生物能學(xué)和生物氧化課件

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容v新陳代謝新陳代謝v生物能學(xué)生物能學(xué)v生物氧化生物氧化9.1 9.1 新陳代謝新陳代謝v新陳代謝是生物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換與能量交新陳代謝是生物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換與能量交換的全過程，是生物體內(nèi)一切化學(xué)變化的總稱，是換的全過程，是生物體內(nèi)一切化學(xué)變化的總稱，是生物體表現(xiàn)其生命活動(dòng)的重要特征之一。生物體表現(xiàn)其生命活動(dòng)的重要特征之一。 %新陳代謝的研究方法新陳代謝的研究方法 v體內(nèi)研究法：生物體在正常生理?xiàng)l件下，在神經(jīng)、體液等調(diào)體內(nèi)研究法：生物體在正常生理?xiàng)l件下，在神經(jīng)、體液等調(diào)節(jié)機(jī)制下研究代謝過程，為物質(zhì)中間代謝過程的明確提供了節(jié)機(jī)制下研究代謝過程，為物質(zhì)中間代謝過程的明確提

2、供了重要的依據(jù)。例如，脂肪酸的重要的依據(jù)。例如，脂肪酸的-氧化學(xué)說的提出。氧化學(xué)說的提出。v體外研究法：用離體器官、組織切片、組織勻漿或體外培養(yǎng)體外研究法：用離體器官、組織切片、組織勻漿或體外培養(yǎng)的細(xì)胞、細(xì)胞器及細(xì)胞抽提物來研究代謝的過程。例如，三的細(xì)胞、細(xì)胞器及細(xì)胞抽提物來研究代謝的過程。例如，三羧酸循環(huán)、鳥氨酸循環(huán)等。羧酸循環(huán)、鳥氨酸循環(huán)等。v同位素示蹤法。例如用同位素示蹤法。例如用14C14C標(biāo)記葡萄糖的標(biāo)記葡萄糖的C1C1對磷酸戊糖途徑對磷酸戊糖途徑的發(fā)現(xiàn)起了非常重要的作用。的發(fā)現(xiàn)起了非常重要的作用。v代謝途徑阻斷法：在試驗(yàn)過程中加入阻斷劑來阻斷中間某一代謝途徑阻斷法：在試驗(yàn)過程中加入

3、阻斷劑來阻斷中間某一代謝環(huán)節(jié)，分析所得結(jié)果，推測代謝歷程。例如代謝環(huán)節(jié)，分析所得結(jié)果，推測代謝歷程。例如KrebsKrebs等用等用丙二酸抑制琥珀酸脫氫酶，導(dǎo)致琥珀酸積累，為三羧酸循環(huán)丙二酸抑制琥珀酸脫氫酶，導(dǎo)致琥珀酸積累，為三羧酸循環(huán)的確認(rèn)提供了重要依據(jù)。的確認(rèn)提供了重要依據(jù)。生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律 v生物體和周圍環(huán)境既有物質(zhì)交換，又有能量交換，因此，它生物體和周圍環(huán)境既有物質(zhì)交換，又有能量交換，因此，它屬于熱力學(xué)開放體系。生物體內(nèi)能量代謝服從熱力學(xué)定律。屬于熱力學(xué)開放體系。生物體內(nèi)能量代謝服從熱力學(xué)定律。v熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律，即能量不能創(chuàng)造也不能消熱

4、力學(xué)第一定律是能量守恒定律，即能量不能創(chuàng)造也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式。生物體內(nèi)的能量可滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式。生物體內(nèi)的能量可以相互轉(zhuǎn)變，但生物體與環(huán)境的總能量保持不變。以相互轉(zhuǎn)變，但生物體與環(huán)境的總能量保持不變。v熱力學(xué)第二定律的核心是宇宙總是趨向于越來越無序，即向熱力學(xué)第二定律的核心是宇宙總是趨向于越來越無序，即向熵增大的方向進(jìn)行。生物體是開放的體系，為了維持自身的熵增大的方向進(jìn)行。生物體是開放的體系，為了維持自身的有序性，不斷將生命活動(dòng)中產(chǎn)生的正熵釋放至環(huán)境中，使環(huán)有序性，不斷將生命活動(dòng)中產(chǎn)生的正熵釋放至環(huán)境中，使環(huán)境的熵值增加，而自身保持低熵。盡管生物體是高

