第八章 生物氧化和能量轉換

1、第八章第八章 生物氧化生物氧化（biological oxidation） 生物氧化概述生物氧化概述 線粒體及其內部氧化體系線粒體及其內部氧化體系 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 其他末端氧化系統(tǒng)其他末端氧化系統(tǒng) 生物氧化生物氧化（biological oxidation）：細胞內的糖、脂肪和）：細胞內的糖、脂肪和蛋白質進行氧化分解而生成蛋白質進行氧化分解而生成CO2 和和H2O，并釋放并釋放能量能量的過的過程。程。 又稱為又稱為細胞氧化細胞氧化或或細胞呼吸細胞呼吸、組織呼吸組織呼吸。一、生物氧化的基本概念一、生物氧化的基本概念第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化概述生物氧化概述 CO2 如何形成如何形成?

2、直接脫羧、氧化脫羧直接脫羧、氧化脫羧 H2O 如何形成如何形成? 脫氫酶、氧化酶、傳遞體脫氫酶、氧化酶、傳遞體 能量能量如何形成如何形成?糖原糖原 甘油三酯甘油三酯 蛋白質蛋白質 葡萄糖葡萄糖 脂肪酸脂肪酸+ +甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸鏈呼吸鏈 H2O ADP+Pi ATP CO2 2HTCA生物氧化的一般過程生物氧化的一般過程（1）生物氧化是在細胞內進行的；）生物氧化是在細胞內進行的；（2）生物氧化是在溫和條件下進行的；）生物氧化是在溫和條件下進行的；（3）生物氧化所產生的能量是逐步釋放的；）生物氧化所產生的能量是逐步釋放的；（4）生物氧化所產生的能量首先轉移到一些特殊的

3、）生物氧化所產生的能量首先轉移到一些特殊的高能化合物中。高能化合物中。二、生物氧化的特點二、生物氧化的特點（與體外燃燒相比）（與體外燃燒相比）1. 直接脫羧作用直接脫羧作用（direct decarboxylation） -直接脫羧：如氨基酸脫羧直接脫羧：如氨基酸脫羧 -直接脫羧：如草酰乙酸脫羧直接脫羧：如草酰乙酸脫羧三、生物氧化中三、生物氧化中CO2的生成的生成2. 氧化脫羧作用氧化脫羧作用（oxidative decarboxylation ） -氧化脫羧：如異檸檬酸的氧化脫羧氧化脫羧：如異檸檬酸的氧化脫羧 -氧化脫羧：如丙酮酸的氧化脫羧氧化脫羧：如丙酮酸的氧化脫羧1. 底物脫水底物脫水四

4、、生物氧化過程中四、生物氧化過程中H2O的生成的生成在生物氧化中，水是代謝物上脫下的氫與生物體吸進的在生物氧化中，水是代謝物上脫下的氫與生物體吸進的O2化合化合生成的。代謝物上的氫需要在生成的。代謝物上的氫需要在脫氫酶脫氫酶的作用下才能脫下；吸入的的作用下才能脫下；吸入的O2要通過要通過氧化酶氧化酶的作用才能轉化為高活性的氧。在此過程中，的作用才能轉化為高活性的氧。在此過程中，還需要有一系列還需要有一系列傳遞體傳遞體才能把氫傳遞給氧，生成水。才能把氫傳遞給氧，生成水。 生物氧化過程中水的生成生物氧化過程中水的生成2. 由呼吸鏈生成水由呼吸鏈生成水五、自由能和氧化還原電位五、自由能和氧化還原電位

5、1878年，年，Josiah Willard Gibbs提出關于自由能的公式。提出關于自由能的公式。G為在恒壓和恒溫下發(fā)生變化的體系的自由能的變化。為在恒壓和恒溫下發(fā)生變化的體系的自由能的變化。反反應的自由能變化（應的自由能變化（G）是反應能否自發(fā)進行的重要標準）是反應能否自發(fā)進行的重要標準。 自由能：自由能：一個化合物分子結構中所固有的能量，是指能用于一個化合物分子結構中所固有的能量，是指能用于做功的能量。做功的能量。 G0，反應才能自發(fā)進行；，反應才能自發(fā)進行； G = 0，體系處于平衡，不能發(fā)生凈變化；，體系處于平衡，不能發(fā)生凈變化； G0，反應不能自發(fā)進行，需要輸入自由能以推，反應不能

