第八章能量代謝

1、第八章第八章 能量代謝能量代謝 主要內(nèi)容和要求主要內(nèi)容和要求：重點討論線：重點討論線粒體電子傳遞體系的組成、電子傳粒體電子傳遞體系的組成、電子傳遞機理和氧化磷酸化機理。對非線遞機理和氧化磷酸化機理。對非線粒體氧化體系作一般介紹粒體氧化體系作一般介紹。思考思考目錄目錄第一節(jié)第一節(jié) 自由能變化自由能變化第二節(jié)第二節(jié) 電子傳遞鏈電子傳遞鏈第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用第四節(jié)第四節(jié) 線粒體外線粒體外NADHNADH的穿梭機制的穿梭機制第一節(jié)第一節(jié) 自由能變化自由能變化一、一、生物能學(xué)簡介生物能學(xué)簡介二、二、生物氧化的概念和特點生物氧化的概念和特點三、三、高能化合物高能化合物二、生物氧化的特

2、點和方式二、生物氧化的特點和方式1 1、生物氧化的、生物氧化的特點特點2 2、生物氧化過程中、生物氧化過程中COCO2 2的生成的生成和和H H2 2O O的生成的生成3 3、有機物在體內(nèi)氧化釋能的有機物在體內(nèi)氧化釋能的三個階段三個階段 糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)在細胞中進行氧化分解生糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)在細胞中進行氧化分解生成成COCO2 2和和H H2 2O O并釋放出能量的過程稱為生物氧化（并釋放出能量的過程稱為生物氧化（biological biological oxidationoxidation），），其實質(zhì)是需氧細胞在呼吸代謝過程中所進行的其實質(zhì)是需氧細胞在呼吸代謝過程

3、中所進行的一系列氧化還原反應(yīng)過程。一系列氧化還原反應(yīng)過程。生物氧化的特點生物氧化的特點 在活的細胞中（在活的細胞中（pHpH接近中性、體溫條件下），接近中性、體溫條件下），有機物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與有機物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與下進行，其途徑迂回曲折，有條不紊。下進行，其途徑迂回曲折，有條不紊。 氧化過程中氧化過程中能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如ATPATP）截獲，再供給機體所需。在此過程中既不會因截獲，再供給機體所需。在此過程中既不會因氧化過程中能量驟然釋放而傷害機體，又能使釋放氧化過程中能量驟然釋放而

4、傷害機體，又能使釋放的能量盡可得到有效的利用。的能量盡可得到有效的利用。COCO2 2的生成的生成 方式：方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物轉(zhuǎn)變成含糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物轉(zhuǎn)變成含羧基的中間化合物，然后在酶催化下羧基的中間化合物，然后在酶催化下脫羧脫羧而生成而生成COCO2 2。 類型：類型：-脫羧和脫羧和-脫羧脫羧 氧化脫羧和單純脫羧氧化脫羧和單純脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶CH2-NH2RH H2 2O O的生成的生成 代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫

5、由相應(yīng)的氫載代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體體（NADNAD+ +、NADPNADP+ +、FADFAD、FMNFMN等）等）所接受，再通過所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H H2 2O O 。CH3CH2OHCH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶例：例：12 O2NAD+電子傳遞鏈電子傳遞鏈 H2O2eO=2H+脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它單糖其它單糖三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)電子傳遞電子傳遞（氧化）（氧化）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小

6、分子化合物分解成共同的分解成共同的中間產(chǎn)物（如中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等） 共同中間物進共同中間物進入三羧酸循環(huán)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞電子傳遞鏈傳遞生成生成H2O，釋放釋放出大量能量，其出大量能量，其中一部分通過磷中一部分通過磷酸化儲存在酸化儲存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本結(jié)構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單位單位 生物氧化的三個階段生物氧化的三個階段一、生物能學(xué)簡介一、生物能學(xué)簡介1 1、生物能的轉(zhuǎn)換及、生物能的轉(zhuǎn)換及生物系統(tǒng)中的能流生物系統(tǒng)中的能流2 2、自由能的概念自由能的概念及及化學(xué)反應(yīng)自由能的計算化學(xué)反應(yīng)自由能的計算自由能（自由能（f

