生化-6生物氧化

重點：生物氧化的概念及生理意義。呼吸鏈的概念。線粒體的兩條呼吸鏈——NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈的組成成分、排列順序。氧化磷酸化的概念。難點：呼吸鏈電子傳遞機制和能量

。氧化磷酸化的偶聯(lián)機制——化學滲透假說。問題：三大營養(yǎng)素怎樣產(chǎn)生機體所需的ATP？CO

的機制？化物為什么有巨毒？機體的有害氧化性物質(zhì)（氧

基）怎樣處理？SOD蜜有用嗎？第一節(jié)生成ATP的氧化磷酸化體系The

Oxidative

PhosphorylationSystem

with

ATP

Producing（二）氧化磷酸化的機制1、化學滲透假說（chemiosmotic

hypothesis）電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側泵到內(nèi)膜胞漿側，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學梯度，度梯度回流時驅(qū)動能量。當質(zhì)子順濃與Pi生成ATP。三、氧化磷酸化(Great

Britain,

19201978Peter

D.Mitc-

1992)Glynn

Research

Laboratories,

Bodmin,Great

Britain"for

hiscontribution

to

theunderstanding

of

biological

energytransferthrough

the

formulation

of

thechemiosmotic

theory".化學滲透假說得到廣泛的實驗支持。氧化磷酸化依賴于完整封閉的線粒體內(nèi)膜；線粒體內(nèi)膜對離子高度不通透；電子傳遞鏈可驅(qū)動質(zhì)子移出線粒體基質(zhì)，形成可測定的跨內(nèi)膜電化學梯度；增加線粒體內(nèi)膜外側的酸性可促進ATP

，而減少線粒體內(nèi)質(zhì)子濃度，電子雖可傳遞，但ATP生成減少。線粒體膜線粒體基質(zhì)+

+

+

+-

-

-

-H+O2H2OH+e-+PiATP化學滲透假說示意圖ⅠⅡF0F1Cyt

cQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H++Pi

ATPH+4H+2H+4H+基質(zhì)側胞液側+

+

+

+

+

++

+

+

+-

--

Ⅲ-

-

-Ⅳ-

-H2O-電子傳遞過程中復合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能?；瘜W滲透示意圖及各種抑制劑對電子傳遞鏈的影響（三）ATP合酶與ATP的F1：親水部分（動物：α3β3γδε復合體+OSCP+IF1）線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側顆粒狀突起，催化ATP

。02

9~12F

：疏水部分（ab

c

亞基）粒體內(nèi)膜中，形成跨內(nèi)膜質(zhì)子鑲嵌

通道。ATP合酶結構組成1997（化學獎）P.

D.

Boyer（USA）闡明了ATP合酶的機理ATP合酶組成可旋轉(zhuǎn)的發(fā)

樣結構F0的2個β亞基的一端錨定F1的α亞基，另一端通過δ和α3β3穩(wěn)固結合，使a、b2和α3β3、δ亞基組成穩(wěn)定的定子部分。部分γ和ε亞基共同形成穿過α3β3間中軸，γ還與1個β亞基疏松結合作用，下端與嵌入內(nèi)膜的c亞基環(huán)緊密結合。c亞基環(huán)、γ和ε亞基組成轉(zhuǎn)子部分。質(zhì)子順梯度向基質(zhì)回流時，轉(zhuǎn)子部分相對定子部分旋轉(zhuǎn)，使ATP合酶利用

的能量

ATP。當H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個β亞基的構象發(fā)生改變。ATP合酶的工作機制ATP

的結合變構機制（binding

change

mechanism）四、氧化磷酸化的影響因素（一）氧化磷酸化抑制劑1、呼吸鏈抑制劑：阻斷氧化磷酸化的電子傳遞過程復合體Ⅰ抑制劑：魚藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidin

