生物化學(xué)課件-生物氧化

生物氧化BiologicalOxidation第6章生物氧化BiologicalOxidation第6章1糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能生物氧化的概念物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化(biologicaloxidation)，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CO2和H2O的過程。生命活動(dòng)維持體溫糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能ADP+PiATP熱能生物2生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，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)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物(CO2，H2O)和釋放能量均相同。生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫3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)4糖原甘油三酯蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2生物氧化的一般過程N(yùn)ADH+H+FADH2糖原甘油三酯蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC5第一節(jié)生成ATP的氧化磷酸化體系第二節(jié)其他不生成ATP的氧化體系本章主要內(nèi)容第一節(jié)生成ATP的氧化磷酸化體系本章主要內(nèi)容6生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing第一節(jié)生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidativePho7定義組成一、氧化呼吸鏈遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）指線粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列具有電子傳遞功能的酶復(fù)合體，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。這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。定義組成一、氧化呼吸鏈遞氫體和電子傳遞體（2H2H+8（一）氧化呼吸鏈的組成酶復(fù)合體是線粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存在形式，所含各組分具體完成電子傳遞過程。電子傳遞過程釋放的能量驅(qū)動(dòng)H+移出線粒體內(nèi)膜，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐑?nèi)膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成（一）氧化呼吸鏈的組成酶復(fù)合體是線粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存9人線粒體呼吸鏈復(fù)合體人線粒體呼吸鏈復(fù)合體10ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+

FADFADH2

1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜eeeee呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置泛醌CoQ和Cytc均不包含在上述四種復(fù)合體中ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+111、復(fù)合體I：NADH-泛醌還原酶電子傳遞過程：NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQ每傳遞2個(gè)電子可將4個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅰ有質(zhì)子泵功能。作用：將NADH+H+中的電子傳遞給泛醌(ubiquinone)1、復(fù)合體I：NADH-泛醌還原酶電子傳遞過程：每傳遞2個(gè)12復(fù)合體I的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2NADHNAD+FMN4Fe-4SQ2Fe-2SQH2QH22e-2H+黃素蛋白鐵硫蛋白疏水蛋白胞漿側(cè)基質(zhì)側(cè)復(fù)合體I的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH2132、復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸-泛醌還原酶復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶。電子傳遞：琥珀酸→FAD→幾種Fe-S→CoQ復(fù)合體Ⅱ沒有H+泵的功能。功能：將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。2、復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸-泛醌還原酶復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀14生物化學(xué)課件-生物氧化153、復(fù)合體Ⅲ：泛醌-細(xì)胞色素c還原酶泛醌從復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ募集還原當(dāng)量和電子并穿梭傳遞到復(fù)合體Ⅲ。電子傳遞過程：CoQH2→(Cytb562→Cytb566)→Fe-S→Cytc1→Cytc功能：將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素c。3、復(fù)合體Ⅲ：泛醌-細(xì)胞色素c還原酶泛醌從復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ募集16生物化學(xué)課件-生物氧化17復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過“Q循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。復(fù)合體Ⅲ每傳遞2個(gè)電子向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放4個(gè)H+，復(fù)合體Ⅲ也有質(zhì)子泵作用。Cytc是呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白，不包含在復(fù)合體中。將獲得的電子傳遞到復(fù)合體Ⅳ。復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過“Q循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。復(fù)合體Ⅲ每傳遞2個(gè)電子184、復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素c氧化酶Cyta3–CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給O2。每2個(gè)電子傳遞過程使2個(gè)H+跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移。電子傳遞：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3-CuB→O2功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2。4、復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素c氧化酶Cyta3–CuB形成活性雙19生物化學(xué)課件-生物氧化20（二）氧化呼吸鏈組分1、NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22、琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2交匯點(diǎn)（二）氧化呼吸鏈組分1、NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ21NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈乳酸、丙酮酸、異檸檬酸、-酮戊二酸、蘋果酸、-羥脂酰CoA、-羥丁酸等琥珀酸-磷酸甘油（線粒體）脂酰CoA等NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy22ATP生成方式二、氧化磷酸化底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分子的高能鍵，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的過程。不經(jīng)電子傳遞。氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。ATP生成方式二、氧化磷酸化底物水平磷酸化(substra23P/O比值指氧化磷酸化過程中，每消耗1/2摩爾O2所生成ATP的摩爾數(shù)（或一對(duì)電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數(shù)）。線粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/O比值可生成的ATP-羥丁酸NAD+→復(fù)合體I→CoQ→復(fù)合體III→Cytc→復(fù)合體IV→O22.52.5琥珀酸復(fù)合體II→CoQ→復(fù)合體III→Cytc→復(fù)合體IV→O21.51.5抗壞血酸Cytc→復(fù)合體IV→O20.881細(xì)胞色素c(Fe2+)復(fù)合體IV→O20.61-0.681P/O比值指氧化磷酸化過程中，每消耗1/2摩爾O2所生成A24ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、ⅣATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN琥珀酸FA25化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H+)從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesi26ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)++++++++++---------復(fù)合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能。ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+27即復(fù)合體VATP合酶F1：親水部分線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)顆粒狀突起，催化ATP合成。F0：疏水部分鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成跨內(nèi)膜質(zhì)子通道。即復(fù)合體VATP合酶F1：親水部分F0：疏水部分281.呼吸鏈抑制劑2.解偶聯(lián)劑3.氧化磷酸化抑制劑（ATP合酶抑制劑）三、影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑1.呼吸鏈抑制劑三、影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑291、呼吸鏈抑制劑抑制復(fù)合體I：魚藤酮、粉蝶霉素A及異戊巴比妥等阻斷傳遞電子到泛醌。抑制復(fù)合體II：萎銹靈抑制復(fù)合體Ⅲ：抗霉素A阻斷CytbH傳遞電子到泛醌；粘噻唑菌醇則作用QP位點(diǎn)。抑制復(fù)合體Ⅳ：CN-、N3-緊密結(jié)合氧化型Cyta3，阻斷電子由Cyta到CuB-Cyta3間傳遞。

