生物化学.第六章生物氧化ppt课件

1、第六章第六章 生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化一、生物氧化概述二、电子传送链三、氧化磷酸化四、其他末端氧化酶系统 一、生物氧化概念一、生物氧化概念 生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解，最终生成分解，最终生成co2和和H2o并释放出能量的作用并释放出能量的作用称为生物氧化。称为生物氧化。 生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧化复原反响，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。化复原反响，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。热能热能CO2和和H2O 糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 O2能量能量ADP+PiATP2、生物氧化

2、的特点、生物氧化的特点生物氧化是在生物细胞内进展的酶促氧化过程，生物氧化是在生物细胞内进展的酶促氧化过程，反响条件温暖水溶液，中性反响条件温暖水溶液，中性pH和常温。和常温。氧化进展过程中，必然伴随生物复原反响的氧化进展过程中，必然伴随生物复原反响的 发生。发生。水是许多生物氧化反响的氧供体。经过加水脱水是许多生物氧化反响的氧供体。经过加水脱氢作用直接参予了氧化反响。氢作用直接参予了氧化反响。在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进展的。氧化过程中脱下来的氢质子和电进展的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如子，通常由各种载体，如NADH

3、等传送到等传送到氧并生成水。氧并生成水。l生物氧化是一个分步进展的过程。每一步都由生物氧化是一个分步进展的过程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反响的产物都可以分别特殊的酶催化，每一步反响的产物都可以分别出来。这种逐渐进展的反响方式有利于在温暖出来。这种逐渐进展的反响方式有利于在温暖的条件下释放能量，提高能量利用率。的条件下释放能量，提高能量利用率。l生物氧化释放的能量，经过与生物氧化释放的能量，经过与ATPATP合成相偶联，合成相偶联，转换成生物体可以直接利用的生物能转换成生物体可以直接利用的生物能ATPATP。* 生物氧化与体外氧化之一样点n生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、生物氧化中物

4、质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵照氧化复原反响的普通规律。失电子，遵照氧化复原反响的普通规律。n物质在体内外氧化时所耗费的氧量、最终物质在体内外氧化时所耗费的氧量、最终产物产物CO2，H2O和释放能量均一样。和释放能量均一样。w是在细胞内温暖的环境中体是在细胞内温暖的环境中体温，温，pH接近中性，在一系列接近中性，在一系列酶促反响逐渐进展，能量逐渐酶促反响逐渐进展，能量逐渐释放有利于机体捕获能量，提释放有利于机体捕获能量，提高高ATP生成的效率。生成的效率。w进展广泛的加水脱氢反响使物进展广泛的加水脱氢反响使物质能间接获得氧，并添加脱氢质能间接获得氧，并添加脱氢的时机；脱下的氢与氧结合产的

5、时机；脱下的氢与氧结合产生生H2O，有机酸脱羧产生，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生物氧化体外氧化体外氧化w能量是忽然释放的。能量是忽然释放的。 w产生的产生的CO2、H2O由物由物质中的碳和氢直接与氧质中的碳和氢直接与氧结合生成。结合生成。CO2CO2的生成的生成 方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成脱羧而生成CO2CO2。 类型：类型：-脱羧和脱羧和-脱羧脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧氧化脱羧和单纯脱羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸

6、脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶CH2-NH2R3、生物氧化中CO2和H2O的生成H2O的生成的生成 代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体的氢载体NAD+NAD+、NADP+NADP+、FADFAD、FMNFMN等所等所接受，再经过一系列递氢体或递电子体传送接受，再经过一系列递氢体或递电子体传送给氧而生成给氧而生成H2O H2O 。CH3CH2OHCH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶例：例：12 O2NAD+电子传送链电子传送链 H2O2eO=2

7、H+脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传送电子传送氧化氧化蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中间产物如中间产物如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等等 共同中间物进共同中间物进入三羧酸循环入三羧酸循环,氧化脱下的氢由氧化脱下的氢由电子传送链传送电子传送链传送生成生成H2O，释放，释放出大量能量，其出大量能量，其中一部分经过磷中一部分经过磷酸化储存在酸化储存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成根本构造成根本构造单位单位 4 生物氧化的三个阶段生物氧化的三个阶段1

