第八章新陈代谢总论与生物氧化

§1新陈代谢总论什么是新陈代谢（metabolism）？ThewordmetabolismderivesfromtheGreekwordfor“change.”本文档共139页；当前第1页；编辑于星期三\13点2分1.新陈代谢的基本概念

新陈代谢是营养物质在生物体内所经历的一切化学变化的总称。体内的化学反应通常由酶催化，一系列的连续反应构成代谢途径，代谢途径的个别步骤称作中间代谢，个别步骤的产物称作中间产物。2.新陈代谢的功能

1.从周围环境获得营养物质2.将营养物质转变成自身需要的结构元件3.将结构元件装配成自身的大分子4.形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子5.提供生命活动所需的一切能量。一、新陈代谢简介本文档共139页；当前第2页；编辑于星期三\13点2分新陈代谢包含的是物质合成和分解两个方面。获取营养物质，并将其转化为自身所需的物质，称作合成代谢；分解营养物质提供生命活动所需的能量，称作分解代谢；合成代谢和分解代谢的调控步骤通常由不同的酶催化，分解代谢中大量释放能量的反应通常是不可逆的，在合成代谢中，这样的步骤需要输入能量来完成。有时，合成代谢和分解代谢可以在不同的细胞器中进行。有些代谢环节是合成代谢和分解代谢共同利用的，称作两用代谢途径，如柠檬酸循环就是两用代谢途径。二、合成代谢与分解代谢本文档共139页；当前第3页；编辑于星期三\13点2分代谢途径的一览图1点1线或1点2线:410个；1点3线:71个；1点4线:20个；1点5线:11个；1点6线或6线以上:8个；1点1线在1个途径的末端；1点2线在1个途径的中间；1点3线参与2个途径；其余类推。（点为反应物和产物，线为催化的酶）本文档共139页；当前第4页；编辑于星期三\13点2分代谢途径中酶的组织方式：（a）多种游离酶构成的代谢途径；（b）多酶复合体构成的代谢途径；（c）膜结合酶构成的代谢途径。本文档共139页；当前第5页；编辑于星期三\13点2分分解代谢的三个阶段分解代谢的3个阶段.

阶段I:蛋白,多糖和脂类分解成组成它们的结构元件；阶段II:不同的组成元件降解成共同的产物，乙酰辅酶A.阶段III:分解代谢产生3个主要的终产物：水，二氧化碳和氨.本文档共139页；当前第6页；编辑于星期三\13点2分三、新陈代谢的研究方法1.研究对象:大肠杆菌、大肠杆菌噬菌体、四膜虫、小球藻、果蝇、鸽、兔、小鼠、大鼠2.研究方法：使用酶的抑制剂：利用遗传缺欠症：先天性基因的突变，缺乏某一种酶.同位素示踪法：常用稳定同位素：2H,15N,13C,18O(例：DNA半保留复制)常用放射性同位素：3H,32P,14C(例三羧酸循环)苯环化合物示踪法：苯甲酸和苯乙酸(例：脂肪酸β-氧化)核磁共振波谱法3.研究水平体内(invivo):生物整体,整体器官,微生物细胞群体外(invitro):组织切片,匀浆液,提取液本文档共139页；当前第7页；编辑于星期三\13点2分体内研究（invivo)纯化合物排泄物的化学分析典型案例脂肪酸的β氧化本文档共139页；当前第8页；编辑于星期三\13点2分体外研究(invitro)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、生物氧化等等本文档共139页；当前第9页；编辑于星期三\13点2分1、利用酶的抑制剂代谢途径受阻导致代谢中间产物的积累碘乙酸——3-磷酸甘油醛脱氢酶氟化钠——烯醇化酶主要研究方法：本文档共139页；当前第10页；编辑于星期三\13点2分2.利用遗传缺欠症研究代谢途径本文档共139页；当前第11页；编辑于星期三\13点2分尿黑酸尿症(alkaptonuria)尿黑酸氧化酶缺乏，尿黑酸裂环降解受阻，尿中的尿黑酸经空气氧化为相应的对醌，后者可聚合为黑的色素。本文档共139页；当前第12页；编辑于星期三\13点2分黑色素是吲哚醌的聚合物白化病(albinism)缺乏酪氨酸酶本文档共139页；当前第13页；编辑于星期三\13点2分微生物的营养缺陷型可以分为若干种亚型,每种亚型由一种酶的缺陷造成,对比研究可以揭示代谢途径。如途径A→B→C→D中B→C的酶缺失,则A和B会堆积,C→D的酶缺失,则A,B和C会堆积。本文档共139页；当前第14页；编辑于星期三\13点2分3.同位素示踪法

