生物化学-生物氧化课件

目录

第6章

生物氧化

BiologicalOxidation目录第6章生物氧化BiologicalOxidat目录

营养物质在活细胞内彻底氧化分解生成水和二氧化碳，并释放能量的过程，称生物氧化(biologicaloxidation)，又称

细胞呼吸(cellularrespiration)。

?生物氧化的概念

目录营养物质在活细胞内彻底氧化分解生成水和二氧化碳，并释放目录

生

物

氧

化

的

三

个

阶

段

营养物质

基本单位

糖原

葡萄糖

脂肪

脂肪酸

蛋白质

氨基酸

CO22HH2O呼吸链

ADP+PiATP阶段Ⅰ

乙酰CoA阶段Ⅱ

阶段Ⅲ

TAC

线粒体

目录生物氧化的三个阶段营养物质基本单目录

第一节

生物氧化的特点及其酶类

目录第一节生物氧化的特点及其酶类目录

一、生物氧化的方式和特点

◆酶促反应：体内、近中性、37℃、有水环境；

◆CO2：脱羧产生；

水：底物脱氢经呼吸链传递电子、泵出质子，与氧结合生成。

◆能量：逐步释放，利用率高，合成ATP及维持体温；

◆氧化速率：受生理功能需要和内外环境变化调控

目录一、生物氧化的方式和特点◆酶促反应：体内、近中性、目录

二、生物氧化中CO2的生成

（一）α-脱羧

1.α-单纯脱羧

RRH2N－C－COOHH2N－C－HHHCO22.α-氧化脱羧

CH3C=O+HSCoA+NAD+COOH

CH3COSCoA+NADH+H+CO2丙酮酸脱氢酶系

氨基酸脱羧酶

氨基酸

胺

丙酮酸

乙酰辅酶A目录二、生物氧化中CO2的生成（一）α-脱羧目录

(二）β-脱羧

1.β-单纯脱羧

2.β-氧化脱羧

CβH2-COOH

CαH-COOH

OH+NADP+CβH3

Cα-COOH

O+NADPH+H+CO2苹果酸酶

CβH2-COOH

Cα=O

COOHCβH3

Cα=O

COOH草酰乙酸脱羧酶

CO2草酰乙酸

丙酮酸

苹果酸

丙酮酸

目录(二）β-脱羧1.β-单纯脱羧2.β-氧化脱羧C目录

三、生物氧化的酶类

（一）氧化酶（辅基多为含铁和铜的金属离子）

（二）需氧脱氢酶（辅基为FMN或者FAD）

SH2SFMNorFADFMNH2orFADH2O2H2O2SH2S2Cu2+2Cu+1/2O2O2-2e-H2O2H+目录三、生物氧化的酶类（一）氧化酶（辅基多为含铁和铜的金目录

(三）不需氧脱氢酶

NADH+H+琥珀酸

延胡索酸

FADFADH2呼吸链

琥珀酸脱氢酶

乳酸

丙酮酸

NAD+（四）加氧酶

加单氧酶RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O

加双氧酶

（五）过氧化物酶系

目录(三）不需氧脱氢酶NADH+H+琥珀酸延胡索酸目录

第二节

生成ATP的生物氧化体系

(TheOxidationSystemofATPProducing)目录第二节生成ATP的生物氧化体系(TheO目录

一、线粒体内膜的转运作用

（一）线粒体的结构（structureofmitochondria)内膜

外膜

基质

胞浆

膜间隙

H+H+H+H+e-e-e-e-目录一、线粒体内膜的转运作用（一）线粒体的结构（stru目录

（二）

线粒体外NADH+H+转运进入线粒体

1.苹果酸-天冬酸穿梭作用（malate-aspartateshuttle）

?可生成2.5分子ATP?主要存在于肝和心肌

2.α-磷酸甘油穿梭

(α-glycerophosphateshuttle）

?可生成1.5分子ATP?主要存在于脑和骨骼肌

目录（二）线粒体外NADH+H+转运进入线粒体1.苹果目录

苹果酸-天冬酸穿梭

Ⅰ：酸性氨基酸载体；Ⅱ：α-酮戊二酸载体；

①：天冬氨酸转氨酶；②：苹果酸脱氢酶

目录苹果酸-天冬酸穿梭Ⅰ：酸性氨基酸载体；Ⅱ：α-酮戊二目录

α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中

内膜

外膜

膜间隙

基质

FADH2NAD+FAD?-磷酸甘

油脱氢酶

琥珀酸氧化

呼吸链

磷酸二

羟丙酮

?-磷酸

甘油

NADH+H+?-磷酸甘油脱氢酶

磷酸二

羟丙酮

?-磷酸

甘油

目录α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中内膜目录

二、氧化呼吸链(oxidativerespiratorychain)