5、度有序的境的熵值增加，而自身保持低熵。盡管生物體是高度有序的整體，但并沒有偏離熱力學(xué)第二定律。整體，但并沒有偏離熱力學(xué)第二定律。9.2 9.2 高能磷酸化合物高能磷酸化合物高能鍵及高能化合物高能鍵及高能化合物v在生物體中，水解每摩爾釋放出自由能大于在生物體中，水解每摩爾釋放出自由能大于21kJ21kJ者者稱高能化合物，被水解的化學(xué)鍵稱為高能鍵稱高能化合物，被水解的化學(xué)鍵稱為高能鍵（energy-rich bondenergy-rich bond），常用符號），常用符號“”表示。在表示。在生物化學(xué)中所謂的生物化學(xué)中所謂的“高能鍵高能鍵”指的是自由能高，而指的是自由能高，而不是鍵能特別高，即指隨著

6、水解反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反不是鍵能特別高，即指隨著水解反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)可放出大量自由能的鍵。應(yīng)可放出大量自由能的鍵。 具有高能鍵的化合物的類型具有高能鍵的化合物的類型 1 1磷氧鍵型（磷氧鍵型（-OP-OP）v?；姿峄衔秕；姿峄衔飗焦磷酸化合物焦磷酸化合物v烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物v2 2氮磷鍵型（氮磷鍵型（-NP-NP）v3 3硫酯鍵型硫酯鍵型v4 4甲硫鍵型甲硫鍵型v上述高能化合物中含磷酸基團(tuán)的占絕大多數(shù)，但并上述高能化合物中含磷酸基團(tuán)的占絕大多數(shù)，但并不是所有含磷酸基團(tuán)的化合物都是高能磷酸化合物。不是所有含磷酸基團(tuán)的化合物都是高能磷酸化合物。 ATPATP和其它高能磷酸化合物

7、和其它高能磷酸化合物vATPATP的分子結(jié)構(gòu)：三個(gè)磷酸基團(tuán)、兩個(gè)高能鍵。的分子結(jié)構(gòu)：三個(gè)磷酸基團(tuán)、兩個(gè)高能鍵。v活性形式：活性形式：MgATPMgATP2-2- ATPATP的作用和儲存的作用和儲存vATPATP為即時(shí)性的能量載體。為即時(shí)性的能量載體。vATPATP在細(xì)胞酶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移中起在細(xì)胞酶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移中起“中轉(zhuǎn)站中轉(zhuǎn)站”的作用。的作用。vATPATP不是能量的貯存物質(zhì)，而是能量的攜帶者或傳遞不是能量的貯存物質(zhì)，而是能量的攜帶者或傳遞者。它可將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給肌酸（者。它可將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給肌酸（C C）生成磷酸肌）生成磷酸肌酸（酸（creatine phoshatecreatine

8、 phoshate，CPCP）。但磷酸肌酸所含）。但磷酸肌酸所含的高能磷酸鍵不能直接應(yīng)用，需用時(shí)磷酸肌酸把高的高能磷酸鍵不能直接應(yīng)用，需用時(shí)磷酸肌酸把高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADPADP生成生成ATPATP。v磷酸肌酸是磷酸肌酸是ATPATP高能磷酸基團(tuán)的貯存庫。在骨骼肌、高能磷酸基團(tuán)的貯存庫。在骨骼肌、平滑肌、神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)都存在，在肝臟、腎及其它組平滑肌、神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)都存在，在肝臟、腎及其它組織中的含量卻極少?？椫械暮繀s極少。 其它作為能量直接來源的三磷酸核苷酸其它作為能量直接來源的三磷酸核苷酸vUTPUTP用于多糖合成。用于多糖合成。vCTPCTP用于磷脂合成。用于磷脂合成。vGTPG

9、TP用于蛋白質(zhì)合成。用于蛋白質(zhì)合成。能荷= ATP+ 0.5ADP ATP+ADP+AMP能荷：高能狀態(tài)的腺苷酸與總腺苷酸濃度能荷：高能狀態(tài)的腺苷酸與總腺苷酸濃度之比。之比。能荷是細(xì)胞中能荷是細(xì)胞中ATP-ADP-AMPATP-ADP-AMP系統(tǒng)中高能磷酸系統(tǒng)中高能磷酸化狀態(tài)的一種量度?；癄顟B(tài)的一種量度。9.3 9.3 生物氧化生物氧化vCO2和和H2O的生成（物質(zhì)的代謝）的生成（物質(zhì)的代謝）v物質(zhì)代謝和能量生成的偶聯(lián)（電子傳遞鏈）物質(zhì)代謝和能量生成的偶聯(lián)（電子傳遞鏈）v能量生成和能量生成和ATP生成（生成（ ATP ase復(fù)合體）復(fù)合體） 糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行糖類、脂肪、