7、ree energyfree energy）的變化的變化 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 能量守很衡原則能量守很衡原則熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 任何一種物理或化學(xué)的過程都自發(fā)地趨向于任何一種物理或化學(xué)的過程都自發(fā)地趨向于 增加體系與環(huán)境的總熵增加體系與環(huán)境的總熵 熱力學(xué)第一定律與第二定律的綜合引出新的狀態(tài)函數(shù)熱力學(xué)第一定律與第二定律的綜合引出新的狀態(tài)函數(shù)自由能自由能(free energy)定義式：定義式：=H-TS 物理意義：物理意義：* (體系中能對環(huán)境作功的能量體系中能對環(huán)境作功的能量) 自由能的變化能預(yù)示某一過程能否自發(fā)進行，即：自由能的變化能預(yù)示某一過程能否自發(fā)進行，即： G0，反

8、應(yīng)不能自發(fā)進行反應(yīng)不能自發(fā)進行 G=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化和化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化和化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系假設(shè)有一個化學(xué)反應(yīng)式：假設(shè)有一個化學(xué)反應(yīng)式：aA + bB = cC + dD 恒溫恒壓下：恒溫恒壓下：G=G+ RTlnQc 式中：式中：G= - RTlnKeq badCCBADCQ G 某一化學(xué)反應(yīng)隨參加化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的濃度、發(fā)生化某一化學(xué)反應(yīng)隨參加化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的濃度、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的學(xué)反應(yīng)的pH和溫度而改變的自由能變化和溫度而改變的自由能變化。 Qc - 濃度商濃度商：例例：計算磷酸葡萄糖變位酶反應(yīng)的自由能變化計算磷酸葡萄糖變位酶反應(yīng)的

9、自由能變化badCBADCKeq G 標(biāo)準(zhǔn)條件（標(biāo)準(zhǔn)條件（T=298K,大氣壓為大氣壓為1atm,反應(yīng)物和生成反應(yīng)物和生成物濃度為物濃度為1mol/L,pH=7.0）下，化學(xué)反應(yīng)自由能的變化。下，化學(xué)反應(yīng)自由能的變化。 Keq - 平衡常數(shù)：平衡常數(shù)：計算磷酸葡萄糖變位酶反應(yīng)的自由能變化計算磷酸葡萄糖變位酶反應(yīng)的自由能變化達平衡時達平衡時 =Keq=19解：解：GG= - = - RTlnKeqRTlnKeq =-2.303 =-2.303 8.314 8.314 10-3 298298 log19 log19 =-7.304KJ.mol-1反應(yīng)反應(yīng)G-1-P G-6-P在在0C達到平衡時，達

10、到平衡時， G-1- P =0.01molL-1， G-6-P=0.01mol L-1 ，求求Keq， G0 例題：例題：氧化氧化- -還原電勢和化學(xué)反應(yīng)自由能變化的關(guān)系還原電勢和化學(xué)反應(yīng)自由能變化的關(guān)系 利用標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（利用標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E E ）計算（限計算（限于氧化還于氧化還 原反應(yīng)）原反應(yīng)） 基本公式：基本公式：GG= =nFEnFE EE為為電子受體系統(tǒng)與其它電子供體系電子受體系統(tǒng)與其它電子供體系統(tǒng)之間的標(biāo)準(zhǔn)還原電位差統(tǒng)之間的標(biāo)準(zhǔn)還原電位差EE=E+=E+- E- E- 例例：計算：計算NADHNADH氧化反應(yīng)的氧化反應(yīng)的GG例題：計算下反應(yīng)式例題：計算下反應(yīng)式GG例：例：

11、NADH+HNADH+H+ +1/2O+1/2O2 2=NADNAD+ +H+H2 2O O正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：1/21/2O O2 2+2H+2H+ +2e +2e H H2 2O O E E+ + 0.820.82負極反應(yīng)：負極反應(yīng)：NADNAD+ +H+H+ +2e +2e NADHNADH E E- - -0.32-0.32GG - -nFEnFE -2-296.4896.480.82-0.82-(-(-0.32)0.32) -220 KJ-220 KJmolmol-1-1 生物系統(tǒng)中的能流生物系統(tǒng)中的能流三、高能化合物三、高能化合物1 1、高能化合物的、高能化合物的類型類型 2 2、

12、ATPATP的的特點及其特殊作用特點及其特殊作用3 3、ATPATP的合成的合成 生化反應(yīng)中，在水解時或基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)中可生化反應(yīng)中，在水解時或基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)中可釋放出大量自由能（釋放出大量自由能（2121千焦千焦/ /摩爾）的化合物稱摩爾）的化合物稱為高能化合物。為高能化合物。高高能能化化合合物物類類型型ATPATP的特點的特點 在在pH=7pH=7環(huán)境中，環(huán)境中，ATPATP分子中的三個磷酸基團完分子中的三個磷酸基團完全解離成帶全解離成帶4 4個負電荷的離子形式（個負電荷的離子形式（ATPATP4-4-），），具有具有較大勢能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而水解自由能很較大勢能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而

