生物氧化修复的

代谢的功能

从环境中获得营养物质将外界获取的营养物质转变成为自身需要的结构原件将结构原件组成成自身的大分子形成或分解生物体特殊功能所需要的生物分子提供生命活动所需的一切能量特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行目前一页\总数一百一十三页\编于二十点利用光能的生物（植物、微生物）食草动物

食腐动物（微生物）食肉动物（轮回）新陈代谢的过程目前二页\总数一百一十三页\编于二十点反应步骤繁多，具有严格的顺序性；目前三页\总数一百一十三页\编于二十点分解代谢：将从外界摄取或机体原有的物质物质通过一系列的反应步骤变为较小的、较简单的物质的过程。合成代谢：生物利用小分子或大分子结构元件构建自身大分子的过程。代谢的分类目前四页\总数一百一十三页\编于二十点合成代谢分解代谢生物体的新陈代谢生物小分子合成生物大分子一般需要能量一般释放能量生物大分子分解为生物小分子能量代谢物质代谢二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢主要涉及目前已经清楚的细胞内四大物质的合成与分解。目前五页\总数一百一十三页\编于二十点新陈代谢的速率生长旺盛时：合成代谢分解代谢成长的生物：合成代谢分解代谢衰老或饥饿：合成代谢分解代谢目前六页\总数一百一十三页\编于二十点代谢作用中的能量关系

分解代谢分解有机物[糖、脂和蛋白质]，转化为更小、更简单的终产物[如乳酸、CO2和NH3等]，释放能量，部分被转化为ATP和还原的电子载体[NADH，NADPH和FADH2]，其余的作为热量散失。 合成代谢以小或简单的前体物质合成更大、更复杂的分子，如脂、多糖、蛋白质和核酸等，合成代谢需要能量的输入，通常需要ATP和还原力[NADH、NADPH和FADH2]。目前七页\总数一百一十三页\编于二十点2.代谢的三阶段ⅠⅡⅢTCA目前八页\总数一百一十三页\编于二十点代谢研究的方法1．饲养动物(feedinganimal)2．测定呼吸商（respiratoryquotient,R.Q.）3．代谢疾病(metabolicblock)不正常代谢的观察4．利用微生物的生化突变型（biochemicalmutant)5．切除器官(organexcision)6．离体试验(invitrotest)7．组织培养（tissueculture）8．应用酶的抑制剂(enzymeinhibitor)9．同位素示踪法（isotopictracertechnique）10．分部离心技术(differentialcentrifugation)目前九页\总数一百一十三页\编于二十点整体方法（invivo)纯化合物排泄物的化学分析典型案例脂肪酸的β氧化目前十页\总数一百一十三页\编于二十点离体法(invitro)器官、组织或细胞各类组织细胞各种破碎方法碎片置于试管中向该试管中加入纯化合物（如葡萄糖）分析各类代谢中间产物及酶，逻辑推断。典型案例糖代谢、生物氧化等等目前十一页\总数一百一十三页\编于二十点黑色素是吲哚醌的聚合物白化病(albinism)缺乏酪氨酸酶目前十二页\总数一百一十三页\编于二十点二、生物能学简介1、生物能的转换及生物系统中的能流2、自由能的概念及化学反应自由能的计算目前十三页\总数一百一十三页\编于二十点1.生物能的转换及生物系统中的能流*第一阶段：6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光合作用（光能）合成多糖、脂肪、蛋白质等*第二阶段：糖、脂、蛋白质等小分子物质＋自由能热能化学能ADP+PiATP渗透功化学功机械功等目前十四页\总数一百一十三页\编于二十点CO2+H2O能量源自能源物质（糖、脂、偶尔是蛋白质）的分解ADP机械能（运动）化学能（合成反应）渗透能（分泌、吸收）电能（生物电）热能（体温维持）光能（生物发光）