10、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解生成氧化分解生成CO2和和H2O并釋放出能量的過程稱為并釋放出能量的過程稱為生物氧化（生物氧化（biological oxidation），又叫細(xì)胞氧化），又叫細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。其實(shí)質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過程中或細(xì)胞呼吸。其實(shí)質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過程中所進(jìn)行的一系列氧化還原反應(yīng)過程。所進(jìn)行的一系列氧化還原反應(yīng)過程。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 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中間產(chǎn)物（

11、如中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等） 共同中間產(chǎn)物共同中間產(chǎn)物進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳由電子傳遞鏈傳遞生成遞生成H2O，釋，釋放出大量能量，放出大量能量，其中一部分通過其中一部分通過磷酸化儲存在磷酸化儲存在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(gè)階段生物氧化的三個(gè)階段生物氧化的特點(diǎn)生物氧化的特點(diǎn)v生物氧化的能量是逐步釋放的。生物氧化的能量是逐步釋放的。v生物氧化過程產(chǎn)生的能量儲存在高能化合物中生物氧化過程產(chǎn)生的能量儲存在高能化合物中主主要是要是ATP。ATP中的能量可以通過水解而被釋放中的能量可以

12、通過水解而被釋放出來，供給生物體的需能反應(yīng)。出來，供給生物體的需能反應(yīng)。v生物氧化具有嚴(yán)格的細(xì)胞內(nèi)定位。生物氧化具有嚴(yán)格的細(xì)胞內(nèi)定位。 原核生物的生物氧化是在細(xì)胞膜上進(jìn)行的，真原核生物的生物氧化是在細(xì)胞膜上進(jìn)行的，真核生物的生物氧化是在線粒體中進(jìn)行的。核生物的生物氧化是在線粒體中進(jìn)行的。生物氧化的方式生物氧化的方式 v失電子氧化反應(yīng)失電子氧化反應(yīng)v加氧氧化反應(yīng)加氧氧化反應(yīng)v脫氫氧化反應(yīng)脫氫氧化反應(yīng) v（琥珀酸生成延胡索酸）（琥珀酸生成延胡索酸）v加水脫氫氧化反應(yīng)加水脫氫氧化反應(yīng)（延胡索酸生成蘋果酸）（延胡索酸生成蘋果酸） 在生物氧化中，脫氫氧化在生物氧化中，脫氫氧化和加水脫氫氧化反應(yīng)是物質(zhì)和加

13、水脫氫氧化反應(yīng)是物質(zhì)氧化的主要形式。氧化的主要形式。COCO2 2的生成的生成 方式方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)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-NH2RH2O的生成的生成 代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載代謝物在脫氫酶催化下脫

14、下的氫由相應(yīng)的氫載體所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給體所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成氧而生成H H2 2O O 。從底物直接脫水。從底物直接脫水。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+一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、電子傳遞呼吸鏈的概念二、電子傳遞呼吸鏈的概念三、呼吸鏈的組成三、呼吸鏈的組成四、機(jī)體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈及其功能四、機(jī)體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈及其功能ATP的產(chǎn)生的產(chǎn)生電子傳遞體系（呼吸鏈）電子傳遞體系（呼吸鏈）一、線粒體結(jié)構(gòu)一、線粒體結(jié)構(gòu)線粒體的

15、功能特點(diǎn)線粒體的功能特點(diǎn)v外膜對大多數(shù)小分子物質(zhì)和離子可通透，外膜對大多數(shù)小分子物質(zhì)和離子可通透，v內(nèi)膜內(nèi)膜須依賴膜上的特殊載體選擇性地運(yùn)載物質(zhì)須依賴膜上的特殊載體選擇性地運(yùn)載物質(zhì)進(jìn)出。進(jìn)出。v基質(zhì)基質(zhì)中含有全部與有機(jī)酸氧化分解有關(guān)的酶。中含有全部與有機(jī)酸氧化分解有關(guān)的酶。v內(nèi)膜內(nèi)膜上存在著多種酶與輔酶組成的電子傳遞鏈，上存在著多種酶與輔酶組成的電子傳遞鏈，或稱或稱呼吸鏈呼吸鏈。v內(nèi)膜上的內(nèi)膜上的ATPATP合成酶利用電子傳遞過程釋放的能合成酶利用電子傳遞過程釋放的能量合成量合成ATPATP，完成線粒體的供能作用。，完成線粒體的供能作用。二、線粒體呼吸鏈的概念二、線粒體呼吸鏈的概念v呼吸鏈（呼

