生物氧化与氧化磷酸化2课件

第七章生物氧化与氧化磷酸化主要内容和要求：重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子传递机理和氧化磷酸化机理。对非线粒体氧化体系作一般介绍。返回思考目录第一节生物氧化概述第二节线粒体电子传递体系第三节氧化磷酸化作用第四节非线粒体氧化体系（自学）第一节生物氧化概述

一、生物氧化的概念和特点二、高能化合物生物氧化的特点：生物氧化是在活细胞内进行的,它与体外的直接氧化相比又有许多不同的特点1、生物氧化在一系列酶、辅酶的催化下，反应条件温和(常温、接近中性的pH和多水环境中；是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进行的；2、氧化反应分阶段进行,能量逐步释放,既避免了能量骤然释放对机体的损害,又使得生物体能充分、有效地利用释放的能量；3、生物氧化过程中释放的化学能通常被偶联的磷酸化反应所利用,贮存于高能磷酸化合物(如ATP)中,当生命活动需要时再释放出来。生物氧化过程中生成的二氧化碳是由于糖，脂类和蛋白质等物质转变成含羧基的化合物后发生直接脱羧或氧化脱羧产生的，而不是碳和氧直接结合生成。2009年考题：论述生物氧化的特点（13分）

生物氧化过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释放的能量尽可得到有效的利用。生物氧化部位不含线粒体的生物，原核生物其生物氧化在细胞膜上进行；真核生物的生物氧化在线粒体上进行。H2O的生成

代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+乙醇脱氢酶例：1\2O2NAD+电子传递链

H2O2eO=2H+脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成基本结构单位

生物氧化的三个阶段ATP的特殊作用

★

ATP是细胞内的“能量通货”★

ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体

～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基团转移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基团储备物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油第二节线粒体电子传递体系

一、线粒体结构特点二、电子传递呼吸链的概念三、呼吸链的组成四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化五、电子传递抑制剂线粒体呼吸链

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NADH和FADH2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传递，最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链（eclctrontransferchain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。呼吸链的组成1.黄素蛋白酶类（flavoproteins,FP）2.铁-硫蛋白类（iron—sulfurproteins)3.辅酶Ｑ（ubiquinone,亦写作CoQ）4.细胞色素类（cytochromes）NADH辅酶Q（CoQ）Fe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3琥珀酸等黄素蛋白（FAD）黄素蛋白（FMN）细胞色素类铁硫蛋白（Fe-S）铁硫蛋白（Fe-S）黄素蛋白酶类

特点：以FAD或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白类别：黄素脱氢酶类（如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）需氧脱氢酶类（如L—氨基酸氧化酶）加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）递氢机理：FAD(FMN)+2HFAD(FMN)H2铁硫蛋白

+e

传递电子机理：Fe3+Fe2+

-e

特点：含有Fe和对酸不稳定的S原子，Fe和S常以等摩尔量存在（Fe2S2,Fe4S4)，构成Fe—S中心，Fe与蛋白质分子中的4个Cys残基的巯基与蛋白质相连结。铁硫蛋白的结构及递电子机理SFe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+eFe2+CoQ的结构和递氢原理CoQ+2HCoQH2细胞色素

传递电子机理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+－e－e

特点：以血红素（heme）为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉。

类别:根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸链中的中为电子传递体，a和a3以复合物物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu

，可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧化酶。细胞色素的结构和递电子机理传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+eNADH呼吸链和FADH2呼吸链

FADH2

↓FeS↓

NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2NADH呼吸链FADH2呼吸链电子传递链中各中间体的顺序NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等复合物II复合物IV复合物I复合物IIINADH脱氢酶辅酶Q-细胞色素还原酶细胞色素C还原酶琥珀酸-辅酶Q还原酶NADHFMN（FeS）CoQCytb（FeS）Cytc1CytcO2FADH（FeS）Cytaa3NADH呼吸链FADH呼吸链两条呼吸链总结琥珀酸IIIIIIIV电子传递抑制剂能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为氧化磷酸化的抑制剂。能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、鱼藤酮等；(FMN-CoQ之间)

