第08章生物氧化

1、第8章生物氧化生物氧化Biological Oxidation物 質(zhì) 在 生 物 體 內(nèi) 進(jìn) 行 氧 化 稱物 質(zhì) 在 生 物 體 內(nèi) 進(jìn) 行 氧 化 稱 生 物 氧 化生 物 氧 化(biological oxidation)(biological oxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成COCO2 2 和和 H H2 2O O的過程。的過程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP熱能熱能n生物氧化的概念生物氧化的概念 細(xì)胞（組織）呼吸細(xì)胞（組織）呼吸n

2、生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn) 生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、加氧、脫氫、失電子失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。 物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最終消耗的氧量、最終產(chǎn)物產(chǎn)物(CO(CO2 2，H H2 2O)O)和釋放能量均相同。和釋放能量均相同。 反應(yīng)環(huán)境溫和，酶促反應(yīng)逐步反應(yīng)環(huán)境溫和，酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放，能量容進(jìn)行，能量逐步釋放，能量容易捕獲，易捕獲，ATPATP生成效率高。生成效率高。 通過加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間通過加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間接獲得氧；脫下的氫與氧結(jié)合接

3、獲得氧；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生產(chǎn)生H H2 2O O，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生COCO2 2。n 生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn)生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn)生物氧化生物氧化體外氧化體外氧化 能量突然釋放。能量突然釋放。 物質(zhì)中的碳和氫直接物質(zhì)中的碳和氫直接氧結(jié)合生成氧結(jié)合生成COCO2 2H H2 2O O 。糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 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 呼吸鏈呼吸鏈 ADP+Pi ATP n 生物氧化的一般過程生物氧化的一般過程圍繞產(chǎn)物生成情況圍繞產(chǎn)物生成情況第一節(jié)第一節(jié) 氧化呼吸鏈?zhǔn)怯删哂须娮觽鬟f氧化呼吸鏈?zhǔn)怯删哂须娮觽鬟f功

4、能的復(fù)合體組成功能的復(fù)合體組成指指線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列具中按一定順序排列的一系列具有有電子傳遞功能的電子傳遞功能的酶復(fù)合體酶復(fù)合體，可通過鏈鎖的氧化，可通過鏈鎖的氧化還原將代謝物脫下的電子最終傳遞給氧生成水。還原將代謝物脫下的電子最終傳遞給氧生成水。這一系列酶和輔酶稱為這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈呼吸鏈(respiratory (respiratory chain)chain)又稱又稱電子傳遞鏈電子傳遞鏈(electron transfer (electron transfer chain)chain)。呼吸鏈呼吸鏈n定義定義遞氫體和電子傳遞體（遞氫體和電子傳遞體（2H

5、2H 2H 2H+ + + 2e + 2e）n組成組成酶復(fù)合體是酶復(fù)合體是線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存氧化呼吸鏈的天然存在形式，可由實(shí)驗(yàn)分離出來，所含各組分具體完在形式，可由實(shí)驗(yàn)分離出來，所含各組分具體完成電子傳遞過程。成電子傳遞過程。一、氧化呼吸鏈由一、氧化呼吸鏈由4 4種具有傳遞電子能力的復(fù)種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成合體組成 Cytcox NADH+H+ NAD+ 1/2O2+2H+ H2O 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 QH2 Q 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 Cytcox Cytcred Cytcred 電子傳遞鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置電子傳遞

6、鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置四種具有傳遞電子功能的酶復(fù)合體四種具有傳遞電子功能的酶復(fù)合體(complex) (complex) * * 泛醌泛醌 和和 CytCyt c c 均不包含在上述四種復(fù)合體中。均不包含在上述四種復(fù)合體中。人線粒體呼吸鏈復(fù)合人線粒體呼吸鏈復(fù)合體體復(fù)復(fù)合合體體酶酶名名稱稱復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體NADH-泛泛醌醌還還原原酶酶琥琥珀珀酸酸-泛泛醌醌還還原原酶酶泛泛醌醌-細(xì)細(xì)胞胞色色素素C還還原原酶酶細(xì)細(xì)胞胞色色素素c氧氧化化酶酶輔輔基基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵鐵卟卟啉啉，F(xiàn)e-S 鐵鐵卟卟啉啉，Cu 多多肽肽鏈鏈數(shù)數(shù)394 1013