A）及異戊巴比妥（amobarbital）等阻斷傳遞電子到泛醌。復合體Ⅱ的抑制劑：萎銹靈（carboxin）。復合體Ⅲ抑制劑：抗霉素A（antimycin

A）阻斷Cyt

bH傳遞電子到泛醌(QN)；粘噻唑菌醇則作用

QP位點。復合體Ⅳ抑制劑：CN－、N3－緊密結合中氧化型

Cyt

a3，阻斷電子由Cyt

a到CuB-Cyt

a3間傳遞。

CO與還原型Cyt

a3結合，阻斷電子傳遞給O2。NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQ Cytb→Cyt

c→Cyt

cCytaa3

O2×魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥抗霉素A二巰基丙醇×、-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點細胞色素氧化酶是以鐵卟啉為輔基的蛋白質(zhì)，化物對細胞色素氧化酶的抑制作用，主要是CN-與細胞色素a3中的鐵離子（Fe3+）配位結合所造成?；?/p>

原理（了解）氧化型細胞色素氧化酶與CN-結合后便失去傳遞電子的能力。以至氧不能被利用、氧化磷酸化受阻、ATP減少、細胞攝取能量嚴重不足而窒息。解毒機制：高鐵血紅蛋白形成劑如亞硝酸鹽可使血紅蛋白迅速形成高鐵血紅蛋白，后者三價鐵離子能與體內(nèi)游離的或已與細胞色素氧化酶結合的基結合形成不穩(wěn)定的

化高鐵血紅蛋白，而使酶免受抑制?；哞F血紅蛋白在數(shù)分鐘又可解離出離子，故需迅速給予供硫劑如硫代硫酸鈉，使離子轉(zhuǎn)變?yōu)榈投玖蛩猁}而排出體外。不同底物和抑制劑對線粒體氧耗的影響2、解偶聯(lián)劑：破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學梯度解偶聯(lián)劑（uncoupler）可使氧化與磷酸化的偶聯(lián)相互分離，基本作用機制是破壞電子傳遞過程建立的跨內(nèi)膜的質(zhì)子電化學梯度，使電化學梯度的能量以熱能形式，ATP的生成受到抑制。例：二酚（dinitrophenol，DNP）、解偶聯(lián)蛋白（uncouplingprotein，UCP1）、甲狀腺素。解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCyt

cQ胞液側基質(zhì)側解偶聯(lián)蛋白熱能H++Pi

ATPH3、ATP合酶抑制劑：同時抑制電子傳遞和ATP的生成這類抑制劑對電子傳遞及

磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素可結合F0

單位，二環(huán)己基碳二亞胺（D

）共價結合F0的c亞基谷氨酸殘基，阻斷質(zhì)子從

F0質(zhì)子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于線粒體內(nèi)膜兩側質(zhì)子電化學梯度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功能，繼而抑制電子傳遞。寡霉素寡霉素ATP合酶結構模式圖可質(zhì)子從F0

質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成。（二）氧化磷酸化速率的主要是調(diào)節(jié)正常因素。（三）甲狀腺激素刺激機體耗氧量和產(chǎn)熱同時增加。Na+,K+-ATP酶和解偶聯(lián)蛋白

表達均增加。（四）線粒體DNA突變可影響機體氧化磷酸化功能。電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學梯度；H+m內(nèi)膜基質(zhì)側H+；H+c

內(nèi)膜胞液側H+五、線粒體內(nèi)膜的選擇性轉(zhuǎn)運功能線粒體外膜通透性高，線粒體對物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運蛋白（transporter）對各種物質(zhì)的選擇性轉(zhuǎn)運。轉(zhuǎn)運蛋白

進入線粒體

出線粒體ATP-轉(zhuǎn)位酶3-ATP4-磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白H2PO4-

