生物化学_方定志_授课教案第六章生物氧化----生成ATP的氧化体系（可编辑）

1、生物化学_方定志_授课教案第六章生物氧化-生成ATP的氧化体系 第6章生物氧化 讲授内容 生成ATP的氧化体系一、呼吸链二、氧化磷酸化三、影响氧化磷酸化的因素四、高能磷酸化合物 ATP五、通过线粒体内膜的物质转运掌握内容: 1 呼吸链: 呼吸链的概念 呼吸链的组成、排列顺序 2 氧化磷酸化: 氧化磷酸化的概念、偶联部位 线粒体外NADH的氧化 熟悉内容:1 氧化磷酸化的影响因素2 ATP循环、能量的转移、贮存和利用 了解内容:1 生物氧化的概念及特点 2 化学渗透假说, ATP合酶生成ATP的氧化体系 一、呼吸链 定义: 由线粒体内膜上的酶和辅酶(递氢体、递电子体)按一定顺序排列构成的并与细胞

2、利用氧密切相关的链锁反应 称为呼吸链。 (一)、呼吸链的组成 四个具有传递电子功能的复合体 辅酶QcoenzymeQ, CoQ 以游离形式存在于呼吸链上 细胞色素C电子传递体的组成及作用:复合体:将NADH的质子和电子传递给泛醌组成:NADH-泛醌还原酶 黄素蛋白:辅基是FMN 铁硫蛋白(Fe-S):以铁硫族为辅基作用: NADH FMNCoQFeS复合体:将质子和电子从琥珀酸传递给泛醌 组成:琥珀酸-泛醌还原酶 黄素蛋白:辅基是FAD 铁硫蛋白:辅基是铁硫族 细胞色素 cytochrome, Cyt):b560 作用:琥珀酸FAD Q FeS 复合体:将电子从泛醌传递给细胞色素C组成:泛醌-

3、细胞色素C还原酶 (1)铁硫蛋白 (2)细胞色素:Cyt b562Cyt b566 Cyt c1 作用: Q Cyt bCyt b Cyt c566 562 1 复合体:将电子从Cyt c传递给氧 组成:细胞色素c 氧化酶:2+ 含Cyt a、Cyt a 和Cu3 Cyt a 和Cyt a 结合紧密常以Cytaa 表示3 3Cyt c是游离存在于呼吸链的递电子体 作用: Cyt c Cyt aa O 3 2(二)呼吸链的排列顺序1、测定各种电子传递体的标准氧化还原电位0/(E ):0/E 值越小的氧还对,其释出电子的倾向越大,越容易成为还原剂而排列于呼吸链的前面,其后按0/E 值递增而依次排列

4、。 复合体FAD Fe-S b -0.06 复合体 复合体复合体FMN Fe-SNADHFMNFe-Q cO2b Fe-S c aa 2Cu21 3-0.32-0.30 0.04 0.07 0.22 0.250.29 0.55 0.82 目前已知排列顺序的两条呼吸链: 1、NADH氧化呼吸链: 2、琥珀酸氧化呼吸链:琥珀酸FAD(FeS) NADHFMN CoQCytb c c aa O13 2二、氧化磷酸化定义:代谢物脱下的氢经电子传递链氧化生成水时,释放 的能量用以ADP磷酸化为ATP,这种氧化与磷酸化相偶联的作用叫氧化磷酸化。(一)氧化磷酸化偶联部位1、P/O比值:代谢物脱下的氢经呼吸链

5、氧化生成水时,每 消耗一摩尔氧所消耗的无机磷的摩尔数。 2、根据各阶段释放的自由能推测:已知生成每克分子ATP需要的自由能约为30.5KJ,相当于0/ 呼吸链上E 值0.2v,故从呼吸链上相邻载体之间的电位差的大小即可推测生成ATP 的部位。 O/ O/ G = - nF E FADH F=96.5KJ/molV20.1v20KJNADHFMN CoQ Cytb CytcCytaa O2O/ O/ O/E 0.36v E0.21vE 0.53vO/ O/ O/G 69.5KJ G 40.5KJG102.3KJ ADP ADP ADP PiPi PiATP ATP ATP2eFeSb562FeS