线粒体内膜中由一系列电子传递复合体按一定顺序排列成的链锁性氧化还原体系称为氧化呼吸链,又称电子传递链(electrotranferchain).目录二、氧化呼吸链(oxidativerespirato目录

（一）、呼吸链的组成及作用

?

泛醌不包含在上述四种复合体中。

目录（一）、呼吸链的组成及作用?泛醌不包含在上述四种复目录

呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置

目录呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置目录

1、复合体Ⅰ(NADH-泛醌氧化还原酶)作用

----将NADH+H+中的电子传递给泛醌

(1)结构：“L”型

NADH+H+

NAD+

FMNFMNH2还原型Fe-S

氧化型Fe-S

QQH2膜间隙

目录1、复合体Ⅰ(NADH-泛醌氧化还原酶)作用目录

辅基递电子的机理

FMN或FAD中的异咯嗪接受1e、1个H+成半醌型FMN或FAD，再接受1个e、1个H+成还原型FMN或FAD。

氧化型FMN或FAD还原型FMN或FAD半醌型FMN或FAD·

目录辅基递电子的机理FMN或FAD中的异咯嗪接受1e目录

铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中一个铁原子可进行Fe2+?Fe3++e

反应传递电子。属于单电子传递体。

?

表示无机硫

目录铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫原目录

铁硫簇主要以(Fe-S)、(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在，铁硫簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白.Fe目录铁硫簇主要以(Fe-S)、(2Fe-2S)或(4目录

泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。

目录泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较目录

(2)传递电子的机理

4Fe-4S2Fe-2S

经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。

目录(2)传递电子的机理4Fe-4S2Fe-2S目录

?琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S→CoQ→QH2?经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此

递氢给Q生成QH2。

2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶）

----将电子从琥珀酸传递到泛醌

目录?琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S→CoQ→QH目录

3、复合体Ⅲ功能（泛醌-细胞色素C还原酶）

----将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c?复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1复合体，含有细胞色素b(b562,b566)、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白(Rieskeprotein)。

?泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体Ⅲ。

?电子传递过程：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc

目录3、复合体Ⅲ功能（泛醌-细胞色素C还原酶）目录

细胞色素(cytochrome,Cyt)细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。

目录细胞色素(cytochrome,Cyt)细胞色素目录

Q循环：复合体III把2分子QH2的2个e传给CytC，另2个e传给Q生成1分子Q和1分子QH2，并偶联泵出4个H+到膜间隙的过程。

功能：通过Q循环传递电子、泵出质子

目录Q循环：复合体III把2分子QH2的2个e传给目录

4、复合体Ⅳ（细胞色素C氧化酶）

----将电子从细胞色素C传递给氧

?13个亚基组成的跨膜酶蛋白；亚基I、II、Ⅲ

为功能所必需；

?I：Cyta、Cyta3-CuB2+活性中心,II：2个CuA2+组成的铜中心，

?

Ⅲ：结构不详；

4Cytc4e目录4、复合体Ⅳ（细胞色素C氧化酶）目录

?