CO與還原型Cyta3結(jié)合，阻斷電子傳遞給O2阻斷呼吸鏈某些部位的電子傳遞。1、呼吸鏈抑制劑抑制復(fù)合體I：魚藤酮、粉蝶霉素A及異戊巴比妥30NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy31破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)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(jī)制是破壞電子傳遞過程建立的跨內(nèi)膜的質(zhì)子電化學(xué)梯度，使電化學(xué)梯度儲(chǔ)存的能量以熱能形式釋放，ATP的生成受到抑制。如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein,UCP1)。2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度解偶聯(lián)劑(uncoup32解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能

H+

H+ADP+PiATP基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F33同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可結(jié)合F0單位，二環(huán)己基碳二亞胺(dicyclohexylcarbodiimide,DCCP)共價(jià)結(jié)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(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功能，繼而抑制電子傳遞3、ATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷34寡霉素(oligomycin)ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成。寡霉素寡霉素(oligomycin)ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻35ADP可促進(jìn)氧化磷酸化的速率。（二）ADP的調(diào)節(jié)作用（三）甲狀腺激素刺激（四）線粒體DNA突變(mtDNA)Na+,K+-ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。影響氧化磷酸化，使ATP生成減少而致病。ADP可促進(jìn)氧化磷酸化的速率。（二）ADP的調(diào)節(jié)作用（三）36ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物四、ATP的核心作用ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸鍵水37幾種常見的高能化合物通式舉例釋放能量kcal/mol磷酸肌酸-10.5磷酸烯醇式丙酮酸-14.8乙酰磷酸-10.1ATP、GTP、UTP、CTP-7.3乙酰CoA-7.5