16、吸鏈（respiratatory respiratatory chainchain）由供氫體、傳遞體、）由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應(yīng)的酶系統(tǒng)所組受氫體以及相應(yīng)的酶系統(tǒng)所組成的這種代謝途徑一般稱為生成的這種代謝途徑一般稱為生物氧化還原鏈。如果受氫體是物氧化還原鏈。如果受氫體是氧，則稱為呼吸鏈。氧，則稱為呼吸鏈。v線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化的場所，底物在這里氧化所產(chǎn)的場所，底物在這里氧化所產(chǎn)生的生的NADHNADH和和FADHFADH2 2將質(zhì)子和電將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過一系列氫載體和電子載體的傳一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳

17、遞給遞，最后傳遞給O O2 2生成生成H H2 2O O。機(jī)體中兩條主要的呼吸鏈機(jī)體中兩條主要的呼吸鏈vNADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈v琥珀酸（琥珀酸（FADHFADH2 2) )氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 是細(xì)胞內(nèi)最主要的呼吸鏈，因?yàn)樯镅趸^程中絕大是細(xì)胞內(nèi)最主要的呼吸鏈，因?yàn)樯镅趸^程中絕大多數(shù)脫氫酶都是以多數(shù)脫氫酶都是以NADNAD+ +為輔酶，當(dāng)這些酶催化代謝物脫為輔酶，當(dāng)這些酶催化代謝物脫氫后，脫下來的氫使氫后，脫下來的氫使NADNAD+ +轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镹ADHNADH，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。NADHNADH呼吸鏈各成員的排

18、呼吸鏈各成員的排列見圖列見圖 這個(gè)呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復(fù)合體、這個(gè)呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復(fù)合體、CoQCoQ和細(xì)胞色素和細(xì)胞色素組成。其中琥珀酸脫氫酶復(fù)合體包括組成。其中琥珀酸脫氫酶復(fù)合體包括FADFAD、鐵硫中心和、鐵硫中心和另一種細(xì)胞色素另一種細(xì)胞色素b b（稱為（稱為b b558558）。琥珀酸氧化呼吸鏈的電）。琥珀酸氧化呼吸鏈的電子傳遞途徑如圖：子傳遞途徑如圖：三、呼吸鏈的組成三、呼吸鏈的組成v復(fù)合物復(fù)合物：NADH-CoQNADH-CoQ還原酶（還原酶（NADHNADH脫氫酶）脫氫酶）v復(fù)合物復(fù)合物：琥珀酸：琥珀酸-CoQ-CoQ還原酶（琥珀酸脫氫酶）還原酶（琥珀酸脫氫酶）v復(fù)合物復(fù)合

19、物：CoQ-CoQ-細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c還原酶還原酶v復(fù)合物復(fù)合物細(xì)胞色素氧化酶其中細(xì)胞色素氧化酶其中NADHNADH呼吸鏈由復(fù)合物呼吸鏈由復(fù)合物I I、復(fù)合物、復(fù)合物、復(fù)合物、復(fù)合物、泛醌、細(xì)胞色素、泛醌、細(xì)胞色素c c組成；組成；FADH2FADH2呼吸鏈?zhǔn)怯蓮?fù)合物呼吸鏈?zhǔn)怯蓮?fù)合物、復(fù)合物、復(fù)合物、復(fù)合物、復(fù)合物、泛醌、細(xì)胞色素泛醌、細(xì)胞色素c c組成。組成。電電子子傳傳遞遞鏈鏈標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)氧氧化化還還原原自自由由能能變變化化NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFADFe-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)合體復(fù)合體 I

20、復(fù)合物復(fù)合物 IIINADH脫氫酶脫氫酶細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶還原酶細(xì)胞色素細(xì)胞色素C氧化酶氧化酶琥珀酸琥珀酸-輔酶輔酶Q還原酶還原酶-0.2-0.400.20.40.60.8E0/V復(fù)合物復(fù)合物vNADHNADH Q Q還原酶還原酶, , 即復(fù)合物即復(fù)合物I I，它的作用是催化，它的作用是催化NADHNADH的氧化脫的氧化脫氫以及氫以及Q Q的還原，在電子傳遞鏈中共有的還原，在電子傳遞鏈中共有3 3個(gè)質(zhì)子泵，該酶是第個(gè)質(zhì)子泵，該酶是第一個(gè)質(zhì)子泵。一個(gè)質(zhì)子泵。輔基為輔基為FMNFMN、FADFAD，均能脫氫和加氫，為遞氫體和電，均能脫氫和加氫，為遞氫體和電子傳遞體，能傳遞子傳遞體，能傳遞2