7、復(fù)復(fù)合合體體酶酶名名稱稱復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體NADH-泛泛醌醌還還原原酶酶琥琥珀珀酸酸-泛泛醌醌還還原原酶酶泛泛醌醌-細(xì)細(xì)胞胞色色素素C還還原原酶酶細(xì)細(xì)胞胞色色素素c氧氧化化酶酶輔輔基基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵鐵卟卟啉啉，F(xiàn)e-S 鐵鐵卟卟啉啉，Cu 多多肽肽鏈鏈數(shù)數(shù)394 1013 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱NADH-NADH-泛醌還原酶。泛醌還原酶。 復(fù)合體復(fù)合體電子傳遞：電子傳遞：NADHFMNFe-S NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQCoQ Fe-S CoQ （一）、復(fù)合體（一）、復(fù)合體作用是將作用是將NADH+HNADH+H+ +中

8、的電子傳中的電子傳遞給泛醌遞給泛醌(ubiquinone(ubiquinone) )NADNAD+ +和和NADPNADP+ +的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+B族族VitNADNAD+ +（NADPNADP+ +）和）和NADHNADH（NADPHNADPH）相互轉(zhuǎn)變）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時(shí)變化發(fā)生在氧化還原反應(yīng)時(shí)變化發(fā)生在五價(jià)氮五價(jià)氮和和三價(jià)氮三價(jià)氮之間。之間。FMNFMN結(jié)構(gòu)中含結(jié)構(gòu)中含核黃素核黃素，發(fā)揮功能的部位是，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪異咯嗪環(huán)環(huán)，氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是，氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMNFMN。在可逆。在可逆的氧化還原反應(yīng)中顯

9、示的氧化還原反應(yīng)中顯示3 3種分子狀態(tài)，屬于種分子狀態(tài)，屬于單、雙電單、雙電子傳遞體。子傳遞體。 FAD黃素核苷酸黃素核苷酸鐵硫蛋白中輔基鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心鐵硫中心(Fe-S)(Fe-S)含有等量鐵含有等量鐵原子和硫原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行原子和硫原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行FeFe2+ 2+ FeFe3+3+e+e 反應(yīng)傳遞電子。反應(yīng)傳遞電子。屬于屬于單電子傳遞體單電子傳遞體。 表示無機(jī)硫表示無機(jī)硫泛醌（輔酶泛醌（輔酶Q, CoQQ, CoQ, Q, Q1010），氧化還原反應(yīng)時(shí)可生），氧化還原反應(yīng)時(shí)可生成中間產(chǎn)物成中間產(chǎn)物半醌型泛醌半醌型泛醌。內(nèi)膜中可移動(dòng)電子載體內(nèi)膜中可移動(dòng)電子載體，

10、在，在各復(fù)合體間募集并穿梭傳遞還原當(dāng)量和電子。各復(fù)合體間募集并穿梭傳遞還原當(dāng)量和電子。輔酶輔酶Q10Q10具有提高具有提高人體免疫力、增人體免疫力、增強(qiáng)抗氧化、延緩強(qiáng)抗氧化、延緩衰老和增強(qiáng)人體衰老和增強(qiáng)人體活力等功能，廣活力等功能，廣泛用于營養(yǎng)保健泛用于營養(yǎng)保健品及食品添加劑。品及食品添加劑。 復(fù)合體復(fù)合體的功能的功能 NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2還原型還原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱NADH-NADH-泛醌還原酶。泛醌還原酶。 復(fù)合體復(fù)合體電子傳遞：電子傳遞：NADHFMNFe-S NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQCoQ F