用14C标记CO2,培养绿藻，提取液进行双向纸层析，放射自显影，发现放射性最早出现在3-磷酸甘油酸(PGA)，随后出现在其他中间物。本文档共139页；当前第15页；编辑于星期三\13点2分科学家通过同位素示踪法证明，生物集体虽然从表面上看，保持着恒定状态，但是实际上并不是恒定不变的，生物有机体在不断地进行新陈代谢，体内各种物质在不断地更新。另外，还证明，血红素分子中的全部碳原子和氮原子来源于乙酸和甘氨酸；胆固醇分子中的碳原子来源于乙酰辅酶A。本文档共139页；当前第16页；编辑于星期三\13点2分4.核磁共振波谱法

运动19分钟前后ATP和磷酸肌酸的变化情况磷酸肌酸核磁共振可显示ATP和磷酸肌酸的变化NMR广泛应用于代谢组学研究中本文档共139页；当前第17页；编辑于星期三\13点2分代谢组学的兴起本文档共139页；当前第18页；编辑于星期三\13点2分四、生物系统遵循热力学定律一个体系及其周围环境的总能量是一个常数。能量可以在系统内转移，或从一种形式转化为另一种形式。有机化合物氧化时释放的能量等于该物质所具有的化学键能与其氧化产物所含化学键能之差。（一）热力学第一定律——能量守恒定律本文档共139页；当前第19页；编辑于星期三\13点2分熵（entropy）表示一个系统的无序或随机程度。常用∆G(自由能的变化)衡量一个生物化学过程是否能够自发进行：∆G=∆H-T∆S∆G<0，反应能自发进行（放能反应）∆G>0，反应为吸能反应，不能自发进行（∆G值越大，则系统越稳定，发生反应的倾向越小。）∆G=0，反应系统处于平衡状态（二）热力学第二定律——自动发生的过程总熵增加本文档共139页；当前第20页；编辑于星期三\13点2分∆Gº:当反应物浓度为1mol/L，反应温度为25℃，压力为1大气压时，用∆Gº表示标准自由能变化。∆Gº：生物化学反应时，将pH定为7.0，这种状态下的标准自由能变化用∆Gº表示。∆Gº可根据平衡常数Keg进行计算：

∆Gº=-2.303RTlogKeg

R为气体常数R=8.31×10-3kJ/mol·K，T为绝对温度。

本文档共139页；当前第21页；编辑于星期三\13点2分（一）高能化合物和高能键（二）能量与磷酸基的转移（三）ATP循环五、高能化合物与ATP的作用

本文档共139页；当前第22页；编辑于星期三\13点2分高能化合物：在生化反应中，某些化合物随水解反应或基团转移反应可放出大量自由能。

高能磷酸键

生物化学中，把磷酸化合物水解时释出的能量>20KJ/mol者，其所含的磷酸酯键称为高能磷酸键（energy-richphosphatebond)，以表示。

高能硫酯键

由酰基和硫醇基构成，例如乙酰CoA、脂酰CoA和琥珀酰CoA等。高能化合物和高能键～P本文档共139页；当前第23页；编辑于星期三\13点2分几种常见的高能化合物本文档共139页；当前第24页；编辑于星期三\13点2分本文档共139页；当前第25页；编辑于星期三\13点2分