NH

‖R—C—N~PO3H2︳H

O

‖RC~SCoA

OO

‖

‖—P—O~P—OH︳︳OHOH

O

‖RC—O~PO3H2

CH

‖RC—O~PO3H2幾種常見的高能化合物通式舉例釋放能量kcal/mol磷酸肌酸38五、線粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜通透性高，線粒體對(duì)物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。五、線粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜通透性高，線39線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能胞漿線粒體基質(zhì)-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋果酸-酮戊二酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白谷氨酸天冬氨酸磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H2PO4-+H+H2PO4-+H+ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ADP3-ATP4-單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白丙酮酸OH-二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白HPO42-蘋果酸三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋果酸檸檬酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白鳥氨酸瓜氨酸肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白脂酰肉堿肉堿線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能胞漿線粒體基質(zhì)-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)40-磷酸甘油穿梭蘋果酸-天冬氨酸穿梭轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：（一）胞漿中NADH的氧化胞漿中NADH必須經(jīng)一定穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。-磷酸甘油穿梭轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：（一）胞漿中NADH的氧化胞漿中N411、-磷酸甘油穿梭機(jī)制-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌中1、-磷酸甘油穿梭機(jī)制-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌422、蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制主要存在于肝和心肌中2、蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制主要存在43（二）ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶促進(jìn)ADP進(jìn)入和ATP移出緊密偶聯(lián)（二）ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ATP-ADP44其他不生成ATP的氧化體系TheOthersOxidativeEnzymeSystemswithoutATPProducing第二節(jié)其他不生成ATP的氧化體系TheOthersOxidat45反應(yīng)活性氧類(reactiveoxygenspecies,ROS)O2e-O·-2e-+2H+H2O2e-+H+OH·H2Oe-+H+H2O反應(yīng)活性氧類一、抗氧化酶體系抗氧化酶體系有清除反應(yīng)活性氧類的功能反應(yīng)活性氧類(reactiveoxygenspecie46ROS主要來源線粒體：氧化呼吸鏈?zhǔn)求w內(nèi)O·-2（超氧陰離子）的主要來源；

O·-2在線粒體中再生成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和羥自由基·OH。胞漿需氧脫氫酶（如黃嘌呤氧化酶等）也可催化生成O·-2。細(xì)菌感染、組織缺氧等病理過程，環(huán)境、藥物等外源因素也可導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生活性氧類。ROS主要來源線粒體：氧化呼吸鏈?zhǔn)求w內(nèi)O·-2（超氧陰離子）47需氧脫氫酶和氧化酶需氧脫氫酶和氧化酶48抗氧化酶體系1、過氧化氫酶(catalase)2H2O22H2O+O2

過氧化氫酶

又稱觸酶，其輔基含4個(gè)血紅素抗氧化酶體系1、過氧化氫酶(catalase)2H2O2492、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathioneperoxidase,GPx)H2O2+2GSH→2H2O+GS-SG2GSH+R-O-OH→GS-SG+H2O+R-OH可去除細(xì)胞生長(zhǎng)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。2、谷胱甘肽過氧化物酶H2O2+2GSH→2H250H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G-SHG-S-S-GNADP+NADPH+H+此類酶可保護(hù)生物膜及血紅蛋白免遭損傷。谷胱甘肽還原酶含硒的谷胱甘肽過氧化物酶谷胱甘肽過氧化物酶H2O2H2O2G-SHG-S-S-GNADP+NADPH512O2﹣+2H+SODH2O2+O2H2O+O2過氧化氫酶SOD：超氧化物歧化酶(superoxidedismutase)3、超氧化物歧化酶(SOD)2O2﹣+2H+SODH2O2+O2H2O+52RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O上述反應(yīng)需要細(xì)胞色素P450(CytP450)參與。二、細(xì)胞色素P450單加氧酶細(xì)胞色素P450單加氧酶(cytochromeP450monooxygenase)，又稱混合功能氧化酶(mixed-functionoxidase)或羥化酶(hydroxylase)微粒體細(xì)胞色素P450單加氧酶催化底物分子羥基化RH+NADPH+H++O2ROH+NA53細(xì)胞色素P450單加氧酶作用機(jī)制細(xì)胞色素P450單加氧酶作用機(jī)制54掌握底物水平磷酸化和氧化磷酸化的概念呼吸鏈的概念、種類、排列順序及ATP生成部位。掌握P/O比值的概念，生物氧化概念，掌握兩種穿梭方式。熟悉抑制劑對(duì)呼吸鏈抑制作用的部位。ATP的生成、高能化合物。了解化學(xué)滲透假說的內(nèi)容復(fù)習(xí)要點(diǎn)掌握底物水平磷酸化和氧化磷酸化的概念復(fù)習(xí)要點(diǎn)55生物氧化BiologicalOxidation第6章生物氧化BiologicalOxidation第6章56糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能生物氧化的概念物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化(biologicaloxidation)，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CO2和H2O的過程。生命活動(dòng)維持體溫糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能ADP+PiATP熱能生物57生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，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)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物(CO2，H2O)和釋放能量均相同。生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫58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)59糖原甘油三酯蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2生物氧化的一般過程N(yùn)ADH+H+FADH2糖原甘油三酯蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC60第一節(jié)生成ATP的氧化磷酸化體系第二節(jié)其他不生成ATP的氧化體系本章主要內(nèi)容第一節(jié)生成ATP的氧化磷酸化體系本章主要內(nèi)容61生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing第一節(jié)生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidativePho62定義組成一、氧化呼吸鏈遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）指線粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的一系列具有電子傳遞功能的酶復(fù)合體，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。這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。定義組成一、氧化呼吸鏈遞氫體和電子傳遞體（2H2H+63（一）氧化呼吸鏈的組成酶復(fù)合體是線粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存在形式，所含各組分具體完成電子傳遞過程。電子傳遞過程釋放的能量驅(qū)動(dòng)H+移出線粒體內(nèi)膜，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐑?nèi)膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成（一）氧化呼吸鏈的組成酶復(fù)合體是線粒體內(nèi)膜氧化呼吸鏈的天然存64人線粒體呼吸鏈復(fù)合體人線粒體呼吸鏈復(fù)合體65ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+