11、e-S CoQ 每傳遞每傳遞2 2個(gè)電子可將個(gè)電子可將4 4個(gè)個(gè)H H+ +從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，胞漿側(cè)，復(fù)合體復(fù)合體有質(zhì)子泵功能有質(zhì)子泵功能。（一）復(fù)合體（一）復(fù)合體作用是將作用是將NADH+HNADH+H+ +中的電子傳遞中的電子傳遞給泛醌給泛醌(ubiquinone(ubiquinone) ) 復(fù)合體復(fù)合體是三羧酸循環(huán)中的是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶，又，又稱稱琥珀酸琥珀酸- -泛醌還原酶泛醌還原酶。 電子傳遞：電子傳遞：琥珀酸琥珀酸FADFAD幾種幾種Fe-S CoQFe-S CoQ 復(fù)合體復(fù)合體沒有沒有H H+ +泵的功能泵的功能。（二）、復(fù)合體（二）、

12、復(fù)合體功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。（三）復(fù)合體（三）復(fù)合體功能是將電子從還原型泛醌傳遞給功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c。 復(fù)合體復(fù)合體又叫又叫泛醌泛醌- -細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C還原酶還原酶，細(xì)胞色，細(xì)胞色素素b-cb-c1 1復(fù)合體，含有細(xì)胞色素復(fù)合體，含有細(xì)胞色素b(bb(b562562, b, b566566) )、細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c1 1和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白和一種可移動(dòng)的鐵硫蛋白(Rieske(Rieske protein)protein)。細(xì)胞色素細(xì)胞色素( (cytochrome, Cytcytochrome, Cyt

13、) ) 細(xì)胞色素是一類以細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。 CytCyt c c是是呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白。（三）復(fù)合體（三）復(fù)合體功能是將電子從還原型泛醌傳遞給功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c。 復(fù)合體復(fù)合體又叫又叫泛醌泛醌- -細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C還原酶還原酶。 泛醌泛醌從復(fù)合體從復(fù)合體、募集還原當(dāng)量和電子并穿募集還原當(dāng)量和電子并穿梭傳遞到復(fù)合體梭傳遞到復(fù)合體。 電子傳遞過程：電子傳遞過程：CoQHCoQH2 2(Cyt b(Cyt b5

14、66566Cyt bCyt b562562) ) Fe-S CytcFe-S Cytc1 1CytcCytc 復(fù)合體復(fù)合體每傳遞每傳遞2 2個(gè)電子向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放個(gè)電子向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放4 4個(gè)個(gè)H H+ +，復(fù)合體復(fù)合體也有質(zhì)子泵作用也有質(zhì)子泵作用。 復(fù)合體復(fù)合體又稱又稱細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C氧化酶氧化酶(cytochrome c (cytochrome c oxidaseoxidase) )。 電子傳遞：電子傳遞：Cyt cCuACyt aCytCyt cCuACyt aCyt a a3 3CuBOCuBO2 2 CytCyt a a3 3CuBCuB形成形成活性雙核中心活性雙核中心，將電子

15、傳遞給，將電子傳遞給O O2 2。每。每2 2個(gè)電子傳遞過程使個(gè)電子傳遞過程使2 2個(gè)個(gè)H H+ +跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 。（四）復(fù)合體（四）復(fù)合體將電子從細(xì)胞色素將電子從細(xì)胞色素C C傳遞給氧傳遞給氧復(fù)復(fù)合合體體的的電電子子傳傳遞遞過過程程細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c氧化酶氧化酶CuB-Cyta3CuB-Cyta3中心使中心使O O2 2還原成水還原成水的過程，有強(qiáng)氧化性中間物始終和雙核中心緊密結(jié)的過程，有強(qiáng)氧化性中間物始終和雙核中心緊密結(jié)合，不會(huì)引起細(xì)胞損傷。合，不會(huì)引起細(xì)胞損傷。* * 泛醌泛醌 和和 CytCyt c c 均不包含在上述四種復(fù)合體中。均不包含在上述四種復(fù)合體中