能量与磷酸基的转移本文档共139页；当前第26页；编辑于星期三\13点2分

1、ATP的利用方式（1）末端磷酸基()与部分能量同时转移给反应物。

ATP

+6-磷酸果糖

1，6-二磷酸果糖+

ADP（2）ATP水解为ADP及Pi，释放的能量供离子转运、肌肉收缩、羧化反应等，但磷酸基并不出现于反应物中。

ATP

+丙酮酸+CO2ADP+Pi+草酰乙酸本文档共139页；当前第27页；编辑于星期三\13点2分（3）ATP的另一个高能磷酸键（）被利用，生成PPi。ATP+脂肪酸+HSCoA

脂酰CoA

+AMP+PPi

ATP

+氨基酸

氨基酰~

AMP+PPi

本文档共139页；当前第28页；编辑于星期三\13点2分ATPADPNMPNDPNTPUTPCTPGTP吸能反应生物大分子前体H2O氧化磷酸化Pi2H++1/2O2核苷单磷酸激酶核苷二磷酸激酶2、核苷多磷酸之间的转换本文档共139页；当前第29页；编辑于星期三\13点2分UDPUTPCDPCTPGDPGTPATPADP～P参与多糖合成参与磷脂合成参与Prot合成本文档共139页；当前第30页；编辑于星期三\13点2分ATP循环的概念

在ATP水解成ADP时，释出的自由能驱动那些需要加入自由能的吸能反应；ADP与Pi又可利用营养物经生物氧化时产生的能量重新磷酸化为ATP，这样构成的循环称为ATP循环。并与细胞内进行的能量转换有关，故又称细胞能量循环（cellenergycycle)。本文档共139页；当前第31页；编辑于星期三\13点2分PiPi

ATP循环营养物分解H++e1/2O2氧化磷酸化生物合成肌肉收缩信息传递离子运转ADPATP本文档共139页；当前第32页；编辑于星期三\13点2分ATP循环的生物学意义（1）生物体内能量转换最基本方式。静息时，一个成人24小时消耗ATP可达到40Kg，但细胞内ATP的浓度仅几个mol/L，ADP和Pi的含量也非常有限。（2）磷酸盐在物质代谢的重要作用。主要表现在：糖酵解过程中的中间代谢物大部分是其磷酸酯；磷酸化和去磷酸化是众多活性蛋白，包括酶在内的共价修饰调节的重要方式。本文档共139页；当前第33页；编辑于星期三\13点2分ATP是体内能量的通用货币，所以，能量的释放、利用、转移、储存均以ATP为中心来实现。ATP营养物氧化分解合成反应等磷酸肌酸

UTPCTPGTP利用释放储存转移六、能量的储存形式－磷酸肌酸本文档共139页；当前第34页；编辑于星期三\13点2分H2N+

C-NH2H3C-NCH2COO-H2N+H

C-N~PH3C-NCH2COO-ATPADP肌酸激酶CreatinekinaseCK肌酸磷酸肌酸CP(Creatinephosphofate)本文档共139页；当前第35页；编辑于星期三\13点2分ATPADP

肌酸

磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化

~P

~P

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)ATP的生成、储存和利用本文档共139页；当前第36页；编辑于星期三\13点2分七、辅酶A的递能作用功能——酰基转移酶辅酶，传递酰基在脂类与糖类代谢中起重要的作用辅酶A本文档共139页；当前第37页；编辑于星期三\13点2分乙酰CoA的硫酯键和ATP中的高能磷酸键相似，水解时可释放出31.38KJ/mol的能量。因此，乙酰CoA具有高的乙酰基转移势能。本文档共139页；当前第38页；编辑于星期三\13点2分一、概念：营养物在生物体内氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程称为生物氧化。糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能§2生物氧化（biologicaloxidation)本文档共139页；当前第39页；编辑于星期三\13点2分是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性）；在一系列酶促反应中，能量逐步释放有利于有利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率。进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。