铜中心传递4个CytC的4e给4个Cyta?4个Cyta再传此4e到Cyta3-CuB2+中心，使1个O2还原为2个

O2-，结合4H+生成

2H2O，同时把基质中4H+泵入膜间隙。

?1QH2只能传2e，故上述过程只生成1H2O，泵出2个H+功能

复合体Ⅳ把4个Cytc传来的4个e给O2生成2H2O，

并把4H+由基质泵出到膜间隙。

过程：

目录?铜中心传递4个CytC的4e给4个Cyta?目录

质子泵（protonpump）

氧化呼吸链中在传递电子的同时能把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。

目录质子泵（protonpump）目录

酶复合体

分子(kD)亚基

辅酶/辅基

主要功能

复合体Ⅰ

(NADH-泛醌氧

化还原酶)1000>40FMN、Fe-S传递NADH+H+中2个e到Q，并由基质向膜间隙泵出4个H+复合体Ⅱ

(琥珀酸-泛醌氧

化还原酶)1404FAD、Fe-S传递琥珀酸中2个电子、2个质子到Q复合体Ⅲ

(泛醌-细胞色素

氧化还原酶)25011

血红素bH、bL、c1Fe-S通过Q循环传递QH2中2个e到细胞色素C，并把4H+

由基质泵出到膜间隙

细胞色素C*131

血红素C传递复合体Ⅲ中2个电子到复合体Ⅳ

复合体Ⅳ

(细胞色素C氧

化酶)20013

血红素a、a3CuA2+、CuB2+把4个Cytc传来的4个e转交给O2，在摄取基质中4H+与O2生成2H2O的同时，把基质中另外4H+

泵出到膜间隙

哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能

目录酶复合体分子(kD)亚基辅酶/辅基目录

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

E0‘(V)氧化还原对

E0‘(V)NAD+/NADN+H+－0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH2－0.30CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.06CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.04(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.55Q10/Q10H20.071/2O2/H2O0.816（二）呼吸链的种类

目录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目录

（二）氧化呼吸链各传递体排列顺序：

由以下实验确定:

①

标准氧化还原电位;②

拆开和重组;

③

特异抑制剂阻断;④

还原状态呼吸链缓慢给氧

目录（二）氧化呼吸链各传递体排列顺序：由以下实验确定:目录

1.NADH氧化呼吸链

NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2

2.琥珀酸氧化呼吸链

琥珀酸

→复合体Ⅱ

→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2

每对氢通过此呼吸链生成2.5molATP;又称主要呼吸链;以NADH的方式进入;每对氢通过此呼吸链生成1.5molATP;又称次要呼吸链和FADH2氧化呼吸链

以FADH2

的方式进入;

目录1.NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复目录

三、氧化磷酸化

?氧化磷酸化营养物质脱氢生成的NADH+H+或FADH2，经氧化呼吸链传递电子、泵出质子形成质子梯度而蕴藏的电化学势能，被ADP利用、磷酸化生成ATP的过程，是体内生成ATP的主要方式。

?底物水平磷酸化

代谢物脱氢或脱水引起分子内部能量聚集，高能键直接转移给ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。

ATP生成方式

实质：氧化呼吸链氧化释能和ADP磷酸化储能的偶联

目录三、氧化磷酸化?氧化磷酸化营养物质脱氢生成的NADH目录

（一）氧化磷酸化偶联部位

线

粒

体

离

体

实

验

测

得

的

一

些

底

物

的

P/O比

值

底

物

呼

吸

链

组

成

P/O

比

值

生

成

ATP

数

β

-

羟

丁

酸

NAD+→

复

合

体

Ⅰ

→

CoQ→

复

合

体

Ⅲ

2.4～

2.82.5→

Cytc

→

复

合

体

Ⅳ

→

O2琥

珀

酸

复

合

体

Ⅱ

→

CoQ→

复

合

体

Ⅲ

1.71.5→

Cytc

→

复

合

体

Ⅳ

→

O2抗

坏

血

酸

Cytc

→

复

合

体

Ⅳ

→

O20.881细

胞

色

素

复

合

体

Ⅳ

→

O20.61-0.681目录（一）氧化磷酸化偶联部位线粒体离体实验目录

氧化磷酸化中每消耗1mol氧原子时，所消耗无机磷的摩尔数，表示氧化呼吸链产生ATP的效率。

磷氧比值（P/O）

目录氧化磷酸化中每消耗1mol氧原目录

电子传递链自由能变化

ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位

目录电子传递链自由能变化ATPATPATP目录

1.ATP合酶

2.化学渗透假说

（二）氧化磷酸化偶联机制

目录1.ATP合酶2目录

ATP合酶结构模式

F1的功能是催化ATP生成

F0的作用是构成质子的通道

亲水F1：基质中，

?9个亚基(α3β3γδε)；

?