21、2個(gè)個(gè)H+H+和和2 2個(gè)個(gè)e-e-。v鐵硫蛋白是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與鐵硫蛋白是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與NADHNADH Q Q還原還原酶的其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在，通過酶的其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在，通過Fe3+ Fe3+ Fe2+ Fe2+ 變化起傳遞電子的作用。變化起傳遞電子的作用。v泛醌是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性泛醌是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性醌類化合物。很容易接受電子和質(zhì)子，還原成醌類化合物。很容易接受電子和質(zhì)子，還原成QH2QH2（還原（還原型）；型）；QH2QH2也容易給出電子和質(zhì)子，重新氧化成也容易

22、給出電子和質(zhì)子，重新氧化成Q Q。因此，它。因此，它在線粒體呼吸鏈中作為電子和質(zhì)子的傳遞體。在線粒體呼吸鏈中作為電子和質(zhì)子的傳遞體。復(fù)合物復(fù)合物IIIIv琥珀酸琥珀酸-Q-Q還原酶（復(fù)合物還原酶（復(fù)合物IIII）的作用是催化）的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和琥珀酸的脫氫氧化和Q Q的還原。的還原。復(fù)合物復(fù)合物IIIIIIv簡寫為簡寫為QH2-cyt.cQH2-cyt.c還原酶還原酶, , 即復(fù)合物即復(fù)合物III, III, 它是線粒它是線粒體內(nèi)膜上的一種跨膜蛋白復(fù)合物，其作用是催化還體內(nèi)膜上的一種跨膜蛋白復(fù)合物，其作用是催化還原型原型QH2QH2的氧化和細(xì)胞色素的氧化和細(xì)胞色素c c（cyt.

23、ccyt. c）的還原。）的還原。v QH2-cyt.cQH2-cyt.c還原酶由還原酶由9 9個(gè)多肽亞基組成。活性部分主個(gè)多肽亞基組成。活性部分主要包括細(xì)胞色素要包括細(xì)胞色素b b 和和c1c1，以及鐵硫蛋白（，以及鐵硫蛋白（2Fe-2S2Fe-2S）。）。復(fù)合物復(fù)合物IVIV 細(xì)胞色素屬于色蛋白類的結(jié)合蛋白質(zhì)，輔基細(xì)胞色素屬于色蛋白類的結(jié)合蛋白質(zhì)，輔基是鐵卟啉的衍生物，因其有顏色又普遍存在是鐵卟啉的衍生物，因其有顏色又普遍存在于細(xì)胞內(nèi)，故稱為細(xì)胞色素。根據(jù)其結(jié)構(gòu)與于細(xì)胞內(nèi)，故稱為細(xì)胞色素。根據(jù)其結(jié)構(gòu)與吸收光譜的不同可將細(xì)胞色素分為吸收光譜的不同可將細(xì)胞色素分為a a、b b和和c c三三類

24、。類。細(xì)胞色素屬于電子傳遞體。細(xì)胞色素屬于電子傳遞體。 細(xì)胞色素細(xì)胞色素c 的結(jié)構(gòu)示意圖的結(jié)構(gòu)示意圖ATPATP的生成與調(diào)節(jié)的生成與調(diào)節(jié)v底物水平磷酸化底物水平磷酸化v電子傳遞氧化磷酸化電子傳遞氧化磷酸化v線粒體外線粒體外NADHNADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 底物水平磷酸化是指代謝物在氧化分解過程底物水平磷酸化是指代謝物在氧化分解過程中，有少數(shù)反應(yīng)步驟由于脫氫或脫水而引起分中，有少數(shù)反應(yīng)步驟由于脫氫或脫水而引起分子內(nèi)部能量重新分布，形成了某些高能磷酸鍵，子內(nèi)部能量重新分布，形成了某些高能磷酸鍵，它可轉(zhuǎn)移給它可轉(zhuǎn)移給ADPADP形成形成ATPATP的過程。的過程