13、水解自由能很大（大（GG=-30.5=-30.5千焦千焦/ /摩爾）。摩爾）。腺嘌呤腺嘌呤核糖核糖 O P O P O P O-OOOO-O-O- + + +Mg2+ATP4- + H2O ADP3- + Pi2- + H+ G -30.5kJmol-1ATP4- + H2O AMP2- + PPi3- + H+ G -33.1kJmol-1ATPATP的特殊作用的特殊作用 ATPATP是細胞內(nèi)的是細胞內(nèi)的“能量通貨能量通貨” ATPATP是細胞內(nèi)磷酸基團轉(zhuǎn)移的是細胞內(nèi)磷酸基團轉(zhuǎn)移的中間載體中間載體PPPPATPP02108641214磷磷酸酸基基團團轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移能能磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮

14、酸3-磷酸甘磷酸甘油酸磷酸油酸磷酸磷酸肌酸磷酸肌酸 （磷酸基團儲備物）磷酸基團儲備物） 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸甘油ATP的合成的合成. 底物水平磷酸化：底物水平磷酸化： ADP ADP從具有更高磷酸基團轉(zhuǎn)移勢從具有更高磷酸基團轉(zhuǎn)移勢的磷酸化合物中接受磷酸基團，生成的磷酸化合物中接受磷酸基團，生成ATPATP。2. 氧化磷酸化：氧化磷酸化：生物內(nèi)的氧化作用能夠產(chǎn)生跨線粒體生物內(nèi)的氧化作用能夠產(chǎn)生跨線粒體膜的質(zhì)子濃度梯度，儲存在質(zhì)子濃度梯度中的能量可膜的質(zhì)子濃度梯度，儲存在質(zhì)子濃度梯度中的能量可以驅(qū)動以驅(qū)動ADPADP合成合成ATPATP。3.3.光合磷酸化：光合磷酸化：光合作用

15、可以產(chǎn)生跨葉綠體中類囊體光合作用可以產(chǎn)生跨葉綠體中類囊體膜的質(zhì)子濃度梯度，從而驅(qū)動膜的質(zhì)子濃度梯度，從而驅(qū)動ATPATP生成。生成。4. 4. 腺苷酸激酶催化的反應(yīng)：腺苷酸激酶催化的反應(yīng)： 腺苷酸激酶催化腺苷酸激酶催化AMPAMP轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化成成ADPADP。 AMPAMP ATP ATP ADPADP 第二節(jié)第二節(jié) 電子傳遞鏈電子傳遞鏈一、線粒體一、線粒體結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點二、電子載體電子載體三、三、電子傳遞復(fù)合物電子傳遞復(fù)合物四、四、電子傳遞鏈電子傳遞鏈、五、機體內(nèi)五、機體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈兩條主要的呼吸鏈及其及其能量變化能量變化 六、六、電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑線粒體呼吸鏈線粒體呼吸鏈 線

16、粒體基質(zhì)是呼吸線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化的場所，底物在底物氧化的場所，底物在這里氧化所產(chǎn)生的這里氧化所產(chǎn)生的NADHNADH和和FADHFADH2 2將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過一到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過一系列氫載體和電子載體的系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給傳遞，最后傳遞給O O2 2生成生成H H2 2O O。這種由載體組成的這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞鏈（鏈（eclctroneclctron transfer transfer chain),chain),因為其功能和呼因為其功能和呼吸作用直接相關(guān)，亦稱為吸作用直接相關(guān)，亦稱為呼吸鏈

17、。呼吸鏈。電子載體電子載體1.1.煙酰胺核苷酸類煙酰胺核苷酸類. .黃素蛋白類黃素蛋白類（flavoproteinsflavoproteins, FP, FP）. . 鐵鐵- -硫蛋白類硫蛋白類（ironironsulfur proteins)sulfur proteins). . 可移動的電子載體可移動的電子載體（ubiquinoneubiquinone, ,亦寫作亦寫作CoQCoQ）. . 細胞色素類細胞色素類（cytochromes）NADH輔輔 酶酶 Q（CoQ）Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等黃素蛋白黃素蛋白（F AD）黃素蛋白黃素蛋白（FM