UTP、GTP、CTP、TTP合成，供能ATP分解代谢氧化产能生物系统中的能流目前十五页\总数一百一十三页\编于二十点2.自由能（freeenergy）的概念

定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS

物理意义：－ΔＧ＝Ｗ*(体系中能对环境作功的能量)

自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即：

ΔG<0，反应能自发进行

ΔG>0，反应不能自发进行

ΔG=0，反应处于平衡状态。目前十六页\总数一百一十三页\编于二十点*自由能变化的可加和性

在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总合。例：G(葡萄糖)＋ATPG-6-P+ADP(总反应)第一步：G＋Pi(磷酸)G-6-P+H2O(不能自发进行)第二步：ATP+H2OADP+Pi(自发进行的放能反应)偶联：得总反应。ATP以偶联方式推动体内非自发反应。

一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应（放能反应）相偶联，驱动整个反应进行。目前十七页\总数一百一十三页\编于二十点化学反应自由能的计算a.利用化学反应平衡常数计算基本公式：ΔG′=ΔG°′+RTlnQc(Qc-浓度商)

ΔG°′=-RTlnKeq

例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化

b.利用标准氧化还原电位（E°）计算（限于氧化还原反应）基本公式：ΔG°′=－nFΔE°′(ΔE°′=E+°′-E-°′)

例：计算NADH氧化反应的ΔG°′目前十八页\总数一百一十三页\编于二十点达平衡时=Keq=19解：ΔG°′=-RTlnKeq=-2.3038.314311log19ΔG′=ΔG°′+RTlnQc(Qc-浓度商)=-7.6+2.3038.314311log0.1未达平衡时=Qc=0.1反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时，G-1-P占5%，G-6-P占95%，求ΔG0。如果反应未达到平衡，设，[，求反应的ΔG是多少？例题：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化目前十九页\总数一百一十三页\编于二十点NADH+H++1/2O2====NAD++H2O

正极反应：1/2O2+2H++2e

H2O

E+°′

0.82负极反应：NAD++H++2eNADH

E-°′-0.3ΔG°′-nFΔE°′

-2×96485×[0.82-(-0.3)]

-220KJ·mol-1

例题：计算下反应式ΔG°′目前二十页\总数一百一十三页\编于二十点高能化合物——生化反应中，在水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能（>21千焦/摩尔）的化合物。高能键——水解自由能大于21KJ/mol的化学键，常用∽表示。三、高能化合物1、高能化合物的类型磷酸化合物非磷酸化合物目前二十一页\总数一百一十三页\编于二十点高能化合物类型目前二十二页\总数一百一十三页\编于二十点特点：在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-），具有较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩尔）。ATP4-+H2O＝ADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ•MOL-12、ATP的特点及其特殊作用目前二十三页\总数一百一十三页\编于二十点

2、ATP水解产物具有更大的共振稳定性，其水解产物ADP3-和Pi的某些电子的能量水平远远小于ATP。

3、H+的低浓度导致ATP4-向分解方向进行。

4、酸酐键溶剂化所需能量小于磷脂键。ATP分子内存在相反共振现象.由于在相邻的两个磷原子之间夹着一个氧原子，氧原子上存在有未共用电子对，而磷原子因P=O和P-O-间的诱电子效应带有部分正电荷，于是在两个相邻的磷原子之间存在竞争氧原子上的未共用电子的现象，这种作用的结果会影响ATP分子的结构稳定性。因此，反应物的不稳定性和产物的稳定性或反应物内的。静电斥力和产物的共振稳定使ATP水解释放大量能量。1、ATP分子结构存在不稳定因素：静电斥力，ATP水解时释放大量的自由能的原因目前二十四页\总数一百一十三页\编于二十点另外：GTP对G蛋白的活化、蛋白质的生物合成、蛋白质的寻靶作用以及蛋白质运转等过程提供自由能；UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用；CTP在合成磷脂酰胆碱及纤维素等方面有作用。目前二十五页\总数一百一十三页\编于二十点

