP*15（二）（二）氧化磷酸化氧化磷酸化定义：定义：氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATP，又称为，又称为偶联偶联磷酸化磷酸化。氧化磷酸化是体内生成氧化磷酸化是体内生成ATP的最主要方式。的最主要方式。*16 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP腺苷酸激酶

9、的作用腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMP三、高能化合物与能量的储存和利用三、高能化合物与能量的储存和利用17肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。18 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

10、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。19第二节 线粒体氧化体系氧化呼吸链氧化呼吸链氧化磷酸化氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素影响氧化磷酸化的因素概念概念组成组成排列顺序排列顺序概念概念偶联部位偶联部位偶联机制偶联机制20氧化呼吸链氧化呼吸链 定义定义 指指线粒体内膜线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电中按一定顺序排列的一系列具有电子传递功能的酶复合体，可通过子传递功能的酶复合体，可通过连锁的氧化还原反应连锁的氧化还原反应将代谢物脱下的将代谢物脱下的成对氢原子成对氢原子最终传递给氧生成水。这最终传递给氧生成水。这一 系 列 酶 和 辅 酶一 系 列 酶 和 辅 酶 称 为

11、称 为 氧 化 呼 吸 链氧 化 呼 吸 链 ( o x i d a t i v e respiratory chain)，又称，又称电子传递链电子传递链(electron transfer chain)。 定位：线粒体内膜定位：线粒体内膜 组成：递氢体和递电子体（组成：递氢体和递电子体（2H 2H+ + 2e） 21线粒体结构示意图膜间隙膜间隙基质侧基质侧ATP合酶合酶2223一、呼吸链的组成及作用一、呼吸链的组成及作用（一） 以以NAD+为辅酶的脱氢酶类为辅酶的脱氢酶类 作为脱氢酶的辅酶，作为脱氢酶的辅酶， NAD+或或NADP+分子中分子中烟酰胺的氮可接受一个电子，其对侧的碳原子能烟酰胺

12、的氮可接受一个电子，其对侧的碳原子能进行可逆的加氢和脱氢反应，故此类酶在呼吸链进行可逆的加氢和脱氢反应，故此类酶在呼吸链中属于中属于递氢体递氢体，在加氢反应时接收，在加氢反应时接收一个氢原子和一个氢原子和一个电子一个电子。24+ H + H+ + e+ HN+RCONH2HNAD+NRHHCONH2NADH25 （二）黄素蛋白（二）黄素蛋白（flavin protein，FP） 黄素蛋白的辅基有两种：黄素蛋白的辅基有两种：FMN和和FAD， 其分其分子中的异咯嗪环可以进行可逆的加氢和脱氢反应，子中的异咯嗪环可以进行可逆的加氢和脱氢反应，故黄素蛋白在呼吸链中属于故黄素蛋白在呼吸链中属于递氢体递氢

13、体，在加氢反应，在加氢反应时接收时接收2个氢原子个氢原子。2627 （三）铁硫蛋白（三）铁硫蛋白（iron-sulfur protein） 铁硫蛋白以铁硫簇（铁硫蛋白以铁硫簇（Fe-S）为辅基，）为辅基，Fe-S含有等量含有等量的铁原子和硫原子，其中铁的铁原子和硫原子，其中铁原子可以进行可逆的得失电原子可以进行可逆的得失电子反应子反应( Fe2+ Fe3+e )，故，故铁硫蛋白在呼吸链中属于铁硫蛋白在呼吸链中属于单单电子传递体电子传递体。28表示无机硫表示无机硫 S29铁硫蛋白的结构示意图铁硫蛋白的结构示意图 FeS Fe2S2 Fe4S430（四）泛醌（四）泛醌（ubiquinone，Q）

14、在呼吸链传递过程中，泛醌在呼吸链传递过程中，泛醌接受接受黄素蛋白和铁黄素蛋白和铁硫蛋白复合物传递来的硫蛋白复合物传递来的质子和电子质子和电子还原成还原成还原型还原型，又可又可脱去质子和电子脱去质子和电子成成氧化型氧化型，故泛醌在呼吸链中，故泛醌在呼吸链中属于属于递氢体递氢体。31 泛醌是脂溶性化合物，在呼吸链中不与蛋白泛醌是脂溶性化合物，在呼吸链中不与蛋白质结合而以质结合而以游离的形式存在游离的形式存在，能在线粒体内膜中，能在线粒体内膜中自由扩散，将呼吸链传递过程联系起来。自由扩散，将呼吸链传递过程联系起来。32（五）细胞色素（五）细胞色素（cytochromes，Cyt）细胞色素是一类含血红