生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化体外氧化

能量是突然释放的。产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。本文档共139页；当前第40页；编辑于星期三\13点2分糖原甘油三脂蛋白质葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC

2H呼吸链H2OADP+PiATPCO2

生物氧化的一般过程本文档共139页；当前第41页；编辑于星期三\13点2分二、氧化呼吸链的组成及电子传递顺序（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列

本文档共139页；当前第42页；编辑于星期三\13点2分线粒体本文档共139页；当前第43页；编辑于星期三\13点2分本文档共139页；当前第44页；编辑于星期三\13点2分

在线粒体内膜上，多个酶或辅酶按一定的顺序组成的递氢或递电子体系。它具有将代谢物脱下的氢传递给O2，生成H2O的功能。也称电子传递链（electron-transferchain）。

氧化呼吸链（respiratorychain）本文档共139页；当前第45页；编辑于星期三\13点2分线粒体呼吸链本文档共139页；当前第46页；编辑于星期三\13点2分

（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成

1.复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌2.复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌3.复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c4.复合体Ⅳ将电子从细胞色素C传递给氧本文档共139页；当前第47页；编辑于星期三\13点2分

1.复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌(ubiquinone)

本文档共139页；当前第48页；编辑于星期三\13点2分NADH

它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。NADH所携带的电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。本文档共139页；当前第49页；编辑于星期三\13点2分

1.复合体ⅠNADH--CoQ还原酶

组成：蛋白组分辅基组分黄素蛋白FMN、[Fe-S]本文档共139页；当前第50页；编辑于星期三\13点2分维生素B2的结构和功能图6-4本文档共139页；当前第51页；编辑于星期三\13点2分铁硫蛋白

简写为(Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与NADHCoQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。本文档共139页；当前第52页；编辑于星期三\13点2分

铁硫蛋白

它主要以(Fe2-S2)或(Fe4-S4)形式存在。铁硫蛋白通过Fe3+

Fe2+变化起传递电子的作用。本文档共139页；当前第53页；编辑于星期三\13点2分

铁硫蛋白

S无机硫S半胱氨酸硫本文档共139页；当前第54页；编辑于星期三\13点2分

复合体ⅠNADH--CoQ还原酶

组成：蛋白组分辅基组分黄素蛋白FMN、[Fe-S]

功能:将e从NADH传递给泛醌(ubiquinone)本文档共139页；当前第55页；编辑于星期三\13点2分复合体Ⅰ的功能NADH

NAD+FMNFMNH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2本文档共139页；当前第56页；编辑于星期三\13点2分

（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成

1.复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌2.复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌

本文档共139页；当前第57页；编辑于星期三\13点2分

2.复合体Ⅱ琥珀酸--CoQ还原酶

组成：蛋白组分辅基组分黄素蛋白FAD[Fe-S]

功能:

将e从琥珀酸传递给泛醌本文档共139页；当前第58页；编辑于星期三\13点2分琥珀酸延索胡酸FADFADH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2复合体Ⅱ的功能QH2本文档共139页；当前第59页；编辑于星期三\13点2分

（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成1.复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌2.复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌3.泛醌

本文档共139页；当前第60页；编辑于星期三\13点2分3.泛醌简写为Q或辅酶-Q（CoQ10）：它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类化合物。本文档共139页；当前第61页；编辑于星期三\13点2分泛醌: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。本文档共139页；当前第62页；编辑于星期三\13点2分Q很容易接受电子和质子，还原成QH2（还原型）；QH2也容易给出电子和质子，重新氧化成Q。因此，它在线粒体呼吸链中作为电子和质子的传递体。复合体Ⅰ复合体ⅡQH2复合体Ⅲ2e功能：本文档共139页；当前第63页；编辑于星期三\13点2分QH2本文档共139页；当前第64页；编辑于星期三\13点2分