16、。人線粒體呼吸鏈復(fù)合人線粒體呼吸鏈復(fù)合體體復(fù)復(fù)合合體體酶酶名名稱稱復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體NADH-泛泛醌醌還還原原酶酶琥琥珀珀酸酸-泛泛醌醌還還原原酶酶泛泛醌醌-細(xì)細(xì)胞胞色色素素C還還原原酶酶細(xì)細(xì)胞胞色色素素c氧氧化化酶酶輔輔基基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵鐵卟卟啉啉，F(xiàn)e-S 鐵鐵卟卟啉啉，Cu 多多肽肽鏈鏈數(shù)數(shù)394 1013 復(fù)復(fù)合合體體酶酶名名稱稱復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體復(fù)復(fù)合合體體NADH-泛泛醌醌還還原原酶酶琥琥珀珀酸酸-泛泛醌醌還還原原酶酶泛泛醌醌-細(xì)細(xì)胞胞色色素素C還還原原酶酶細(xì)細(xì)胞胞色色素素c氧氧化化酶酶輔輔基基FMN，F(xiàn)e-S

17、 FAD，F(xiàn)e-S 鐵鐵卟卟啉啉，F(xiàn)e-S 鐵鐵卟卟啉啉，Cu 多多肽肽鏈鏈數(shù)數(shù)394 1013 Cytcox NADH+H+ NAD+ 1/2O2+2H+ H2O 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 QH2 Q 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 Cytcox Cytcred Cytcred 電子傳遞鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置電子傳遞鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置1 1、NADHNADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈NADH NADH 復(fù)合體復(fù)合體CoQCoQ 復(fù)合體復(fù)合體Cyt c Cyt c 復(fù)合體復(fù)合體OO2 22 2、琥珀酸氧化呼吸鏈、琥珀酸氧化呼吸鏈 琥珀酸琥珀酸 復(fù)合體復(fù)合體

18、 CoQ CoQ 復(fù)合體復(fù)合體Cyt Cyt c c 復(fù)合體復(fù)合體OO2 2二、二、NADHNADH和和FADHFADH2 2是氧化呼吸鏈的電子供體是氧化呼吸鏈的電子供體根據(jù)電子供體及其傳遞過程，目前認(rèn)為，氧化根據(jù)電子供體及其傳遞過程，目前認(rèn)為，氧化呼吸鏈有兩條途徑：呼吸鏈有兩條途徑：NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位拆開和重組拆開和重組特異抑制劑阻斷特異抑制劑阻斷還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧 氧化呼吸鏈組分按氧

19、化還原電位由低氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的順序排列到高的順序排列 由以下實(shí)驗(yàn)確定由以下實(shí)驗(yàn)確定: :呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)氧化還原對(duì)E0(V)氧化還原對(duì)氧化還原對(duì)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+ /Fe2+0.35Q10 /Q10H20.061

20、/2O2 /H2O0.816第二節(jié)第二節(jié) 氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與ADP磷酸化偶聯(lián)生成磷酸化偶聯(lián)生成ATP 氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation(oxidative phosphorylation) )是指是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADPADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATPATP，又稱為，又稱為偶聯(lián)磷酸化偶聯(lián)磷酸化。 底 物 水 平 磷 酸 化底 物 水 平 磷 酸 化 ( s u b s t r a t e l e v e l ( s u b s t r a t e l e v e l pho

21、sphorylationphosphorylation) )與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分子的高能鍵，使子的高能鍵，使ADP(GDP)ADP(GDP)磷酸化生成磷酸化生成ATP(GTP)ATP(GTP)的的過程。不經(jīng)電子傳遞。過程。不經(jīng)電子傳遞。nATPATP生成方式生成方式一、氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體一、氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體、內(nèi)內(nèi) 根據(jù)根據(jù)P/OP/O比值比值 自由能變化自由能變化: G: G=-nFE=-nFE 氧化磷酸化偶聯(lián)部位：氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體復(fù)合體、線線粒粒體體離離體體實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測測得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸鏈鏈