15、素（铁卟啉）辅基的细胞色素是一类含血红素（铁卟啉）辅基的单单电子传递电子传递蛋白蛋白，根据它们吸收光谱不同而分类。各，根据它们吸收光谱不同而分类。各种细胞色素的主要差别在于种细胞色素的主要差别在于铁卟啉辅基的侧链铁卟啉辅基的侧链以及以及铁卟啉与蛋白质部分的连接方式铁卟啉与蛋白质部分的连接方式各有不同。各有不同。3334细胞色素细胞色素c c的分子结构的分子结构35 呼吸链中包括细胞色素呼吸链中包括细胞色素a、a3、b、c和和c1，其电，其电子传递顺序是子传递顺序是Cyt bCyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2。 Fe2+ Fe3+eCu+ Cu2+e 由于由于Cyt a和和Cyt a

16、3结合紧密，很难分开，故将结合紧密，很难分开，故将Cyt a和和Cyt a3 合称为合称为Cyt aa3。 Cyt aa3中除了有中除了有2个个铁卟啉铁卟啉辅基外，还有辅基外，还有铜离子铜离子可进行传递电子的反应。可进行传递电子的反应。36泛醌和泛醌和Cyt cCyt 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。人线粒体呼吸链复合体37线粒体呼吸链复合体FMN,Fe-S复合体复合体FAD,Fe-S,Cytb复合体复合体Cytb,Fe-S,Cytc1复合体复合体Cytaa3,Cu复合体复合体38 1/2O2+2H+ H2O 膜间隙膜间隙基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 QH2 Q

17、 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 QH2 Q NADH+H+ NAD+ 4H+4H+4H+4H+Cytcox Cytcox Cytcred Cytcred 2H+2H+电子传递链各复合体在线粒体电子传递链各复合体在线粒体内膜内膜中的位置中的位置391. 复合体复合体: 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 u 组成：黄素蛋白、铁硫蛋白、疏水蛋白组成：黄素蛋白、铁硫蛋白、疏水蛋白u 复合体复合体的电子传递：的电子传递：NADH+H+ FMNNAD+ FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化

18、型Fe-S QQH2 复合体复合体有质子泵功能有质子泵功能，每传递，每传递2个电子可个电子可将将4个个H+从内膜基质侧泵到膜间隙从内膜基质侧泵到膜间隙40复合体复合体, NADH-, NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶功能：功能：将将电子从电子从NADH NADH 泛醌泛醌复合体复合体412. 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u 组成：黄素蛋白、铁硫蛋白组成：黄素蛋白、铁硫蛋白u 复合体复合体的电子传递：的电子传递：琥珀酸琥珀酸 FAD 延胡索酸延胡索酸 FADH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2

19、 复合体复合体II没有质子泵功能没有质子泵功能42复合体复合体, , 琥珀酸琥珀酸- -泛醌还原酶泛醌还原酶复合体复合体膜间隙膜间隙功能功能将将电子从琥珀酸电子从琥珀酸 泛醌泛醌433. 复合体复合体: 泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c还原酶还原酶 u 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素功能：将电子从泛醌传递给细胞色素cu 组成：细胞色素组成：细胞色素b(b562,b566) 细胞色素细胞色素c1、铁硫蛋白铁硫蛋白u复合体复合体的电子传递：的电子传递：QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1 泛醌泛醌从复合体从复合体、募集募集氢和电子并氢和电子并穿梭穿梭传递到复合体传递到复合体。

20、 复合体复合体也也有质子泵功能有质子泵功能，每传递，每传递2个电子个电子可将可将4个个H+从内膜基质侧泵到膜间隙从内膜基质侧泵到膜间隙44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 功能：功能：将将电子从电子从泛醌泛醌 Cyt cCyt c复合体复合体 膜间隙膜间隙454. 复合体复合体: 细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶u 功能：将电子从细胞色素功能：将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧u复合体复合体的电子传递：的电子传递：还原型还原型Cyt c O2CuAaa3-CuB 复合体复合体也也有质子泵功能有质子泵功能，每传递每传递2 2个电子个电子使使2 2个个H H+ +跨内

