生物化学课件：生物氧化3-4

1、2021-10-2612021-10-262胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 氧化呼吸链的排列顺序氧化呼吸链的排列顺序Q 1/2O2+2H+ H2O 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 e-Cytc e-e-e-e-NADH+H+ NAD+ 2021-10-263 1 1NADHNADH氧化呼吸链：氧化呼吸链：NAD+ FMN (Fe-S)CoQb(Fe-S)c1caa3 丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 硫辛酸硫辛酸 FAD 1/2O2 H2O 异柠檬酸异柠檬酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸 -羟丁酸羟丁酸 -羟脂酰羟脂酰CoA 2e 2H 2H+ 2021-10-2642. 2. 琥

2、珀酸氧化呼吸链：琥珀酸氧化呼吸链：琥珀酸琥珀酸CoQb(Fe-S)c1caa31/2O2FAD(Fe-S) Cytb -磷酸甘油磷酸甘油脂肪酰脂肪酰CoAFAD(FP)H2O 2e 2H+ 2021-10-265两条电子传递链的关系两条电子传递链的关系2021-10-266第三节氧化磷酸化第三节氧化磷酸化2021-10-267一、一、ATP的生成方式的生成方式底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化2021-10-268（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化1.1.定义：由底物分子因定义：由底物分子因脱氢脱氢或或脱水脱水而使分而使分子内部能量重新分配产生的高能磷酸键（子内部能量重新分

3、配产生的高能磷酸键（或高能硫酯键），在或高能硫酯键），在激酶激酶作用下将中间产作用下将中间产物上能量的键能直接转移给物上能量的键能直接转移给ADPADP（或（或 GDPGDP）而生成而生成 ATPATP（或（或 GTPGTP）的反应。）的反应。2021-10-269 底物水平磷酸化见于下列三个反应：底物水平磷酸化见于下列三个反应：1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸+ATP3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP丙酮酸丙酮酸+ATP琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酰琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酸琥珀酸+

4、CoA+GTP2021-10-2610（二）氧化磷酸化的概念：（二）氧化磷酸化的概念：1.1.定义：生物氧化过程中，代谢物脱定义：生物氧化过程中，代谢物脱下的下的氢和电子氢和电子沿呼吸链传递过程中，沿呼吸链传递过程中，逐步释放能量使逐步释放能量使ADPADP氧化生成氧化生成ATPATP。这种氧化与磷酸化紧密偶联的过程这种氧化与磷酸化紧密偶联的过程称氧化磷酸化作用称氧化磷酸化作用。2021-10-26112、呼吸链成分的排列次序、呼吸链成分的排列次序标准氧化还原电位及自由能变化标准氧化还原电位及自由能变化复合体体外拆开与重组复合体体外拆开与重组特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断还原状态呼吸链缓慢给氧还

5、原状态呼吸链缓慢给氧2021-10-26122021-10-2613呼吸链电子传递过程中，哪些区段呼吸链电子传递过程中，哪些区段放出的能量能实现放出的能量能实现ADPADP的磷酸化？的磷酸化？2021-10-2614呼吸链中电子传递时自由能的下降呼吸链中电子传递时自由能的下降2021-10-2615氧化磷酸化偶联部位 确定P/O比比指用某一代谢物作呼吸底物，消耗1mol氧时，有多少摩尔无机磷转化为有机磷。2021-10-2616P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的递至分子氧所产生的ATPATP分子数。分子数。例例 实测得实测得NADHNADH呼吸

6、链呼吸链： P/O 2.5NADHNADHH H2 2O OADP+ADP+PiPi ATP ATPO O2 2122e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPFADHFADH2 2O O2 212H H2 2O O实测得实测得FADHFADH2 2呼吸链呼吸链： P/O 1.52e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATP2021-10-2617氧化磷酸化的偶联部位氧化磷酸化的偶联部位2021-10-2618离体线粒体实验中测得一些底物的离体线粒体实验中测得一些底物的P/OP/O值值-羟丁酸羟丁酸 NADNAD

7、+ +FMNCoQCytOFMNCoQCytO2 2 2.42.8 2.52.5琥珀酸琥珀酸 FADCoQCytOFADCoQCytO2 2 1.7 1.51.5抗坏血酸抗坏血酸 CytcCytaaCytcCytaa3 3OO2 2 0.88 1 1Cytc(FeCytc(Fe2+2+) ) CytaaCytaa3 3OO2 2 0.610.68 1 1底物底物呼吸链的组成呼吸链的组成 生成生成ATPATP数数 P/OP/O值值2021-10-26192021-10-26202021-10-2621三、氧化磷酸化的偶联机理（一）能量偶联假说（一）能量偶联假说 19531953年年 Edward

8、 Slater Edward Slater 化学偶联假说化学偶联假说 19641964年年 Paul Boyer Paul Boyer 构象偶联假说构象偶联假说 19611961年年 Peter Mitchell Peter Mitchell 化学渗透假说化学渗透假说（二）（二）质子梯度的形成质子梯度的形成（三）线粒体（三）线粒体ATPATP合合酶（酶（mitochondrial mitochondrial ATPaseATPase）（四）（四）ATPATP合成的机制合成的机制2021-10-2622（一）能量偶联假说（一）能量偶联假说 19531953年年 Edward Slater Edw