22、的的組組成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP數(shù)數(shù) -羥羥丁丁酸酸NAD+復(fù)復(fù)合合體體CoQ復(fù)復(fù)合合體體2.5 2.5Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O2琥琥珀珀酸酸復(fù)復(fù)合合體體CoQ復(fù)復(fù)合合體體1.5 1.5Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O2抗抗壞壞血血酸酸Cyt c復(fù)復(fù)合合體體O20.88 1細(xì)細(xì)胞胞色色素素c (Fe2+) 復(fù)復(fù)合合體體O20.61-0.68 1（一）、（一）、P/O P/O 比值比值指氧化磷酸化過程中，指氧化磷酸化過程中，每消耗每消耗1/21/2摩爾摩爾O O2 2所生所生成成ATPATP的摩爾數(shù)的摩爾數(shù)（或一對(duì)電子通過氧化呼吸鏈傳遞（或一對(duì)電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成給氧所

23、生成ATPATP分子數(shù)）。分子數(shù)）。 （二）、自由能變化（二）、自由能變化根據(jù)熱力學(xué)公式，根據(jù)熱力學(xué)公式，pH7.0pH7.0時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化時(shí)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化( (G G0 0)與還原電位變化與還原電位變化( (E E0 0)之間有以下關(guān)系：之間有以下關(guān)系：n n為傳遞電子數(shù)；為傳遞電子數(shù)；F F為法拉第常數(shù)為法拉第常數(shù)(96.5kJ/mol(96.5kJ/molV)V)G G0 0 = -nF = -nFE E0 0呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)氧化還原對(duì)E0(V)氧化還原對(duì)氧化還原對(duì)E0(V)NAD+ /NADN+H+0.32Cy

24、t 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+ /Fe2+0.35Q10 /Q10H20.061/2O2 /H2O0.816電子傳遞鏈自由能變化電子傳遞鏈自由能變化區(qū)段區(qū)段電位變化電位變化(E)自由能變化自由能變化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/

25、mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能ATPATP ATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2二、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜二、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度的質(zhì)子梯度1 1、化學(xué)滲透假說、化學(xué)滲透假說(chemiosmotic(chemiosmotic hypothesis) hypothesis)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H(H+ +) )從線從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜粒體內(nèi)膜的

26、基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADPADP與與PiPi生成生成ATPATP。內(nèi)膜內(nèi)膜膜間隙膜間隙基質(zhì)基質(zhì)NADH+H+NAD+2H+FMNH2(2e-)Fe-SFe-SQH2(2e-) bbQH2(2e-)Fe-Sc1caa3 (2e- )21 1O2+2H+ H2O2H+2H+2H+2H+eeeeeeeeeeee復(fù)合體復(fù)合體、均有質(zhì)子泵的作用均有質(zhì)子泵的作用 電子經(jīng)電子經(jīng)呼吸鏈呼吸鏈傳遞釋放的能量，將基質(zhì)中傳遞釋放的能量，將基質(zhì)中H+泵到線粒體內(nèi)膜外側(cè)。泵到線粒體內(nèi)膜外側(cè)。 F0 F1

27、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+ 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 電子傳遞過程電子傳遞過程復(fù)合體復(fù)合體 (4H (4H+ +) ) 、 (4 H (4 H+ +) )和和 (2H (2H+ +) )有質(zhì)子泵功能有質(zhì)子泵功能。三、質(zhì)子順梯度回流釋放能量被三、質(zhì)子順梯度回流釋放能量被ATPATP合酶利用催合酶利用催化化ATPATP合成合成F1F1：親水部分：親水部分 （動(dòng)物：（動(dòng)物：3 33 3亞基復(fù)合體，亞

