吉林农大动物生化生物氧化

1、第一节第一节 概概 述述Introduction物质在生物体内进行的氧化称为物质在生物体内进行的氧化称为生物氧化生物氧化，主要指，主要指糖、脂肪、蛋白质等有机物质在生物体内氧化分解并逐糖、脂肪、蛋白质等有机物质在生物体内氧化分解并逐步释放能量，最终生成步释放能量，最终生成COCO2 2 和和 H H2 2O O的过程。亦称的过程。亦称“组织氧组织氧化化”、“组织呼吸组织呼吸”或或“细胞氧化细胞氧化”。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念 糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂肪酸脂肪酸

2、+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP * * 生物氧化的一般过程* * 生物氧化与体外氧化之相同点 生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。 物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（物（COCO2 2，H H2 2O O）和释放能量均相同。）和释放能量均相同。二、生物氧化的特点二、生物氧化的特点1、是在近中性和约、是在近中性和约37的水溶液中 逐 步进行酶促反应。酶促反应。2、底物脱氢与氧化合生成水、底物脱氢

3、与氧化合生成水3、能量是逐步释放，有相当一部分、能量是逐步释放，有相当一部分 是以化学能形式储存在是以化学能形式储存在ATPATP分子中分子中4、产生的CO2是有机酸脱羧产生生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化w在高温、高压以及干燥的条件在高温、高压以及干燥的条件下进行，是剧烈的自由基反应，下进行，是剧烈的自由基反应，能量是突发式释放的。产生的能量是突发式释放的。产生的能量以光与热的形式散发在环能量以光与热的形式散发在环境中。境中。w产生的产生的CO2、H2O是由物质中的是由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。碳和氢直接与氧结合生成。场所：真核细胞在线粒体内膜，原核细胞在质膜上行。场所：真核细胞在线粒

4、体内膜，原核细胞在质膜上行。三、生物氧化中自由能变化及氧化还原电位三、生物氧化中自由能变化及氧化还原电位1 1、自由能（、自由能（GibbsGibbs，G G）的概念：）的概念： 是指在一个反应体系的总能量中，在恒温恒压条件下是指在一个反应体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够用以作功的那一部分能量。能够用以作功的那一部分能量。即生物体中进行生物氧化所提供的能。即生物体中进行生物氧化所提供的能。 恒温恒压条件下自由能变化公式为恒温恒压条件下自由能变化公式为G =G =H H T T S S意义：意义：1)1)用其判断一个反应是否能发生；用其判断一个反应是否能发生； 2)2)生物体用以作功的能为体

5、内生化反应放出的自由能；生物体用以作功的能为体内生化反应放出的自由能； 3 3）生物氧化所提供的能是机体可利用的自由能。）生物氧化所提供的能是机体可利用的自由能。G G与反应途径、反应机理无关。与反应途径、反应机理无关。任何反应，当：任何反应，当： G G0 0 反应可自发进行，为放能反应；反应可自发进行，为放能反应； G G 0 0 反应不能自发进行，为吸能反应；反应不能自发进行，为吸能反应； G G 0 0 体系处于平衡状态，反应可逆。体系处于平衡状态，反应可逆。 生物氧化过程包括一系列的氧化还原反应，参与生物氧化过程包括一系列的氧化还原反应，参与氧化还原反应的每种物质都有氧化态和还原态，

6、称为氧化还原反应的每种物质都有氧化态和还原态，称为氧还对；而参与反应的每一氧还对转移电子的势能氧还对；而参与反应的每一氧还对转移电子的势能（即氧化还原体系中失去或获得电子的趋势的高低）（即氧化还原体系中失去或获得电子的趋势的高低）叫做氧化还原电位，标准氧化还原电位以叫做氧化还原电位，标准氧化还原电位以E0表示。表示。 E0值越小，供出电子的倾向越强，即还原能力越强；值越小，供出电子的倾向越强，即还原能力越强； E0值越大，接受电子的倾向越强。在生物体内氧化还原值越大，接受电子的倾向越强。在生物体内氧化还原过程中，电子总是从过程中，电子总是从E0值较小的物质移向值较小的物质移向E0值较大的值较大

7、的物质，即从还原剂（电子供体）移向氧化剂（电子受物质，即从还原剂（电子供体）移向氧化剂（电子受体）。后者的体）。后者的E0值减去前者的值减去前者的E0值，叫做生化标准氧值，叫做生化标准氧化还原电位差，用化还原电位差，用 E0值表示。值表示。2 2、自由能变化与氧化还原电位差的关系、自由能变化与氧化还原电位差的关系第二节第二节 ATP一、ATP的形成与作用O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP（三磷酸腺苷）O-POO-O POO-O-焦磷酸机械能机械能-运动运动化学能化学能-合成合成渗透能渗透能-分泌吸收分泌吸收电能电能-生物电生物电热能热能-体温体温