FADFADH2

1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜eeeee呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置泛醌CoQ和Cytc均不包含在上述四種復(fù)合體中ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+661、復(fù)合體I：NADH-泛醌還原酶電子傳遞過程：NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQ每傳遞2個(gè)電子可將4個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅰ有質(zhì)子泵功能。作用：將NADH+H+中的電子傳遞給泛醌(ubiquinone)1、復(fù)合體I：NADH-泛醌還原酶電子傳遞過程：每傳遞2個(gè)67復(fù)合體I的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2NADHNAD+FMN4Fe-4SQ2Fe-2SQH2QH22e-2H+黃素蛋白鐵硫蛋白疏水蛋白胞漿側(cè)基質(zhì)側(cè)復(fù)合體I的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH2682、復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸-泛醌還原酶復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶。電子傳遞：琥珀酸→FAD→幾種Fe-S→CoQ復(fù)合體Ⅱ沒有H+泵的功能。功能：將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。2、復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸-泛醌還原酶復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀69生物化學(xué)課件-生物氧化703、復(fù)合體Ⅲ：泛醌-細(xì)胞色素c還原酶泛醌從復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ募集還原當(dāng)量和電子并穿梭傳遞到復(fù)合體Ⅲ。電子傳遞過程：CoQH2→(Cytb562→Cytb566)→Fe-S→Cytc1→Cytc功能：將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素c。3、復(fù)合體Ⅲ：泛醌-細(xì)胞色素c還原酶泛醌從復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ募集71生物化學(xué)課件-生物氧化72復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過“Q循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。復(fù)合體Ⅲ每傳遞2個(gè)電子向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放4個(gè)H+，復(fù)合體Ⅲ也有質(zhì)子泵作用。Cytc是呼吸鏈唯一水溶性球狀蛋白，不包含在復(fù)合體中。將獲得的電子傳遞到復(fù)合體Ⅳ。復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞通過“Q循環(huán)”實(shí)現(xiàn)。復(fù)合體Ⅲ每傳遞2個(gè)電子734、復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素c氧化酶Cyta3–CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給O2。每2個(gè)電子傳遞過程使2個(gè)H+跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移。電子傳遞：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3-CuB→O2功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2。4、復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素c氧化酶Cyta3–CuB形成活性雙74生物化學(xué)課件-生物氧化75（二）氧化呼吸鏈組分1、NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22、琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2交匯點(diǎn)（二）氧化呼吸鏈組分1、NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ76NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈乳酸、丙酮酸、異檸檬酸、-酮戊二酸、蘋果酸、-羥脂酰CoA、-羥丁酸等琥珀酸-磷酸甘油（線粒體）脂酰CoA等NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy77ATP生成方式二、氧化磷酸化底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分子的高能鍵，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的過程。不經(jīng)電子傳遞。氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。ATP生成方式二、氧化磷酸化底物水平磷酸化(substra78P/O比值指氧化磷酸化過程中，每消耗1/2摩爾O2所生成ATP的摩爾數(shù)（或一對(duì)電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數(shù)）。線粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/O比值可生成的ATP-羥丁酸NAD+→復(fù)合體I→CoQ→復(fù)合體III→Cytc→復(fù)合體IV→O22.52.5琥珀酸復(fù)合體II→CoQ→復(fù)合體III→Cytc→復(fù)合體IV→O21.51.5抗壞血酸Cytc→復(fù)合體IV→O20.881細(xì)胞色素c(Fe2+)復(fù)合體IV→O20.61-0.681P/O比值指氧化磷酸化過程中，每消耗1/2摩爾O2所生成A79ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、ⅣATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN琥珀酸FA80化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H+)從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesi81ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)++++++++++---------復(fù)合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能。ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+82即復(fù)合體VATP合酶F1：親水部分線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)顆粒狀突起，催化ATP合成。F0：疏水部分鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中，形成跨內(nèi)膜質(zhì)子通道。即復(fù)合體VATP合酶F1：親水部分F0：疏水部分831.呼吸鏈抑制劑2.解偶聯(lián)劑3.氧化磷酸化抑制劑（ATP合酶抑制劑）三、影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑1.呼吸鏈抑制劑三、影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑841、呼吸鏈抑制劑抑制復(fù)合體I：魚藤酮、粉蝶霉素A及異戊巴比妥等阻斷傳遞電子到泛醌。抑制復(fù)合體II：萎銹靈抑制復(fù)合體Ⅲ：抗霉素A阻斷CytbH傳遞電子到泛醌；粘噻唑菌醇則作用QP位點(diǎn)。抑制復(fù)合體Ⅳ：CN-、N3-緊密結(jié)合氧化型Cyta3，阻斷電子由Cyta到CuB-Cyta3間傳遞。