28、基復(fù)合體，OSCPOSCP、IF1IF1 亞基），線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)顆粒），線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)顆粒狀突起，狀突起，催化催化ATPATP合成合成。 F0F0：疏水部分：疏水部分（abab2 2c c912912亞基，動(dòng)物還有其他輔助亞基，動(dòng)物還有其他輔助亞基），鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成亞基），鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成跨內(nèi)膜質(zhì)跨內(nèi)膜質(zhì)子通道子通道 。nATPATP合酶結(jié)構(gòu)組成合酶結(jié)構(gòu)組成內(nèi)膜內(nèi)膜基質(zhì)基質(zhì)膜間腔膜間腔Ca bF1： 含含5種多肽鏈種多肽鏈 催化催化ATP合成合成Fo：跨線粒體內(nèi)膜：跨線粒體內(nèi)膜 疏水蛋白疏水蛋白 含含3種亞基種亞基 質(zhì)子通道質(zhì)子通道 F0 F1 Cyt c Q NAD

29、H+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+ 胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 電子傳遞過程電子傳遞過程復(fù)合體復(fù)合體 (4H (4H+ +) ) 、 (4 H (4 H+ +) )和和 (2H (2H+ +) )有質(zhì)子泵功能有質(zhì)子泵功能。四、四、ATPATP在能量代謝中起核心作用在能量代謝中起核心作用細(xì)胞內(nèi)代謝反應(yīng)都是依序進(jìn)行、能量逐步得失。細(xì)胞內(nèi)代謝反應(yīng)都是依序進(jìn)行、能量逐步得失。ATPATP稱之為稱之為高能磷酸化合物高能磷酸化合物，可直

30、接為細(xì)胞的，可直接為細(xì)胞的各種生理活動(dòng)提供能量，同時(shí)也有利于細(xì)胞對(duì)各種生理活動(dòng)提供能量，同時(shí)也有利于細(xì)胞對(duì)能量代謝進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控。能量代謝進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控。生物體能量代謝有其明顯的特點(diǎn)。生物體能量代謝有其明顯的特點(diǎn)。n高能磷酸鍵高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于水解時(shí)釋放的能量大于25kJ/mol25kJ/mol的磷酸酯的磷酸酯鍵，常表示為鍵，常表示為 P P。n高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物含有高能磷酸鍵的化合物化合物化合物E0kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸61.9(14.8)氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸51.4(12.3)1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘

31、油酸49.3(11.8)磷酸肌酸磷酸肌酸43.1(10.3)ATP ADPPi30.5(7.3)乙酰輔酶乙酰輔酶A31.5(7.5)ADP AMPPi27.6(6.6)焦磷酸焦磷酸27.6(6.6)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖20.9(5.0)一些重要有機(jī)磷酸化合物水解釋放的標(biāo)準(zhǔn)自由能一些重要有機(jī)磷酸化合物水解釋放的標(biāo)準(zhǔn)自由能 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP + UDP ADP + UTPATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTPATP + GDP ADP + GTP腺苷酸

32、激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMPADP + ADP ATP + AMPn肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。 ATPATP的生成和利用的生成和利用ATP ATP ADP 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 機(jī)械能機(jī)械能( (肌肉收縮肌肉收縮) )滲透能滲透能( (物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)) ) 化學(xué)能化學(xué)能( (合成代謝合成代謝) )電能電能( (生物電生物電) )熱能熱能( (維持體溫維持體溫) )生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和生物體

33、內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以利用都以ATPATP為中心。為中心。目錄目錄第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化的影響因素氧化磷酸化的影響因素 目錄目錄一、體內(nèi)能量狀態(tài)可調(diào)節(jié)氧化磷酸化速率一、體內(nèi)能量狀態(tài)可調(diào)節(jié)氧化磷酸化速率 氧化磷酸化是機(jī)體合成能量載體氧化磷酸化是機(jī)體合成能量載體ATPATP的最主要的最主要的途徑，因此機(jī)體根據(jù)能量需求調(diào)節(jié)氧化磷的途徑，因此機(jī)體根據(jù)能量需求調(diào)節(jié)氧化磷酸化速率，從而調(diào)節(jié)酸化速率，從而調(diào)節(jié)ATPATP的生成量。的生成量。 （一）、呼吸鏈抑制劑阻斷氧化磷酸化的電（一）、呼吸鏈抑制劑阻斷氧化磷酸化的電子傳遞過程子傳遞過程 復(fù)合體復(fù)合體抑制劑：魚藤酮抑制劑：魚藤酮(rotenone)(rot