8、光能光能-生物发光生物发光ATPATP是生物系统能量交换的中心是生物系统能量交换的中心荧火虫荧火虫ATPATP的特殊作用的特殊作用一般情况下，ATP将磷酸基团转移给肌酸生成磷酸肌酸将能量贮存起来。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。磷酸肌酸与ATP的转换ATP的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 机械能机械能( (肌肉收缩肌肉收缩) )渗透能渗透能( (物质主动转运物质主动转运) ) 化学能化学能( (合成代谢合成代谢) )电能电能( (生物电生物电) )热能热能( (

9、维持体温维持体温) )生物体内能量的储存和利生物体内能量的储存和利用都以用都以ATP为中心。为中心。 核苷二磷酸激酶的作用ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMPu高能化合物的共同特点是含有容易断裂的高能化合物的共同特点是含有容易断裂的“活泼键活泼键”，水解时可释放大于水解时可释放大于21KJ/mol的的能量，常用符号能量，常用符号 表示。表示。二、高能化合物 生物体内的放能反应与吸能反应偶联，最基本的生物体内的放能反应与吸能反应偶联，最基本的形式是通过高能化合物实

10、现的。形式是通过高能化合物实现的。1、高能化合物的概念：指含有高能键，在标准条件下（pH=7,250C,1mol/L)发生水解时可释放大量自由能的化合物。2、高能化合物的类型：根据分子中是否含有磷酸可分为磷酸类高能化合物和非磷酸类高能化合物。必须注意：并非所有的磷酸化合物都是高能化合物。u高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯键，常表示为键，常表示为 P。u高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物含有高能磷酸键的化合物1 1）磷氧键型：如）磷氧键型：如ATPATP、磷酸烯醇式丙酮酸等、磷酸烯醇式丙酮酸等2 2）磷氮键型：如磷酸肌酸

11、等）磷氮键型：如磷酸肌酸等3 3）硫酯键型：如脂酰）硫酯键型：如脂酰CoACoA等等4 4）甲硫键型：）甲硫键型：S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸也可根据分子结构的特点和所含高能键的特征进行分类。第三节第三节 呼吸链与氧化磷酸化呼吸链与氧化磷酸化The Oxidation System of ATP Producing定义定义在生物氧化过程中，从代谢物脱下的成对在生物氧化过程中，从代谢物脱下的成对氢原子（氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶组成的连锁传递体系称为列酶和辅

12、酶组成的连锁传递体系称为呼吸链呼吸链(respiratory chain)又称又称电子传递链电子传递链(electron transfer chain)。组成：组成：递氢体和电子传递体（递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e），存在于线粒体内膜上），存在于线粒体内膜上 一、呼吸链的定义线粒体的结构嵴二、呼吸链的组成* * Q( Q(泛醌泛醌) ) 和和 细胞色素细胞色素C(C(Cytc) )均不包含在上述四种复合体中。均不包含在上述四种复合体中。线粒体呼吸链复合体复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH- Q Q还原酶还原酶琥珀酸琥珀酸-细胞色素细胞

13、色素C细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-琥珀酸琥珀酸-Q Q还原酶还原酶Q Q-细胞色素细胞色素C细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 烟酰胺核苷酸类烟酰胺核苷酸类：主要作为一类不需氧脱氢酶的的辅酶。有主要作为一类不需氧脱氢酶的的辅酶。有NADNAD+ +和和NADPNADP+

14、 +，大多脱氢酶以，大多脱氢酶以NAD NAD + +为辅酶。为辅酶。 电子和氢离子一起被接受，还原型电子和氢离子一起被接受，还原型CoCo将氢移到将氢移到NADHNADH（黄素）脱氢酶上。（黄素）脱氢酶上。NAD+和NADP+的结构R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。黄素脱氢酶类黄素脱氢酶类 黄素脱氢酶（黄素脱氢酶（NADHNADH脱氢酶）脱氢酶）是黄素蛋白，其辅基是黄素蛋白，其辅基FMNFMN（ FAD FAD ）接受）接受2 2个氢原个