18、N）細胞色素類細胞色素類鐵硫蛋白鐵硫蛋白（Fe-S）鐵硫蛋白鐵硫蛋白（Fe-S）復(fù)合物復(fù)合物 I I （NADH-NADH-輔酶輔酶Q Q氧化還原酶）氧化還原酶）復(fù)合物復(fù)合物I是一個質(zhì)是一個質(zhì)子泵，當(dāng)一對電子泵，當(dāng)一對電子從子從NADH流到流到CoQ ，形成，形成CoQH2時，把四時，把四個質(zhì)子從基質(zhì)泵個質(zhì)子從基質(zhì)泵到膜間隙到膜間隙復(fù)合物復(fù)合物 II(II(琥珀酸琥珀酸- -輔酶輔酶Q Q氧化氧化還原酶還原酶) )復(fù)合物復(fù)合物IIIIII（輔酶輔酶Q Q：細胞色素細胞色素c c氧化還原酶）氧化還原酶）CytbLCytbHCytc1復(fù)合物復(fù)合物IIIIII催催化一分子輔化一分子輔酶酶QHQH2

19、2的氧化的氧化，將兩分子，將兩分子CytcCytc還原，還原，同時向膜間同時向膜間隙轉(zhuǎn)移個隙轉(zhuǎn)移個質(zhì)子。質(zhì)子。呼吸鏈電子傳遞的呼吸鏈電子傳遞的Q Q循環(huán)循環(huán)QH2+2Cyt C( (氧化型氧化型)+)+2H+ Q +2Cyt C( (還原型還原型) ) + 4H+ ( (外側(cè)外側(cè)) ) 復(fù)合物復(fù)合物IVIV（細胞色素（細胞色素c c氧化酶）氧化酶）復(fù)合物復(fù)合物IVIV是是質(zhì)子泵，一質(zhì)子泵，一個電子從個電子從CytcCytc傳遞到傳遞到O O2 2就推動一就推動一個質(zhì)子移到個質(zhì)子移到膜間隙膜間隙NADHNADH呼吸鏈呼吸鏈H2O12O2O2-MH2還原型代還原型代 謝底物謝底物FMNFMNH2C

20、oQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 細胞色素細胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 謝底物謝底物FADH2呼吸鏈呼吸鏈FADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 細胞色素細胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸延胡索酸NADH呼吸鏈和呼吸鏈和FADH2呼吸鏈呼吸鏈 FADH2 FeSFeS NADHFMNFeSCoQCytbFeSCytcFMNFeSCoQCytbFeSCytc1 1CytcCytaaCytcCytaa3 3OO2 2NADH呼吸鏈呼吸鏈FADH2呼吸鏈呼吸鏈電子傳遞

21、鏈中各電子傳遞鏈中各中間體的順序中間體的順序NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸等等復(fù)合物復(fù)合物 II復(fù)合物復(fù)合物 IV復(fù)合物復(fù)合物 I復(fù)合物復(fù)合物 IIINADH脫氫酶脫氫酶輔酶輔酶Q-細胞色素細胞色素還原酶還原酶細胞色素細胞色素C還原酶還原酶琥珀酸琥珀酸-輔酶輔酶Q還原酶還原酶呼吸鏈中電子傳遞時自由能的下降呼吸鏈中電子傳遞時自由能的下降FADH22e-NADHNADH呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化總反應(yīng)總反應(yīng): NADH+HNADH+H+ +1/2O+1/2O2 2NADNAD+ +H

22、+H2 2O O GG=-=-nFEnFE =-296.50.82-(-0.32) =-220.07千焦千焦mol-1總反應(yīng)總反應(yīng)：FADH2+1/2O2FAD+H2OG=-nFE = -296.50.82-(-0.18) =-193.0千焦千焦mol-1FADH2呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化煙酰胺核苷酸類煙酰胺核苷酸類 特點特點：以：以NADNAD+ + 或或NADPNADP+ +為輔酶，存在于線為輔酶，存在于線粒體、基質(zhì)或胞液中。粒體、基質(zhì)或胞液中。 傳遞氫機理傳遞氫機理: NAD(P)NAD(P) + + + 2H + 2H+ + +2e NAD(P)H

