生物氧化与氧化磷酸化

关于生物氧化与氧化磷酸化第1页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五概述电子传递链（生物氧化中H2O的生成）氧化磷酸化作用（ATP的生成）第2页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第一节概述能量的来源：光能：植物和某些藻类光合作用化学能：动物和大多数的微生物生物氧化化学能→生物能（主要是ATP）第3页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五糖原脂肪蛋白质葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰CoAⅠⅡⅢTCA营养物分解代谢的三个阶段第4页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五一、生物氧化（biologicaloxidation）1、定义：有机物在活细胞内进行氧化分解产生CO2和H2O，并释放出能量的过程，称为生物氧化，又称呼吸作用。第5页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五2、内容：1）C→CO22）H→H2O3）能量如何产生底物水平磷酸化氧化磷酸化电子传递链脱羧反应第6页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五3、特点（与燃烧的比较）相同点：都是脱氢、失电子或与氧结合；都生成CO2和H2O；释放的能量相同

第7页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五生物氧化

燃烧细胞内温和条件，水环境高温或高压，干燥条件

一系列酶促反应

无机催化剂

能量逐步释放能量爆发释放转化成ATP，被利用

转换为光和热，散失

不同点：第8页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五二、生物能学原理△G<0，反应自发进行；△G=△Gθ’+RTlnQ△Gθ’=-nF△Eθ’（在氧还反应中，电子总是从Eθ较低的物质转移到Eθ较高的物质）；在热力学上不能自发进行的反应可以被有利反应所推动。第9页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五三、高能化合物1、概念：

水解时能够释放≥20.92kJ/mol（5kcal/mol）自由能的化合物称为高能化合物。其中断裂释放出大量自由能的共价键称为高能键，用~表示。第10页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五2、类型（了解）（1）磷氧键型（-O~P）1,3-二磷酸甘油酸酰基磷酸化合物氨甲酰磷酸第11页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五焦磷酸化合物焦磷酸第12页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸第13页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（2）氮磷键型（-N~P）磷酸肌酸磷酸精氨酸第14页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（3）硫酯键型酰基CoA第15页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（4）甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸第16页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（1）ATP的作用A、生物体通用的能量货币提供反应所需能量、细胞活动的机械能、细胞吸收物质时的能量；产生电效应；转变成光能或热能。B、磷酸基团转移反应的中间载体3、最重要的高能化合物----ATP第17页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（磷酸原）第18页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（2）ATP的结构特点ATP是能量的携带者、转运者，但不是能量的贮存者。第19页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（3）能荷与ATP能荷：在总的腺苷酸系统中（即ATP、ADP、AMP之和）所含的高能磷酸基数量。第20页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五细胞内能荷值=0.8~0.95；能荷低（<0.8）→ATP不足→产能代谢加强。能荷高（>0.95）→ATP过多→产能代谢抑制，贮能代谢加强；第21页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第二节线粒体电子传递链一、线粒体（mitochondria）真核生物的发电站；双层膜结构；外膜：对小分子和离子通透；内膜：对多数小分子和离子不通透。第22页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第23页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五二、电子传递链（electrontransferchain,ETC）也叫呼吸链（respiratorychain）定位：原核生物质膜，真核细胞线粒体内膜；组成：一系列按严格顺序排列的电子传递体；作用：将代谢物脱下的氢传递给氧生成水种类：NADH链和FADH2链第24页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五线粒体内膜上分离到4种酶复合体、CoQ、Cytc复合体I：NADH-CoQ还原酶复合体II：琥珀酸-CoQ还原酶复合体III：CoQ-细胞色素c还原酶复合体IV：细胞色素c氧化酶NADH链：由I、CoQ、III、Cytc、IV组成FADH2链：由II、CoQ、III、Cytc、IV组成第25页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五NADH链线粒体内膜线粒体外膜第26页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第27页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五FADH2链线粒体内膜IIIII第28页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五1、复合体I：NADH-CoQ还原酶组成：FMN（递氢体）、Fe-S蛋白（通过Fe3+、Fe2+互变传递单电子）功能：将电子从NADH传递到CoQ；质子泵（4H+）NADH链第29页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第30页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五2、复合体II：琥珀酸-CoQ还原酶组成：FAD、Fe-S蛋白功能：将电子从琥珀酸传递到CoQIIIIIII琥珀酸延胡索酸FADH2链第31页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五非蛋白，醌类，侧链为异戊二烯；递H体；中间传递体：只能从黄素酶的辅基上接受H3、辅酶Q（coenzymeQ）

