生化-6生物氧化

重点：生物氧化的概念及生理意义。呼吸链的概念。线粒体的两条呼吸链——NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链的组成成分、排列顺序。氧化磷酸化的概念。难点：呼吸链电子传递机制和能量

。氧化磷酸化的偶联机制——化学渗透假说。问题：三大营养素怎样产生机体所需的ATP？CO

的机制？化物为什么有巨毒？机体的有害氧化性物质（氧

基）怎样处理？SOD蜜有用吗？第一节生成ATP的氧化磷酸化体系The

Oxidative

PhosphorylationSystem

with

ATP

Producing（二）氧化磷酸化的机制1、化学渗透假说（chemiosmotic

hypothesis）电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度，度梯度回流时驱动能量。当质子顺浓与Pi生成ATP。三、氧化磷酸化(Great

Britain,

19201978Peter

D.Mitc-

1992)Glynn

Research

Laboratories,

Bodmin,Great

Britain"for

hiscontribution

to

theunderstanding

of

biological

energytransferthrough

the

formulation

of

thechemiosmotic

theory".化学渗透假说得到广泛的实验支持。氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；线粒体内膜对离子高度不通透；电子传递链可驱动质子移出线粒体基质，形成可测定的跨内膜电化学梯度；增加线粒体内膜外侧的酸性可促进ATP

，而减少线粒体内质子浓度，电子虽可传递，但ATP生成减少。线粒体膜线粒体基质+

+

+

+-

-

-

-H+O2H2OH+e-+PiATP化学渗透假说示意图ⅠⅡF0F1Cyt

cQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H++Pi

ATPH+4H+2H+4H+基质侧胞液侧+

+

+

+

+

++

+

+

+-

--

Ⅲ-

-

-Ⅳ-

-H2O-电子传递过程中复合体Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有质子泵功能。化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响（三）ATP合酶与ATP的F1：亲水部分（动物：α3β3γδε复合体+OSCP+IF1）线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，催化ATP

。02

9~12F

：疏水部分（ab

c

亚基）粒体内膜中，形成跨内膜质子镶嵌

通道。ATP合酶结构组成1997（化学奖）P.

D.

Boyer（USA）阐明了ATP合酶的机理ATP合酶组成可旋转的发

样结构F0的2个β亚基的一端锚定F1的α亚基，另一端通过δ和α3β3稳固结合，使a、b2和α3β3、δ亚基组成稳定的定子部分。部分γ和ε亚基共同形成穿过α3β3间中轴，γ还与1个β亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的c亚基环紧密结合。c亚基环、γ和ε亚基组成转子部分。质子顺梯度向基质回流时，转子部分相对定子部分旋转，使ATP合酶利用

的能量

ATP。当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。ATP合酶的工作机制ATP

的结合变构机制（binding

change

mechanism）四、氧化磷酸化的影响因素（一）氧化磷酸化抑制剂1、呼吸链抑制剂：阻断氧化磷酸化的电子传递过程复合体Ⅰ抑制剂：鱼藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidin

A）及异戊巴比妥（amobarbital）等阻断传递电子到泛醌。复合体Ⅱ的抑制剂：萎锈灵（carboxin）。复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A（antimycin

A）阻断Cyt

bH传递电子到泛醌(QN)；粘噻唑菌醇则作用

QP位点。复合体Ⅳ抑制剂：CN－、N3－紧密结合中氧化型

Cyt

a3，阻断电子由Cyt

a到CuB-Cyt

a3间传递。

CO与还原型Cyt

a3结合，阻断电子传递给O2。NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQ Cytb→Cyt

c→Cyt

cCytaa3

O2×鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥抗霉素A二巯基丙醇×、-、N3-及H2S×各种呼吸链抑制剂的阻断位点细胞色素氧化酶是以铁卟啉为辅基的蛋白质，化物对细胞色素氧化酶的抑制作用，主要是CN-与细胞色素a3中的铁离子（Fe3+）配位结合所造成。化物

原理（了解）氧化型细胞色素氧化酶与CN-结合后便失去传递电子的能力。以至氧不能被利用、氧化磷酸化受阻、ATP减少、细胞摄取能量严重不足而窒息。解毒机制：高铁血红蛋白形成剂如亚硝酸盐可使血红蛋白迅速形成高铁血红蛋白，后者三价铁离子能与体内游离的或已与细胞色素氧化酶结合的基结合形成不稳定的