25、。氧化磷酸化氧化磷酸化 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ATPATP（即（即ADP+PADP+Pi iATPATP）, ,這種氧化放能和這種氧化放能和ATPATP生生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化。成（磷酸化）相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化。ADP + Pi ATP + H ATP + 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(jī)磷酸（呼吸過程中無機(jī)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）消耗量的比值稱為磷氧比。的比值稱為磷氧比。P/O

26、P/O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)生的的ATPATP分子數(shù)。分子數(shù)。NADHNADHFADHFADH2 2O O2 212H H2 2O OH H2 2O O例例 NADHNADH呼吸鏈呼吸鏈： P/O 3（2.5）ADP+ADP+PiPi ATP ATPFADHFADH2 2呼吸鏈呼吸鏈： P/O 2 （1.5）O O2 2122e-2e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATP氧化磷酸化的偶聯(lián)部位氧化磷酸化的偶

27、聯(lián)部位 注意：生物氧化的能量是通過氫離子轉(zhuǎn)換的注意：生物氧化的能量是通過氫離子轉(zhuǎn)換的 在在NADHNADH呼吸鏈呼吸鏈，通過氧化磷酸化產(chǎn)生能量的有，通過氧化磷酸化產(chǎn)生能量的有3 3個(gè)部個(gè)部位（見圖）。從位（見圖）。從NADHNADH來的一對電子傳遞到氧上，經(jīng)過來的一對電子傳遞到氧上，經(jīng)過這這3 3個(gè)偶聯(lián)部位，生成個(gè)偶聯(lián)部位，生成3 3分子分子ATPATP（復(fù)合物復(fù)合物1 1、2 2、3 3）。）。氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理 化學(xué)偶聯(lián)假說：化學(xué)偶聯(lián)假說：在在19531953年提出的，認(rèn)為在電子傳遞過年提出的，認(rèn)為在電子傳遞過程中生成高能中間物，再由高能中間物裂解釋放的能量程中生成高

28、能中間物，再由高能中間物裂解釋放的能量驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)ATPATP的合成。的合成。 構(gòu)象偶聯(lián)假說：構(gòu)象偶聯(lián)假說：于于19641964年提出的，認(rèn)為電子傳遞使線年提出的，認(rèn)為電子傳遞使線粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化，推動(dòng)了粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化，推動(dòng)了ATPATP的生成。的生成。 化學(xué)滲透假說得到廣泛的實(shí)驗(yàn)支持，榮獲了化學(xué)滲透假說得到廣泛的實(shí)驗(yàn)支持，榮獲了19781978年的年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。但化學(xué)滲透假說未能解決諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。但化學(xué)滲透假說未能解決H+H+被泵到膜間被泵到膜間的機(jī)制和的機(jī)制和ATPATP合成的機(jī)制。合成的機(jī)制。內(nèi)膜內(nèi)膜F F0 0F F1 1 ATPATP酶酶e e- -ADP+

29、PiADP+Pi底物底物H H+ +ATPATPH H+ +H H+ +H H+ +基質(zhì)基質(zhì)膜間隙膜間隙電子傳遞鏈電子傳遞鏈 電子傳遞的自由能電子傳遞的自由能驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)H H+ +從線粒體基質(zhì)從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進(jìn)入到膜間跨過內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而形成隙，從而形成H H+ +跨線跨線粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯度，這個(gè)梯度的電化度，這個(gè)梯度的電化學(xué)勢學(xué)勢( ( H H+ + ) )驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)ATPATP的合成。的合成?；瘜W(xué)滲透假說化學(xué)滲透假說(chemiosmotic hypothasis(chemiosmotic hypothasis) )化學(xué)滲透假說原理示意圖化學(xué)滲透假說原理示意圖4H

30、+2H+2H+4H+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 線粒體電子傳遞和線粒體電子傳遞和H+排出的數(shù)目和途徑排出的數(shù)目和途徑H H2 2O O2 2H H+ +CytcCytcCytcCytcCytcCytcQ QFMNFMNFeSFeSFeSFeSCytcCytc1 1CytbCytbK KCytbCytbr rCytaCytaFeSFeSCytaCyta3 32 2e e- -2 2e e- -NADH+HNADH+