23、+ H+2e NAD(P)H + H+ +黃素蛋白類黃素蛋白類 特點特點： 以以FAD或或FMN為輔基，酶蛋白為細胞膜組成蛋白為輔基，酶蛋白為細胞膜組成蛋白類別類別：黃素脫氫酶類（如黃素脫氫酶類（如NADH脫氫酶脫氫酶、琥珀酸脫氫酶）、琥珀酸脫氫酶） 需氧脫氫酶類（如需氧脫氫酶類（如L氨基酸氧化酶）氨基酸氧化酶） 加單氧酶（如賴氨酸羥化酶）加單氧酶（如賴氨酸羥化酶）遞氫機理：遞氫機理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2鐵硫蛋白鐵硫蛋白 +e 傳遞電子機理傳遞電子機理：Fe3+ Fe2+ -e 特點特點：含有含有Fe和對酸不穩(wěn)定的和對酸不穩(wěn)定的S原子，原子，F(xiàn)e和和S常以等摩爾量存在（

24、常以等摩爾量存在（Fe2S2, Fe4S4 )，構(gòu)成構(gòu)成FeS中心，中心，F(xiàn)e與蛋白質(zhì)分子中的與蛋白質(zhì)分子中的4個個Cys殘殘基的巰基與蛋白質(zhì)相連結(jié)?；膸€基與蛋白質(zhì)相連結(jié)。CoQ 特點：帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動泳動。 +2H 傳遞氫機理：CoQ CoQH2 2H細胞色素細胞色素 傳遞電子機理傳遞電子機理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特點特點：以血紅素（以血紅素（heme）為輔基，血紅素的主要為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。成份為鐵卟啉。 類別類別: 根

25、據(jù)吸收光譜分成根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類，呼吸鏈中三類，呼吸鏈中含含5種（種（b、c、c1、a和和a3)，cyt b和和cytc1、cytc在呼在呼吸鏈中的中為電子傳遞體，吸鏈中的中為電子傳遞體，a和和a3以復(fù)合物物存在，以復(fù)合物物存在，稱稱細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶，其分子中除含，其分子中除含F(xiàn)e外還含有外還含有Cu ，可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為末端氧化酶末端氧化酶。CoQ和和Cytc的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)CoQ+2H CoQH2CoQ是脂溶性的分子，可以在脂雙層中擴散，是兩個電子的是脂溶性的分子，可以在脂雙層中擴散，是兩個電子的載體載體.Cytc是位于線粒體內(nèi)

26、膜外表面的外周蛋白，是單電子載體是位于線粒體內(nèi)膜外表面的外周蛋白，是單電子載體鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)及遞電子機理鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)及遞電子機理S Fe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys傳遞電子機理傳遞電子機理：Fe3+ Fe2+-e+e三種類型鐵三種類型鐵-硫聚簇的鐵原子與硫原子關(guān)系示意圖硫聚簇的鐵原子與硫原子關(guān)系示意圖細胞色素的結(jié)構(gòu)和遞電子機理細胞色素的結(jié)構(gòu)和遞電子機理傳遞電子機理傳遞電子機理：Fe3+ Fe2+-e+e線粒體結(jié)構(gòu)線粒體結(jié)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用一、 氧化磷酸化氧化磷酸化二、二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理氧化磷酸化的偶聯(lián)機理 氧化磷酸化氧化磷

27、酸化 代謝物在生物氧化過程中釋放出的自由能用于代謝物在生物氧化過程中釋放出的自由能用于合成合成ATP（即即ADP+PiATPATP）, ,這種氧化放能和這種氧化放能和ATPATP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化。ADP + Pi ATP + HATP + H2 2O O生物氧化過程中生物氧化過程中釋放出的自由能釋放出的自由能磷氧比（磷氧比（ P/O ）呼吸過程中無機磷酸（呼吸過程中無機磷酸（P Pi i）消耗量和分子氧（消耗量和分子氧（O O2 2）消耗量的比消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個值稱為磷氧比。由于在氧

28、化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個氧原子，而每生成一分子氧原子，而每生成一分子ATPATP消耗一分子消耗一分子P Pi i ，因此，因此P/O的數(shù)值相當(dāng)于的數(shù)值相當(dāng)于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的ATPATP分子數(shù)。分子數(shù)。NADHNADHFADHFADH2 2O O2 212H H2 2O OH H2 2O ONADHNADH呼吸鏈呼吸鏈： P/O 2.5FADHFADH2 2呼吸鏈呼吸鏈： P/O 1.5O O2 2122e-2e-泵出泵出10質(zhì)子質(zhì)子,合成一分子合成一分子ATP需要需要4個質(zhì)子個質(zhì)子泵出泵出6質(zhì)子質(zhì)子氧化磷酸化的偶聯(lián)機理氧化磷