34、enone)、粉蝶、粉蝶霉素霉素A(piericidinA(piericidin A) A)及異戊巴比妥及異戊巴比妥(amobarbital(amobarbital) )等等阻斷傳遞電子到泛醌阻斷傳遞電子到泛醌 。 復(fù)合體復(fù)合體的抑制劑：萎銹靈的抑制劑：萎銹靈(carboxin(carboxin) )。二、抑制劑可阻斷氧化磷酸化過程二、抑制劑可阻斷氧化磷酸化過程 復(fù)合體復(fù)合體抑制劑：抗霉素抑制劑：抗霉素A(antimycinA(antimycin A) A)阻斷阻斷Cyt bHCyt bH傳遞電子到泛醌傳遞電子到泛醌(Q(QN N) ) ；粘噻唑菌醇則作；粘噻唑菌醇則作用用Q QP P位點(diǎn)位點(diǎn)

35、。 復(fù)合體復(fù)合體 抑制劑：抑制劑：CNCN、N N3 3緊密結(jié)合中氧化型緊密結(jié)合中氧化型CytCyt a a3 3，阻斷電子由阻斷電子由CytCyt a a到到CuB- CytCuB- Cyt a3 a3間傳遞間傳遞。COCO與還原型與還原型CytCyt a a3 3結(jié)合，結(jié)合，阻斷電子傳遞給阻斷電子傳遞給O O2 2。 NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2魚藤酮魚藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A異戊巴比妥異戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巰基丙醇二巰基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)各種呼吸鏈抑制

36、劑的阻斷位點(diǎn)化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響（二）、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電（二）、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度化學(xué)梯度 解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑(uncoupler(uncoupler) )可使氧化與磷酸化的偶可使氧化與磷酸化的偶聯(lián)相互分離，基本作用機(jī)制是聯(lián)相互分離，基本作用機(jī)制是破壞破壞電子傳遞過程建電子傳遞過程建立的跨內(nèi)膜的立的跨內(nèi)膜的質(zhì)子電化學(xué)梯度質(zhì)子電化學(xué)梯度，使電化學(xué)梯度儲(chǔ)存，使電化學(xué)梯度儲(chǔ)存的的能量以熱能形式釋放能量以熱能形式釋放，ATPATP的生成受到抑制。的生成受到抑制。 如：二硝基苯酚如：二硝基苯酚

37、(dinitrophenol(dinitrophenol, DNP) , DNP) ；解；解偶聯(lián)蛋白偶聯(lián)蛋白(uncoupling protein(uncoupling protein，UCP1)UCP1)。解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）Cyt cQ胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 解偶聯(lián)解偶聯(lián) 蛋白蛋白熱能熱能ADP+Pi ATP （三）、（三）、ATPATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和ATPATP的生的生成成這類抑制劑對(duì)這類抑制劑對(duì)電子傳遞及電子傳遞及ADPADP磷酸化均有抑制磷酸化均有抑制作用作用。例如。例如寡霉素寡

38、霉素可結(jié)合可結(jié)合F F0 0單位，單位，二環(huán)己基碳二亞二環(huán)己基碳二亞胺胺共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合F F0 0的的c c亞基，亞基，阻斷質(zhì)子從阻斷質(zhì)子從F F0 0質(zhì)子半通道質(zhì)子半通道回流，抑制回流，抑制ATPATP合酶活性合酶活性。 寡霉素寡霉素(oligomycin) (oligomycin) 寡霉素寡霉素ATPATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻止質(zhì)子從可阻止質(zhì)子從F0F0質(zhì)子通道回質(zhì)子通道回流，抑制流，抑制ATPATP生生成。成。NaNa+ +，K K+ +ATPATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。三、甲狀腺激素刺激機(jī)體耗氧量和產(chǎn)熱同時(shí)三、甲狀腺激素刺激機(jī)體耗氧量