9、ard Slater 化学偶联假说化学偶联假说 19641964年年 Paul Boyer Paul Boyer 构象偶联假说构象偶联假说 19611961年年 Peter Mitchell Peter Mitchell 化学渗透假说化学渗透假说2021-10-26232021-10-2624化学渗透假说的内容化学渗透假说的内容1.呼吸链中传氢体和电子传递体是间隔交替呼吸链中传氢体和电子传递体是间隔交替排列的，且在线粒体内膜都有特定的位置，排列的，且在线粒体内膜都有特定的位置，催化反应是定向的。催化反应是定向的。2.内膜对内膜对H不能自由通过，泵出膜外侧的不能自由通过，泵出膜外侧的H不能自由返

10、回膜内侧，造成电化学梯度不能自由返回膜内侧，造成电化学梯度3.复合体复合体、都有质子泵的作用都有质子泵的作用4.ATP合酶合酶存在于线粒体内膜上，存在于线粒体内膜上，H梯度是梯度是ATP合成的驱动力合成的驱动力2021-10-2625化学渗透假说的支持证据化学渗透假说的支持证据电子传递能形成电子传递能形成H H+ +浓度梯度浓度梯度线粒体内膜对线粒体内膜对H H+ +、OHOH- -、ClCl- -、K K+ +等不能透等不能透 ATP ATP合成需要有完整的内膜合成需要有完整的内膜破坏破坏H H+ +浓度梯度使得磷酸化不能进行浓度梯度使得磷酸化不能进行膜表面能储存大量质子，也能迅速转移质子膜

11、表面能储存大量质子，也能迅速转移质子2021-10-2626化学渗透假说示意图化学渗透假说示意图NADH+HNADH+H+ +NADNAD+ +琥珀酸琥珀酸延胡素酸延胡素酸1/2O1/2O2 2+2H+2H+ +H H2 2O OADP+PiADP+PiATPATP2021-10-26272021-10-2628质子梯度的形成质子梯度的形成2021-10-2629（二）（二）质子梯度的形成质子梯度的形成2021-10-26302021-10-2631（四）（四）ATPATP合成的机制合成的机制旋转催化机制2021-10-26322021-10-26332021-10-26342021-10-2

12、635旋转催化具体过程旋转催化具体过程2021-10-2636三、氧化磷酸化的影响因素(一) 激素甲状腺素(二) ADP/ATP(三)抑制剂的作用(四) 线粒体DNA突变 2021-10-2637(一) 激素甲状腺素促进细胞膜上的Na+-K + ATPase 的生成，促进ATP的分解NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 III鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥抗霉素抗霉素A氰化物氰化物CO抗霉素抗霉素 A的的抑制部位抑制部位NAD FP Q b c aa3NAD F

13、P Q b c aa3呼吸链的比拟图解呼吸链的比拟图解呼吸链抑制剂粉蝶霉素粉蝶霉素作用作用：阻断电子传递：阻断电子传递2021-10-2639呼吸链抑制剂的阻断位点呼吸链抑制剂的阻断位点鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素异戊巴比妥异戊巴比妥抗霉素抗霉素二巯基丙醇二巯基丙醇COCO、CNCN- -、N N3 3- -及及2021-10-26402021-10-2641不阻断电子传递，但拆散氧化和磷酸化的偶联作用。P/O很低，甚至为零解偶联剂解偶联剂 2021-10-26422,4一二硝基酚（一二硝基酚（DNP） 使电子传递和ATP两个过程分离，失掉它们的紧密联系，只抑制ATP的形成过程，但不抑制电子传

14、递过程2021-10-26432021-10-2644直接干扰直接干扰ATPATP的生成的生成过程过程阻止质子从阻止质子从F F0 0质子通道质子通道回流。回流。2021-10-2645离子载体抑制剂离子载体抑制剂能与某些离子结合并作为载体使之穿越膜它们能与除H H+ +以外的所有一价阳离子结合2021-10-26462021-10-2647NADH+HNADH+H+ +NADNAD+ + - -磷酸甘磷酸甘油脱氢酶油脱氢酶 - -磷酸甘磷酸甘油脱氢酶油脱氢酶FADFADFADHFADH2 2呼吸链呼吸链2021-10-2648-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭（线粒体基质）（线粒体基质）磷酸二羟丙酮

15、磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油FADFADH2NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2NADHNAD+线线粒粒体体内内膜膜（细胞液）（细胞液）2021-10-26492.5ATP2.5ATP2021-10-2650苹果酸天冬氨酸穿梭苹果酸天冬氨酸穿梭细胞液细胞液线粒体内膜体线粒体内膜体天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+线粒体基质线粒体基质苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+H+苹果酸苹果酸脱氢酶

16、脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶（、 、 、 为膜上的转运载体）为膜上的转运载体）呼吸链呼吸链2021-10-2651-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭穿梭物质穿梭物质-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 苹果酸、苹果酸、 谷氨酸谷氨酸天冬氨酸、天冬氨酸、-酮戊二酸酮戊二酸进入线粒进入线粒体前后转变体前后转变成的物质成的物质NADNAD+ +/FADH2/FADH2NADNAD+ +/NADH+ H/NADH+ H+ +进入呼吸链进入呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链NADH NADH 氧化呼吸链氧化呼吸链生成生成ATPATP数数2.5/32.5/3存在组织存在组织某些肌肉、神经组织某些肌肉、神经组织肝脏和心肌组织肝脏和心肌组织相同点相同点将胞浆中将胞浆中NADHNADH的还原当量转送到线粒体内的还原当量转送到线粒体内1.5/21.5/22021-10-2652氧化途氧化途径径主要存主要存在的组在的组织织主要