8、. 1. 自在能自在能free energyfree energy的概念的概念 概念：在恒温恒压下，体系可以用来对环境概念：在恒温恒压下，体系可以用来对环境作功的那一部分能量叫作自在能作功的那一部分能量叫作自在能 定义式：定义式：=H-TS=H-TS G G代表体内自在能的变化；代表体内自在能的变化； H H为体系的焓变化；为体系的焓变化； T T为热力学温度；为热力学温度； S S代表体系墒体系的散乱无序程度代表体系墒体系的散乱无序程度变化。变化。二、生物能学简介二、生物能学简介物理意义：物理意义：* (体系中能对环境作功的能量体系中能对环境作功的能量) 自在能的变化能预示某一过程能否自发进

9、展，即：自在能的变化能预示某一过程能否自发进展，即： G0，反响不能自发进展，反响不能自发进展 G=0，反响处于平衡形状。，反响处于平衡形状。留意：反响的留意：反响的G仅决议于反响物仅决议于反响物(初始形状初始形状)的自在能与的自在能与产物产物(最终形状最终形状)的自在能，而与反响途径和反响机制的自在能，而与反响途径和反响机制无关。无关。 其次，其次，G是判别一个化学反响能否向某个方向进展是判别一个化学反响能否向某个方向进展的根据，而与反响速度无关。负的的根据，而与反响速度无关。负的G阐明反响可以阐明反响可以自发进展，但并不阐明反响以多大的速度进展。自发进展，但并不阐明反响以多大的速度进展。2

10、.2.化学反响自在能的计算化学反响自在能的计算 a. a.利用化学反响平衡常数计算利用化学反响平衡常数计算 根本公式：根本公式：G=GG=G+ RTlnQc (Qc-+ RTlnQc (Qc-浓度浓度商商) ) G G= - RTlnKeq= - RTlnKeq 例：计算磷酸葡萄糖异构酶反响的自在能变化例：计算磷酸葡萄糖异构酶反响的自在能变化 b.b.利用规范氧化复原电位利用规范氧化复原电位E E计算限于氧计算限于氧化复原反响化复原反响 根本公式：根本公式：GG=nFEnFE (E (E=E+=E+-E-E-) 例：计算例：计算NADHNADH氧化反响的氧化反响的GG计算磷酸葡萄糖异构酶反响的

11、自在能变化计算磷酸葡萄糖异构酶反响的自在能变化达平衡时达平衡时 =Keq=19解：解：GG= - RTlnKeq= - RTlnKeq =-2.303 =-2.3038.314 8.314 311 311 lg19 lg19 =-7.6KJ.mol-1 =-7.6KJ.mol-1G=GG=G+ RTlnQc (Qc-+ RTlnQc (Qc-浓度商浓度商) ) =-7.6+ 2.303 =-7.6+ 2.3038.314 8.314 311 311 lg0.1 lg0.1 =-13.6KJ.mol-1 =-13.6KJ.mol-1未达平衡时未达平衡时 =Qc=0.1反响反响G-1-PG-6-P

12、在在380C到达平衡时，到达平衡时， G-1-P占占5%，G-6-P占占95%，求，求 G0。假设反响未到达。假设反响未到达平衡，设平衡，设G-1- P=0.01mol.L， G-6-P=0.001mol.L，求反响的，求反响的 G是多少？是多少？例题：例题：例题：计算下反响式例题：计算下反响式GGNADH+H+1/2O2=NAD+H2ONADH+H+1/2O2=NAD+H2O正极反响：正极反响：1/2O2+2H+2e 1/2O2+2H+2e H2O H2O E+ E+ 0.820.82负极反响：负极反响：NAD+H+2e NAD+H+2e NADH NADH E- E- -0.32 -0.3