CO與還原型Cyta3結(jié)合，阻斷電子傳遞給O2阻斷呼吸鏈某些部位的電子傳遞。1、呼吸鏈抑制劑抑制復(fù)合體I：魚藤酮、粉蝶霉素A及異戊巴比妥85NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy86破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)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(jī)制是破壞電子傳遞過程建立的跨內(nèi)膜的質(zhì)子電化學(xué)梯度，使電化學(xué)梯度儲(chǔ)存的能量以熱能形式釋放，ATP的生成受到抑制。如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein,UCP1)。2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度解偶聯(lián)劑(uncoup87解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能

H+

H+ADP+PiATP基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F88同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可結(jié)合F0單位，二環(huán)己基碳二亞胺(dicyclohexylcarbodiimide,DCCP)共價(jià)結(jié)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(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功能，繼而抑制電子傳遞3、ATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷89寡霉素(oligomycin)ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成。寡霉素寡霉素(oligomycin)ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻90ADP可促進(jìn)氧化磷酸化的速率。（二）ADP的調(diào)節(jié)作用（三）甲狀腺激素刺激（四）線粒體DNA突變(mtDNA)Na+,K+-ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。影響氧化磷酸化，使ATP生成減少而致病。ADP可促進(jìn)氧化磷酸化的速率。（二）ADP的調(diào)節(jié)作用（三）91ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物四、ATP的核心作用ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸鍵水92幾種常見的高能化合物通式舉例釋放能量kcal/mol磷酸肌酸-10.5磷酸烯醇式丙酮酸-14.8乙酰磷酸-10.1ATP、GTP、UTP、CTP-7.3乙酰CoA-7.5

NH

‖R—C—N~PO3H2︳H

O

‖RC~SCoA

OO

‖

‖—P—O~P—OH︳︳OHOH

O

‖RC—O~PO3H2

CH

‖RC—O~PO3H2幾種常見的高能化合物通式舉例釋放能量kcal/mol磷酸肌酸93五、線粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜通透性高，線粒體對(duì)物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。五、線粒體內(nèi)膜對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜通透性高，線94線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能胞漿線粒體基質(zhì)-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋果酸-酮戊二酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白谷氨酸天冬氨酸磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H2PO4-+H+H2PO4-+H+ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ADP3-ATP4-單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白丙酮酸OH-二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白HPO42-蘋果酸三羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋果酸檸檬酸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白鳥氨酸瓜氨酸肉堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白脂酰肉堿肉堿線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能胞漿線粒體基質(zhì)-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)95-磷酸甘油穿梭蘋果酸-天冬氨酸穿梭轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：（一）胞漿中NADH的氧化胞漿中NADH必須經(jīng)一定穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。-磷酸甘油穿梭轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：（一）胞漿中NADH的氧化胞漿中N961、-磷酸甘油穿梭機(jī)制-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌中1、-磷酸甘油穿梭機(jī)制-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌972、蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制主要存在于肝和心肌中2、蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制主要存在98（二）ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶促進(jìn)ADP進(jìn)入和ATP