生物化学第五章生物氧化第三节氧化磷酸化

生物化学第五章生物氧化第三节氧化磷酸化第1页/共65页代谢物的氧化（脱氢）作用与ADP的磷酸化反应偶联生成ATP的过程。部位：线粒体内膜（真核）胞浆膜（原核细胞）数目、形状因细胞而异

第三节氧化磷酸化第2页/共65页是指电子从NADH或FADH2经电子传递链传递给分子氧生成水,并偶联ADP和Pi生成ATP的过程。它是需氧生物合成ATP的主要途径。第3页/共65页

1.体内ATP生成的方式：氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。

底物水平磷酸化(substratelevelphos-phorylation)

是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。第4页/共65页2.氧化磷酸化偶联部位即ATP生成的部位。P/O比值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。第5页/共65页

---物质氧化时，每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的mol数（或ADPmol数），或每消耗1mol氧所生成的ATP的mol数.第6页/共65页自由能变化(△G0′)：

大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。

69.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol第7页/共65页第8页/共65页三个偶联部位：①NADH与CoQ之间；②CoQ与Cytc之间；③Cytaa3与氧之间。第9页/共65页3.氧化磷酸化的机制有关氧化磷酸化机理的几种假说化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说第10页/共65页（1）化学偶联假说（1953年）

chemicalcouplinghypothesis

认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成高能共价中间物，最后将其能量转移到ADP中形成ATP。

第11页/共65页1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶第12页/共65页（2）构象偶联假说（1964）

conformationalcouplinghypothesis

认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象。迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。

第13页/共65页(3)化学渗透假说：线粒体内膜的电子传递链是质子泵电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内侧的H+迁移到膜外侧（内膜对H+是不通透的），在膜内外侧产生了跨膜质子梯度和电位梯度在膜内外势能差的驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道（ATP合酶组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP第14页/共65页第15页/共65页复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵作用4H+4H+4H+4H+2H+2H+内膜表面基质NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸½O2＋2H+H2O第16页/共65页第17页/共65页Q循环第18页/共65页线粒体基质线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化学渗透假说简单示意图第19页/共65页化学渗透假说第20页/共65页4.ATP合成机制ATP合酶即复合体Ⅴ。位于线粒体内膜的基质侧。第21页/共65页ATP合成酶在线粒体中的位置第22页/共65页ATP合酶F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。F1：为亲水蛋白质，由33亚基组成，催化生成ATP。OSCP：寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与F1之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生成ATP。第23页/共65页ATP合成酶由疏水的F0(a1b2c912)和亲水的F1(33)组成.质子穿过a时,推动c环象水车一样转动,连带F1转动.质子流过ATP合酶时同时释放出结合的ATP分子第24页/共65页ATP合酶结构模式图第25页/共65页ATP合酶的工作机制第26页/共65页ATP合酶的作用力是由质子动力所驱动的第27页/共65页ATP4-F0F1胞液侧基质侧腺苷酸转运蛋白磷酸转运蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+

H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需4个H＋回流进入线粒体基质中第28页/共65页5.氧化磷酸化的解偶联和抑制呼吸链抑制剂:阻断呼吸链中某些部位电子传递。解偶联剂:使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白,如2，4-二硝基苯酚(DNP)氧化磷酸化抑制剂:对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素第29页/共65页鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥×抗霉素A二巯基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各种呼吸链抑制剂的阻断位点第30页/共65页解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能

H+

H+ADP+Pi

ATP

第31页/共65页Ｈ＋Ｈ＋Ｈ＋ADP+PiATP+H2O解偶联蛋白Ｈ＋解偶联作用机制热Ｈ＋第32页/共65页寡霉素(oligomycin)可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成寡霉素第33页/共65页6.通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜孔蛋白，<10kDa的物质通过线粒体内膜不同的转运体,对物质有选择性第34页/共65页第35页/共65页两种机制:α-磷酸甘油穿梭(glycerophosphateshuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)胞质中NADH的氧化(线粒体外NADH的氧化)第36页/共65页NADH两种氧化途径的比较氧化途径主要存在的组织主要承担酶胞液中主要承担酶的辅基线粒体内主要承担酶的辅基被完全氧化时经过的呼吸链完全氧化时产生的ATP量-磷酸甘油穿梭骨骼肌、神经细胞-磷酸甘油脱氢酶NAD+FAD琥珀酸氧化呼吸链1.5ATP苹果酸穿梭肝、心肌组织苹果酸脱氢酶NAD+NAD+NADH氧化呼吸链2.5ATP第37页/共65页-磷酸甘油穿梭示意图NADH+H+NAD+-磷酸甘油脱氢酶-磷酸甘油脱氢酶FADFADH2呼吸链第38页/共65页苹果酸-天冬氨酸穿梭3ATP第39页/共65页(1)、脱氢酶和氧化酶受氢体辅酶或辅基产物举例不需氧脱氢酶辅酶NADH脱氢酶需氧脱氢酶O2FMN(FAD)H2O2氨基酸氧化酶、