13、2GG-nFE-nFE -2 -296.48596.4850.82-(-0.32)0.82-(-0.32) -220 KJmol-1 -220 KJmol-1 生物系统中的能流生物系统中的能流三、高能化合物三、高能化合物 生化反响中，在水解时或基团转移反响生化反响中，在水解时或基团转移反响中可释放出大量自在能中可释放出大量自在能2121千焦千焦/ /摩尔摩尔的化合物称为高能化合物。的化合物称为高能化合物。生物化学中的高能键与普通化学中的高能键含义不同： 普通化学中的高能键指构成或打断一个键要释放或耗费较多的能量，这里的高能键通常表示稳定的键； 生物化学中的高能键是指具有高的磷酸基团转移势能或水

14、解时释放较多自在能的磷酸酐键或硫酯键，此处高能键是不稳定的键。高高能能化化合合物物类类型型n根据生物体内高能化合物键的特性可以把根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们分成以下几种类型：他们分成以下几种类型：n磷氧键型磷氧键型COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O- 酰基磷酸化合物3-磷酸甘油酸磷酸CH3COOPOO-O-乙酰磷酸10.1千卡/摩尔11.8千卡/摩尔H3N+COOPOO-O-氨甲酰磷酸R COOPOOO-A酰基腺苷酸RCH COOPOOO-AN+H3氨酰基腺苷酸焦磷酸化合物焦磷酸化合物O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP三磷酸

15、腺苷三磷酸腺苷O-POO-O POO-O-焦磷酸焦磷酸7.3千卡/摩尔烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩尔氮磷键型氮磷键型OPOONHCNHNCH3CH2COOHOPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH2磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩尔7.7千卡/摩尔这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。硫酯键型硫酯键型O SOO-OCH2OHHOHHOHHNNNH2NNO POO-3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸RCOSCoA酰基辅酶A甲硫键型甲硫键型COO-CHNH3+CH2CH2S+H3CA

16、S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸ATPATP的特点的特点 在在pH=7pH=7环境中，环境中，ATPATP分子中的三个磷酸分子中的三个磷酸基团完全解离成带基团完全解离成带4 4个负电荷的离子方式个负电荷的离子方式ATP4-ATP4-，具有较大势能，加之水解产物稳定，具有较大势能，加之水解产物稳定，因此水解自在能很大，因此水解自在能很大GG=-30.5=-30.5千焦千焦/ /摩尔。摩尔。腺嘌呤腺嘌呤核糖核糖 O P O P O P O-OOOO-O-O- + + +Mg2+ATP4- + H2O ADP3- + Pi2- + H+ G -30.5kJMOL-1ATP3- + H2O AMP2- +

17、 Pi3- + H+ G -33.1kJMOL-1 ATP之所以能充任之所以能充任“能量货币与其构造特点有直接的关系。能量货币与其构造特点有直接的关系。ATPATP的特殊作用的特殊作用 ATP是细胞内的是细胞内的“能量通货能量通货 ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体是细胞内磷酸基团转移的中间载体PPPPATPP02108641214磷磷酸酸基基团团转转移移能能磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘磷酸甘油酸磷酸油酸磷酸磷酸肌酸磷酸肌酸 磷酸基团贮藏物磷酸基团贮藏物 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸甘油以高能磷酸方式贮能的物质统称磷酸原，包括磷酸肌酸、磷酸精氨酸等。第二节第二节 线

18、粒体电子传送体系线粒体电子传送体系 一、线粒体构造特点一、线粒体构造特点二、电子传送呼吸链的概念二、电子传送呼吸链的概念三、呼吸链的组成三、呼吸链的组成四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化 五、电子传送抑制剂五、电子传送抑制剂一、线粒体构造一、线粒体构造二、线粒体呼吸链二、线粒体呼吸链 线粒体基质是呼吸底物氧化的场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所，底物在这里氧化所产生的NADHNADH和和FADH2FADH2将质子和电子转移到内膜的载体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上，经过一系列氢载体和电子载体的传送