ATP的特殊功能特殊功能：

a.细胞能量代谢的“通货”－－能量通货

化合物

ΔG°（KJ/mol）磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸＋Pi－61.91,3－二磷酸甘油酸3－磷酸甘油酸＋Pi－49.3

磷酸肌醇肌酸＋Pi－43.1

ATPADP＋Pi－30.5

1－磷酸葡萄糖葡萄糖＋Pi－20.96－磷酸果糖果糖＋Pi－15.96－磷酸葡萄糖葡萄糖＋Pi－13.8

磷酸肌酸＋ADPATP

＋肌酸

ATP＋葡萄糖6－磷酸葡萄糖＋ADPb.磷酸基团转移的中间载体目前二十六页\总数一百一十三页\编于二十点～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基团转移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基团储备物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油目前二十七页\总数一百一十三页\编于二十点（3）ATP断裂形成AMP和焦磷酸的作用ΔG0’=-7.7(Kcal/mol)=-32.19(KJ/mol)ΔG0’=-6.9(Kcal/mol)=-28.842(KJ/mol)-61.028KJ/mol意义：萤火虫发光物质的形成由ATP降解为AMP+PPi来提供腺苷酸；为一些接近平衡的反应提供驱动力：ATP+RCOOH+CoA-SHAMP+PPi+RCO-S-CoA

ΔG0'=0.2(Kcal/mol)=0.836(KJ/mol)ATP+H2OPPi+H2O下页AMP+PPi2Pi目前二十八页\总数一百一十三页\编于二十点（4）能荷ATP是生命活动中能量的主要直接供体，因此ATP不断产生又不断消耗，ATP、ADP和AMP的转换率非常高。但他们在机体内总能保持相应的平衡状态，以适应细胞对能量的需求。

细胞所处的能量状态用ATP、

ADP和AMP之间的关系式来表示，称为能荷，公式如下：下页

[ATP]+1/2[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]腺苷酸库能荷=目前二十九页\总数一百一十三页\编于二十点能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的ATP全部转变为AMP时能荷值为0，当AMP全部转变为ATP时，能荷值为1。高能荷抑制ATP的生成，促进ATP的应用，即促进机体内的合成代谢。大多数细胞的能荷处于之间。进一步说明细胞内ATP的产生和利用都处于一个相对稳定的状态。（同位素实验）节目前三十页\总数一百一十三页\编于二十点生物氧化1.生物氧化的概念及所要讨论的主要问题

⑵讨论的问题：细胞内CO2、H20的生成机制。能量的产生、贮存和利用（即当有机物氧化时，细胞如何将氧化时产生的能量搜集和贮藏起来。）

⑴生物氧化——有机物在细胞内氧化分解成CO2和H2O并释放出能量形成ATP的过程。（组织呼吸或细胞呼吸）。目前三十一页\总数一百一十三页\编于二十点2.生物氧化的特点体外：C6H12O6+6O26CO2+6H2O燃烧ΔG°

=-2867.5KJ/mol（以热、光形式释放）体内：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+38ATPΔG°

=-2867.5KJ/mol

贮存：38×(-30.5)=-1159KJ/mol剩余:-2867.5-(-1159)=-1708.KJ/mol主要以热、光、电的形式释放(动物主要用于保持体温).目前三十二页\总数一百一十三页\编于二十点生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，都生成CO2和H2O，所释放的能量也相同。但二者进行的方式和历程却不同：

