生物化学-第六章生物氧化

1、第六章第六章生物氧化生物氧化Biological oxidation我们整体行为单个细胞的能量从何而来的问题?食物的摄入 ATP的获得机械能机械能( (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( (维持体温维持体温) )（一）（一） 新陈代谢的概念新陈代谢的概念新陈代谢新陈代谢 合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用） 分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用）生物小分子合成为生物小分子合成为生物大分子生物大分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物大分子分解为生物小分子

2、生物小分子能量能量代谢代谢物质代谢物质代谢新陈代谢的共同特点：新陈代谢的共同特点：1. 由酶催化，反应条件温和。由酶催化，反应条件温和。2. 诸多反应有严格的顺序，彼此协调。诸多反应有严格的顺序，彼此协调。3. 对周围环境高度适应。对周围环境高度适应。4.是长期进化形成的，生物界其基本过程十分相似。是长期进化形成的，生物界其基本过程十分相似。琥珀酰琥珀酰CoA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰CoA丙酮酸丙酮酸PEP磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯乙酰乙酰乙酰乙酰CoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半

3、胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸酮体酮体亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸 缬氨酸缬氨酸CO2CO2氨基酸、糖及脂肪代谢的联系氨基酸、糖及脂肪代谢的联系T A C目目 录录糖原糖原 甘油三酯甘油三酯 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP 共同中间产

4、物共同中间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路三大营养素三大营养素w第第1节节 生物氧化概述生物氧化概述w第第2节节 呼吸链与氧化磷酸化呼吸链与氧化磷酸化w第第3节节 呼吸链功能调节呼吸链功能调节第一节第一节生物氧化概述生物氧化概述Reactions and Oxidative-Reductive Enzymes in Biological Oxidation 一、体内进行的氧化还原反应就是生物一、体内进行的氧化还原反应就是生物氧化氧化泛指在生物体内发生的任何氧化还原反应，也泛指在生物体内发生的任何氧化还原反应，也包括营养物和生物分子在生物体（细胞）内进行的包括营养物和生物分子在生物体（细胞）

5、内进行的氧化还原作用。营养物和生物分子经历氧化还原反氧化还原作用。营养物和生物分子经历氧化还原反应被彻底分解，产生应被彻底分解，产生H2O、CO2，并伴有，并伴有ATP的生的生成，或转化为其它分子成，或转化为其它分子, 此过程需耗氧、排出此过程需耗氧、排出CO2，又在活细胞内进行，故又称又在活细胞内进行，故又称细胞呼吸细胞呼吸( (cellular respiration) )。* * 生物氧化生物氧化（biological oxidation） 一般来说，呼吸就是一种缓慢一般来说，呼吸就是一种缓慢的碳和氢的燃烧作用，这完全类似在的碳和氢的燃烧作用，这完全类似在一盏煤油灯和蜡烛中发生的事，从这

6、一盏煤油灯和蜡烛中发生的事，从这个角度看，呼吸着的动物是真正的可个角度看，呼吸着的动物是真正的可燃体，它们燃烧并消耗他们自己燃体，它们燃烧并消耗他们自己一个人因此可以说，从降生到这个世一个人因此可以说，从降生到这个世界并开始呼吸开始，生命的火炬的点界并开始呼吸开始，生命的火炬的点亮了他自己，直到死亡火炬才会熄灭亮了他自己，直到死亡火炬才会熄灭法国大革命法国大革命糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能二、二、 生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程* * 生物氧化特点：生物氧化特点：生物分子在体内的反应条件温和，生物分子在体内的反应条件温和，逐步反应

7、，逐步释能，常伴有分解释能反应与需能逐步反应，逐步释能，常伴有分解释能反应与需能反应偶联，或能量形式的转换。反应偶联，或能量形式的转换。乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸CH3CH(OH)COOH CH3COCOOH+2HFe2+ Fe3+ + e-RCHO+1/2O2 RCOOH 醛醛 酸酸 为细胞内恒定条件下酶促反为细胞内恒定条件下酶促反应逐步进行，能量逐步释放，应逐步进行，能量逐步释放，生成生成ATP。 加水脱氢反应使物质间接获加水脱氢反应使物质间接获得氧，脱下的氢与氧结合产生得氧，脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生，有机酸脱羧产生CO2。生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化 为不恒定条件下非酶