31、H+ +NADNAD+ +O O2 2 +2H+2H+ + H H2 2O O4 4H H+ +4 4H H+ +2 2H H+ +復(fù)合物復(fù)合物 III12v以以P/O值為依據(jù)計(jì)算氧化磷酸化產(chǎn)生的值為依據(jù)計(jì)算氧化磷酸化產(chǎn)生的ATP分子數(shù)并不準(zhǔn)確，分子數(shù)并不準(zhǔn)確，而應(yīng)考慮一對電子經(jīng)過呼吸鏈到而應(yīng)考慮一對電子經(jīng)過呼吸鏈到O2，有多少質(zhì)子從線粒體，有多少質(zhì)子從線粒體基質(zhì)泵出，因?yàn)榛|(zhì)泵出，因?yàn)锳TP的生成與泵出的質(zhì)子數(shù)有定量關(guān)系。的生成與泵出的質(zhì)子數(shù)有定量關(guān)系。v每對電子通過復(fù)合物每對電子通過復(fù)合物有有4個(gè)質(zhì)子從基質(zhì)泵出，通過復(fù)合物個(gè)質(zhì)子從基質(zhì)泵出，通過復(fù)合物有有2個(gè)質(zhì)子從基質(zhì)泵出，通過復(fù)合物個(gè)質(zhì)子

32、從基質(zhì)泵出，通過復(fù)合物有有4個(gè)質(zhì)子從基質(zhì)泵個(gè)質(zhì)子從基質(zhì)泵出。出。v合成合成1分子分子ATP需要需要3個(gè)質(zhì)子通過個(gè)質(zhì)子通過ATP合成酶返回基質(zhì)來驅(qū)動(dòng)，合成酶返回基質(zhì)來驅(qū)動(dòng)，同時(shí)，生成的同時(shí)，生成的ATP從線粒體基質(zhì)進(jìn)入胞質(zhì)還需要消耗從線粒體基質(zhì)進(jìn)入胞質(zhì)還需要消耗1個(gè)質(zhì)個(gè)質(zhì)子來運(yùn)送，所以，每產(chǎn)生子來運(yùn)送，所以，每產(chǎn)生1分子分子ATP需要需要4個(gè)質(zhì)子。個(gè)質(zhì)子。v因此，一對電子從因此，一對電子從NADH到到O2將產(chǎn)生將產(chǎn)生2.5分子分子ATP，而一對，而一對電子從電子從FADH2到到O2將產(chǎn)生將產(chǎn)生1.5分子分子ATP。 合成ATP的酶系 鑲嵌在線粒體內(nèi)膜上合成鑲嵌在線粒體內(nèi)膜上合成ATPATP的酶系

33、是一個(gè)復(fù)合物，的酶系是一個(gè)復(fù)合物，稱為稱為ATPATP合成酶或稱合成酶或稱F F0 0F F1 1ATPATP酶。它由兩個(gè)主要部分酶。它由兩個(gè)主要部分F F0 0和和F F1 1再加柄連接而構(gòu)成。再加柄連接而構(gòu)成。F F1 1即偶聯(lián)因子，呈球形，通過即偶聯(lián)因子，呈球形，通過一個(gè)柄（由蛋白質(zhì)組成）接到包埋在線粒體內(nèi)膜的柄一個(gè)柄（由蛋白質(zhì)組成）接到包埋在線粒體內(nèi)膜的柄底底F F0 0上，故又稱三聯(lián)體。上，故又稱三聯(lián)體。線粒體線粒體ATP合酶合酶氧化磷酸化的抑制劑氧化磷酸化的抑制劑v一些化合物對氧化磷酸化有抑制作用，根據(jù)其作用一些化合物對氧化磷酸化有抑制作用，根據(jù)其作用機(jī)制不同，分為解偶聯(lián)劑、磷酸化

34、抑制劑和電子傳機(jī)制不同，分為解偶聯(lián)劑、磷酸化抑制劑和電子傳遞抑制劑。遞抑制劑。解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑v解偶聯(lián)劑是指使氧化磷酸化電子傳遞過程和解偶聯(lián)劑是指使氧化磷酸化電子傳遞過程和ADPADP磷磷酸化為酸化為ATPATP過程不能發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)的物質(zhì)。過程不能發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)的物質(zhì)。v對電子傳遞過程沒有抑制作用，但抑制對電子傳遞過程沒有抑制作用，但抑制ADPADP磷酸化磷酸化生成生成ATPATP的作用，使產(chǎn)能過程和貯能過程相脫離，的作用，使產(chǎn)能過程和貯能過程相脫離，使電子傳遞產(chǎn)生的自由能都變?yōu)闊崮?。使電子傳遞產(chǎn)生的自由能都變?yōu)闊崮?。v目前已發(fā)現(xiàn)了多種解偶聯(lián)劑，如目前已發(fā)現(xiàn)了多種解偶聯(lián)劑，如2 2，4-4-二硝