（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成

1.复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌2.复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌3.泛醌4.复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c本文档共139页；当前第65页；编辑于星期三\13点2分细胞色素cytochromeCyt细胞色素是一类以血红素为辅基的催化电子传递的有色酶类。细胞色素主要是通过Fe3+

Fe2+的互变起传递电子的作用的。

4.复合体Ⅲ泛醌-Cytc还原酶

本文档共139页；当前第66页；编辑于星期三\13点2分NNNNFe3+

CH3CH2-(CH2-CH=C-CH2)3-HHO-CHH3C--CH3-CH=CH2

OHC-CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-细胞色素a辅基本文档共139页；当前第67页；编辑于星期三\13点2分NNNNFe3+H3C--CH3-CH=CH2CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-细胞色素b

的辅基H3C-H2C=CH本文档共139页；当前第68页；编辑于星期三\13点2分NNNNFe3+H3C--CH3-CH-CH3CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-细胞色素C辅基H3C-

CysSH3C-CH

CysS蛋白质本文档共139页；当前第69页；编辑于星期三\13点2分细胞色素c（Cytc）它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体.

呈水溶性与线粒体内膜外表面结合不紧密通过Fe3+

Fe2+的互变起电子传递中间体作用。本文档共139页；当前第70页；编辑于星期三\13点2分

4.复合体Ⅲ泛醌-Cytc还原酶

组成：蛋白组分辅基组分Cytb（CytbL、CytbH）血红素Cytc1[Fe-S]

功能：将e从泛醌传递给细胞色素c本文档共139页；当前第71页；编辑于星期三\13点2分QH2QCytb（Fe3+）

Cytb(Fe2+）

Cytc1（Fe2+）Cytc1（Fe3+）Cytc复合体Ⅲ的功能功能：将e从泛醌传递给细胞色素c本文档共139页；当前第72页；编辑于星期三\13点2分

复合体ⅢQH2→

→Cytc

b562;b566;Fe-S;c1QH2QH2本文档共139页；当前第73页；编辑于星期三\13点2分

（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成

1.复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌2.复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌3.泛醌4.复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c5.复合体Ⅳ将电子从细胞色素C传递给氧本文档共139页；当前第74页；编辑于星期三\13点2分

5.复合体Ⅳ细胞色素C氧化酶即复合物IV，它是位于线粒体呼吸链末端的蛋白复合物，由13条肽链组成。主要成分是Cyta和Cyta3。和CuACuB，电子传递：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3→CuB→O2Cyta3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移。本文档共139页；当前第75页；编辑于星期三\13点2分5.复合体Ⅳ细胞色素C氧化酶组成：蛋白组分辅基组分Cyta、Cyta3血红素A

CuACuB

功能：将e从细胞色素c传递给O2本文档共139页；当前第76页；编辑于星期三\13点2分复合体Ⅳ的电子传递过程本文档共139页；当前第77页；编辑于星期三\13点2分CytcCytcCyta（Fe3+）

Cyta(Fe2+）

Cyta3(Fe2+）Cyta3Fe3+）

O2H2O复合体Ⅳ的功能本文档共139页；当前第78页；编辑于星期三\13点2分琥珀酸→→CoQH2FAD;

Fe-S复合体Ⅱ

NADH→→CoQH2

FMN;Fe-S

复合体Ⅰ

复合体ⅢCoQH2→→Cytc

b562;b566;Fe-S;c1

复合体Ⅳ还原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB本文档共139页；当前第79页；编辑于星期三\13点2分ⅣCytcoxNADH

NAD+1/2O2+2H+H2O胞液侧基质侧线粒体内膜ⅠQH2Q

Ⅱ延胡索酸琥珀酸QH2Q4H+4H+Ⅲ4H+4H+CytcoxCytcredCytcred4H+4H+电子传递链各复合体位置示意图本文档共139页；当前第80页；编辑于星期三\13点2分ⅢⅠⅡⅣCytcQ