8、为不恒定条件下非酶促反应，能量以热能形促反应，能量以热能形式突然释放。式突然释放。 产生的产生的CO2、H2O由由物质中的碳和氢直接与物质中的碳和氢直接与氧结合生成。氧结合生成。 耗氧、释放能量、终产物（耗氧、释放能量、终产物（CO2，H2O）均相同。）均相同。一般将一般将G 大于大于ATP（包括（包括ATP），或），或G 大于大于21 kJ/mol的磷酸化合物称为高能磷的磷酸化合物称为高能磷酸化合物。酸化合物。用符号用符号P表示高能磷酸键。表示高能磷酸键。（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解时释放（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解时释放出大量自由能出大量自由能高能磷酸化合物高能磷酸化合物: :三、

9、三、ATPATP: : 能量货币能量货币几种常见的高能化合物几种常见的高能化合物（二）（二）ATP是最重要的高能磷酸化合物是最重要的高能磷酸化合物 体内许多代谢物的体内许多代谢物的“活化活化” 反应（吸能）大反应（吸能）大多直接或间接地与多直接或间接地与ATP酸酐键的水解放能反应相酸酐键的水解放能反应相偶联，使偶联，使“活化活化”反应能顺利进行。反应能顺利进行。 OCH2HOHOHOHHOHHOHHH葡萄糖葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶己糖激酶(hexokinase) OHOHOHHOHHOHHOCH2H6- 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖PP磷酸肌酸作为肌和脑中能量的一种磷酸肌酸作为肌和脑中能

10、量的一种储存形式储存形式ATP充足充足ATP不足不足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( (维持体温维持体温) )生物体内能生物体内能量的转换都是量的转换都是以以ATP为中为中心的。心的。人体内人体内ATP的的来源和去来源和去路（路（ATPATP循环）循环）: : w 在生物体内，除了可直接使用在生物体内，除了可直接使用ATP供能外，还使供能外，还使用其他形式的高能

11、磷酸键供能，如用其他形式的高能磷酸键供能，如UTP用于用于糖原糖原的合成的合成，CTP用于用于磷脂的合成磷脂的合成，GTP用于用于蛋白质蛋白质的合成的合成等。等。核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶NMP + ATPNDP + ADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶NDP + ATPNTP + ADP（三）多磷酸核苷间的能量转移（三）多磷酸核苷间的能量转移 高能键转移高能键转移ATP + UDPCDPGDPADP + UTP（糖原合成）（糖原合成）CTP（磷脂合成）（磷脂合成）GTP（蛋白质合成）（蛋白质合成）第二节第二节 呼吸链与氧化磷酸化呼吸链与氧化磷酸化呼吸链学习的关键点呼吸链学习的关键点营养物氧化

12、营养物氧化电子传递电子传递质子泵流质子泵流ATP合成合成w真核细胞真核细胞ATP的生成主要发生在线粒体中。营养物质经的生成主要发生在线粒体中。营养物质经脱氢酶脱氢酶催化脱下的成对氢原子（催化脱下的成对氢原子（NADH+H+，FADH2），），再通过位于线粒体内膜上多种酶和辅酶催化的氧化还原连再通过位于线粒体内膜上多种酶和辅酶催化的氧化还原连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水。氧化反应逐步释锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水。氧化反应逐步释放的能量可同时驱动质子跨膜转移到内膜外侧，形成跨线放的能量可同时驱动质子跨膜转移到内膜外侧，形成跨线粒体内膜的质子梯度，该梯度势能再促进粒体内膜的质子梯度，该

13、梯度势能再促进ATP的生成。的生成。w营养物氧化、电子传递、质子泵流和营养物氧化、电子传递、质子泵流和ATP合成等过程结合成等过程结合偶联成一个整体合偶联成一个整体, 高效完成线粒体的呼吸作用。高效完成线粒体的呼吸作用。一、总一、总 述述呼吸链的定义呼吸链的定义在线粒体内膜中在线粒体内膜中，代谢物上的氢原子被，代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧分子，并与之结合生最后传递给被激活的氧分子，并与之结合生成水的全部体系称成水的全部体系称呼呼吸吸链或电链或电子传递子传递链链。呼吸链就是由电子传递体组成的氧化呼吸链就是由电子