19、，最后传送给传送，最后传送给O2O2生成生成H2OH2O。 这种由一系列电子载体按对电子这种由一系列电子载体按对电子亲和力逐渐升高的顺序组成的电子传亲和力逐渐升高的顺序组成的电子传送系统称电子传送链送系统称电子传送链eclctron eclctron transfer chain),transfer chain),由于其功能和呼吸由于其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。作用直接相关，亦称为呼吸链。三、呼吸链的组成三、呼吸链的组成1. 1. 黄素蛋白酶类黄素蛋白酶类flavoproteins, FPflavoproteins, FP2. 2. 铁铁- -硫蛋白类硫蛋白类ironsulfur

20、proteins)ironsulfur proteins)3. 3. 辅酶辅酶ubiquinone,ubiquinone,亦写作亦写作CoQCoQ4. 4. 细胞色素类细胞色素类cytochromescytochromesNADH辅辅 酶酶 QCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等黄素蛋白黄素蛋白FAD黄素蛋白黄素蛋白FMN细胞色素类细胞色素类铁硫蛋白铁硫蛋白Fe-S铁硫蛋白铁硫蛋白Fe-S电电子子传传送送链链中中各各中中间间体体的的顺顺序序NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸等琥珀

21、酸等复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 IIINADH脱氢酶脱氢酶辅酶辅酶Q-细胞色素细胞色素复原酶复原酶细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶琥珀酸琥珀酸-辅酶辅酶Q脱氢酶脱氢酶 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置1. 烟酰胺核苷酸烟酰胺核苷酸nNAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide) ，又叫Co，主要作为呼吸链的一个组分，起递氢体作用；nNA

22、DP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amide Adenine Dinucleotide Phosphate) ，又叫Co，主要在复原性生物合成中作为供氢体。n二者的递氢部位是烟酰胺部分，为Vit PP。R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+ NAD+和和NADP+的构造的构造NAD+NADP+的递氢机制的递氢机制氧化型氧化型NHCONH2R+ H + H + + eNHCONH2RH+ H +NAD +/NADP+NADH/NADPH复原型复原型氧化复原反响时变化发生在五价氮和三价氮之间。氧化复原反响时变化发生在五价氮和三价氮之间。2. 黄素辅基黄素辅基nFMN：黄素

23、单核苷酸：黄素单核苷酸(Flavin Mononucleotide)nFAD：黄素腺嘌呤二核苷酸：黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine Dinucleotide)nFMN和和FAD中异咯嗪环起递氢体作用。中异咯嗪环起递氢体作用。 n异咯嗪及核醇部分为异咯嗪及核醇部分为Vit B2核黄素。核黄素。 FMN构造构造CH2OHOPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910异咯嗪异咯嗪核醇核醇 CH2OOOHOHHHHCH2HOPOHONNNNNH2OPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910FAD构造构造FMN和和FA

24、D递氢机制递氢机制 RNHNNNOOH3CH3CFMN/FAD1458910RNHNHHNNOOH3CH3C1458910+ 2HFMNH2/FADH2氧化型氧化型复原型复原型3. 铁硫蛋白铁硫蛋白(Iron-sulfur protein, Fe-S)n又叫铁硫中心或铁硫簇。又叫铁硫中心或铁硫簇。 n含有等量铁原子和硫原子。含有等量铁原子和硫原子。n铁除与硫衔接外，还与肽链中铁除与硫衔接外，还与肽链中Cys残基的巯残基的巯基衔接。基衔接。 n铁原子可进展铁原子可进展Fe2+ Fe3+e 反响传送反响传送电子，为单电子传送体。电子，为单电子传送体。 FeFeSSSFeFeSSSSSCysCysC

25、ysCysSFeSFeSSSSCysCysCysCys铁原子可进展铁原子可进展Fe2+ Fe3+e 反响传送电子。反响传送电子。4. 泛醌泛醌 (ubiquinone, UQ)n即辅酶即辅酶Q Coenzyme Q， CoQ，属于，属于脂溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧脂溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。链。n因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中分别出来，因此不包含在四种复合内膜中分别出来，因此不包含在四种复合体中。体中。n分子中的苯醌构造能可逆地结合分子中的苯醌构造能可逆地结合2个个H，为，为递氢体。递氢体。 OOH3COH3COCH3(CH2