泛醌、CoQ第32页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五4、细胞色素（cytochrome，Cyt）一类功能相关，含血红素辅基的色素复合物，只存在于需氧细胞；通过Fe3+、Fe2+互变传递单电子；种类：b、c1、c、a、a3；复合体III：Cytb+Cytc1Cytc复合体IV：Cytaa3第33页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（1）复合体III：CoQ-细胞色素c还原酶组成：Cytb、Cytc1、Fe-S蛋白功能：将电子从CoQ传递到Cytc；质子泵（4H+）第34页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第35页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五（2）复合体IV：

细胞色素c氧化酶组成：Cytaa3、Fe-S蛋白、含Cu蛋白功能：将电子从Cytc传递给氧；质子泵（2H+）；第36页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第37页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第38页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五依据：各传递体的E0、差异光谱、电子传递抑制FADH2NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2E0

低→高，对电子亲和力小→大FADH2NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2

-0.32

-0.22

+0.04

-0.08

+0.22

+0.24

+0.29

+0.82+0.55-0.22二、各电子传递体排列顺序的确定第39页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五电子传递抑制：

1、NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2鱼藤酮安密妥杀蝶素差异光谱：FADH2细胞色素中，b最先被还原，aa3最先被氧化第40页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五2、NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O23、NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2CN-、CON3-、H2S抗霉素A第41页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第三节氧化磷酸化作用一、概念1、ATP生成的途径底物水平磷酸化直接与代谢物的反应相偶联；有无O2均可发生氧化磷酸化（或电子传递磷酸化）

通过电子传递链产能；好氧生物能量的主要来源2、氧化磷酸化：生物氧化△GADP→ATP第42页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五ATP合酶产水反应的△G磷酸化第43页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五二、P/O比和ATP形成的部位1940年S.Ochoa提出P/O比P/O比：当一对电子经呼吸链传给O2时所产生的ATP分子数，即每消耗1个氧原子所产生ATP的个数。第44页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五第45页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五真核细胞中，一对电子经过NADH链传递至O2共泵出10个H+；每4个H+促使1个ATP合成并输出至细胞质；因此1个NADH经过呼吸链产生10/4=2.5个ATP；一对电子经过FADH2呼吸链传送时有6个H+被泵出；因此1个FADH2经过呼吸链产生6/4=1.5个ATP；在原核细胞中，没有线粒体，因此没有ATP的输出，故NADH呼吸链产生10/3≈3个ATP，FADH2呼吸链产生6/3=2个ATP第46页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五计算线粒体中1mol琥珀酰CoA生成OAA的P/O琥珀酰CoA→琥珀酸，产生1molGTP，不消耗O；

琥珀酸→延胡索酸，产生1molFADH2，通过电子传递链将合成1.5molATP，消耗1molO；苹果酸→OAA，产生1molNADH，通过电子传递链将合成2.5molATP，消耗1molO；

0+1+1==2.51+1.5+2.5第47页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五三、氧化磷酸化的能量偶联机制

----化学渗透学说目前被普遍接受的假说P.Mitchell获1978年诺贝尔化学奖要点：1、各电子传递体在内膜上各有其特定的位置，催化定向的反应；第48页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五2、部分传递体利用电子传递的能量将H+泵出内膜；3、由于H+不能自由透过内膜，造成H+跨膜浓度梯度，形成跨膜电位差（△E）；第49页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五4、H+通过ATP合酶返回基质，伴随△E的抵消，释放的能量推动ADP磷酸化成ATP。第50页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五证据：1）氧化磷酸化时线粒体基质内的pH值高于内膜外侧的，说明基质内的H+少2）不进行氧化或阻断电子传递，人为造成膜两侧pH梯度，也有ATP生成3）电子传递体形成的电子流能将H+逐出内膜前提：线粒体内膜或亚线粒体囊泡的完整性不足：没有说明H+如何泵到膜外？第51页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五四、ATP合成机制--FoF1-ATP合酶定位：线粒体内膜表面球状颗粒组成：F0：柄，嵌入内膜，4种6条肽链。F1：头，伸向线粒体基质，5种9条肽链。功能：F0：质子通道；F1：催化ATP合成的部位。当膜外H+经质子通道到达F1时便推动ATP的合成第52页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五Boyer旋转催化理论第53页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五五、氧化磷酸化的阻断不能合成ATP的原因：呼吸链不能传递电子—电子传递抑制剂不能产生跨膜电位差—解偶联剂ATP合酶不能合成ATP—氧化磷酸化抑制剂第54页，共62页，2022年，5月20日，11点10分，星期五概念：将电子传递过程和ADP生成ATP的过程分离的物质。能抑制