6、自發(fā)進行，需要輸入自由能以推動這樣的反應。動這樣的反應。 氧化還原反應：凡有電子從一種物質（還原劑）氧化還原反應：凡有電子從一種物質（還原劑）轉移到另一種物質（氧化劑）的化學反應轉移到另一種物質（氧化劑）的化學反應 氧化還原電勢（位）：氧化還原電勢（位）：在氧化還原體系中，丟失在氧化還原體系中，丟失或獲得電子趨勢的大小。或獲得電子趨勢的大小。 電子總是從低的氧化還原電位向高的氧化還原電電子總是從低的氧化還原電位向高的氧化還原電位流動。位流動。自由能變化和氧化還原電位的關系：自由能變化和氧化還原電位的關系： 在標準條件下，電子從氧化還原電位低的流在標準條件下，電子從氧化還原電位低的流向電位高的傾

7、向是自由能降低的結果。向電位高的傾向是自由能降低的結果。 電子總是向反應系統(tǒng)自由能降低的方向移動。電子總是向反應系統(tǒng)自由能降低的方向移動。 化學上的高能鍵：化學上的高能鍵：指形成一個鍵需要釋放較多的能量指形成一個鍵需要釋放較多的能量或打開一個鍵需要消耗較多的能量，是指穩(wěn)定的鍵。或打開一個鍵需要消耗較多的能量，是指穩(wěn)定的鍵。六、高能化合物六、高能化合物 一般將水解（或基團的轉移反應）時能釋放出大量的自由一般將水解（或基團的轉移反應）時能釋放出大量的自由能（能（20.92kJ/mol）的化學鍵）的化學鍵稱為稱為高能鍵高能鍵， 用符號用符號“”表示。表示。 含有高能鍵的化合物就稱為含有高能鍵的化合物

8、就稱為高能化合物高能化合物（high-energy or energy-rich compound）。）。 含磷酸基團的這類化合物叫含磷酸基團的這類化合物叫高能磷酸化合物高能磷酸化合物（High-energy phosphate compound）。）。在這些高能磷酸化合物在這些高能磷酸化合物中的酸酐鍵，能釋放大量自由能。中的酸酐鍵，能釋放大量自由能。 ATP是生物細胞中最重要的高能磷酸化合物。是生物細胞中最重要的高能磷酸化合物。高能鍵型高能鍵型 1. 磷氧鍵型（磷氧鍵型（OP) 2. 磷氮鍵型磷氮鍵型（NP) 3. 硫碳鍵型（硫碳鍵型（CS)根據(jù)生物體內高能化合物鍵的特性可以把根據(jù)生物體內高

9、能化合物鍵的特性可以把它們分成以下幾種類型：它們分成以下幾種類型： 1. 磷氧鍵型（磷氧鍵型（- OP）COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-（1）?；姿峄衔铮；姿峄衔?,3 - 二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸CH3COOPOO-O-乙酰磷酸乙酰磷酸H3N+COO POO-O-氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸（2）烯醇式磷酸化合物）烯醇式磷酸化合物OPOOC O O HCOC H2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸（3）焦磷酸化合物）焦磷酸化合物O-POO-O POO-O-焦磷酸焦磷酸2. 磷氮鍵型（磷氮鍵型（-NP）OPOON HCN HNC H3C H2C O O H磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨

10、酸磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內起儲存能量的作用這兩種高能化合物在生物體內起儲存能量的作用3. 硫碳鍵型（硫碳鍵型（- CS）RCOSCoA酰基輔酶?；o酶ACO O-CHN H3+CH2CH2S+H3CAS-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸硫酯鍵型硫酯鍵型甲硫鍵型甲硫鍵型 ATP分子中含有兩個高能的不穩(wěn)分子中含有兩個高能的不穩(wěn)定的酸酐鍵（定的酸酐鍵（A-PPP），均可），均可以水解供能。以水解供能。 ATP水解為水解為ADP并供出能量之后，并供出能量之后，又可通過氧化磷酸化重新合成，又可通過氧化磷酸化重新合成，從而形成從而形成ATP循環(huán)循環(huán)。 ATP作為作為能量傳遞的中間載體能量傳遞的中間載體