26、CHCCH3CH2)nHCoQ isoprene H2CCCCH2CH3H异戊二烯异戊二烯 OOCH3OCH3CH3OROHOHCH3OCH3CH3OR+ 2H 泛泛醌醌（氧氧化化型型） 二二氢氢泛泛醌醌（还还原原型型）5. 细胞色素类细胞色素类Cytochrome, Cytn是一类以铁卟啉为辅基的电子传送蛋白。是一类以铁卟啉为辅基的电子传送蛋白。n呼吸链中主要有呼吸链中主要有a、b、c、三类。差别在于铁卟、三类。差别在于铁卟啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分衔接的方式不同。啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分衔接的方式不同。 Cyt b、c的铁卟啉与血红素一样；的铁卟啉与血红素一样； Cyt a的铁卟的铁

27、卟啉为血红素啉为血红素A。n分子中的铁经过氧化复原而传送电子，为单电子分子中的铁经过氧化复原而传送电子，为单电子传送体。传送体。传送电子机理：传送电子机理：Fe3+ Fe2+-e+e 复合体: NADH-泛醌脱氢酶u 功能功能: 将电子从将电子从NADH传送给泛醌传送给泛醌 (ubiquinone) 复合体复合体NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 复合体复合体的功能的功能 NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2复原型复原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2复合体: 琥珀酸-泛醌脱氢酶u 功能功能: : 将电子从琥珀

28、酸传送给泛醌将电子从琥珀酸传送给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 复合体: 泛醌-细胞色素c复原酶 u 功能：将电子从泛醌传送给细胞色素功能：将电子从泛醌传送给细胞色素c c 复合体复合体QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1复合体: 细胞色素c氧化酶u 功能：将电子从细胞色素功能：将电子从细胞色素c传送给氧传送给氧 复合体复合体复原型复原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB构成的活性部位将电子交给构成的活性部位将电子交给O2。 由以下实验确定由以下实验确定 规范氧化复原

29、电位规范氧化复原电位 拆开和重组拆开和重组 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 复原形状呼吸链缓慢给氧复原形状呼吸链缓慢给氧二呼吸链成分的陈列顺序1. NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O22. 琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2机体内两条主要的呼吸链及其能量变化机体内两条主要的呼吸链及其能量变化NADH呼吸链呼吸链H2O12O2O2-MH2复原型代复原型代 谢底物谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 细胞色素细胞色素b- c-

30、c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 谢底物谢底物FADH2呼吸链呼吸链FADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 细胞色素细胞色素b- c - c1-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸延胡索酸NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链氧氧化化还还原原对对E (V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/ FMNH2-0.30FAD/ FADH2-0.06Cyt b Fe3+/Fe2+0.04（或或0.10）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/ Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a

31、Fe3+ / Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 0.551/2 O2/ H2O 0.82呼呼吸吸链链中中各各种种氧氧化化还还原原对对的的标标准准氧氧化化还还原原电电位位呼吸链中电子传送时自在能的下降呼吸链中电子传送时自在能的下降FADH22e-NADHNADH呼吸链电子传送过程中自在能变化总反响: NADH+H+1/2O2NAD+H2O G=-nFE =-296.50.82-(-0.32) =-220.07千焦mol-1总反响：总反响：FADH2+1/2O2FAD+H2OFADH2+1/2O2FAD+H2OGG=-nFE=-nFE = - = -2 296.596.50.8

32、2-(-0.18)0.82-(-0.18) =-193.0 =-193.0千焦千焦mol-1mol-1FADH2呼吸链电子传送过程中自在能变呼吸链电子传送过程中自在能变化化三、电子传送抑制剂三、电子传送抑制剂鱼藤酮、安密妥、杀菌粉蝶素A抗菌素A氰化物、叠氮化物、一氧化碳和硫化氢NAD FP Q b c aa3NAD FP Q b c aa3氰化物、叠氮化氰化物、叠氮化物、物、CO、HS等等的抑制部位的抑制部位呼吸链的比较图解呼吸链的比较图解第三节第三节 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用一、氧化磷酸化二、氧化磷酸化和磷氧比P/O三、氧化磷酸化的偶联机理四、氧化磷酸化的解偶联和抑制五、线粒体穿越系统六