能够抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇；(cytb-cytc1之间)

能够抑制第三位点的有CO、H2S和CN-、N3-。其中，CN-和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而CO和H2S主要抑制还原型Cytaa3-Fe2+。(cytaa3-O2之间)NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸复合物II复合物IV复合物I复合物III鱼藤酮安密妥抗霉素A二巯基丙醇氰化物CO四、电子传递抑制剂能够在呼吸链某一特定部位阻断电子传递，不同抑制剂的抑制位点不同。第三节氧化磷酸化作用一、

氧化磷酸化和磷氧比（P/O）的概念二、氧化磷酸化的偶联机理三、线粒体外NADH的氧化磷酸化作用四、能荷

氧化磷酸化

代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。类别：

底物水平磷酸化电子传递水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化过程中释放出的自由能磷氧比（P/O

）

呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值称为磷氧比。即每消耗一原子氧时，有多少摩尔原子的无机磷被酯化为有机磷，产生多少摩尔的ATP。因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数。实测得NADH呼吸链：P/O~

2.5实测得FADH2呼吸链：P/O~

1.5即在NADH呼吸链中，将一对电子传递给O，实现了2.5次的磷酸化反应，而在FADH呼吸链只有1.5次.电子的传递方向和释放的能量可能推动形成ATP的部位-50.24kJ/moL-41.87kJ/moL-100.48kJ/moL氧化磷酸化的偶联机理

1、化学渗透假说2、氧化磷酸化的抑制

解偶联剂和离子载体抑制剂

氧化磷酸化抑制剂化学渗透假说目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是1961年由Mitchell提出的化学渗透学说。1978年获诺贝尔化学奖.化学渗透假说电子沿呼吸链传递时，释出的能量用于把H＋由线粒体的基质穿过内膜泵到线粒体内膜和外膜之间的膜间腔中，膜间腔中的H＋浓度高于间基中的H＋浓度，线粒体的内膜外侧为正、内侧为负，于是形成一种跨线粒体内膜的质子梯度，产生了膜电势，即产生贮藏能量的电化学质子梯度。正是由这种电化学质子梯度推动H＋由膜间又穿过内膜上ATP酶复合体的F0部位返回到膜内基质中。此时在ATP酶复合体的F1部位，发生ATP酶催化ADP磷酸化为ATP的反应。化学渗透假说示意图2H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高质子浓度H2O2e-+++++++++__________质子流线粒体内膜磷酸化

氧化

5解偶联与氧化磷酸化的抑制5.1解偶联（uncoupling）使电子传递与ATP的生成（磷酸化）分离。解偶联剂破坏质子梯度的形成，从而抑制ATP的生成，但不抑制电子的传递，因此电子传递过程中生成的自由能转变为热能。如解偶联剂2，4—二硝基苯酚（DNP）。5.2氧化磷酸化的抑制抑制氧的利用，直接干扰ATP的生成。如CN-、N3-和CO抑制Cyta3将电子传递给氧，鱼藤酮抑制NADH还原酶将氢传递给CoQ，抗霉素A阻止电子从Cytb传递到c1。

三、线粒体外NADH的氧化磷酸化作用

胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产生NADH。已知胞液中NADH+H+不能通过正常线粒体内膜而进入线粒体，那么胞液中的NADH是怎样氧化的呢？这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生H2O和ATP。

三、线粒体外NADH的氧化磷酸化作用

苹果酸—天冬氨酸穿梭系统

磷酸甘油穿梭系统酵解（细胞质）氧化磷酸化

（线粒体）苹果酸-草酰乙酸穿梭作用细胞液线粒体内膜体天冬氨酸-酮戊二酸苹果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸苹果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+线粒体基质苹果酸脱氢酶NADH+H+ⅣⅠⅡⅢ苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为膜上的转运载体）呼吸链-磷酸甘油穿梭（线粒体基质）磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2NADHNAD+线粒体内膜（细胞液）能荷

定义式：能荷=—