39、和產(chǎn)熱同時(shí)增加。增加。四、線粒體四、線粒體DNADNA突變可影響機(jī)體氧化磷酸化功能。突變可影響機(jī)體氧化磷酸化功能。五、線粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行五、線粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜通透性高，線粒體對(duì)物質(zhì)通線粒體外膜通透性高，線粒體對(duì)物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)(transporter)對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入線粒體進(jìn)入線粒體出線粒體出線粒體ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶ADP3-ATP4-磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H2PO4- + H+二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H

40、PO42-蘋果酸蘋果酸-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋果酸蘋果酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋果酸蘋果酸檸檬酸檸檬酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白堿性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白脂酰肉堿脂酰肉堿肉堿肉堿線粒體內(nèi)膜的某些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體內(nèi)膜的某些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn) （一）胞漿中（一）胞漿中NADHNADH通過穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體通過穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈胞漿中胞漿中NADHNADH必須經(jīng)一定必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運(yùn)

41、機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)入線進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭蘋果酸蘋果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭n轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：1 1、-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌中磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌中 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 線粒體線粒體 內(nèi)膜內(nèi)膜 線粒體線粒體 外膜外膜膜間隙膜間隙 線粒體線粒體 基質(zhì)基質(zhì)-磷酸甘油磷酸甘油 脫氫酶脫氫酶 呼吸鏈呼吸鏈 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2O

42、H CHOH2 2、蘋果酸、蘋果酸- -天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中NADH +H+ NAD+ -OOC-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH +H+ NAD+ 谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸蘋果酸-酮酮 戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體 -OOC-CH2-C-COO-OHH蘋果酸蘋果酸 -OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 蘋果酸蘋果酸 脫氫酶

43、脫氫酶 谷草轉(zhuǎn)谷草轉(zhuǎn) 氨酶氨酶 胞液胞液 線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜 基質(zhì)基質(zhì) 呼吸鏈呼吸鏈 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H（二）（二）ATP-ADPATP-ADP轉(zhuǎn)位酶促進(jìn)轉(zhuǎn)位酶促進(jìn)ADPADP進(jìn)入和進(jìn)入和ATPATP移出移出緊密偶聯(lián)緊密偶聯(lián)目錄目錄第四節(jié)第四節(jié) 其他氧化與抗氧化體系其他氧化與抗氧化體系一、抗氧化酶體系有清除反應(yīng)活性氧類一、抗氧化酶體系有清除反應(yīng)活性氧類的功能的功能n反應(yīng)活性氧類反應(yīng)活性氧類(reactive oxygen species, (reactive oxy

44、gen species, ROS)ROS)O O2 2e e- -O O- -2 2e e- -+2H+2H+ +H H2 2O O2 2e e- -+H+H+ +OHOHH H2 2O Oe e- -+H+H+ +H H2 2O O反應(yīng)活性氧類反應(yīng)活性氧類nROSROS主要來源主要來源 線粒體：線粒體：超氧陰離子超氧陰離子O O-2-2，是體內(nèi)，是體內(nèi)O O-2-2的主要來的主要來源；源； O O-2-2在線粒體中再生成在線粒體中再生成H H2 2O O2 2和和OHOH。 過氧化酶體：過氧化酶體：FADFAD將從脂肪酸等底物獲得的電將從脂肪酸等底物獲得的電子交給子交給O O2 2生成生成H H2 2O O2 2和羥自由基和羥自由基OHOH。 胞漿胞漿需氧脫氫酶需氧脫氫酶（如黃嘌呤氧化酶等）也可催（如黃嘌呤氧化酶等）也可催化生成化生成O O-2-2。 細(xì)菌感染、組織缺氧等病理過程，環(huán)境、藥物細(xì)菌感染、組織缺氧等病理過程，環(huán)境、藥物等等外源因素外源因素也可導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生活性氧類。也可導(dǎo)致