11、，有有“通用貨幣通用貨幣”之稱。之稱。ATP是能是能夠被生物細胞直接利用的能量形夠被生物細胞直接利用的能量形式，是式，是能量的攜帶者和傳遞者能量的攜帶者和傳遞者，但不是能量的儲存物質。但不是能量的儲存物質。ATPO-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷） 表表 各種磷酸化合物的水解自由能各種磷酸化合物的水解自由能 磷酸化合物磷酸化合物 水解自由能水解自由能 G（kJ/moL）磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）-61.91,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸-49.3磷酸肌酸（磷酸肌酸（CP）-43.1乙酰磷酸乙酰磷酸-42

12、.3乙酰乙酰CoA-32.2ATP（ADP + Pi）-30.51-磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（G-1-P）-20.96-磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖（G-6-P）-13.83-磷酸甘油磷酸甘油-9.2ATP在能量交換中的作用如同能量在能量交換中的作用如同能量“貨幣貨幣”，是一種，是一種可以流通的能量物質：即可從能量較高的化合物獲得可以流通的能量物質：即可從能量較高的化合物獲得能量，也可較容易地向能量較低的化合物傳遞能量。能量，也可較容易地向能量較低的化合物傳遞能量。 在細胞內如在細胞內如磷酸肌酸磷酸肌酸（脊椎動物肌肉、腦和神經組織）和（脊椎動物肌肉、腦和神經組織）和磷酸精氨酸磷酸精氨酸（無脊椎動物肌肉

13、中）才是真正的（無脊椎動物肌肉中）才是真正的能量儲存物能量儲存物質質。 以高能磷酸形式貯能的物質統(tǒng)稱為以高能磷酸形式貯能的物質統(tǒng)稱為磷酸原磷酸原（phosphagen）。）。 當機體消耗當機體消耗ATP過多致使過多致使ADP增多時，磷酸肌酸可將其高增多時，磷酸肌酸可將其高能鍵轉給能鍵轉給ADP生成生成ATP，以供生理活動之用。，以供生理活動之用。磷酸原磷酸原第二節(jié)第二節(jié) 線粒體及其內部氧化體系線粒體及其內部氧化體系 線粒體線粒體 線粒體內膜上的電子傳遞鏈線粒體內膜上的電子傳遞鏈一、線粒體一、線粒體 線粒體有線粒體有雙層膜結構雙層膜結構，外膜，外膜光滑，內膜折疊成嵴，伸向基光滑，內膜折疊成嵴，伸

14、向基質。內外膜之間為膜間腔。質。內外膜之間為膜間腔。 基質基質中含有全部三羧酸循環(huán)酶中含有全部三羧酸循環(huán)酶系、脂肪酸系、脂肪酸氧化作用酶系等；氧化作用酶系等； 內膜內膜上存在著多種酶與輔酶組上存在著多種酶與輔酶組成的電子傳遞鏈；內膜上的成的電子傳遞鏈；內膜上的ATP合成酶利用電子傳遞過程合成酶利用電子傳遞過程釋放的能量合成釋放的能量合成ATP。 呼吸鏈呼吸鏈（respiratory chain）：在生物氧化過程中，從代謝）：在生物氧化過程中，從代謝物上脫下的氫由一系列傳遞體依次傳遞，最后與氧形成水的物上脫下的氫由一系列傳遞體依次傳遞，最后與氧形成水的整個體系稱為呼吸鏈。整個體系稱為呼吸鏈。 由

15、于在傳遞過程中，在很多部位氫原子實際上以質子形式進由于在傳遞過程中，在很多部位氫原子實際上以質子形式進入線粒體基質，僅發(fā)生電子轉移，因此呼吸鏈又稱為入線粒體基質，僅發(fā)生電子轉移，因此呼吸鏈又稱為電子傳電子傳遞鏈遞鏈（electron-transport chain） 。（一）電子傳遞鏈的基本概念（一）電子傳遞鏈的基本概念原核細胞原核細胞 質膜質膜真核細胞真核細胞 線粒體內膜線粒體內膜二、線粒體內膜上的電子傳遞鏈二、線粒體內膜上的電子傳遞鏈 以以NAD+或或NADP+為輔酶的脫氫酶為輔酶的脫氫酶 以以FMN或或FAD為輔基的脫氫酶為輔基的脫氫酶 鐵硫蛋白（鐵硫中心）鐵硫蛋白（鐵硫中心） 泛醌（泛