21、膜向跨内膜向膜间隙膜间隙转移。转移。 46复合体复合体，细胞色素，细胞色素c c氧化酶氧化酶功能：功能：将将电子从电子从Cyt c O2内外膜内外膜间隙侧间隙侧复合体复合体47 NADH+H+ NAD+ e-e-e-e-e-延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O Cyt c Q 膜间隙膜间隙线粒体内膜线粒体内膜 基质侧基质侧 呼吸链中复合体呼吸链中复合体I IIVIV四个蛋白复合体：四个蛋白复合体：复合体复合体I IV两个可灵活移动的成分：两个可灵活移动的成分：泛醌（泛醌（CoQ）和）和 Cyt c 48二、呼吸链中电子传递体的排列顺序二、呼吸链中电子传递体的排列顺序 由以

22、下实验确定由以下实验确定 标准氧化还原电位标准氧化还原电位 （由低到高）（由低到高） 吸收光谱吸收光谱 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 拆开和重组拆开和重组呼吸链各组分的排列顺序呼吸链各组分的排列顺序49与呼吸链相关的电子传递体的标准氧化还原电位与呼吸链相关的电子传递体的标准氧化还原电位501. NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O22. FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O251三、体内重要的呼吸链三、体内重要的呼吸链FMN FMNH2QQH2NAD+ SH2NADH+H+

23、 SCyt-Fe2+ Cyt-Fe3+ 2e2H+(b-c1)Cyt-Fe3+ Cyt-Fe2+ c2eCyt-Fe2+ Cyt-Fe3+ (a-a3)2e O2O2-H2O延胡索酸延胡索酸FADH2琥珀酸琥珀酸FADQH2Q2eNADH氧化呼吸链氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链或或 琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链52 将将H传递给传递给O2生成水；生成水； H和和O2消耗，其它可反复使用；消耗，其它可反复使用； CoQ是两种呼吸链的汇合点。是两种呼吸链的汇合点。相同点：相同点：两种呼吸链的比较：两种呼吸链的比较：不同点：不同点：53四、胞液中四、胞液中NADH的氧化的氧化胞液中胞液

24、中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入线粒体，进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。再经呼吸链进行氧化磷酸化。 转运机制主要有：转运机制主要有： -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle) 苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)541. -磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 主要存在于脑和骨骼肌中主要存在于脑和骨骼肌中55 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

25、 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 CHOH线粒体线粒体 -磷酸磷酸甘油脱氢酶甘油脱氢酶562. 苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制主要存在于心肌和肝脏中主要存在于心肌和肝脏中57NADH +H+ NAD+ -OOC-CH2-C-COO-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

26、-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-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H58四、氧化磷酸化四、氧化磷酸化* 定义定义氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过

27、程中偶联是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷磷酸化，生成酸化，生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。 两个过程的偶联：两个过程的偶联： 即即还原当量的氧化过程还原当量的氧化过程和和ADP磷酸化过程磷酸化过程 氧化磷酸化是体内氧化磷酸化是体内ATP生成的主要方式生成的主要方式59（一）氧化磷酸化偶联部位（一）氧化磷酸化偶联部位 根据根据P/O比值比值和和自由能变化自由能变化，可以大致确定氧化磷酸化的偶联部可以大致确定氧化磷酸化的偶联部位，即位，即ATP生成的部位。生成的部位。60uP/O比值 指物质氧化时，每消耗指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数（或耗

28、无机磷的摩尔数（或ADP摩尔数），即生成摩尔数），即生成的的ATP数。数。 ADP + Pi ATP2H OH2On nnn61 根据上述实验结果，推定根据上述实验结果，推定NADH与与UQ之间之间（复合体（复合体I），UQ与与Cyt c之间（复合体之间（复合体III）和和复复合体合体IV存在着偶联部位存在着偶联部位线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链链的的组组成成P/O比比值值生生成成的的 ATP数数 -羟羟丁丁酸酸NAD+复复合合体体UQ 复复合合体体2.42.8 2.5Cyt c复复合合体体O2琥琥珀珀酸酸复复合合体体UQ 复复合