14、传递体组成的氧化还原体系还原体系组成组成电子传递体电子传递体呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置人线粒体呼吸链酶复合体人线粒体呼吸链酶复合体1. 1. 复合体复合体将将NADH+H+中的两个质子中的两个质子/ /电子电子传递给泛醌传递给泛醌（ubiquinone） 复合体复合体又称又称NADH-泛泛醌氧化还原酶醌氧化还原酶,以以FMN、Fe-S为辅基为辅基复合体复合体电子传递电子传递：每传递每传递2个电子可将个电子可将4个个H+从内膜基质侧泵到胞从内膜基质侧泵到胞浆侧，浆侧，复合体复合体有质子有质子泵功能泵功能NADH CoQ FMNFe-SNAD+（NADP+

15、） 的加氢和脱氢反应的加氢和脱氢反应氧化还原反应的变化发生在五价氮和三价氮之间。氧化还原反应的变化发生在五价氮和三价氮之间。FMN的加氢和脱氢反应的加氢和脱氢反应FMN结构中含核黄素，功能部位是异咯嗪环，氧结构中含核黄素，功能部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是化还原反应时不稳定中间产物是FMN 。铁硫蛋白中辅基铁硫簇铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行硫原子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传反应传递电子。递电子。 表示无机硫表示无机硫 铁硫簇铁硫簇(iron-sulfur cluster )的结构的结构泛醌（泛醌（Co

16、enzyme Q , CoQ, Q）由）由10个异戊二个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），在线粒），在线粒体中能够体中能够自由扩散自由扩散.氧化还原反应时可生成中间产氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。物半醌型泛醌。泛醌的加氢和脱氢反应泛醌的加氢和脱氢反应 目前推测复合体目前推测复合体中电子传递顺序如下：中电子传递顺序如下：NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2 复合体复合体是是三羧酸循环三羧酸循环中的中的琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶，又称又称琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶, 4个亚基组成，

17、以个亚基组成，以FAD、Fe-S为辅基为辅基 电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸FAD几种几种Fe-S CoQ 释放的自由能小释放的自由能小, 复合体复合体没有没有H+泵的功能泵的功能2. 复合体复合体将质子将质子/电子从琥珀酸传递到泛醌。电子从琥珀酸传递到泛醌。 w 泛醌的结合位点: QP, QN复合体复合体又叫又叫泛醌泛醌-细胞细胞色素色素C还原酶还原酶或细胞色素或细胞色素b-c1复合体，主要含有复合体，主要含有(1)带有带有2个血红素的细胞个血红素的细胞色素色素b(b562, b566); (2)带有血红素的细胞色带有血红素的细胞色素素c1; (3) 带有带有2Fe-2S中心的可中心的可移

18、动的铁硫蛋白移动的铁硫蛋白(Rieske protein)3. 复合体复合体将电子从泛醌传递给细胞色素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泛醌泛醌从复合体从复合体、募集还原当量和募集还原当量和电子并穿梭传递到电子并穿梭传递到复合体复合体电子传递过程：电子传递过程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cytc1Cytc细细 胞胞 色色 素素（Cytochrome，Cyt） 细胞色素是一类以细胞色素是一类以血红素血红素（heme）为辅基的为辅基的电子传递蛋白，根据它们吸收光谱不同而分类。电子传递蛋白，根据它们吸收光谱不

19、同而分类。各种还原型细胞色素的主要光吸收峰各种还原型细胞色素的主要光吸收峰细胞色素细胞色素波长（波长（nm）a600439b562532429c550521415c1554524418铁卟啉铁卟啉4. 复合体复合体将电子从细胞色素将电子从细胞色素C传递给氧传递给氧复合体复合体又称又称细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶,由由13个亚基组成。起主要作用的是亚基个亚基组成。起主要作用的是亚基I，II , III, 其余起调节作用其余起调节作用亚基亚基II含有含有2个个Cu离子离子,与半胱氨与半胱氨酸的酸的巯巯基结合基结合,组成双核中心组成双核中心,称为称为CuA中心中心亚基亚基I 含有含有2个含血个含血