16、醌（CoQ） 細胞色素（細胞色素（ Cyta 、Cytb、Cytc）（二）電子傳遞鏈的基本組成（二）電子傳遞鏈的基本組成嵌于線粒體內膜上嵌于線粒體內膜上以以NAD+為輔酶的脫氫酶為輔酶的脫氫酶催化代謝物脫氫，脫下的氫由輔酶催化代謝物脫氫，脫下的氫由輔酶NAD+（CoI）接受，轉化為）接受，轉化為NADH+H+即可參與組成呼吸鏈即可參與組成呼吸鏈而進行電子傳遞。而進行電子傳遞。 NAD+和和NADH結構示意圖結構示意圖1. 以以NAD+或或NADP+為輔酶的脫氫酶為輔酶的脫氫酶 以以NADP+為輔酶的脫氫酶催化代謝物脫氫生成的為輔酶的脫氫酶催化代謝物脫氫生成的NADPH，大多數(shù)存在于大多數(shù)存在于

17、線粒體外線粒體外，主要作為還原能用于物質的合成，主要作為還原能用于物質的合成代謝。代謝。 線粒體內線粒體內生成的少量生成的少量NADPH，可在轉氫酶催化下生成，可在轉氫酶催化下生成NADH，再進入呼吸鏈被氧化。，再進入呼吸鏈被氧化。以以FMN（黃素單核苷酸）黃素單核苷酸）或或FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）黃素腺嘌呤二核苷酸）為輔為輔基的脫氫酶，稱為黃素酶類?；拿摎涿?，稱為黃素酶類。此類酶催化代謝物脫下此類酶催化代謝物脫下2H并分別加到并分別加到FMN或或FAD上，從而生上，從而生成成FMNH2或或FADH2。2. 以以FMN或或FAD為輔基的脫氫酶為輔基的脫氫酶3. 鐵硫蛋白（鐵硫中心）鐵硫蛋

18、白（鐵硫中心）是一類是一類金屬蛋白質金屬蛋白質，在生物氧化中起，在生物氧化中起傳遞電子傳遞電子的作用。分的作用。分子中含有非血紅素鐵和對酸不穩(wěn)定的硫。根據(jù)所含鐵原子子中含有非血紅素鐵和對酸不穩(wěn)定的硫。根據(jù)所含鐵原子的數(shù)目不同，可將鐵硫蛋白分為的數(shù)目不同，可將鐵硫蛋白分為2Fe-2S、4Fe-4S。利用鐵。利用鐵的化合價的改變來傳遞電子。的化合價的改變來傳遞電子。4. 泛醌泛醌泛醌泛醌（輔酶（輔酶Q，CoQ，Q）是游離存在于線粒體內膜中的）是游離存在于線粒體內膜中的脂溶性有機化合物，由多個異戊二烯連接形成較長的疏水脂溶性有機化合物，由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側鏈，氧化還原反應時可在醌型與氫

19、醌型之間相互轉變，側鏈，氧化還原反應時可在醌型與氫醌型之間相互轉變，因此是遞氫體。因此是遞氫體。5. 細胞色素細胞色素（cytochrome，Cyt）其傳遞電子的方式如下：其傳遞電子的方式如下： 這是一類以這是一類以血紅素血紅素（鐵卟啉）鐵卟啉）為輔基的為輔基的 電子傳遞蛋白質的電子傳遞蛋白質的總稱，總稱，因其有顏色又普遍存在于細胞內，故稱為細胞色素。因其有顏色又普遍存在于細胞內，故稱為細胞色素。細胞色素為細胞色素為單電子傳遞體單電子傳遞體。鐵卟啉輔基的分子結構鐵卟啉輔基的分子結構 細胞色素根據(jù)其細胞色素根據(jù)其鐵卟啉鐵卟啉輔基的結構以及吸收光譜輔基的結構以及吸收光譜的不同而分類。的不同而分類。