29、合体体 1.7 1.5Cyt c复复合合体体O2抗抗坏坏血血酸酸Cyt c复复合合体体O20.88 0.5 细细胞胞色色素素c (Fe2+) 复复合合体体O20.610.68 0.562PNADH2FMN(Fe-S)CoQCytbCytc1CytcCytaa3 O2ADPATPFP(FAD)(Fe-S)PADPATPPADPATP63u自由能变化（二）氧化磷酸化偶联机制（二）氧化磷酸化偶联机制1. 化学渗透假说（化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis） 其基本要点是：呼吸链中复合体其基本要点是：呼吸链中复合体、具具有质子泵功能，电子经呼吸链传递时，可将质子有质子泵功能，电

30、子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧，由）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧，由于内膜对质子的不通透特性，造成膜内、外质子于内膜对质子的不通透特性，造成膜内、外质子电化学梯度，以此储存能量。当质子顺梯度回流电化学梯度，以此储存能量。当质子顺梯度回流时驱动时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。 64 氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜； 线粒体内膜对线粒体内膜对H+、OH、K、Cl离子是不通离子是不通透的；透的； 电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的跨内膜电化学梯度；的跨内膜电化学

31、梯度； 增加线粒体内膜外侧酸性可导致增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成，而线合成，而线粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯度，结果电子虽可以传递，但度，结果电子虽可以传递，但ATP生成减少。生成减少。 化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。65线粒体基质线粒体基质 线粒体内膜线粒体内膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图662. ATP合酶合酶(ATP synthase)ATP合酶结构组成合酶结构组成n F1：亲水部分：亲水部分 （动物：

32、（动物：33亚基复合体，亚基复合体，OSCP、IF1 亚基），线粒体内膜的基质侧颗粒状亚基），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，突起，催化催化ATP合成合成。 n FO：疏水部分：疏水部分（ab2c12亚基，动物还有其他辅助亚基，动物还有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子跨内膜质子通道通道67 ATPATP合酶组成可旋转的发动机样结构合酶组成可旋转的发动机样结构 FO的的2个个b亚基的一端锚定亚基的一端锚定a亚基，另一端通过亚基，另一端通过F1的的和和33稳固结合，使稳固结合，使a、b2和和33、亚基组成稳亚基组成稳定的定的定子部分定子部分。 部分部

33、分和和亚基共同形成穿过亚基共同形成穿过33间中轴，间中轴，还与还与1个个亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的c亚基环亚基环紧密结合。紧密结合。c亚基环、亚基环、和和亚基组成亚基组成转子部分转子部分。 质子质子顺梯度向基质顺梯度向基质回流回流时，转子部分相对定子部时，转子部分相对定子部分旋转，使分旋转，使ATP合酶利用释放的能量合酶利用释放的能量合成合成ATP。 68ATP合酶（合酶（ATP synthase）结构模式图）结构模式图69当当H+顺浓度递度经顺浓度递度经Fo中中a亚基和亚基和c亚基亚基之间回流时，之间回流时，亚基发生旋转，亚基发生旋转，3个个亚基亚基

34、的构象发生改变。的构象发生改变。ATPATP合酶的工作机制合酶的工作机制O:开放型开放型L:疏松型疏松型T:紧密型紧密型70ATP合酶的工作机制合酶的工作机制71ATP合酶的工作机制合酶的工作机制72 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 H+ H+ H+ 膜间隙膜间隙基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图73五、影响氧化磷酸化的因素五、影响氧化磷酸化的因素（一）氧化磷酸化的抑制剂（一）氧化磷酸化

35、的抑制剂 （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： 破坏内膜两侧的质子电化学梯度，从而使氧化破坏内膜两侧的质子电化学梯度，从而使氧化与磷酸化偶联过程脱离与磷酸化偶联过程脱离 （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74 复合体复合体抑制剂：抑制剂： 鱼藤酮、粉蝶霉素鱼藤酮、粉蝶霉素A及异戊巴比妥等及异戊巴比妥等阻断传阻断传递电子到泛醌递电子到泛醌 。 复合体复合体的抑制剂：萎锈灵。的抑制剂：萎锈灵。 复合体复合体抑制剂：抑制剂： 抗霉素抗霉素A、二

36、巯基丙醇、二巯基丙醇阻断阻断Cyt b传递电子到传递电子到Cyt c1。 复合体复合体 抑制剂：抑制剂： CN、CO、H2S及及 N3抑制细胞色素氧化抑制细胞色素氧化酶，酶，阻断电子传递给阻断电子传递给O2。（1 1）呼吸链抑制剂75各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2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二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S萎锈灵萎锈灵76常见的解偶联剂常见的解偶联剂包括：包括：2,4-2,4-二硝