α3β3为有中间孔隙的头部；

?

γ在此孔隙中，可转动；

?

δ与1个β，ε与γ连接；

疏水F0：

跨越内膜，

?12-15个亚基（ab2C9-12）；

?C9-12排成对称C环；

基质侧连接ε,外侧连接a;?b2连接a与δ;

膜间隙

内膜

基质

目录ATP合酶结构模式F1的功能是催化ATP生成F0目录

ATP合酶a、c亚基结构

目录ATP合酶a、c亚基结构目录

（2）化学渗透学说（chemiosmotichypothesis）

跨内膜质子梯度使膜间隙成正电性空间，基质为负电性空间，而蕴藏电化学势能。当H+从膜间隙回流到基质时释出能量，驱动ATP合成。

H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+pH8pH7H+浓度梯度

电位梯度

＋＋＋＋＋

＋＋

－－－－－

－－

ABADP+PiATP目录（2）化学渗透学说（chemiosmotichypo目录

ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP（3）结合变构机制：

目录ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP（3）目录

?β未接触γ时为L型，可结合ADP和Pi；β接触γ后变构为T型，催化ADP和Pi合成ATP；γ离开β变构为O型，释出ATP后，恢复为L型。

ATP合酶的C环逆时针方向转动

?H+由膜间隙向基质

回流推动C环逆时针转动，带动γ在头部中央孔隙转动；

目录?β未接触γ时为L型，可结合ADP和Pi；β接触γ后变目录

四、氧化磷酸化的调节及影响因素

（一）调节：

1、ADP/ATP调节作用（最主要）:ADP/ATP比值

↑

氧化磷酸化增快

↓

呼吸控制（respiratorycontrol）：

由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应

，

称呼吸控制

，调控的关键物质是ADP。

呼吸控制

氧化磷酸化减慢

目录四、氧化磷酸化的调节及影响因素（一）调节：1、AD目录

2.甲状腺激素：

甲状腺激素

Na+,K+–ATP酶合成

解偶联蛋白合成

需要ATP合成

ATP合成

↑

↓

氧化磷酸化增快

↑

↑

目录2.甲状腺激素：甲状腺激素Na+,K+–ATP目录

（二）线粒体DNA突变的影响：

点突变

Leber遗传性视神经病

(Leber'shereditaryopticneuropathy,LHON).

大片段丢失

Kerans-Sayre综合症

（慢性进行性眼外肌麻痹综合症）

突变渐进性积累

帕金森氏病(Parkinson's病)目录（二）线粒体DNA突变的影响：点突变Leber遗传目录

1.呼吸链抑制剂：

鱼藤酮、抗霉素A、氰化物等

（三）某些化学试剂及药物的影响：

2.氧化磷酸化解偶联剂：

2，4-二硝基酚(DNP)：破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度，使电化学梯度储存的能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制

3.氧化磷酸化抑制剂：

寡霉素：可共价结合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。

目录1.呼吸链抑制剂：目录

NADFMN(FeS)IFAD(FeS)Ⅱ

Cytb→Cytc1(FeS)

Ⅲ

Cytaa3(Cu)Ⅳ

CoQCytcO2鱼藤酮

阿米妥

粉喋霉素A抗霉素ACN–

,N3–,CO,H2S

H+mH+cH+mH+cH+mH+c

ATP合酶

F1,F0,OSCPH+mH+c寡霉素

2,4-二硝基酚

双香豆素

氟羰基氰苯腙

缬氨霉素

药物和试剂作用的

氧化磷酸化位点

目录NADFMN(FeS)IFAD(FeS)Ⅱ目录

寡霉素(oligomycin)寡霉素

ATP合酶结构模式图

可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。

目录寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶目录

解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

F0F1Ⅳ

CytcQ胞液侧

基质侧

解偶联

蛋白

热能

H+H+ADP+PiATP2,4-二硝基酚

双香豆素

氟羰基氰苯腙

缬氨霉素

鱼藤酮

阿米妥

粉喋霉素A抗霉素A

CN–

,N3–,CO,H2S

寡霉素

目录解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠ目录

五、ATP在能量代谢中的核心作用

ATP循环

ATPADP

氧化磷酸化

底物水平磷酸化

机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)体内能量储存、

转

移和直

接利用

的最重要形式

营养物质氧化

H2O+CO2目录五、ATP在能量代谢中的核心作用ATP循环ATP目录

第三节

非线粒体氧化体系

目录第三节非线粒体氧化体系目录

一、微粒体加单氧酶系（羟化酶、混合功能氧化酶）

*催化的反应：

RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O?NADP-细胞色素还原酶

?