20、 在已知的細胞色素中，只有在已知的細胞色素中，只有Cyt a3可以直接以氧分子可以直接以氧分子為電子和質子受體，它是催化氫和氧結合生成水的氧為電子和質子受體，它是催化氫和氧結合生成水的氧化酶。但化酶。但Cyt a3常與常與Cyt a結合在一起，不能分開，故結合在一起，不能分開，故統(tǒng)稱該復合物統(tǒng)稱該復合物Cyt aa3為為細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶。 由于它處于電子傳遞連的最末端，故又稱為由于它處于電子傳遞連的最末端，故又稱為末端氧化末端氧化酶酶（terminal oxidase）。它不僅含有血紅素鐵，還）。它不僅含有血紅素鐵，還含有兩個銅原子，也能進行電子傳遞。含有兩個銅原子，也能進行電子傳

21、遞。 NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 琥珀酸氧化呼吸鏈（琥珀酸氧化呼吸鏈（FADH2呼吸鏈）呼吸鏈）（三）電子傳遞鏈及其各組分的排列順序（三）電子傳遞鏈及其各組分的排列順序在有線粒體的生物中，電子傳遞鏈有兩條：在有線粒體的生物中，電子傳遞鏈有兩條：各復合物之間的相互關系各復合物之間的相互關系 在在NADH氧化呼吸鏈及琥珀酸氧化呼吸鏈中，除氧化呼吸鏈及琥珀酸氧化呼吸鏈中，除NADH、CoQ和細胞色素和細胞色素C外，其余組分形成嵌入內膜的結構化超外，其余組分形成嵌入內膜的結構化超分子復合體。分子復合體。1. NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈是細胞內最主要的呼吸鏈，因為生物氧化過程中絕大多是細胞內最主要的

22、呼吸鏈，因為生物氧化過程中絕大多數(shù)脫氫酶都是以數(shù)脫氫酶都是以NAD+為輔酶，當這些酶催化代謝物脫氫為輔酶，當這些酶催化代謝物脫氫后，脫下來的氫使后，脫下來的氫使NAD+轉變?yōu)檗D變?yōu)镹ADH，后者通過這條呼，后者通過這條呼吸鏈將氫最終傳給氧而生成水。吸鏈將氫最終傳給氧而生成水。2. 琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈這個呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復合體、這個呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復合體、CoQ和細胞色素組和細胞色素組成。琥珀酸氧化呼吸鏈的電子傳遞途徑如圖：成。琥珀酸氧化呼吸鏈的電子傳遞途徑如圖：能夠阻斷呼吸鏈中某一特定部位電子傳遞的物質能夠阻斷呼吸鏈中某一特定部位電子傳遞的物質稱為稱為電子傳遞鏈抑制劑電子

23、傳遞鏈抑制劑。（四）電子傳遞鏈的抑制（四）電子傳遞鏈的抑制電子傳遞鏈抑制劑作用點電子傳遞鏈抑制劑作用點第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 氧化磷酸化氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）：指）：指生物氧化過程中釋放出的自由能驅動生物氧化過程中釋放出的自由能驅動ADP磷酸化形磷酸化形成成ATP的過程。的過程。一、氧化磷酸化的概念及類型一、氧化磷酸化的概念及類型1. 底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：（不需（不需O2） 在底物氧化過程中，形成某些高能中間產物或某種高能狀在底物氧化過程中，形成某些高能中間產物或某種高能狀態(tài)，再通過酶的作用使其能量轉給態(tài)，再通過酶的作用

24、使其能量轉給ADP生成生成ATP的過程。的過程。 能量來源于底物分子中能量的重新分布與集中。能量來源于底物分子中能量的重新分布與集中。 2. 電子傳遞鏈的磷酸化：電子傳遞鏈的磷酸化：（需（需O2） 電子從電子從NADH或者或者FADH2經過電子傳遞鏈傳遞給分子氧時，經過電子傳遞鏈傳遞給分子氧時，將釋放的能量轉移給將釋放的能量轉移給ADP生成生成ATP的方式。的方式。 通常所說的氧化磷酸化即指電子傳遞鏈磷酸化。通常所說的氧化磷酸化即指電子傳遞鏈磷酸化。氧化磷酸化類型氧化磷酸化類型底物水平磷酸化見于下列三個反應：底物水平磷酸化見于下列三個反應：二、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位二、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位 磷氧