35、基苯酚二硝基苯酚（2,4-DNP2,4-DNP）、雙香豆素等。）、雙香豆素等。氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑v作用特點(diǎn)抑制氧的利用又抑制作用特點(diǎn)抑制氧的利用又抑制ATPATP的形成，但不直的形成，但不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。氧化磷酸化抑制接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。氧化磷酸化抑制劑的作用是直接干擾劑的作用是直接干擾ATPATP的生成過程，結(jié)果使電子的生成過程，結(jié)果使電子傳遞不能進(jìn)行。傳遞不能進(jìn)行。v寡霉素屬于這類抑制劑。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)在線粒體懸寡霉素屬于這類抑制劑。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)在線粒體懸浮液中，加入寡霉素后，再加入浮液中，加入寡霉素后，再加入ADPADP，不見有刺激，不見有刺激活性的

36、作用發(fā)生，這時(shí)若加入活性的作用發(fā)生，這時(shí)若加入DNPDNP解偶聯(lián)試劑，則解偶聯(lián)試劑，則可看到呼吸作用立即加快，表明寡霉素對利用氧的可看到呼吸作用立即加快，表明寡霉素對利用氧的抑制作用可被解偶聯(lián)試劑解除。抑制作用可被解偶聯(lián)試劑解除。電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑v阻斷電子傳遞鏈上某一部位的電子傳遞的物質(zhì)。由阻斷電子傳遞鏈上某一部位的電子傳遞的物質(zhì)。由于電子傳遞阻斷使物質(zhì)氧化過程中斷，磷酸化則無于電子傳遞阻斷使物質(zhì)氧化過程中斷，磷酸化則無法進(jìn)行，故電子傳遞抑制劑同樣也可抑制氧化磷酸法進(jìn)行，故電子傳遞抑制劑同樣也可抑制氧化磷酸化?；?。v魚藤酮、阿密妥、粉蝶霉素魚藤酮、阿密妥、粉蝶霉素A A等，該類抑制

37、劑專一等，該類抑制劑專一結(jié)合于結(jié)合于NADH-CoQNADH-CoQ還原酶中的鐵硫蛋白上，從而阻斷還原酶中的鐵硫蛋白上，從而阻斷電子傳遞。電子傳遞。v抗霉素抗霉素A A具有阻斷電子從細(xì)胞色素具有阻斷電子從細(xì)胞色素b b到細(xì)胞色素到細(xì)胞色素c1c1的的傳遞作用。傳遞作用。v氰化物（氰化物（CNCN）、）、COCO及及N3N3等，該類抑制劑可與氧等，該類抑制劑可與氧化型的細(xì)胞色素氧化酶牢固地結(jié)合，阻斷電子傳至化型的細(xì)胞色素氧化酶牢固地結(jié)合，阻斷電子傳至氧的作用。氧的作用。 電子傳遞電子傳遞 抑制劑抑制劑NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe

38、-S琥珀酸琥珀酸復(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 III魚藤酮魚藤酮安密妥安密妥抗霉素抗霉素A氰化物氰化物CO抗霉素抗霉素 A的的抑制部位抑制部位NAD FP Q b c aa3NAD FP Q b c aa3呼吸鏈的比擬圖解呼吸鏈的比擬圖解線粒體外線粒體外NADH的氧化磷酸化作用的氧化磷酸化作用l蘋果酸蘋果酸天冬氨酸穿梭系統(tǒng)天冬氨酸穿梭系統(tǒng)l異檸檬酸穿梭系統(tǒng)異檸檬酸穿梭系統(tǒng)l磷酸甘油穿梭系統(tǒng)磷酸甘油穿梭系統(tǒng) 酵解酵解（細(xì)胞質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化氧化磷酸化 （線粒體）（線粒體）磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用v胞液中的胞液中的NADHNADH在在磷酸甘油脫氫酶（輔酶為磷酸甘油脫氫酶（輔酶為NAD+NAD+）催化下，）催化下，將磷酸二羥丙酮還原生成將磷酸二羥丙酮還原生成- -磷酸甘油，后者可以容易地進(jìn)磷酸甘油，后者可以容易地進(jìn)入線粒體內(nèi)膜，在線粒體內(nèi)膜上的入線粒體內(nèi)膜，在線粒