15、氢原子成还原型的黄素单核苷酸。子成还原型的黄素单核苷酸。FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN 。铁硫蛋白类铁硫蛋白类NADHNADH脱氢酶还有几个非血红素铁原子与酸不稳定的硫原子结合，组合成铁脱氢酶还有几个非血红素铁原子与酸不稳定的硫原子结合，组合成铁- -硫中心硫中心（iron-sulfuriron-sulfur centercenter) )。借铁的变价（。借铁的变价（Fe Fe 3 3 + + Fe Fe 2 2 + + ）接受电子并转给辅酶）接受电子并转给辅酶Q Q。

16、铁铁- -硫中心：存在于微生物、动物组织中，在硫中心：存在于微生物、动物组织中，在NADHNADH呼吸链中有多个不同的铁呼吸链中有多个不同的铁- -硫中心。硫中心。NADHNADH脱氢酶复合物包括两个电子传递系统脱氢酶复合物包括两个电子传递系统（酶，（酶，FMNFMN，铁，铁- -硫中心）。硫中心）。辅酶辅酶Q Q类类又称泛醌又称泛醌（ubiquinoneubiquinone，CoQ)CoQ)，是脂溶性化合物，可接受多种脱是脂溶性化合物，可接受多种脱氢酶脱下的氢和电子转变为泛醇氢酶脱下的氢和电子转变为泛醇（ CoQHCoQH2 2）。）。所以处在呼吸链的中心地所以处在呼吸链的中心地位。它与蛋白

17、质结合不紧，可在黄素脱氢酶类与细胞色素类之间起载体作用。位。它与蛋白质结合不紧，可在黄素脱氢酶类与细胞色素类之间起载体作用。 泛醇将电子传给细胞色素泛醇将电子传给细胞色素bcbc1 1复合体，复合体， H H+ +释出。释出。泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。细胞色素类（细胞色素类（cytochromes) ) 是一类以铁卟啉（血红素）为辅基的蛋白是一类以铁卟啉（血红素）为辅基的蛋白质。广泛分布于生物细胞，由于

18、呈现颜色，故质。广泛分布于生物细胞，由于呈现颜色，故称细胞色素。称细胞色素。其作用靠铁的变价传递电子由其作用靠铁的变价传递电子由CoQCoQ传到氧。传到氧。 a a、cytbccytbc1 1复合体：含复合体：含ctyb ctyb 、ctycctyc1 1及铁及铁- -硫蛋白。硫蛋白。b b、cytcyt氧化酶：含氧化酶：含ctyactya和和ctyactya3 3 。 除含铁还含铜（除含铁还含铜（ Cu Cu 2 2 + + Cu Cu + + ）c c、cytccytc：在：在ctybcctybc1 1复合体和复合体和ctycty氧化酶间传递电氧化酶间传递电子。子。细 胞 色 素细胞色素是

19、一类以铁铁卟啉为辅基的催化电细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。 传递体 作用 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 （NAD+） 递氢体尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+） 递氢体 黄素蛋白（辅基为 FAD和 FMN） 递氢体 铁硫蛋白（Fe-S） 单电子传递体辅酶Q 递氢体细胞色素类 单电子传递体复合体: NADH-Q（泛醌）还原酶u 功能功能: 将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌 (ubiquinone) 复合体复合体NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3;

20、 Fe-SN-2 复合体: : 琥珀酸-Q-Q（泛醌）还原酶u 功能功能 将电子从琥珀酸传递给泛醌将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 复合体: QH2（泛醌）-细胞色素c还原酶 u 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素功能：将电子从泛醌传递给细胞色素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传递给氧传递给氧 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB形成的

21、活性部位将电子交给形成的活性部位将电子交给O2。三、三、呼吸链中传递体的排列顺序呼吸链中传递体的排列顺序实验依据：实验依据：1 1）根据各种组分标准氧化还原电位确定顺序，氧）根据各种组分标准氧化还原电位确定顺序，氧化还原电位逐渐增加，该值越大，说明越易构成化还原电位逐渐增加，该值越大，说明越易构成氧化剂处于呼吸链的末端，越小，说明越易构成氧化剂处于呼吸链的末端，越小，说明越易构成还原剂处于呼吸链的始端。还原剂处于呼吸链的始端。2 2）电子亲和力增加的顺序排列；）电子亲和力增加的顺序排列；3 3）吸收光谱变化，氧化程度逐渐增高；）吸收光谱变化，氧化程度逐渐增高；4 4）利用电子传递抑制剂选择性阻

22、断；）利用电子传递抑制剂选择性阻断； 5 5）拆开和重组）拆开和重组6 6）还原状态呼吸链缓慢给氧，根据各组分氧化还）还原状态呼吸链缓慢给氧，根据各组分氧化还原状态确定顺序原状态确定顺序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 Fe3+ / Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 0.551/2 O2/ H2O 0.82呼呼吸吸链