37、基苯酚，解偶联蛋白二硝基苯酚，解偶联蛋白。 作用机制：作用机制： H膜内外电化学梯度膜内外电化学梯度电子传递使电子传递使H跨膜转移跨膜转移H经经ATP合酶的合酶的F0 单元回流单元回流ATP合成合成H经从其它途径回流经从其它途径回流能量以热能散失，不能合成能量以热能散失，不能合成ATP77（2 2）解偶联剂解偶联蛋白（解偶联蛋白（UCP1）作用机制）作用机制（棕色脂肪组织线粒体）（棕色脂肪组织线粒体）Cyt 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 78问题：问题：给实验大鼠注射给实验大鼠注射DNP（二硝基苯酚）后大鼠体（二硝基苯酚）后大鼠体温明显升

38、高，其机制何在？温明显升高，其机制何在？注：注：DNP为脂溶性物质，可使线粒体内膜通透性增高为脂溶性物质，可使线粒体内膜通透性增高答案：答案：DNP为解偶联物质，破坏破坏内膜两侧的为解偶联物质，破坏破坏内膜两侧的质子电化学梯度，质子电化学梯度，从而使氧化与磷酸化偶联过从而使氧化与磷酸化偶联过程脱离，能量以热的形式释放。程脱离，能量以热的形式释放。79寡霉素寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从可阻止质子从Fo质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 ADP+Pi ATP 80（3 3）ATPATP合酶抑制剂（二）（二）ADP和和ATP浓度的

39、调节浓度的调节能量缺乏能量缺乏ADP/ATP氧化磷酸化氧化磷酸化 NADH TCA循环循环；（三）激素的调节（三）激素的调节甲状腺激素可活化甲状腺激素可活化Na+,K+ATP酶，同时使解偶酶，同时使解偶联蛋白基因表达增加。联蛋白基因表达增加。（四）线粒体（四）线粒体DNA突变的影响突变的影响 与线粒体与线粒体DNA病及衰老有关。病及衰老有关。81非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系特点：特点： 不生成不生成ATPATP； 主要与体内主要与体内代谢物、药物代谢物、药物和毒物和毒物的的生物转化生物转化有关。有关。82微粒体氧化体系微粒体氧化体系 加单氧酶加单氧酶 加双氧酶加双氧酶活性氧清除体系活性氧清

40、除体系 过氧化氢酶过氧化氢酶 谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶83一、微粒体氧化体系（加氧酶系）一、微粒体氧化体系（加氧酶系） 微粒体细胞色素微粒体细胞色素P450加单氧酶催化加单氧酶催化O2中的一个中的一个氧原子加到底物分子上（羟化），另一个氧原子被氧原子加到底物分子上（羟化），另一个氧原子被氢（来自氢（来自NADPH+H+）还原形成）还原形成H2O，故又称，故又称混合混合功能氧化酶（功能氧化酶（mixed-function oxidase）或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)，所催化的反应可简示为：，所催化的反应可简示为： RH+ NADPH + H+

41、 + O2 ROH+ NADP+ +H2O（一）细胞色素（一）细胞色素P450加单氧酶加单氧酶 （cytochrome P450 monooxygenase）上述反应需要细胞色素上述反应需要细胞色素P P450450 (Cyt P (Cyt P450450) )参与参与84Fe3+O22-85（二）加双氧酶（二）加双氧酶 加双氧酶催化氧分子中加双氧酶催化氧分子中2个氧原子加到个氧原子加到作用物中特定双键的作用物中特定双键的2个碳原子上。个碳原子上。 ONH2NHNHOCOOHNH2CHO例例 如：如： (O2) 色氨酸吡咯酶色氨酸吡咯酶86-胡萝卜素胡萝卜素-15，15-加氧酶加氧酶O287 体内生物氧化过程中可产生一系列氧化体内生物氧化过程中可产生一系列氧化功能很强的氧化物，如功能很强的氧化物，如O2- 、H2O2、羟自由基、羟自由基等（等（OH），统称为活性氧类（），统称为活性氧类（reactive oxygen species，ROS）。）。O2 O2- H2O2 OH H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+ H2O88二、活性氧清除体系二、活性氧清除体系