细胞内温和条件高温或高压、干燥条件（常温、常压、中性pH、水溶液）一系列酶促反应无机催化剂逐步氧化放能，能量利用率高能量爆发释放释放的能量转化成ATP被利用

转换为光和热，散失生物氧化体外燃烧生物氧化与体外燃烧的异同目前三十三页\总数一百一十三页\编于二十点生物氧化的特点:在体温条件下进行,通过酶的催化作用使有机分子发生一系列的化学变化,同时逐步氧化释放能量.这种方式不会引起体温的骤然升高,而且释放的能量得到有效的利用。在氧化过程中产生的能量一般贮存于一些特殊的化合物中,主要是ATP。目前三十四页\总数一百一十三页\编于二十点生物氧化中物质氧化的方式表现形式（生物氧化的方式）：失电子、脱氢、加氧、加水脱氢，其中脱氢和加水脱氢最常见。CHOH—COOHCH2—COOH+H2O延胡索酸酶CH2—COOHCH2—COOHHOOC—CHHC—COOH琥珀酸脱氢酶FADFADH2CHOH—COOHCH2—COOHCO—COOHCH2—COOH苹果酸脱氢酶NAD+NADH+H+HOOC—CHHC—COOH目前三十五页\总数一百一十三页\编于二十点3.生物氧化中CO2生成机制基本方式：有机物在酶的作用下脱羧生成。α-脱羧

β-脱羧分类（一）单纯脱羧（二）氧化脱羧羧基位置脱羧方式目前三十六页\总数一百一十三页\编于二十点

1.α-单纯脱羧

COOHC=OCH2COOHαβ2.β-单纯脱羧COOHC=O+CO2

CH3（一）单纯脱羧丙酮酸脱羧酶CH3CCOOH‖OCH3CH+CO2

O‖目前三十七页\总数一百一十三页\编于二十点1.α-氧化脱羧2.β-氧化脱羧COOHC=O+CO2+NADPH+H+

CH3COOHC=O+NADP+CH2COOHβα（二）氧化脱羧丙酮酸脱氢酶复合体CH3－C－COOH+CoASH+NAD+O‖CH3－C～SCoA+NADH+H++CO2O‖烯醇式丙酮酸羧化酶目前三十八页\总数一百一十三页\编于二十点生物氧化中CO2的生成

生物氧化中的CO2是由糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的化合物后脱羧产生的。1、乙醇发酵的第一步(直接脱羧）2、丙酮酸氧化脱羧（氧化脱羧）3、TCA循环中-酮戊二酸的生成(氧化脱羧）4、TCA循环中琥珀酰~CoA的生成（氧化脱羧）5、草酰乙酸脱羧生成丙酮酸(直接脱羧）6、苹果酸生成丙酮酸（氧化脱羧）目前三十九页\总数一百一十三页\编于二十点4.H2O的生成机制

代谢物在脱氢酶催化下氧化脱下的氢由相应的氢载体（

NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O，在这个过程中，同时伴随着能量的释放和储存。CH3CCOOH‖OCH3CSCoA

O‖丙酮酸脱氢复合酶NAD+NADH+H+NAD+O2/2O-2H+H2O电子传递链生物氧化的关键：代谢物如何脱氢及如何与分子氧结合成H2O并释放能量的。目前四十页\总数一百一十三页\编于二十点

代谢物上脱氢的两种方式：

在脱氢酶的催化下脱氢，氢由脱氢酶的辅助因子接受（受氢体）。CH2—COOHCH2—COOH琥珀酸脱氢酶FADFADH2CHOH—COOHCH2—COOHCO—COOHCH2—COOH苹果酸脱氢酶NAD+NADH+H+HOOC—CHHC—COOH目前四十一页\总数一百一十三页\编于二十点脱氢酶的种类以NAD+、NADP+为辅助因子以FAD、FMN为辅助因子(黄素酶）黄素酶需氧黄素酶：以O2为直接受氢体，产生H2O2不需氧黄素酶：不以O2为直接受氢体，经传递体最后到O2。传递体：生物氧化过程中起传递氢和电子作用的物质。

NADH传递体（递氢体和递电子体）O2H2O氧化酶氧化酶：以O2为直接受氢体的氧化还原酶，其作用是可激活氧，并使其和氢氧结合H2O。目前四十二页\总数一百一十三页\编于二十点