NADH

NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液侧基质侧线粒体内膜e-e-e-ee-线粒体呼吸链本文档共139页；当前第81页；编辑于星期三\13点2分呼吸链各组份排列顺序的依据

由以下实验确定①根据标准氧还电位E0’的高低排列②四种复合物的电子传递再造实验③特异抑制剂阻断

（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列本文档共139页；当前第82页；编辑于星期三\13点2分

表6-2标准氧化还原电位半反应E0´(V)2H++2eH2-0.41NAD++2H+2eNADH+H+-0.32FMN+2H+2eFMNH2-

0.30FAD+2H+2eFADH2-0.06Q10+2H+2eQ10(还原型)0.04(或0.10)Cytb(Fe3+)+eCytb(Fe2+)0.07Cytc(Fe3+)+eCytc(Fe2+)0.22Cyta(Fe3+)+eCyta(Fe2+)0.29Cyta3(Fe3+)+eCyta3(Fe2+)0.551/2O2+2H+2eH20.82本文档共139页；当前第83页；编辑于星期三\13点2分本文档共139页；当前第84页；编辑于星期三\13点2分NADHFMNCoQ

CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)(Fe-S)O2FADH2(Fe-S)

电子传递链各组份的排列顺序IIIIII琥珀酸Ⅳ本文档共139页；当前第85页；编辑于星期三\13点2分NADH氧化呼吸链

FADH2氧化呼吸链本文档共139页；当前第86页；编辑于星期三\13点2分氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生成ATP偶联（一）氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ内（二）氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成

三、氧化磷酸化本文档共139页；当前第87页；编辑于星期三\13点2分

氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）代谢物脱下的氢，经呼吸链电子传递过程中释出的能量使ADP磷酸化，生成ATP，这种氧化和磷酸化偶联在一起的过程称氧化磷酸化，也称偶联磷酸化。本文档共139页；当前第88页；编辑于星期三\13点2分三羧酸循环氧化乙酰CoACoA2HCO2ADP+PiATPO2H2O有机物CO2+H2O+ATPO2线粒体磷酸化氧化磷酸化示意图本文档共139页；当前第89页；编辑于星期三\13点2分

底物水平磷酸化一种直接将代谢物分子中能量（磷酸基）直接转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的过程称底物水平磷酸化。氧化磷酸化（电子传递体系磷酸化）

ATP生成方式本文档共139页；当前第90页；编辑于星期三\13点2分1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶磷酸烯醇型丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶ADPATP琥珀酰CoA合成酶GDPGTP琥珀酰CoA琥珀酸底物水平磷酸化的反应本文档共139页；当前第91页；编辑于星期三\13点2分

推测氧化磷酸化的偶联部位

测定P/O比值自由能变化（Gº

=-nFEº´）

（一）氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ内本文档共139页；当前第92页；编辑于星期三\13点2分1.P/O比值是指代谢物在线粒体氧化时，以每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的mol数（或ADP数），即生成ATP的mol数。

线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值底物电子传递链P/O值ATP数琥珀酸FAD.H2QCytO21.72

-羟丁酸NADHFMNQCytO2

2.83

苹果酸NADHFMNQCytO2

3.03

抗坏血酸CytcCytaa3O20.881细胞色素CCytaa3

O2

0.681本文档共139页；当前第93页；编辑于星期三\13点2分NADHFMNCoQCytbCytcaa3O2(Fe-S)FADH2(Fe-S)123E0´

=0.53G0´=102.3E0´=0.10G0´=202.用E0´判断能斯特方程

G0´=-nFE0´E0´=0.36G0´=69.5E0´=0.21G0´

=40.5本文档共139页；当前第94页；编辑于星期三\13点2分1molADPATP:ΔG0´=30.5KJ/mol

三个部分释放的能量足以形成ATP位置NADHCoQCoQCytcCytaa3O2ΔG0´ΔG’0=-69.5KJ/molΔG’0=-40.5KJ/molΔG’0=-102.3KJ/mol本文档共139页；当前第95页；编辑于星期三\13点2分NADHFMNCoQCytbCytc1