20、红红素的素的a, a3亚亚基基I 含有含有1个个Cu离子离子, 细胞色细胞色素素 a3与与CuB形成形成a3-CuB中心中心 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB形成的活性部位将电子交给形成的活性部位将电子交给O2。复合体复合体IV有质子泵功能有质子泵功能 呼吸链组分的顺序是根据呼吸链各组分的标准氧呼吸链组分的顺序是根据呼吸链各组分的标准氧化还原电位（化还原电位（E0 ）、由低到高排列的，即）、由低到高排列的，即电子总是电子总是从低电位组分向高电位组分传递从低电位组分向高电位组分传递 。标准氧化还原电位标准氧化还原电位拆开和重组拆开和重组

21、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原状态呼吸链缓慢给氧 由以下实验确定由以下实验确定（二）呼吸链组分的排列顺序（二）呼吸链组分的排列顺序呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位氧化还原对氧化还原对E0 (V)氧化还原对氧化还原对E0 (V)NAD+ /NADN+H+0.32Cyt c1 Fe3+ /Fe2+0.22FMN /FMNH20.219Cyt c Fe3+ /Fe2+0.254FAD /FADH20.219Cyt a Fe3+ /Fe2+0.29Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyt a3 Fe3+

22、/Fe2+0.35Q10 /Q10H20.06(0.045)1/2O2 /H2O0.816氧化呼吸链的组成氧化呼吸链的组成 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 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+ 两条电子传递链的关系两条电子传递链的关系ATP ADP 肌酸肌酸

23、 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( (维持体温维持体温) )氧化磷酸化和底物水平磷酸化氧化磷酸化和底物水平磷酸化 的异同点?三、呼吸链释能与三、呼吸链释能与ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程偶联进行的过程偶联进行* 定义定义氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指是指在在呼吸链电子传递呼吸链电子传递过程中偶联过程中偶联ADP磷酸磷酸化，生成化，

24、生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程。的过程。w 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+GD

25、P琥珀酸琥珀酸+CoA+GTP1. P/O比值：比值：w 通过测定在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无通过测定在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无机磷酸消耗之间的机磷酸消耗之间的比例比例关系，可以反映底物脱关系，可以反映底物脱氢氧化与氢氧化与ATP生成之间的比例关系。生成之间的比例关系。 w 每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩尔数称为尔数称为P/O比值比值。 （一）复合体（一）复合体、和和是氧化磷酸化偶是氧化磷酸化偶联部位联部位底底 物物呼呼吸吸链链的的组组成成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

26、体2.5 2.5Cyt 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1.5 1.5Cyt 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O20.610.68 12. 2.根据电子传递时自由能变化确定偶联部位根据电子传递时自由能变化确定偶联部位G=-nFE电子传递链自由能变化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 102.3KJ/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ

27、/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位（二）氧化磷酸化偶联的机制是跨线粒体（二）氧化磷酸化偶联的机制是跨线粒体内膜质子梯度偶联内膜质子梯度偶联ATP生成生成化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 电子经呼吸链传递时，驱动质子（电子经呼吸链传递时，驱动质子（H+）从）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，从而产线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，从而产生膜内外质子电化学梯度储存能量生膜内外质子电化学梯度储存能量,当质子顺当质子顺浓度梯度回流时驱动浓度梯度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。 1

28、. 1. 呼吸链氧化驱动产生跨线粒体内膜的质子梯度呼吸链氧化驱动产生跨线粒体内膜的质子梯度 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 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 电子传递过程电子传递过程复合体复合体 (4H+) 、 (4 H+)和和 (2H+)有质子泵功能有质子泵功能 形成膜化学梯度形成膜化学梯度 H+浓度浓度 pHpH下降下降 跨膜电位差跨膜电位差 能量储存能量储存 H H+ +顺电化学梯度回流

29、顺电化学梯度回流 ADP ATP FADP ATP F1 1-F-F0 0复合体复合体 ATPATP合酶合酶 形成膜化学梯度形成膜化学梯度 H+浓度浓度 pHpH下降下降 跨膜电位差跨膜电位差 能量储存能量储存 H H+ +顺电化学梯度回流顺电化学梯度回流 ADP ATPADP ATP ATPATP合酶合酶- F- F1 1-F-F0 0复合体复合体化学渗透假说的基本要点化学渗透假说的基本要点 1、呼吸链中递氢体与递电子体交替排列，并在膜中、呼吸链中递氢体与递电子体交替排列，并在膜中有固定位置，催化的反应是定向的，取决于电子走有固定位置，催化的反应是定向的，取决于电子走向。向。2、电子经呼吸链