25、比（磷氧比（P/O） 指一對指一對電子通過呼吸鏈傳遞到電子通過呼吸鏈傳遞到氧時所產生的氧時所產生的ATP的分的分子數(shù)。子數(shù)。 一對電子從一對電子從NADH傳遞傳遞到氧的途徑中產生了到氧的途徑中產生了23分子的分子的ATP，即，即P/O 2。表明呼吸鏈中。表明呼吸鏈中有有3個不連續(xù)的個不連續(xù)的ATP形成形成部位。部位。 而當一對電子從而當一對電子從FADH2傳遞到氧時，其傳遞到氧時，其P/O1。 P/O不一定是整數(shù)。不一定是整數(shù)。 鑲嵌在線粒體內膜上合成鑲嵌在線粒體內膜上合成ATP的酶系是一個復合物，稱為的酶系是一個復合物，稱為ATP合成酶或合成酶或稱稱Fo F1 - ATP酶。它由兩個主要部分

26、酶。它由兩個主要部分Fo和和F1再加柄連接而構成。再加柄連接而構成。F1即偶聯(lián)即偶聯(lián)因子，呈球形，通過一個柄（由蛋白質組成）接到包埋在線粒體內膜的因子，呈球形，通過一個柄（由蛋白質組成）接到包埋在線粒體內膜的柄底柄底F0上，故又稱三聯(lián)體。上，故又稱三聯(lián)體。（一）（一）ATP合成酶合成酶三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理頭部頭部：F1，含，含、五種亞基，五種亞基， 亞基亞基催化催化ADP和和Pi發(fā)生磷酸發(fā)生磷酸化，生成化，生成ATP?；撞炕撞浚篎o，具有質子，具有質子通道的作用，傳送質子通道的作用，傳送質子通過膜到達通過膜到達F1的催化部的催化部位。位。柄部柄部：連接：連接F1

27、和和Fo，控，控制質子的流動，從而控制質子的流動，從而控制制ATP的生成速度。含的生成速度。含有寡霉素敏感性蛋白。有寡霉素敏感性蛋白。（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機理（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機理三種假說：三種假說： 化學偶聯(lián)假說化學偶聯(lián)假說 高能共價中間產物高能共價中間產物 構象偶聯(lián)假說構象偶聯(lián)假說 高能構象中間產物高能構象中間產物 化學滲透假說化學滲透假說 1961，P.Mitchell 1. 化學偶聯(lián)假說化學偶聯(lián)假說（1953年）年） chemical coupling hypothesis 認為電子傳遞反應釋放的能量通過一系列連續(xù)的認為電子傳遞反應釋放的能量通過一系列連續(xù)的化學反應形成化學反應形

28、成高能共價中間物高能共價中間物，最后將其能量轉，最后將其能量轉移到移到ADP中形成中形成ATP。2. 構象偶聯(lián)假說構象偶聯(lián)假說（1964） conformational coupling hypothesis 認為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線粒體內膜的蛋白質認為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線粒體內膜的蛋白質組分發(fā)生了構象變化，形成一種高能構象，這種高組分發(fā)生了構象變化，形成一種高能構象，這種高能形式通過能形式通過ATP的合成而恢復其原來的構象。的合成而恢復其原來的構象。 線粒體內膜的完整性和質子的不可通透性是氧化和磷線粒體內膜的完整性和質子的不可通透性是氧化和磷酸化偶聯(lián)的基礎。酸化偶聯(lián)的基礎。質子泵：借

29、助電子傳遞產生的自由能將質子泵：借助電子傳遞產生的自由能將H+從基質泵入從基質泵入膜間隙。膜間隙。3. 化學滲透學說化學滲透學說（Chemiosmotic hypothesis）該學說認為呼吸鏈該學說認為呼吸鏈上的電子在傳遞過程上的電子在傳遞過程中產生的能量驅動中產生的能量驅動H+從線粒體基質跨過內從線粒體基質跨過內膜進入到膜間隙，從膜進入到膜間隙，從而形成而形成跨線粒體內膜跨線粒體內膜的的H+電化學梯度電化學梯度。這種電化學梯度轉這種電化學梯度轉變?yōu)橘|子驅動力，驅變?yōu)橘|子驅動力，驅使使H+返回線粒體基質。返回線粒體基質。H+通過內膜上專一的通過內膜上專一的質子通道（質子通道（Fo）返回。）返