33、、能荷 一、氧化磷酸化一、氧化磷酸化 代谢物在生物氧化过程中释放出的自在能用于合成代谢物在生物氧化过程中释放出的自在能用于合成ATP即即ADP+PiATP,这种氧化放能和这种氧化放能和ATP生成磷酸化生成磷酸化相偶联的过程称氧化磷酸化。相偶联的过程称氧化磷酸化。类别：类别： 底物程度磷酸化底物程度磷酸化 电子传送程度磷酸化电子传送程度磷酸化ADP + Pi ATP + H2O生物氧化过程中生物氧化过程中释放出的自在能释放出的自在能1底物程度磷酸化 在底物氧化过程中，构成了某些高能中间代谢物，再经过酶促磷酸基团转移反响，直接偶联ATP的构成，称为底物程度磷酸化。 是底物分子内部能量重新分布，生成

34、高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。例如：糖酵解中生成的1，3-二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、三羧酸循环中的琥珀酰CoA等。2氧化磷酸化 电子从NADH或FADH2经电子传送链传送到分子氧构成水，同时偶联ADP磷酸化生成ATP。称为电子传送偶联的磷酸化或氧化磷酸化，是需氧生物合成ATP的主要途径。二、氧化磷酸化和磷氧比二、氧化磷酸化和磷氧比P/O1.电子传送过程的能量变化总反响总反响: NADH+H+1/2O2NAD+H2O G=-nFE =-296.50.82-(-0.32) =-220.07千焦千焦mol-1总反响：总反响：FADH2+1/2O2FAD+H2OG=-nFE = -29

35、6.50.82-(-0.18) =-193.0千焦千焦mol-1贮能效率贮能效率=61/193.0100%=31.6%2.磷氧比磷氧比 P/O 呼吸过程中无机磷酸呼吸过程中无机磷酸PiPi耗费量耗费量和分子氧和分子氧O2O2耗费量的比值称为磷耗费量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传送一对电子耗费一个氧原子，而每传送一对电子耗费一个氧原子，而每生成一分子生成一分子ATPATP耗费一分子耗费一分子Pi Pi ，因此，因此P/OP/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送至分子氧所产生的送至分子氧所产生的ATPATP分子数。分子数。

36、NADHNADHFADH2FADH2O2O212H2OH2OH2OH2O例例 实测得实测得NADHNADH呼吸链：呼吸链： P/O 3P/O 3ADP+Pi ATPADP+Pi ATP实测得实测得FADH2FADH2呼吸链：呼吸链： P/O 2P/O 2O2O2122e-2e-ADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP1. ATP合酶合酶由亲水部分由亲水部分F133亚基亚基 和疏和疏水部分水部分 F0a1b2c912亚基组成。亚基组成。ATP合酶构造方式图合酶构造方式图三、 氧

37、化磷酸化的偶联机理ATP合酶构造表示图合酶构造表示图2. 化学浸透假说化学浸透假说(chemiosmotic hypothesis) 电子经呼吸链传送时，可将质子电子经呼吸链传送时，可将质子H+从线从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。 化学浸透假说原理表示图化学浸透假说原理表示图4H+2H+2H+4H+NADH+H+2H+2H+2H+ ADP+PiATP高高质质子子浓浓度度H2O2e-+ + + + + + + +

38、 +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _质子流质子流线粒体内膜线粒体内膜磷酸化磷酸化 氧化氧化 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP H+ H+ H+ 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化学浸透假说详细表示图化学浸透假说详细表示图线粒体电子传送和线粒体电子传送和H+排出的数目和途排出的数目和途径径H2OH2O2H+2H+CytcCytcCytcCytcCytcCytcQ QFMNFMNFeSFeSFeSFeSCytcCy