进行生物氧化反应的部位（1）线粒体（2）内质网、微粒体、过氧化酶体等生理意义：供给机体能量，进行正常生理生化活动，转化有害废物。目前四十三页\总数一百一十三页\编于二十点脂肪酸、甘油CoA2CO2e-O2电子传递ADP+PiATP三羧酸循环大分子降解成基本结构单位小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA)共同的中间物进入三羧酸循环，氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP。蛋白质氨基酸葡萄糖、其他单糖脂肪多糖乙酰CoA目前四十四页\总数一百一十三页\编于二十点生物氧化体系1、线粒体氧化体系（ATP生成的主要方式）ATP的生成方式氧化磷酸化作用底物水平磷酸化作用光合磷酸化作用线粒体结构特点电子传递呼吸链的概念呼吸链的组成及各组分的排列顺序细胞内两条主要呼吸链及其能量变化氧化磷酸化作用氧化磷酸化解偶链及电子传递抑制作用目前四十五页\总数一百一十三页\编于二十点线粒体呼吸链目前四十六页\总数一百一十三页\编于二十点线粒体呼吸链的概念

线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链，因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称呼吸链。呼吸链（电子传递链）—由供氢体、传递体、受氢体（O2)及其相应酶系统组成的链状代谢途径。目前四十七页\总数一百一十三页\编于二十点线粒体中的两条典型呼吸链(供氢体)NADH传递体(多个)H2O½O2传递体-2HSH2+NAD+(供氢体)FADH2传递体(多个)H2O½O2传递体-2HSH2+FAD受氢体受氢体目前四十八页\总数一百一十三页\编于二十点线粒体中的两条典型呼吸链目前四十九页\总数一百一十三页\编于二十点2.呼吸链的组成(1)烟酰氨脱氢酶类(2)黄素蛋白酶类(3)铁－硫蛋白类(4)辅酶Q(CoQ)(5)细胞色素还原酶(6)细胞色素氧化酶下页琥珀酸等黄素蛋白（FAD）铁硫蛋白（Fe-S)NADH黄素蛋白（FMN）铁硫蛋白（Fe-S)辅酶Q(CoQ)CytbFe-SCytc1CytcCytaa3O2目前五十页\总数一百一十三页\编于二十点(1)烟酰氨脱氢酶类NAD+、NADP+的结构

NAD+：R=HNADP+：R=PO32-(尼克酰胺核苷酸类)下页特点：以NAD+或NADP+为辅酶，存在于线粒体、基质或胞液中。目前五十一页\总数一百一十三页\编于二十点+H+

H++

H+2HHHeH+HNAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2H尼克酰胺核苷酸的作用原理+e目前五十二页\总数一百一十三页\编于二十点(2)黄素蛋白酶类特点：以FAD或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白。传递机理如下：NHNNHNROHNNNONHR+2H-2HFAM(FAD)氧化态FAMH2(FADH2)还原态+2H目前五十三页\总数一百一十三页\编于二十点(3)铁硫蛋白铁硫聚簇（Fe-S中心）主要以（Fe-S）(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在，铁硫聚簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白。下页传递电子机理：Fe3++eFe2+目前五十四页\总数一百一十三页\编于二十点铁-硫中心

[Iron-sulfurCenters]目前五十五页\总数一百一十三页\编于二十点CysSSSCysFe3+

Fe3+

CysSSSCys

CysSSSCysFe3+

Fe2+

CysSSSCys

+e--e-铁硫聚簇通过Fe3+

Fe2+

变化，将氢从FMNH2上脱下传给CoQ，同时起传递电子的作用，每次传递一个电子.返回目前五十六页\总数一百一十三页\编于二十点CoQ的结构和递氢原理CoQ+2HCoQH2目前五十七页\总数一百一十三页\编于二十点辅酶Q的氧化还原氧化型泛醌半醌自由基氢（质）醌目前五十八页\总数一百一十三页\编于二十点底物到辅酶Q