细胞色素P450?

铁氧还蛋白

组成

羟化酶

参与类固醇激素、胆汁酸等生物合成及生物转化

功能

目录一、微粒体加单氧酶系（羟化酶、混合功能氧化酶）目录

细胞色素P450单加氧酶作用机制

目录细胞色素P450单加氧酶作用机制目录

二、超氧阴离子自由基等活性氧的产生与消除

1.自由基（freeradical）：

带未成对电子的原子、分子或基团,如超氧阴离子自由基(O2-.)、羟自由基(HO.)、烷自由基(RO.)、脂质过氧化自由基(LOO.)等。

2.活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）：

由氧不完全还原反应所产生的含氧化合物,主要有O2-.

、HO·、单线态氧（1O2）、H2O2等。

（一）概念：

目录二、超氧阴离子自由基等活性氧的产生与消除1.自由基（目录

（二）体内O2-.等的产生、影响及消除：

体内O2-.

?细菌感染(刺激巨噬细胞、

?微粒体、线粒体

?胞浆酶系(需氧脱氢酶)

中性粒细胞等)生理量

参与生物转化、需氧

脱氢反应、杀菌作用等

过

量

破坏不饱和脂肪酸、

含-SH基酶及蛋白、

DNA变性、突变等

?

酶性消除：

SOD/过氧化氢酶/

过氧化物酶

?

抗氧化物：

VitE/VitC/泛醌/

β-胡萝卜素

目录（二）体内O2-.等的产生、影响及消除：体内O2-目录

第6章

生物氧化

BiologicalOxidation目录第6章生物氧化BiologicalOxidat目录

营养物质在活细胞内彻底氧化分解生成水和二氧化碳，并释放能量的过程，称生物氧化(biologicaloxidation)，又称

细胞呼吸(cellularrespiration)。

?生物氧化的概念

目录营养物质在活细胞内彻底氧化分解生成水和二氧化碳，并释放目录

生

物

氧

化

的

三

个

阶

段

营养物质

基本单位

糖原

葡萄糖

脂肪

脂肪酸

蛋白质

氨基酸

CO22HH2O呼吸链

ADP+PiATP阶段Ⅰ

乙酰CoA阶段Ⅱ

阶段Ⅲ

TAC

线粒体

目录生物氧化的三个阶段营养物质基本单目录

第一节

生物氧化的特点及其酶类

目录第一节生物氧化的特点及其酶类目录

一、生物氧化的方式和特点

◆酶促反应：体内、近中性、37℃、有水环境；

◆CO2：脱羧产生；

水：底物脱氢经呼吸链传递电子、泵出质子，与氧结合生成。

◆能量：逐步释放，利用率高，合成ATP及维持体温；

◆氧化速率：受生理功能需要和内外环境变化调控

目录一、生物氧化的方式和特点◆酶促反应：体内、近中性、目录

二、生物氧化中CO2的生成

（一）α-脱羧

1.α-单纯脱羧

RRH2N－C－COOHH2N－C－HHHCO22.α-氧化脱羧

CH3C=O+HSCoA+NAD+COOH

CH3COSCoA+NADH+H+CO2丙酮酸脱氢酶系

氨基酸脱羧酶

氨基酸

胺

丙酮酸

乙酰辅酶A目录二、生物氧化中CO2的生成（一）α-脱羧目录

(二）β-脱羧

1.β-单纯脱羧

2.β-氧化脱羧

CβH2-COOH

CαH-COOH

OH+NADP+CβH3

Cα-COOH

O+NADPH+H+CO2苹果酸酶

CβH2-COOH

Cα=O

COOHCβH3

Cα=O

COOH草酰乙酸脱羧酶

CO2草酰乙酸

丙酮酸

苹果酸

丙酮酸

目录(二）β-脱羧1.β-单纯脱羧2.β-氧化脱羧C目录

三、生物氧化的酶类

（一）氧化酶（辅基多为含铁和铜的金属离子）

（二）需氧脱氢酶（辅基为FMN或者FAD）

SH2SFMNorFADFMNH2orFADH2O2H2O2SH2S2Cu2+2Cu+1/2O2O2-2e-H2O2H+目录三、生物氧化的酶类（一）氧化酶（辅基多为含铁和铜的金目录