39、tc1 1CytbKCytbKCytbrCytbrCytaCytaFeSFeSCyta3Cyta32e-2e-2e-2e-NADH+H+NADH+H+NAD+NAD+O2 +2H+ O2 +2H+ H2OH2O4H+4H+2H+2H+2H+2H+复合物复合物 12 3.氧化磷酸化重建表示图氧化磷酸化重建表示图4.Boyer和和Walker的任务的任务 英国科学家英国科学家Walker经过经过x光衍射获得高分辩率光衍射获得高分辩率的牛心线粒体的牛心线粒体ATP酶晶体的三维构造，酶晶体的三维构造， 证明在证明在ATP酶合成酶合成ATP的催化循环中三个的催化循环中三个亚基确实有不同构象亚基确实有不同

40、构象， 从而有力地支持了从而有力地支持了Boyer的假说。的假说。 Boyer和和Walker共同获得共同获得2019年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖。 美国科学家美国科学家Boyer为解释为解释ATP酶作用机理酶作用机理,提出旋提出旋转催化假说，以为转催化假说，以为ATP合成酶合成酶亚基有三种不同的构亚基有三种不同的构象，一种构象象，一种构象(L)有利于有利于ADP和和Pi结合，一种构象结合，一种构象(T)可使结合的可使结合的ADP和和Pi合成合成ATP，第三种构象，第三种构象(O)使合成的使合成的ATP容易被释放出来。在容易被释放出来。在ATP合成过程中合成过程中，三个，三个亚基依次进展上述三

41、种构象的交替变化，亚基依次进展上述三种构象的交替变化，所需能量由跨膜所需能量由跨膜H+提供。提供。ATPase的旋转催化模型的旋转催化模型当当H+顺浓度递度经顺浓度递度经F0中中a亚基和亚基和c亚基之间亚基之间回流时，回流时，亚基发生旋转，亚基发生旋转，3个个亚基的构象发生亚基的构象发生改动。改动。ATP合酶的任务机制合酶的任务机制四、影响氧化磷酸化的要素1. 1. 呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传送。阻断呼吸链中某些部位电子传送。2. 2. 解偶联剂解偶联剂 使电子传送与使电子传送与ADPADP磷酸化两个过程分别，它只抑制磷酸化两个过程分别，它只抑制ATPATP的构成的构

42、成过程，而不抑制电子传送过程，使电子传送所产生的自在能以热的过程，而不抑制电子传送过程，使电子传送所产生的自在能以热的方式耗散。如：解偶联蛋白方式耗散。如：解偶联蛋白 3. 3. 氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 直接干扰直接干扰ATPATP的生成过程，即干扰由电子传送的高能形状构成的生成过程，即干扰由电子传送的高能形状构成ATPATP的过程，结果也使电子传送不能进展。如：寡霉素的过程，结果也使电子传送不能进展。如：寡霉素 4.4.离子载体抑制剂离子载体抑制剂 增大了线粒体内膜对一价阳离子的通透性，从而破坏了膜两增大了线粒体内膜对一价阳离子的通透性，从而破坏了膜两侧的电位梯度最终破坏了氧化磷酸

43、化过程。侧的电位梯度最终破坏了氧化磷酸化过程。如：缬氨霉素结合如：缬氨霉素结合K+K+，短杆菌肽可使，短杆菌肽可使K+K+、Na+Na+及其他一些一价阳离及其他一些一价阳离子穿过膜。子穿过膜。鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点解偶联蛋白作用机制棕色脂肪组织线粒体解偶联蛋白作用机制棕色脂肪组织线粒体Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能 ADP+Pi ATP 2,4-二硝基苯酚的解偶联作用NO2NO2O-NO2NO2OHN

44、O2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜线粒体内膜内内外外 寡霉素寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成ATP合酶构造方式图合酶构造方式图 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH1. -磷酸甘油穿越机制磷

45、酸甘油穿越机制 五、线粒体穿越系统五、线粒体穿越系统2.苹果酸苹果酸-草酰乙酸穿越作用草酰乙酸穿越作用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六、能荷：在总的腺苷酸系统中六、能荷：在总的腺苷酸系统中(即即ATP、ADP和和AMP浓度之和浓度之和