30、回。這樣，驅使這樣，驅使H+返回基返回基質的質子驅動力為質的質子驅動力為ATP的合成提供了能的合成提供了能量。量。 NADH呼吸鏈完全氧化：呼吸鏈完全氧化：（4+4+2）/ 4 = 2.5個個ATP FADH2呼吸鏈完全氧化：呼吸鏈完全氧化：（4+2）/ 4 = 1.5個個ATP1. 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑2. 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑3. 離子載體抑制劑離子載體抑制劑四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑1. 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑 機理機理: 使電子傳遞和使電子傳遞和ATP的生成的兩個過程的生成的兩個過程分離。只抑制分離。只抑制ATP的形成，而不抑制的形成，而不抑制電

31、子傳遞過程，使電子傳遞過程，使電子傳遞產生的自電子傳遞產生的自由能都變?yōu)闊崮芏赡芏甲優(yōu)闊崮芏⑹АＩ⑹А?2,4 - 二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNP），中性環(huán)境以），中性環(huán)境以解離形式存在，不能透過線粒體膜；解離形式存在，不能透過線粒體膜；酸性酸性環(huán)境下環(huán)境下形成脂溶性的非解離形式，易于透形成脂溶性的非解離形式，易于透過線粒體膜，并將一個質子帶入膜內基質過線粒體膜，并將一個質子帶入膜內基質中，破壞了電子傳遞形成的跨膜的質子電中，破壞了電子傳遞形成的跨膜的質子電化學梯度，抑制了化學梯度，抑制了ATP的合成。的合成。DNP作用機理圖作用機理圖2. 氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑機理：機理：抑制

32、氧化磷酸化（抑制抑制氧化磷酸化（抑制ATP的形成），不直接的形成），不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。抑制電子傳遞鏈上載體的作用。寡霉素寡霉素3. 離子載體抑制劑離子載體抑制劑 機理機理：為脂溶性物質，與某些離子結合并作為離：為脂溶性物質，與某些離子結合并作為離子載體（除子載體（除H+以外的一價陽離子）使這些離子能以外的一價陽離子）使這些離子能夠穿過膜，從而破壞膜兩側的電位梯度，最終破夠穿過膜，從而破壞膜兩側的電位梯度，最終破壞氧化磷酸化。壞氧化磷酸化。 纈氨霉素：結合纈氨霉素：結合K+ 短桿菌肽：結合短桿菌肽：結合K+ 、Na+及其他一價陽離子及其他一價陽離子 真核細胞的線粒體是合成真核細胞

33、的線粒體是合成ATP的主要場所，而細胞很多利用的主要場所，而細胞很多利用ATP代謝過程主要是在細胞質中。代謝過程主要是在細胞質中。通過什么機制將合成的通過什么機制將合成的ATP進行跨線粒體內膜運輸?shù)哪兀窟M行跨線粒體內膜運輸?shù)哪兀?通過線粒體內膜上的通過線粒體內膜上的腺苷酸載體腺苷酸載體負責這種雙向運輸，稱為負責這種雙向運輸，稱為ADP/ATP交換體交換體：向外運輸：向外運輸ATP，向內運輸，向內運輸ADP。五、腺苷酸的轉運五、腺苷酸的轉運六、線粒體穿梭系統(tǒng)六、線粒體穿梭系統(tǒng)1. 3 - 磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 部位：肌肉細胞部位：肌肉細胞2. 蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 部位：肝臟、心肌細胞部位：肝臟、心肌細胞線粒體外的線粒體外的NADH不能穿過線粒體內膜進入線不能穿過線粒體內膜進入線粒體，必須通過特殊的穿梭（粒體，必須通過特殊的穿梭（shuttle）機制才）機制才能進入線粒體。能進入線粒體。1. 3-磷酸甘油穿梭途徑磷酸甘油穿梭途徑3-磷酸甘油脫氫酶有兩磷酸甘油脫氫酶有兩種：種：線粒體外線粒體外的磷酸甘的磷酸甘油脫氫酶（以油脫氫酶（以NAD+為輔為輔酶）、酶）、線粒體內線粒體內的磷酸