(三）不需氧脱氢酶

NADH+H+琥珀酸

延胡索酸

FADFADH2呼吸链

琥珀酸脱氢酶

乳酸

丙酮酸

NAD+（四）加氧酶

加单氧酶RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O

加双氧酶

（五）过氧化物酶系

目录(三）不需氧脱氢酶NADH+H+琥珀酸延胡索酸目录

第二节

生成ATP的生物氧化体系

(TheOxidationSystemofATPProducing)目录第二节生成ATP的生物氧化体系(TheO目录

一、线粒体内膜的转运作用

（一）线粒体的结构（structureofmitochondria)内膜

外膜

基质

胞浆

膜间隙

H+H+H+H+e-e-e-e-目录一、线粒体内膜的转运作用（一）线粒体的结构（stru目录

（二）

线粒体外NADH+H+转运进入线粒体

1.苹果酸-天冬酸穿梭作用（malate-aspartateshuttle）

?可生成2.5分子ATP?主要存在于肝和心肌

2.α-磷酸甘油穿梭

(α-glycerophosphateshuttle）

?可生成1.5分子ATP?主要存在于脑和骨骼肌

目录（二）线粒体外NADH+H+转运进入线粒体1.苹果目录

苹果酸-天冬酸穿梭

Ⅰ：酸性氨基酸载体；Ⅱ：α-酮戊二酸载体；

①：天冬氨酸转氨酶；②：苹果酸脱氢酶

目录苹果酸-天冬酸穿梭Ⅰ：酸性氨基酸载体；Ⅱ：α-酮戊二目录

α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中

内膜

外膜

膜间隙

基质

FADH2NAD+FAD?-磷酸甘

油脱氢酶

琥珀酸氧化

呼吸链

磷酸二

羟丙酮

?-磷酸

甘油

NADH+H+?-磷酸甘油脱氢酶

磷酸二

羟丙酮

?-磷酸

甘油

目录α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中内膜目录

二、氧化呼吸链(oxidativerespiratorychain)

线粒体内膜中由一系列电子传递复合体按一定顺序排列成的链锁性氧化还原体系称为氧化呼吸链,又称电子传递链(electrotranferchain).目录二、氧化呼吸链(oxidativerespirato目录

（一）、呼吸链的组成及作用

?

泛醌不包含在上述四种复合体中。

目录（一）、呼吸链的组成及作用?泛醌不包含在上述四种复目录

呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置

目录呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置目录

1、复合体Ⅰ(NADH-泛醌氧化还原酶)作用

----将NADH+H+中的电子传递给泛醌

(1)结构：“L”型

NADH+H+

NAD+

FMNFMNH2还原型Fe-S

氧化型Fe-S

QQH2膜间隙

目录1、复合体Ⅰ(NADH-泛醌氧化还原酶)作用目录

辅基递电子的机理

FMN或FAD中的异咯嗪接受1e、1个H+成半醌型FMN或FAD，再接受1个e、1个H+成还原型FMN或FAD。

氧化型FMN或FAD还原型FMN或FAD半醌型FMN或FAD·

目录辅基递电子的机理FMN或FAD中的异咯嗪接受1e目录

铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中一个铁原子可进行Fe2+?Fe3++e

反应传递电子。属于单电子传递体。

?