Cytcaa3O2(Fe-S)FADH2(Fe-S)123氧化磷酸化偶联部位（ATP产生部位）ATPATPATPNADH与Q之间Q与Cytc之间Cytaa3与O2之间本文档共139页；当前第96页；编辑于星期三\13点2分NADHFMNCoQ

CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)(Fe-S)O2FAD(Fe-S)琥珀酸代谢物进入不同的电子传递链苹果酸α-酮戊二酸异柠檬酸丙酮酸三羧酸循环β-羟丁酸β-羟脂酰CoAα-磷酸甘油脂酰CoA本文档共139页；当前第97页；编辑于星期三\13点2分化学渗透理论（chemiosmotichypothesis）1961年，PeterMitchell提出，阐明了氧化磷酸化的偶联机制。

（二）氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度本文档共139页；当前第98页；编辑于星期三\13点2分PetelDenniMitchell（1920年9月29日~1992年4月10日）生于英格兰博德明。先后求学于美国麻省汤顿皇后学院和英国剑桥大学。23岁获剑桥大学理士学位，30岁获博士学位。1961年提出“化学渗透学说”。1966年（46岁）发表了著名的“在氧化和光合磷酸化中的化学渗透偶联”论文。1978年获诺贝尔奖。本文档共139页；当前第99页；编辑于星期三\13点2分

化学渗透假说（chemiosmotichypothesis）基本要点:电子经呼吸链传递时，呼吸链中复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ具有质子泵的功能，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧，产生膜内外H+电化学梯度（质子梯度和跨膜电位差），以储存能量，当质子顺浓度梯度经ATP合酶回流时驱动ADP生成ATP。本文档共139页；当前第100页；编辑于星期三\13点2分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本文档共139页；当前第101页；编辑于星期三\13点2分膜间隙基质------氧化–还原回路机制NADH+H+NAD+4H+FMNH2(2e-)Fe-SFe-SQH2(2e-)

bbQH2(2e-)Fe-Sc1caa3(2e-)21O2+2H+H2O2H+4H+2H+2H+e¯e¯e¯e¯e¯e¯e¯e¯e¯e¯e¯e¯化学渗透假说本文档共139页；当前第102页；编辑于星期三\13点2分从NADH→O2共排出10个H＋[H＋]外>[H＋]内PH梯度正电荷外>负电荷内跨膜电位差质子电化学梯度本文档共139页；当前第103页；编辑于星期三\13点2分复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵的作用

电子经呼吸链传递释放的能量，将基质中H+泵到线粒体内膜外侧。------质子泵机制化学渗透假说本文档共139页；当前第104页；编辑于星期三\13点2分ⅠⅢⅣCQe¯e¯1/2O2H+H+H+H+H+Pi+ADPNAD

H+H+H+H+H+H+

H+ATPH+H+本文档共139页；当前第105页；编辑于星期三\13点2分（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成

本文档共139页；当前第106页；编辑于星期三\13点2分离子通道基质面胞液面头部基部亚基亚基亚基亚基亚基OSCPa亚基b亚基c亚基33ab2cnF1F0内膜ATP合酶（ATPsynthase)复合体Ⅴ本文档共139页；当前第107页；编辑于星期三\13点2分内膜基质Ca

εαββαδγαβbF1：

含5种多肽链，催化ATP合成Fo：跨线粒体内膜疏水蛋白含3种亚基

质子通道ATP合酶（ATPsynthase)复合体Ⅴ本文档共139页；当前第108页；编辑于星期三\13点2分ATP合酶组成可旋转的发动机样结构F0的2个b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合酶利用释放的能量合成ATP。