46、)所负所负荷的高能磷酸基数量。荷的高能磷酸基数量。定义式：能荷定义式：能荷= ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP 意义：意义： 能荷由能荷由ATP 、 ADP和和AMP的相对的相对数量决议，数值在数量决议，数值在01之间，反映细胞能量之间，反映细胞能量程度。程度。 能荷对代谢的调理能荷对代谢的调理可经过可经过ATP 、 ADP和和AMP作为代谢中某些作为代谢中某些酶分子的别构效应物酶分子的别构效应物进展变构调理来实现进展变构调理来实现。能荷能荷相相对对速速率率ATP的利用途径的利用途径 ATP的的生成途径生成途径能荷对能荷对ATP的生成途径和的生成途径和ATP的利用途径相对速率的的利用

47、途径相对速率的 影响影响第四节第四节 其他末端氧化酶系统其他末端氧化酶系统 除了细胞色素系统之外，还有一些氧化体系，又称为非线粒体氧化体系，它们与ATP的生成无关，从底物脱氢到H2O的构成是经过其他末端氧化酶系完成的，但具有其它重要生理功能。1、多酚氧化酶系统、多酚氧化酶系统 多酚氧化酶系统存在于微粒体中，是含铜的末端氧化酶，也称儿茶酚氧化酶。由脱氢酶、醌复原酶和酚氧化酶组成，催化多酚类(对苯二酚、邻苯二酚、邻苯三酚)的氧化。2.抗坏血酸氧化酶系统是一种含铜的氧化酶，在有氧的条件下，催化抗坏血酸的氧化。可以与其它氧化酶系统相偶联，例如与谷胱甘肽氧化酶和NADPH脱氢酶偶联，起到末端氧化酶的作用

48、。可以防止含巯基蛋白质的氧化，延缓衰老进程。3.黄素蛋白氧化系统 存在于微体之中，其催化持点是不需经细胞色素或其它传送体，将脱下的氢直接交给O2生成H2O2：4.超氧物歧化酶和过氧化氢酶 在许多酶促反响或非酶反响中，或某些环境要素(如电离辐射、强光等)影响下，生物体内产生了更活泼的含氧物质，如H2O2、O2、脂质过氧化中间产物等，统称活性氧。 超氧物歧化酶(SOD)是存在于动植物和微生物细胞中最重要的去除活性氧的酶之一。它主要有三种方式Cu、Zn-SOD、Mn-SOD、Fe-SOD. Cu、Zn-SOD主要分布于高等植物的叶绿体和细胞质中；Mn-SOD主要分布于真核生物线粒体中;Fe-SOD主

49、要分布于细菌中.它们在去除活性氧(O2)时构成H2O2 过氧化氢酶(CAT)是含有血红素辅基的酶，催化H2O2构成H20和02。5.植物抗氰氧化酶系统 抗氰氧化酶是一种非血红素铁蛋白，它不受氰或氰化物的抑制，特别容易受氧肟酸类加：水杨酰氧肟酸、苯基氧肟酸等的抑制。 在某些高等植物中，例如，玉米、豌豆、绿豆的种子和马铃薯的块茎等都含有抗氰氧化酶。这些植物在用KCN、NaN3、CO处置时，呼吸作用并末被完全抑制，表现为仍有一定程度的氧吸收，这是由于电子传送不经过细胞色素氧化酶系统，而是经过对氰化物不敏感的抗氰氧化系统传给氧。这种呼吸称为抗氰呼吸。本章小结本章小结1 生物氧化概述1 生物氧化概念，生物氧化的主要内容，特点，生物氧化中CO2和H2O的生成。2 生物化学反响的自在能变化3 高能磷酸化合物： 高能磷酸化合物的类型，ATP在能量转换中的作用。2 电子传送链(呼吸链)1电子传送链：电子传送链的组成，陈列顺序，在线粒体内膜上的分布2电子传送抑制剂3 氧化磷酸化1 氧化磷酸化的概念及类型：底物程度磷酸化，氧化磷酸化。2 氧化磷酸化与电子传送的偶联：电子传送过程的能量变化及P/O比。3 氧化磷酸化的机理 F0-F1因子，化学浸透假说，氧化磷酸化重建，ATP酶的旋转催化实际。4 氧化磷酸化的解偶联和抑制 氧化磷酸化的解偶联剂