的电子流动ETF:electron-transferringflavoprotein目前五十九页\总数一百一十三页\编于二十点细胞色素

传递电子机理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+

－e－e

特点：以血红素（heme）为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉。

类别:根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸链中的中为电子传递体，a和a3以复合物物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu

，可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧化酶。目前六十页\总数一百一十三页\编于二十点细胞色素的结构和递电子机理传递电子机理：Fe3+

Fe2+-e+e目前六十一页\总数一百一十三页\编于二十点细胞色素c在复合体III和Ⅳ之间传递电子。（细胞色素c交互地与细胞色素还原酶的C1和细胞色素氧化酶接触）是唯一能溶于水的细胞色素返回目前六十二页\总数一百一十三页\编于二十点（复合体Ⅳ、细胞色素c氧化酶）由cyt.a和a3

组成。复合物中除了含有铁卟啉外，还含有2个铜原子（CuA，CuB）。Cyta与CuA相配合，cyta3与CuB相配合，当电子传递时，细胞色素的Fe3+Fe2+间循环，同时Cu2+Cu+间循环，将电子从Cytc直接传递给O2。也叫末端氧化酶。(6)细胞色素氧化酶目前六十三页\总数一百一十三页\编于二十点细胞色素氧化酶（10个亚基的多聚蛋白）返回目前六十四页\总数一百一十三页\编于二十点五种成分组成的四个复合物复合物I-NAD+-CoQ还原酶（FMN、Fe-S、CoQ、脂类）复合物II-琥珀酸－CoQ还原酶（FAD、Fe-SCytb558、脂类）复合物III-CoQH2-细胞色素C还原酶（CoQ、

Cytb、c、Fe-S、脂类）复合物IV－细胞色素C氧化酶（Cytaa3、

Cu+2/Cu+1、脂类）细胞内两条呼吸链的组成及各组分的排列目前六十五页\总数一百一十三页\编于二十点细胞内两条呼吸链的组成及各组分的排列目前六十六页\总数一百一十三页\编于二十点琥珀酸等（FAD）（Fe-S)NADH（FMN）（Fe-S)(CoQ)CytbFe-SCytc1CytcCytaa3O2电子传递链中各中间体的顺序复合酶I－NADH脱氢酶复合酶III－辅酶Q-细胞色素还原酶复合酶IV－细胞色素C氧化酶复合酶II－琥珀酸－辅酶Q还原酶FADH2呼吸链NADH呼吸链目前六十七页\总数一百一十三页\编于二十点NADH呼吸链H2O12O2O2-MH2还原型代谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

细胞色素b-c-c1-aa3FeS2H+M氧化型代谢底物FADH2呼吸链FADFADH2琥珀酸FeS2Fe2+2Fe3+

细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸目前六十八页\总数一百一十三页\编于二十点NADH呼吸链和FADH2呼吸链

FADH2

↓FeS↓

NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2NADH呼吸链FADH2呼吸链目前六十九页\总数一百一十三页\编于二十点返回决定呼吸链成分排列顺序的主要因素呼吸链中主要物质的氧化还原电位NAD++2HNADH+H+-0.32FMN+2HFMNH2-0.30FAD+2HFADH2-0.15CoQ+2HCoQH2+0.10CytbFe+3+eCytbFe+2+0.07CytcFe+3+eCytcFe+2+0.22Cytc1Fe+3+eCytc1Fe+2+0.25Cyta3Fe+3+eCyta3Fe+2+0.39½O2+2H++2eH2O+0.816反应系氧化还原电位电子流动方向目前七十页\总数一百一十三页\编于二十点NADH呼吸链电子传递过程中自由能变化总反应:NADH+H++1/2O2→NAD++H2O