29、酸化的偶聯(lián)機理1 1、質(zhì)子移動力和、質(zhì)子移動力和化學(xué)滲透學(xué)說化學(xué)滲透學(xué)說、ATPATP合成合成機制機制 線粒體線粒體ATPATP合酶合酶的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)ATPATP合成合成機制機制 、ATPATP、ADPADP和和PiPi的轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)運: :腺苷酸移位酶腺苷酸移位酶, ,磷酸基團磷酸基團 移位酶移位酶、能荷能荷、磷氧比（磷氧比（ P/OP/O ）、氧化磷酸化的、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑氧化磷酸化的抑制劑：寡霉素氧化磷酸化的抑制劑：寡霉素離子載體抑制劑離子載體抑制劑 ：一類脂溶性的小分子，纈氨霉：一類脂溶性的小分子，纈氨霉素，短桿菌肽，素，短桿菌肽， 氧化磷酸化機理氧化磷酸化機理第四節(jié)、第四節(jié)、

30、線粒體外線粒體外NADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化 磷酸甘油穿梭系統(tǒng)磷酸甘油穿梭系統(tǒng) 蘋果酸蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)天冬氨酸穿梭系統(tǒng) 酵解酵解（細胞質(zhì)）（細胞質(zhì)）氧化磷酸化氧化磷酸化 （線粒體）（線粒體） - -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油FADFADH2NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2NADHNAD+線線粒粒體體內(nèi)內(nèi)膜膜（細胞液）（細胞液）蘋果酸蘋果酸- -天冬氨酸穿梭作用天冬氨酸穿梭作用細胞液細胞液線粒體內(nèi)膜體線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸蘋果酸蘋

31、果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸蘋果酸蘋果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)蘋果酸蘋果酸脫氫酶脫氫酶NADH+H+蘋果酸蘋果酸脫氫酶脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（、 、 、 為膜上的轉(zhuǎn)運載體為膜上的轉(zhuǎn)運載體）呼吸鏈呼吸鏈2,4-二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜內(nèi)內(nèi)外外膜外線粒體線粒體ATP合酶的結(jié)構(gòu)合酶的結(jié)構(gòu)ATP合酶DCCD二環(huán)己基碳二亞胺二環(huán)己基碳二亞胺OSCP寡霉素敏感性付與蛋白寡霉素敏

32、感性付與蛋白化學(xué)滲透假說示意圖化學(xué)滲透假說示意圖2H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ ADP+PiATP高高質(zhì)質(zhì)子子濃濃度度H2O2e-+ + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _質(zhì)子流質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜磷酸化磷酸化 氧化氧化 ATPaseATPase的旋轉(zhuǎn)催化模型的旋轉(zhuǎn)催化模型美國科學(xué)家美國科學(xué)家Boyer為解釋為解釋ATP酶作用機理酶作用機理,提出旋轉(zhuǎn)提出旋轉(zhuǎn)催化假說，認為催化假說，認為ATP合成酶合成酶亞基有三種不同的構(gòu)象，亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象一種構(gòu)象(L)有利于有利于ADP和和Pi結(jié)合，一種構(gòu)象結(jié)合，一種構(gòu)象(T)可使結(jié)

33、可使結(jié)合的合的ADP和和Pi合成合成ATP，第三種構(gòu)象第三種構(gòu)象(O)使合成的使合成的ATP容易被釋放出來。在容易被釋放出來。在ATP合成過程中，三個合成過程中，三個亞基依次亞基依次進行上述三種構(gòu)象的交替變化，所需能量由跨膜進行上述三種構(gòu)象的交替變化，所需能量由跨膜H+提提供。供。英國科學(xué)家英國科學(xué)家Walker通過通過x光衍射獲得高分辯率的牛光衍射獲得高分辯率的牛心線粒體心線粒體ATP酶晶體的三維結(jié)構(gòu)，酶晶體的三維結(jié)構(gòu)， 證明在證明在ATP酶合成酶合成ATP的催化循環(huán)中三個的催化循環(huán)中三個亞基的確有不同構(gòu)象，亞基的確有不同構(gòu)象， 從而有從而有力地支持了力地支持了Boyer的假說。的假說。Boyer和和Walker共同獲得共同獲得1997年諾貝爾化學(xué)獎年諾貝爾化學(xué)獎電電子子傳傳遞遞 抑抑制制劑劑NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸復(fù)合物復(fù)