表示无机硫

目录铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫原目录

铁硫簇主要以(Fe-S)、(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在，铁硫簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白.Fe目录铁硫簇主要以(Fe-S)、(2Fe-2S)或(4目录

泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。

目录泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较目录

(2)传递电子的机理

4Fe-4S2Fe-2S

经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。

目录(2)传递电子的机理4Fe-4S2Fe-2S目录

?琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S→CoQ→QH2?经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此

递氢给Q生成QH2。

2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶）

----将电子从琥珀酸传递到泛醌

目录?琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S→CoQ→QH目录

3、复合体Ⅲ功能（泛醌-细胞色素C还原酶）

----将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c?复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1复合体，含有细胞色素b(b562,b566)、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白(Rieskeprotein)。

?泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体Ⅲ。

?电子传递过程：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc

目录3、复合体Ⅲ功能（泛醌-细胞色素C还原酶）目录

细胞色素(cytochrome,Cyt)细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。

目录细胞色素(cytochrome,Cyt)细胞色素目录

Q循环：复合体III把2分子QH2的2个e传给CytC，另2个e传给Q生成1分子Q和1分子QH2，并偶联泵出4个H+到膜间隙的过程。

功能：通过Q循环传递电子、泵出质子

目录Q循环：复合体III把2分子QH2的2个e传给目录

4、复合体Ⅳ（细胞色素C氧化酶）

----将电子从细胞色素C传递给氧

?13个亚基组成的跨膜酶蛋白；亚基I、II、Ⅲ

为功能所必需；

?I：Cyta、Cyta3-CuB2+活性中心,II：2个CuA2+组成的铜中心，

?

Ⅲ：结构不详；

4Cytc4e目录4、复合体Ⅳ（细胞色素C氧化酶）目录

?

铜中心传递4个CytC的4e给4个Cyta?4个Cyta再传此4e到Cyta3-CuB2+中心，使1个O2还原为2个

O2-，结合4H+生成

2H2O，同时把基质中4H+泵入膜间隙。

?1QH2只能传2e，故上述过程只生成1H2O，泵出2个H+功能

复合体Ⅳ把4个Cytc传来的4个e给O2生成2H2O，

并把4H+由基质泵出到膜间隙。

过程：

目录?铜中心传递4个CytC的4e给4个Cyta?目录

质子泵（protonpump）

氧化呼吸链中在传递电子的同时能把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。

目录质子泵（protonpump）目录

酶复合体

分子(kD)亚基

辅酶/辅基

主要功能

复合体Ⅰ

(NADH-泛醌氧

化还原酶)1000>40FMN、Fe-S传递NADH+H+中2个e到Q，并由基质向膜间隙泵出4个H+复合体Ⅱ

(琥珀酸-泛醌氧

化还原酶)1404FAD、Fe-S传递琥珀酸中2个电子、2个质子到Q复合体Ⅲ

(泛醌-细胞色素

氧化还原酶)25011

血红素bH、bL、c1Fe-S通过Q循环传递QH2中2个e到细胞色素C，并把4H+

由基质泵出到膜间隙

细胞色素C*131

血红素C传递复合体Ⅲ中2个电子到复合体Ⅳ

复合体Ⅳ

(细胞色素C氧

化酶)20013

血红素a、a3CuA2+、CuB2+把4个Cytc传来的4个e转交给O2，在摄取基质中4H+与O2生成2H2O的同时，把基质中另外4H+

泵出到膜间隙

哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能

目录酶复合体分子(kD)亚基辅酶/辅基目录

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

E0‘(V)氧化还原对

E0‘(V)NAD+/NADN+H+－0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH2－0.30CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.06CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.04(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.55Q10/Q10H20.071/2O2/H2O0.816（二）呼吸链的种类

目录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目录

（二）氧化呼吸链各传递体排列顺序：

由以下实验确定:

①

标准氧化还原电位;②

拆开和重组;

③

特异抑制剂阻断;④

还原状态呼吸链缓慢给氧

目录（二）氧化呼吸链各传递体排列顺序：由以下实验确定:目录

1.NADH氧化呼吸链

NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2

2.琥珀酸氧化呼吸链

琥珀酸

→复合体Ⅱ

→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2

每对氢通过此呼吸链生成2.5molATP;又称主要呼吸链;以NADH的方式进入;每对氢通过此呼吸链生成1.5molATP;又称次要呼吸链和FADH2氧化呼吸链

以FADH2

的方式进入;

目录1.NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复目录

三、氧化磷酸化

?氧化磷酸化营养物质脱氢生成的NADH+H+或FADH2，经氧化呼吸链传递电子、泵出质子形成质子梯度而蕴藏的电化学势能，被ADP利用、磷酸化生成ATP的过程，是体内生成ATP的主要方式。