23、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（电子传递链）电子亲和力递增的顺序ATPFADH2ATPATP1. 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O2糖、脂、蛋白质等有机物在氧化分解过程中脱下的氢，大部糖、脂、蛋白质等有机物在氧化分解过程中脱下的氢，大部分经此呼吸链氧化为水。例如丙酮酸、异柠檬酸、乳酸、酮分经此呼吸链氧化为水。例如丙酮酸、异柠檬酸、乳酸、酮戊二酸、苹果酸、谷氨酸等。戊二酸、苹果酸、谷氨酸等。2. FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链 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

24、合体O2一般情况下琥珀酸、一般情况下琥珀酸、a-磷酸甘油氧化脱氢生成磷酸甘油氧化脱氢生成FADH2作为这作为这条呼吸链的最初供体。条呼吸链的最初供体。四、体内两条重要的呼吸链NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链电子传递链五、胞液中五、胞液中NADHNADH的氧化的氧化胞液中胞液中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。化。转运机制转运机制主要有主要有-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-aspara

25、te shuttle)1. - -磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 线粒体 内膜 线粒体 外膜膜间隙 线粒体 基质S-磷酸甘油 脱氢酶 呼吸链 磷酸二羟丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOHM-磷酸甘油 脱氢酶 说明：1） S-磷酸甘油 脱氢酶 和M-磷酸甘油脱氢酶是同工酶，前者的辅酶是NAD+，后者的辅基是FAD，因此一对氢经该穿梭作用进入呼吸链彻底氧化可产生1.5个ATP。 2）该穿梭作用存在于骨骼肌、脑和神经组织中。苹果酸穿梭系统2

26、. 苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭机制机制说明：1）S-苹果酸脱氢酶和M-苹果酸脱氢酶是同工酶，均以NAD+作为辅酶。2）一对氢经该穿梭作用进入呼吸链彻底氧化可产生2.5个ATP。3）该穿梭作用存在于肝脏心肌和肾脏中。 六、能量的生成和利用六、能量的生成和利用ATPATP的生成：的生成： 主要由：主要由：ADP+pi+ADP+pi+能量能量ATPATP 少数情况：少数情况：AMP+ ppi+AMP+ ppi+能量能量ATPATP1 1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化定义：定义：底物水平磷酸化底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 是指代谢

27、物在氧化分解过是指代谢物在氧化分解过程中通过脱氢、脱水等作用使能量在分子内部重程中通过脱氢、脱水等作用使能量在分子内部重新分配，产生高能键，并把高能键交给新分配，产生高能键，并把高能键交给ADP生生成成ATP的过程。的过程。 （ 3）琥珀酸CoA转变成琥珀酸（2） 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 Pi、NAD+ NADH+H+ 3-3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 C H OC HO HC HO HO HC H2POC H2P PO1,3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸 O=CCOHCH2POP POP

28、 POADP ATP 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸O=CCOHCH2POP POP PO3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 COOHCOHCH2POP PO2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶烯醇化酶(enolase)2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 C O O HCC H2POP POO HO H+ H2O磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸COOHCCH2P POADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶丙酮酸激酶(pyruvate kinase) 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物并通过底物

29、水平磷酸化生成水平磷酸化生成ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 C O O HCC H2P PO丙酮酸丙酮酸 COOHC=OCH3-酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶系氢酶系NADH+HNADH+H+ +CO+CO2 2*NADNAD+ +HSCoA+HSCoA琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶GTPGTPGDP+PiGDP+Pi2 2、氧化磷酸化氧化磷酸化：1 1）定义：）定义：在生物氧化过程中，底物脱氢在生物氧化过程中，底物脱氢经经呼吸链传呼吸链传递氧化生成水并释放的能量的同时，转移给递氧化生成水并释放的能量的同时，转移给ADPADP生成生成ATPATP的过程，由于此过程氧化与磷酸化相偶联的称为的过

30、程，由于此过程氧化与磷酸化相偶联的称为氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)(oxidativephosphorylation)，又称为，又称为偶联磷酸化。偶联磷酸化。w氧化磷酸化的大小用氧化磷酸化的大小用P/OP/O表示表示w磷氧比（磷氧比（P/O)P/O)是指每消耗是指每消耗1mol1mol原子氧时有多少原子氧时有多少摩尔原子的无机磷被酯化为有机磷，即产生多少摩尔原子的无机磷被酯化为有机磷，即产生多少摩尔的摩尔的ATPATP。w可间接测可间接测ATPATP生成量：生成量： NADHNADH呼吸链：呼吸链： P/O =2.5P/O =2.5 FADH FAD