本文档共139页；当前第109页；编辑于星期三\13点2分本文档共139页；当前第110页；编辑于星期三\13点2分本文档共139页；当前第111页；编辑于星期三\13点2分本文档共139页；当前第112页；编辑于星期三\13点2分构象变化学说（conformationalhypothesis）1964年，P.Boyer提出，阐明了氧化磷酸化的偶联机制。

本文档共139页；当前第113页；编辑于星期三\13点2分Boyer1918年,生于美国犹他州的普罗沃。25岁时获美国威斯康星大学生物化学博士学位。1970年当选为美国国家科学院院士。1974年获瑞典斯德哥尔摩大学荣誉博士。1989年提出ATP合酶促进ATP合成的“结合变构机制”

本文档共139页；当前第114页；编辑于星期三\13点2分

Boyer早在1964年曾提出呼吸链传递电子释能可使线粒体内膜产生某构象的蛋白质，后者可催化合成ATP，之后再变构成原来构象，但一直未能得到证实。后来，人们分离到了ATP合酶的F1和F0两个结构域，并证明F1的头部由α3β36个亚基构成，β亚基可能是有催化活性的亚基，F0可能有质子通道，质子可从膜间隙经此通道回流释能。本文档共139页；当前第115页；编辑于星期三\13点2分

Walker的研究成果支持了Boyer的结合变构机制。加上有人在体外用荧光显微镜观察到γ亚基在F1头部中央转动。有人用含ATP合酶的生物膜和有泵质子作用的细菌组合的模型，证明了质子顺梯度经ATP合酶流动，可使ADP+Pi合成ATP等，使结合变构机制得到承认，Boyer和Walker在1997年共同获诺贝尔奖。本文档共139页；当前第116页；编辑于星期三\13点2分结合变化机制(bindingchangemechanism)

1个β亚基是疏松结合ADP和Pi的L型（loose型）

另1个是紧密结合ATP的T（tight型）型构象第3个是可释放ATP的O型（open型）构象本文档共139页；当前第117页；编辑于星期三\13点2分当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。

L型构象对ADP和Pi亲和力高，结合它们后利用质子所释能量转变为T型构象，催化ATP合成，之后转变为O型构象，释出ATP。ATP释出后再自动转变为L型构象。如此L→T→O→L→……本文档共139页；当前第118页；编辑于星期三\13点2分工作机制——Boyer提出的“结合变化机制”

ATP合酶-亚基三种构象O：开放型L：疏松型T

：紧密结合型本文档共139页；当前第119页；编辑于星期三\13点2分

（一）有3类氧化磷酸化抑制剂（二）ADP是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。

（三）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加（四）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响本文档共139页；当前第120页；编辑于星期三\13点2分呼吸链抑制剂抑制剂：解偶联剂氧化磷酸化抑制剂

（一）有3类氧化磷酸化抑制剂本文档共139页；当前第121页；编辑于星期三\13点2分

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、杀粉蝶菌素及安密妥等阻断传递电子到泛醌。复合体Ⅱ的抑制剂：萎锈灵。本文档共139页；当前第122页；编辑于星期三\13点2分复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A干扰CytbH传递电子的作用，从而阻断电子从还原型CoQ到细胞色素c1的传递。复合体Ⅳ抑制剂：CN－、N3、CO紧密结合氧化型Cyta3，阻断电子由Cyta到CuB-Cyta3间传递。CO与还原型Cyta3结合，阻断电子传递给O2。

本文档共139页；当前第123页；编辑于星期三\13点2分NADHFMN(Fe-S)Q10Cytbtc1Cytcaa3O2

FAD.H2(Fe-S)鱼藤酮安密妥杀粉蝶菌素抗霉素ACN--N3CO

各种呼吸链抑制剂作用部位----萎锈灵本文档共139页；当前第124页；编辑于星期三\13点2分

吸入的CO通过肺泡进入血液，与血中的血红蛋白结合成碳氧血红蛋白，使血红蛋白失去携氧能力,而血红蛋白与CO结合比与氧气结合的