+

H+二羧酸轉(zhuǎn)運蛋白HPO42-蘋果酸α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸α-酮戊二酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白谷氨酸天冬氨酸單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白酸OH-三羧酸轉(zhuǎn)運蛋白蘋果酸檸檬酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白鳥氨酸瓜氨酸肉堿轉(zhuǎn)運蛋白脂酰肉堿肉堿線粒體內(nèi)膜的某些轉(zhuǎn)運蛋白對代謝物的轉(zhuǎn)運（了解）（一）胞漿NADH的轉(zhuǎn)運胞漿中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運機制進入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運機制：α-磷酸甘油穿梭蘋果酸-天冬氨酸穿梭1、α-磷酸甘油穿梭（腦、骨骼?。㎞ADH+H+FADH2NAD+FAD線粒體內(nèi)膜線粒體外膜膜間隙線粒體基質(zhì)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈CH2O-

Pi磷酸二羥CH2OHC=OCH2O-

PiCH2OHC=OCH2O-

Piα-磷酸甘油CH2OHCHOHCH2O-

PiCH2OHCHOH2、蘋果酸-天冬氨酸穿梭（肝、心?。㎞AD+-OOC-CH2-C-COO-OOH-OOC-CH2-C-COO-HNADH+H+NAD+谷氨酸-

天冬氨酸

轉(zhuǎn)運體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運體OH-OOC-CH2-C-COO-H蘋果酸O-OOC-CH2-C-COO-草酰乙酸NADH+H+O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-α-酮戊二酸-OOC-CH2-CH2-C-COO-3H

N+H谷氨酸蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈-2OOC-CH

-C-COO-+H3NH天冬氨酸-OOC-CH2-C-COO-3H

N+H--+H3NOOC-CH2-CH2-C-COOH（二）/ATP轉(zhuǎn)運的偶聯(lián)：ATP-轉(zhuǎn)位酶F0F1胞液側基質(zhì)側腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白H+H+H+磷酸轉(zhuǎn)運蛋白

H+ATP4-

H2PO4-H2PO4-3-ATP4-3-每分子ATP4-和

3-反向轉(zhuǎn)運時，向內(nèi)膜外凈轉(zhuǎn)移1個負電荷，相當于多1個H+轉(zhuǎn)入線粒體基質(zhì)。第二節(jié)其他不生成ATP的氧化體系The

Others

Oxidative Enzyme

Systemswithout

ATP

Producing一、抗氧化酶體系——清除反應產(chǎn)生的活性氧類反應活性氧類（reactive

oxygen

species，ROS）O2e-O·-2e-+2H+H2O2e-+H+OH·e-+H+H2OH2O反應活性氧類活性氧類對細胞的損傷作用（了解）ROS

膜磷脂雙分子層中的多不飽和脂酸，使膜通透性增加。ROS使蛋白質(zhì)分子中某些氨基酸殘基氧化，發(fā)生分子斷裂、交聯(lián)和側鏈修飾。ROS

線粒體和核DNA中的堿基可引點突變或使DNA鏈斷裂。一些退行性疾病如帕金森病、老年性癡呆、享庭頓病與線粒體氧化損傷有關。ROS主要來源線粒體：氧化呼吸鏈是體內(nèi)超氧陰離子（O·-2）的主要來源，O·-2

粒體中再生成H2O2和·OH。過氧化酶體：FAD將從脂肪酸等底物獲得的電子交給O2生成H2O2和羥

基·OH。胞漿需氧脫氫酶（如黃嘌呤氧化酶等）也可催化生成O·-2。外源因素：細菌

、組織缺氧等病理過程，環(huán)境、藥物等。需氧脫氫酶和氧化酶受氫體輔酶（輔基）產(chǎn)物不需氧脫氫酶輔酶需氧脫氫酶氧化酶O2O2FMN或FAD含CuH2O2H2O抗氧化酶體系1、過氧化氫酶（catalase）又稱觸酶，其輔基含4個血紅素2H2O22H2O

+

O2過氧化氫酶2、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione

peroxidase，GPx）可去除細胞生長和代謝產(chǎn)生的H2O2和過氧化物（R-O-OH），是體內(nèi)防止活性氧類損傷主要的酶。H2O2

+

2GSH

→

2

H2O

+GS-SG2GSH

+

R-O-OH

→

GS-S