31、H呼吸链：呼吸链： P/O = 1.5P/O = 1.52)氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：氧化磷酸化偶联部位：复合体复合体、主要根据自由能变化和主要根据自由能变化和P/O比值确定比值确定G=-nFE wATPATP形成以电子传递为前提，而呼吸链只有生成形成以电子传递为前提，而呼吸链只有生成ATPATP才能才能推动电子的传递，此为偶联。推动电子的传递，此为偶联。w 呼吸链上磷酸化位点：呼吸链上磷酸化位点： NADNADCoQCoQ；CytbCytbCytcCytc；CytaCytaO O2 2线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链链

32、的的组组成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP数数 -羟羟丁丁酸酸NAD+复复合合体体CoQ复复合合体体2.42.8 3Cyt c复复合合体体O2琥琥珀珀酸酸复复合合体体CoQ复复合合体体1.7 2Cyt c复复合合体体O2抗抗坏坏血血酸酸Cyt c复复合合体体O20.88 1细细胞胞色色素素c (Fe2+) 复复合合体体O20.61-0.68 1ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化区段区段电位变化电位变化(E)自由能变化自由能变化G=-nFE能否生成能否生成ATP(G是否大于是否大于30.5KJ) Cyt aa3O2 0.53V 102.3K

33、J/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能氧化磷酸化偶联部位3 3） 氧化磷酸化的偶联机理化学偶联假说化学偶联假说 1953年年E.C.Slater提出提出构象偶联假说构象偶联假说 1964年年P.D.Boyer提出提出化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 由由P.Mitchell 1961P.Mitchell 1961年提出年提出: :电子经呼吸链传递时，电子经呼吸链传递时，可将质子（可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，

34、产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度产生膜内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回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。 化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic(chemiosmotic hypothesis):hypothesis): 电子传递释出的能量用电子传递释出的能量用于形成跨膜的质子（于形成跨膜的质子（ H H + + ）梯度，此梯度用以驱）梯度，此梯度用以驱动动ATPATP的合成。在电子的合成。在电子传递和磷酸化之间起偶传递和磷酸化之间起偶联作用的是联作用的是H H + +电化学梯电化学梯度。度。氧化磷酸化的抑制剂有两类：一类是抑制电子传递

35、的呼吸链抑制剂，另一类是使氧化与磷酸化拆离的解偶联剂是抑制呼吸链传递的某一环节，使呼吸链中断。是抑制呼吸链传递的某一环节，使呼吸链中断。因底物的氧化作用受阻，偶联的磷酸化作用无法因底物的氧化作用受阻，偶联的磷酸化作用无法进行，进行，ATP的生成随之减少。的生成随之减少。这类物质和化学药这类物质和化学药品大多对人类或哺乳动物乃至需氧生物具有极强品大多对人类或哺乳动物乃至需氧生物具有极强的毒性。的毒性。根据在呼吸链上的作用部位，可分为三类：根据在呼吸链上的作用部位，可分为三类：（1）呼吸链抑制剂鱼藤酮鱼藤酮杀粉蝶菌素（粉蝶霉素杀粉蝶菌素（粉蝶霉素A A）阿米妥（异戊巴比妥）阿米妥（异戊巴比妥） 抗

36、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不抑制呼吸链的传递过程，既不阻碍能量的释放，但能解除ADP+PiADP+Pi的磷酸化作用，即ATPATP不能合成。如：如：2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚 （2）氧化磷酸解化的解偶联剂（3）氧化磷酸化的抑制剂这类抑制剂的作用特点是既抑制氧的利用又抑制ATP的生成。如：寡霉素 一、需氧脱氢酶和氧化酶 受受氢氢体体辅辅酶酶（辅辅基基）产产物物不不需需氧氧脱脱氢氢酶酶辅辅酶酶需需氧氧脱脱氢氢酶酶O2 FMN或或FAD H2O2氧氧化化酶酶O2 含含Cu H2O受受氢氢体体辅辅酶酶（辅辅基基）产产物物不不需需氧氧脱脱氢氢酶酶辅辅酶酶需需氧氧脱脱氢氢酶酶O2 FMN或或FAD H2O2氧氧化化酶酶O2 含含Cu H2O二、过氧化物酶体中的酶类 （一）过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含又称触酶，其辅基含4 4个血红素个血红素2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 （二）过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化直接氧化酚类或胺类化合物酚类或胺类化合物 R + H2O2 RO + H2O RH2+ H2O2 R + 2H2O 过氧化物酶过氧化物酶 过氧化物酶过氧化物酶 反应氧族反应氧族超