6、2eb566+NADH+H (二)氧化磷酸化偶联机制+NAD+2H1、化学渗透假说:+2H1961年Mitchell创立了化学渗透假说,1978年获诺贝+2H尔化学奖。+2HFeS +2H2ec1+1/2O + 2H2caa3CuCuH O2 胞液侧 线立体内膜 基质侧FMNH2 QH2QH2 ADP 2、ATP合酶:(1)ATP合酶的结构:ATP合酶由两部分组成: F0:脂溶性,由a、 b、 c 三类亚基,按ab c 组成,2 n还有寡酶素敏感蛋白。 F0的作用是将质子梯度产生的能量导向F1F1: 水溶性,由、 5种亚基按 3 3组成MW为371Kd, -亚基必须与 -亚基结合才具有催化合成

7、ATP 的活性。 三、影响氧化磷酸化的因素1、ADP+Pi/ATP比值是调节氧化磷酸化的主要因素:比值增大,氧化磷酸化加快,反之氧化磷酸化则减慢。这样可使体内ATP的生成速度与机体的生理需要相适应。2、激素的调节:甲状腺素能促进ATP 分解,使ADP增多而加快氧化磷酸化。+ +Na -K -ATP酶合成 ATP ADP+Pi产热 基础代谢率ADP 氧化磷酸化ATP生成 耗氧 3、呼吸链抑制剂:药物:阿密妥、鱼藤酮、抗霉素A、二巯基丙醇等毒物:CO、CN-、N3等 FADNADH FMNCoQ CytbCytcCytcCytaaO1 32-阿密妥抗霉素A N 、CO、CN3 鱼藤酮 二巯基丙醇作

8、用机制: 阻断呼吸链的电子传递,使氧化和磷酸化都被抑制。 4、解偶联剂: 二硝基苯酚、水杨酸、水杨酰苯胺等解偶联剂能使氧化与磷酸化脱节, P/O比值降低,ATP的生成减少,机体加快燃料的氧化。解偶联剂的作用机制:+ 使内膜胞液侧的H不经ATP 合酶的F 质子0 通道回到基质。 破坏了线粒体内膜两侧的电化学梯度,ATP的生成受到抑制。四、高能磷酸化合物 ATP1、高能磷酸键:生物化学中把磷酸酯键水解时释放的自由能大于21KJ/mol者称为高能磷酸键,常以“ P ”表示。 高能磷酸化合物:把含有高能磷酸键的化合物称为高能磷酸化合物。2、体内常见的高能化合物:3、ATP循环: ATP水解成ADP时释

9、放的能量用以驱动那些需要加入自由能的吸能反应。如生物合成、肌肉收缩、信息传递、物质转运等,而ADP又利用营养物质氧化时释放的自由能重新磷酸化成ATP,这样就构成了ATP循环。 ATP 氧化磷酸化 肌酸 肌肉收缩 P 物质转运底物水平磷酸化磷酸 p 合成代谢 肌酸信息传递 ADP维持体温4、高能磷酸键的转移: (1) 腺甘酸激酶 :腺甘酸激酶广泛分布于全身很多组织细胞内,它能催化AMP, ADP 和 ATP之间进行相互转变。腺甘酸激酶 ATP + AMP ADP + ADP 4、高能磷酸键的转移:(2) ATP 的高能磷酸键的转移给UDP、CDP、GDP:能量的利用除ATP外,体内还需要UTP、CTP、GTP等三磷酸核苷,这些三磷酸核苷的生成和补充都有赖于ATP.尿苷二磷酸激酶ATP+UDP ADP+UTP胞苷二磷酸激酶ATP+CDP ADP+CTP鸟苷二磷酸激酶ATP+GDP ADP+GTP (3) ATP 的高能磷酸键的转移给肌酸:ATP的高能磷酸键除转移给二磷酸腺苷外还可转移给肌酸。在肌肉、脑组织能量储存于磷酸肌酸分子内,当肌肉收缩耗能时又可迅速动用。HN HN H OCNH C NP OH2H CN 肌酸激酶 H CNOH2 2CH CH2 2COOHATPADP COOH肌酸 磷酸肌酸 五、通过线粒体内膜