ΔG°′=-nFΔE°′

=-2×96.5×[0.82-(-0.32)]=-220.07千焦·mol-1总反应：FADH2+1/2O2→FAD+H2OΔG°′=-nFΔE°′=-2×96.5×[0.82-(-0.18)]=-193.0千焦·mol-1FADH2呼吸链电子传递过程中自由能变化目前七十一页\总数一百一十三页\编于二十点第三节氧化磷酸化作用一、氧化磷酸化和磷氧比（P/O）的概念二、氧化磷酸化的偶联机理三、线粒体外NADH的氧化磷酸化作用目前七十二页\总数一百一十三页\编于二十点氧化磷酸化

代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。类别：

底物水平磷酸化电子传递水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化过程中释放出的自由能部位：线粒体内膜（真核）胞浆膜（原核细胞）数目、形状因细胞而异目前七十三页\总数一百一十三页\编于二十点

氧化磷酸化重建示意图目前七十四页\总数一百一十三页\编于二十点磷氧比（P/O

）

呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi

，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数。NADHFADH2O212H2OH2O例实测得NADH呼吸链：P/O~3/2.5ADP+PiATP实测得FADH2呼吸链：P/O~2/1.5O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP目前七十五页\总数一百一十三页\编于二十点二、氧化磷酸化的偶联机理

1、线粒体ATP合酶（mitochondrialATPase）2、能量偶联假说

1953年EdwardSlater

化学偶联假说

1964年PaulBoyer构象偶联假说1961年PeterMitchell化学渗透假说3、质子梯度的形成4、ATP合成的机制1978年获诺贝尔化学奖目前七十六页\总数一百一十三页\编于二十点（1）化学偶联假说（1953年）（掌握要点）

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。

AH2+B+I-OHAI+BH2+OH-AI+X-H+OH-

X

I+A+H2O

XI+P-OHXP+I-OH

XP+ADPATP+X-HAH2+B+ADP+P-OHA+BH2+ATP+H2O

目前七十七页\总数一百一十三页\编于二十点

（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。

目前七十八页\总数一百一十三页\编于二十点内膜F0F1ATP酶e-ADP+Pi底物H+ATPH+H+H+基质膜间隙电子传递链

电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成H+跨线粒体内膜的电化学梯度，这个梯度的电化学势(ΔH+)驱动ATP的合成。化学渗透假说

(chemiosmotichypothasis)目前七十九页\总数一百一十三页\编于二十点化学渗透假说示意图2H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高质子浓度H2O2e-+++++++++__________质子流线粒体内膜磷酸化

氧化

目前八十页\总数一百一十三页\编于二十点目前八十一页\总数一百一十三页\编于二十点线粒体电子传递和H+排出的数目和途径H2O2H+CytcCytcCytcQFMNFeSFeSCytc1CytbKCytbrCytaFeSCyta32e-2e-NADH+H+NAD+O2+2H+H2O4H+2H+2H+复合物III12目前八十二页\总数一百一十三页\编于二十点质子梯度的形成（耗能过程）目前八十三页\总数一百一十三页\编于二十点ATP合成机制——ATP酶复合体线粒体内膜表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为ATP酶复合体/ATP合酶，是ATP合成的场所。结构：头部：ATP合酶（F1）柄部：棒状Pr，对寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，与内膜连接（FO）目前八十四页\总数一百一十三页\编于二十点线粒体ATP合成酶目前八十五页\总数一百一十三页\编于二十点Boyer和Walker的工作

英国科学家Walker通过x光衍射获得高分辩率的牛心线粒体ATP酶晶体的三维结构，证明在ATP酶合成ATP的催化循环中三个β亚基的确有不同构象，从而有力地支持了Boyer的假说。

Boyer和Walker共同获得1997年诺贝尔化学奖。

美国科学家Boyer为解释ATP酶作用机理,提出旋转催化假说，认为ATP合成酶β亚基有三种不同的构象，一种构象(L)有利于ADP和Pi结合，一种构象(T)可使结合的ADP和Pi合成ATP，第三种构象(O)使合成的ATP容易被释放出来。在ATP合成过程中，三个β亚基依次进行上述三种构象的交替变化，所需能量由跨膜H+提供。目前八十六页\总数一百一十三页\编于二十点目前八十七页\总数一百一十三页\编于二十点ATPase的旋转催化模型IIIIVIII定子转子