30、传递时可将质子从线粒体内膜的基、电子经呼吸链传递时可将质子从线粒体内膜的基质泵到内膜外侧，产生膜内外质泵到内膜外侧，产生膜内外质子电化学梯度质子电化学梯度（氢（氢离子浓度梯度和跨膜电位差），以此储存能量。离子浓度梯度和跨膜电位差），以此储存能量。3、当质子顺浓度梯度回流时驱动、当质子顺浓度梯度回流时驱动ATP合酶，利用合酶，利用ADP和和Pi合成合成ATP。线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图质子梯度的形成机制质子梯度的形成机制 w 质子的转移主要通过氧化呼吸链在

31、递氢或递电质子的转移主要通过氧化呼吸链在递氢或递电子过程中。子过程中。 w 每传递两个氢原子，就可向膜间腔释放每传递两个氢原子，就可向膜间腔释放10个质个质子。子。 质子梯度的形成质子梯度的形成（三）（三） ATP合酶利用质子顺浓度梯度回流合酶利用质子顺浓度梯度回流时释放的能量合成时释放的能量合成ATP 1. ATP合酶合酶（ATP synthase）由）由F1 和和F0组成组成F1：亲水部分：亲水部分 （动物：（动物：33亚基复亚基复合体合体 ，OSCP、IF1 亚亚基），线粒体内膜的基基），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，质侧颗粒状突起，催化催化ATP合成合成。F0：疏水部分：疏水部分（ab

32、2c912亚基，动物还亚基，动物还有其他辅助亚基），镶有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形嵌在线粒体内膜中，形成成跨内膜质子通道跨内膜质子通道 。（四）线粒体内膜选择性地转运代谢物（四）线粒体内膜选择性地转运代谢物线粒体外膜孔线粒体外膜孔蛋白，蛋白，10kDa39 2）心率）心率140bpm 3）大汗）大汗 4）大量失水、休克）大量失水、休克 5）消化道症状：厌食、恶心、呕吐、腹泻）消化道症状：厌食、恶心、呕吐、腹泻 6）CNS症状：烦躁不安、谵妄、嗜睡或昏迷症状：烦躁不安、谵妄、嗜睡或昏迷 （三）药物和毒物（三）药物和毒物1 1呼吸链抑制剂：呼吸链抑制剂：能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的

33、药物或毒能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为物称为呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂。w 能够抑制第一位点的有能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉素异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮鱼藤酮等；等；w 能够抑制第二位点的有能够抑制第二位点的有抗霉素抗霉素A和和二巯基丙醇二巯基丙醇；w 能够抑制第三位点的有能够抑制第三位点的有CO、H2S和和CN-、N3-。其中，其中，CN-和和N3-主要抑制氧化型主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而，而CO和和H2S主要抑制还原型主要抑制还原型Cytaa3-Fe2+。 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

34、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2 2解偶联剂：解偶联剂：w 不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于化产生的能量不能用于ADP磷酸化的药物或毒磷酸化的药物或毒物称为物称为解偶联剂解偶联剂。w 解偶联剂通常引起线粒体内膜对质子的解偶联剂通常引起线粒体内膜对质子的通透性通透性增加，从而降低或消除线粒体内膜两侧的电化增加，从而降低或消除线粒体内膜两侧的电化学势，抑制学势，抑制ATP的合成。的合成。w 主要的解偶联剂有主要的解偶联剂有2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚。 解偶联蛋白作用机解偶联

35、蛋白作用机制制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 3氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂：w 能抑制能抑制ATP合酶的质子回流，从而使线粒体内合酶的质子回流，从而使线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高，对呼吸链的电子膜两侧质子电化学梯度增高，对呼吸链的电子传递和传递和ADP磷酸化均产生抑制作用的药物和毒磷酸化均产生抑制作用的药物和毒物称为物称为氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂，如，如寡霉素寡霉素。 寡霉素寡霉素(oligomycin)结合结合ATP合酶的合酶的F0单位的单位的c亚基谷氨亚基谷氨酸酸,抑制抑制ATP酶活性酶活性.可阻止质子从可阻止质子从F0质质子通道回流，抑制子通道回流，抑制ATP生成。生成。ATP合酶结构模式图合酶结构模式图寡霉素寡霉素总总 结结w 1、