?底物水平磷酸化

代谢物脱氢或脱水引起分子内部能量聚集，高能键直接转移给ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。

ATP生成方式

实质：氧化呼吸链氧化释能和ADP磷酸化储能的偶联

目录三、氧化磷酸化?氧化磷酸化营养物质脱氢生成的NADH目录

（一）氧化磷酸化偶联部位

线

粒

体

离

体

实

验

测

得

的

一

些

底

物

的

P/O比

值

底

物

呼

吸

链

组

成

P/O

比

值

生

成

ATP

数

β

-

羟

丁

酸

NAD+→

复

合

体

Ⅰ

→

CoQ→

复

合

体

Ⅲ

2.4～

2.82.5→

Cytc

→

复

合

体

Ⅳ

→

O2琥

珀

酸

复

合

体

Ⅱ

→

CoQ→

复

合

体

Ⅲ

1.71.5→

Cytc

→

复

合

体

Ⅳ

→

O2抗

坏

血

酸

Cytc

→

复

合

体

Ⅳ

→

O20.881细

胞

色

素

复

合

体

Ⅳ

→

O20.61-0.681目录（一）氧化磷酸化偶联部位线粒体离体实验目录

氧化磷酸化中每消耗1mol氧原子时，所消耗无机磷的摩尔数，表示氧化呼吸链产生ATP的效率。

磷氧比值（P/O）

目录氧化磷酸化中每消耗1mol氧原目录

电子传递链自由能变化

ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位

目录电子传递链自由能变化ATPATPATP目录

1.ATP合酶

2.化学渗透假说

（二）氧化磷酸化偶联机制

目录1.ATP合酶2目录

ATP合酶结构模式

F1的功能是催化ATP生成

F0的作用是构成质子的通道

亲水F1：基质中，

?9个亚基(α3β3γδε)；

?

α3β3为有中间孔隙的头部；

?

γ在此孔隙中，可转动；

?

δ与1个β，ε与γ连接；

疏水F0：

跨越内膜，

?12-15个亚基（ab2C9-12）；

?C9-12排成对称C环；

基质侧连接ε,外侧连接a;?b2连接a与δ;

膜间隙

内膜

基质

目录ATP合酶结构模式F1的功能是催化ATP生成F0目录

ATP合酶a、c亚基结构

目录ATP合酶a、c亚基结构目录

（2）化学渗透学说（chemiosmotichypothesis）

跨内膜质子梯度使膜间隙成正电性空间，基质为负电性空间，而蕴藏电化学势能。当H+从膜间隙回流到基质时释出能量，驱动ATP合成。

H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+pH8pH7H+浓度梯度

电位梯度

＋＋＋＋＋

＋＋

－－－－－

－－

ABADP+PiATP目录（2）化学渗透学说（chemiosmotichypo目录

ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP（3）结合变构机制：

目录ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP（3）目录

?β未接触γ时为L型，可结合ADP和Pi；β接触γ后变构为T型，催化ADP和Pi合成ATP；γ离开β变构为O型，释出ATP后，恢复为L型。

ATP合酶的C环逆时针方向转动

?H+由膜间隙向基质

回流推动C环逆时针转动，带动γ在头部中央孔隙转动；

目录?β未接触γ时为L型，可结合ADP和Pi；β接触γ后变目录

四、氧化磷酸化的调节及影响因素

（一）调节：

1、ADP/ATP调节作用（最主要）:ADP/ATP比值

↑

氧化磷酸化增快

↓

呼吸控制（respiratorycontrol）：

由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应

，

称呼吸控制

，调控的关键物质是ADP。

呼吸控制

氧化磷酸化减慢

目录四、氧化磷酸化的调节及影响因素（一）调节：1、AD目录

2.甲状腺激素：

甲状腺激素

Na+,K+–ATP酶合成

解偶联蛋白合成

需要ATP合成

ATP合成

↑

↓

氧化磷酸化增快

↑

↑

目录2.甲状腺激素：甲状腺激素Na+,K+–ATP目录

（二）线粒体DNA突变的影响：

点突