旋转催化理论认为质子流通过Fo引起亚基III寡聚体和及亚基一起转动,这种旋转配置

/亚基之间的不对称的相互作用,引起催化位点性质的转变,亚基的中心

-螺旋被认为是转子,亚基I和II与亚基组合在一起组成定子,它压住

/异质六聚体.目前八十八页\总数一百一十三页\编于二十点ATP合酶结构示意图定子

旋转催化理论认为质子流通过Fo引起亚基III寡聚体和及亚基一起转动,这种旋转配置

/亚基之间的不对称的相互作用,引起催化位点性质的转变,亚基的中心

-螺旋被认为是转子,亚基I和II与亚基组合在一起组成定子,它压住

/异质六聚体.OSCPF1H+通道FO柄DCCD结合蛋白基质表面外表面目前八十九页\总数一百一十三页\编于二十点Rod-shapedgsubunit.ADPEmptyEachbsununitofATPsynthasecanassumethreedifferentconformations!目前九十页\总数一百一十三页\编于二十点ADP+PiProtenFluxH2O

H+ATP酶作用机理目前九十一页\总数一百一十三页\编于二十点呼吸链中电子传递时自由能的下降FADH22e-NADH目前九十二页\总数一百一十三页\编于二十点（二）腺苷酸载体----ATP-ADP转位酶目前九十三页\总数一百一十三页\编于二十点目前九十四页\总数一百一十三页\编于二十点（1）氧化磷酸化的调节a.ADP和ATP的调节：正常生理条件下，ADP是氧化磷酸化的主要调节者，ADP则氧化磷酸化。b.甲状腺激素：它诱导Na+,K+-ATP酶的生成使ATP分解,因ADP导致氧化。它还使解偶联蛋白基因表达和耗氧，产热。（2）线粒体DNA突变mtDNA突变率是核内DNA的10-20倍，如突变发生在氧化磷酸化的基因上，将使ATP生成,导致疾病。3、影响氧化磷酸化的因素目前九十五页\总数一百一十三页\编于二十点氧化磷酸化抑制剂的作用①呼吸链抑制剂琥珀酸FANAD+FMNCoQbc1caa3O2丙二酸鱼藤酮阿米妥抗霉素AH2SCOCN作用：阻断电子传递D目前九十六页\总数一百一十三页\编于二十点电子传递抑制剂抑制位置目前九十七页\总数一百一十三页\编于二十点电子传递抑制剂

NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸复合物II复合物IV复合物I复合物III鱼藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO目前九十八页\总数一百一十三页\编于二十点②解偶联剂:能够使氧化过程与磷酸化过程脱节的物质称解偶联剂，它对电子传递没有抑制作用，但能抑制ADP磷酸化生成ATP的过程。

作用：使氧化过程与磷酸化过程脱节举例：2，4-二硝基苯酚、双香豆素等返回目前九十九页\总数一百一十三页\编于二十点2,4-二硝基苯酚的解偶联作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜内外目前一百页\总数一百一十三页\编于二十点③磷酸化抑制剂

作用：抑制氧化磷酸化过程举例：寡霉素机理：与ATP合酶的F0部位结合，破坏H+回流，影响呼吸链质子泵的功能，抑制电子传递。目前一百零一页\总数一百一十三页\编于二十点三、线粒体外NADH的氧化磷酸化作用

磷酸甘油穿梭系统

苹果酸—天冬氨酸穿梭系统两种穿梭系统的比较

酵解（细胞质）氧化磷酸化

（线粒体）目前一百零二页\总数一百一十三页\编于二十点-磷酸甘油穿梭（线粒体基质）磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMNCoQbc1c