单胺氧化酶、黄嘌呤氧化酶氧化酶O2含CuH2O细胞色素c氧化酶、酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶7.其他氧化体系第40页/共65页末端氧化酶：能将底物所脱下的电子最后传给O2，并形成H2O或H2O2的酶类。种类：细胞色素氧化酶：主要的末端氧化酶，与O的亲和力最高，4/5的耗氧量由此酶承担酚氧化酶:组织受伤，将酚氧化成醌（红褐色），抑制微生物活性抗坏血酸氧化酶乙醇酸氧化酶第41页/共65页第42页/共65页

(2)、过氧化酶体中的酶类

过氧化氢酶catalase催化反应:1分子H2O2

提供电子,

另1分子H2O2

接受电子

辅基:4个血红素作用：分布广,可消除需氧脱氢酶催化反应产生的有毒的H2O2第43页/共65页催化反应:催化H2O2直接氧化酚类/胺类化合物

辅基：血红素谷胱甘肽过氧化物酶对机体起保护作用过氧化物酶（peroxidase）第44页/共65页(3)、超氧化物歧化酶

（superoxidedimutase,SOD）呼吸链电子传递过程中产生超氧离子(O2-.)O2-.H2O2+.OH

损伤生物膜2O2-.+2H+H2O2+O2超氧化物歧化酶SOD辅基含Cu、Zn(胞液)或Mn(线粒体)。过氧化氢酶H2O+O2第45页/共65页1.呼吸链存在于（）A细胞膜B线粒体外膜C线粒体内膜D微粒体E过氧化物酶体本章选择题练习第46页/共65页2.下列哪种物质不是NADH氧化呼吸链的组分？A.FMNB.FADC.泛醌D.铁硫蛋白E.细胞色素c第47页/共65页3.ATP生成的主要方式是（）A肌酸磷酸化B氧化磷酸化C糖的磷酸化D底物水平磷酸化E高能化合物之间的转化第48页/共65页5.下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是A所有高能键都是磷酸键B高能磷酸键只存在于ATPC高能磷酸键仅在呼吸链中偶联D有ATP参与的反应也可逆向进行E所有的生化转变都需要ATP参与第49页/共65页6.下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？A丙酮酸脱氢酶B琥珀酸脱氢酶C黄嘌呤氧化酶D细胞色素c氧化酶ESOD第50页/共65页7.关于线粒体内膜外H+浓度叙述正确的是A浓度高于线粒体内B浓度低于线粒体内C可自由进入线粒体D进入线粒体需主动转运E进入线粒体需载体转运第51页/共65页8.参与呼吸链电子传递的金属离子是()A铁离子B钴离子C镁离子D锌离子E以上都不是第52页/共65页9.呼吸链中,不具有质子泵功能的是A复合体ⅠB复合体ⅡC复合体ⅢD复合体ⅣE以上都不是第53页/共65页10.关于超氧化物歧化酶,哪项是不正确的()A可催化产生超氧离子B可消除超氧离子C可催化产生过氧化氢D含金属离子辅基E存在于胞液和线粒体中第54页/共65页11.Exceptiron,Cytaa3contain()ion.AZnBMgCCuDMnEK第55页/共65页12.WhichonecanbeinhibitedbyCOinrespiratorychain?AFADBFMNCFe-SDCytaa3ECytc第56页/共65页13.Whichoneisuncoupler?ACOBpiericidinACKCND2,4-dinitrophenolEH2S第57页/共65页14.Therightelectrontansferationsequenceis()Ab→c→c1→aa3→O2Bc1→c→b→aa3→O2Cc→c1→b→aa3→O2Dc→b→c1→aa3→O2Eb→c1→c→aa3→O2第58页/共65页15.关于ATP合成酶，叙述正确的是A位于线粒体内膜，又称复合体ⅤB由F1和F0两部分组成CF0是质子通道D生成ATP的催化部位在F1的亚基上EF1呈疏水性，