化高铁血红蛋白，而使酶免受抑制。化高铁血红蛋白在数分钟又可解离出离子，故需迅速给予供硫剂如硫代硫酸钠，使离子转变为低毒硫酸盐而排出体外。不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响2、解偶联剂：破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度解偶联剂（uncoupler）可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，基本作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度，使电化学梯度的能量以热能形式，ATP的生成受到抑制。例：二酚（dinitrophenol，DNP）、解偶联蛋白（uncouplingprotein，UCP1）、甲状腺素。解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCyt

cQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能H++Pi

ATPH3、ATP合酶抑制剂：同时抑制电子传递和ATP的生成这类抑制剂对电子传递及

磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素可结合F0

单位，二环己基碳二亚胺（D

）共价结合F0的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从

F0质子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。寡霉素寡霉素ATP合酶结构模式图可质子从F0

质子通道回流，抑制ATP生成。（二）氧化磷酸化速率的主要是调节正常因素。（三）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加。Na+,K+-ATP酶和解偶联蛋白

表达均增加。（四）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能。电子传递链及氧化磷酸化系统概貌ΔμH+跨膜质子电化学梯度；H+m内膜基质侧H+；H+c

内膜胞液侧H+五、线粒体内膜的选择性转运功能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（transporter）对各种物质的选择性转运。转运蛋白

进入线粒体

出线粒体ATP-转位酶3-ATP4-磷酸盐转运蛋白H2PO4-

+

H+二羧酸转运蛋白HPO42-苹果酸α-酮戊二酸转运蛋白苹果酸α-酮戊二酸天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白谷氨酸天冬氨酸单羧酸转运蛋白酸OH-三羧酸转运蛋白苹果酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白脂酰肉碱肉碱线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运（了解）（一）胞浆NADH的转运胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制：α-磷酸甘油穿梭苹果酸-天冬氨酸穿梭1、α-磷酸甘油穿梭（脑、骨骼肌）NADH+H+FADH2NAD+FAD线粒体内膜线粒体外膜膜间隙线粒体基质α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链CH2O-

Pi磷酸二羟CH2OHC=OCH2O-

PiCH2OHC=OCH2O-

Piα-磷酸甘油CH2OHCHOHCH2O-

PiCH2OHCHOH2、苹果酸-天冬氨酸穿梭（肝、心肌）NAD+-OOC-CH2-C-COO-OOH-OOC-CH2-C-COO-HNADH+H+NAD+谷氨酸-

天冬氨酸

转运体苹果酸-α-酮戊二酸转运体OH-OOC-CH2-C-COO-H苹果酸O-OOC-CH2-C-COO-草酰乙酸NADH+H+O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-α-酮戊二酸-OOC-CH2-CH2-C-COO-3H

N+H谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链-2OOC-CH

-C-COO-+H3NH天冬氨酸-OOC-CH2-C-COO-3H

N+H--+H3NOOC-CH2-CH2-C-COOH（二）/ATP转运的偶联：ATP-转位酶F0F1胞液侧基质侧腺苷酸转运蛋白H+H+H+磷酸转运蛋白

H+ATP4-

H2PO4-H2PO4-3-ATP4-3-每分子ATP4-和

3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷，相当于多1个H+转入线粒体基质。第二节其他不生成ATP的氧化体系The

Others

Oxidative Enzyme

Systemswithout

ATP

Producing一、抗氧化酶体系——清除反应产生的活性氧类反应活性氧类（reactive

oxygen

species，ROS）O2e-O·-2e-+2H+H2O2e-+H+OH·e-+H+H2OH2O反应活性氧类活性氧类对细胞的损伤作用（了解）ROS

膜磷脂双分子层中的多不饱和脂酸，使膜通透性增加。ROS使蛋白质分子中某些氨基酸残基氧化，发生分子断裂、交联和侧链修饰。ROS

线粒体和核DNA中的碱基可引点突变或使DNA链断裂。一些退行性疾病如帕金森病、老年性痴呆、享庭顿病与线粒体氧化损伤有关。ROS主要来源线粒体：氧化呼吸链是体内超氧阴离子（O·-2）的主要来源，O·-2

粒体中再生成H2O2和·OH。过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电子交给O2生成H2O2和羟

基·OH。胞浆需氧脱氢酶（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成O·-2。外源因素：细菌

、组织缺氧等病理过程，环境、药物等。需氧脱氢酶和氧化酶受氢体辅酶（辅基）产物不需氧脱氢酶辅酶需氧脱氢酶氧化酶O2O2FMN或FAD含CuH2O2H2O抗氧化酶体系1、过氧化氢酶（catalase）又称触酶，其辅基含4个血红素2H2O22H2O

+

O2过氧化氢酶2、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione

peroxidase，GPx）可去除细胞生长和代谢产生的H2O2和过氧化物（R-O-OH），是体内防止活性氧类损伤主要的酶。H2O2

+

2GSH

→

2

H2O

+GS-SG2GSH

+

R-O-OH

→

GS-S