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第七章生物氧化（能量代謝）生物氧化方式和特點氧化生產(chǎn)ATP三種方式光合作用，線粒體內(nèi)氧化作用，底物水平磷酸化

經(jīng)過呼吸鏈生產(chǎn)ATP(線粒體內(nèi)）經(jīng)過呼吸鏈生產(chǎn)ATP(線粒體外）能量利用(ATP在能量利用中作用)其它氧化方式(不產(chǎn)ATP)第1頁第一節(jié)生物氧化方式和特點（1）定義：有機物在生物體內(nèi)進行氧化還原作用稱為生物氧化第2頁（2）生物氧化中物質(zhì)氧化方式氧化反應還原反應失電子脫氫加氧得電子加氫脫氧第3頁

反應條件

溫和劇烈(體溫、pH近中性)(高溫、高壓)反應過程

逐步進行酶促反應一步完成能量釋放

逐步進行瞬間釋放

（化學能、熱能）（熱能）CO2生成方式

有機酸脫羧碳和氧結(jié)合H2O(氧供體）

需要不需要速率受體內(nèi)各種原因調(diào)整

生物氧化體外燃燒（3）生物氧化與體外燃燒比較第4頁第二節(jié)生產(chǎn)ATP三種方式光合作用線粒體內(nèi)氧化作用底物水平磷酸化第5頁底物水平磷酸化

一個直接將代謝物分子中能量（磷酸基）直接轉(zhuǎn)移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）過程稱底物水平磷酸化。或：底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP過程。第6頁一經(jīng)過呼吸鏈生產(chǎn)ATP

(線粒體內(nèi)）呼吸鏈組成呼吸鏈電子傳遞呼吸鏈產(chǎn)能過程（能量計算及ATP形成）呼吸鏈阻斷第7頁(一)呼吸鏈組成第8頁第9頁

鐵硫蛋白

SS無機硫半胱氨酸硫第10頁鐵硫蛋白它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有兩個活潑無機硫和兩個鐵原子。第11頁泛醌（ubiquinone,Q）亦稱輔酶Q（CoenzymeQ,CoQ）人體中：CoQ10

1.含有很多異戊二烯側(cè)鏈醌類化合物2.脂溶性，可在線粒體內(nèi)膜中移動3.是電子傳遞體中唯一可游離存在電子載體（無蛋白）第12頁泛醌（CoQ）

泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）是游離存在于線粒體內(nèi)膜中脂溶性有機化合物，由多個異戊二烯連接形成較長疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應時可在醌型與氫醌型之間相互轉(zhuǎn)變。第13頁細胞色素細胞色素是一類以鐵鐵卟啉為輔基催化電子傳遞酶類，依據(jù)它們吸收光譜不一樣而分類。第14頁鐵卟啉輔基分子結(jié)構(gòu)第15頁(二)呼吸鏈電子傳遞第16頁第17頁電子傳遞鏈組成從線粒體內(nèi)膜上分離到四種酶復合體及輔酶Q(CoQ)和細胞色素C(Cytc)。第18頁NADH+H+NAD+ⅢⅠⅡⅣCytcQ延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜

e-e-e-e-e-第19頁第20頁第21頁第22頁復合體Ⅲ氧化還原第23頁復合體Ⅳ氧化還原第24頁(三)呼吸鏈產(chǎn)能過程第25頁MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e?O2O2-X-+IO-XHIOHH2OX~IX~IX~I頭部ATP合酶ADP+PiATP2H+X-+IO-H2O化學滲透學說-氧環(huán)回路機制第26頁化學滲透學說-質(zhì)子泵機制（復合體蛋白側(cè)鏈PKa改變）還有可能其它質(zhì)子泵出機制，當前仍在研究第27頁第28頁當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亞基構(gòu)象發(fā)生改變。ATP合酶工作機制第29頁Boyer和Walker工作

英國科學家Walker經(jīng)過x光衍射取得高分辯率牛心線粒體ATP酶晶體三維結(jié)構(gòu)，證實在ATP酶合成ATP催化循環(huán)中三個β亞基確實有不一樣構(gòu)象，從而有力地支持了Boyer假說。

Boyer和Walker共同取得1997年諾貝爾化學獎。

美國科學家Boyer為解釋ATP酶作用機理,提出旋轉(zhuǎn)催化假說，認為ATP合成酶β亞基有三種不一樣構(gòu)象，一個構(gòu)象(L)有利于ADP和Pi結(jié)合，一個構(gòu)象(T)可使結(jié)合ADP和Pi合成ATP，第三種構(gòu)象(O)使合成ATP輕易被釋放出來。在ATP合成過程中，三個β亞基依次進行上述三種構(gòu)象交替改變，所需能量由跨膜H+提供。第30頁ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位E=Eo‘+RT/nF*ln([氧化劑]/[還原劑]）⊿Go‘=-nF⊿Eo‘⊿Eo‘>0.2v可自發(fā)生成ATP第31頁3個產(chǎn)ATP位置恰好在泵出氫原子地方，4個左右氫原子回流能量恰好可產(chǎn)生1個ATP

第32頁(四)呼吸鏈阻斷（1）呼吸鏈抑制劑

能阻斷呼吸鏈中一些部位電子傳遞。如魚藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidinA）及異戊巴比妥（amobarbital）等與復合體中鐵硫蛋白等結(jié)合，從而阻斷電子傳遞。二巰基丙醇第33頁魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥

×抗霉素A二巰基丙醇

×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑阻斷位點第34頁

（2）解偶聯(lián)劑（uncoupler）：使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。二硝基苯酚（dinitrophenol，DNP）主要是因為其攜帶泵出氫原子回到線粒體中，使其不能回流經(jīng)過ATP合成酶產(chǎn)ATP。第35頁NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外2,4-二硝基苯酚（DNP）解偶聯(lián)作用支持情況下DNP是解離狀態(tài)，不能透過線粒體內(nèi)膜，在酸性條件下，結(jié)合質(zhì)子成為脂溶性物質(zhì)，過膜，并將質(zhì)子帶過，破壞了H+跨膜梯度。第36頁解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP50第37頁寡霉素(oligomycin)可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖(3)氧化磷酸化抑制劑第38頁二經(jīng)過呼吸鏈生產(chǎn)ATP

(線粒體外）細胞液中NADH,NADPH不能透過線粒體膜，需要“穿梭”機制。第39頁

NADH+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磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油（１）胞液中NADH氧化磷酸化第40頁NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運體蘋果酸草酰乙酸α-酮戊二酸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)呼吸鏈天冬氨酸（２）蘋果酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運NADH系統(tǒng)第41頁（3）異檸檬酸穿梭異檸檬酸和酮戊二酸經(jīng)過異檸檬酸脫氫酶催化。異檸檬酸脫氫酶在細胞液中輔酶為NADP+，線粒體內(nèi)膜中輔酶為NAD+第42頁三能量利用第43頁（１）ATP作用ATPADP肌酸磷酸肌酸氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運)化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量儲存和利用都以ATP為中心。第44頁

★ATP是細胞內(nèi)“能量通貨”★ATP是細胞內(nèi)磷酸基團轉(zhuǎn)移中間載體(使能量不變成熱量而保留）

～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基團轉(zhuǎn)移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基團貯備物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油第45頁★

ATP以偶聯(lián)反應方式推進非自發(fā)反應

比如，細胞中合成脂肪酸時有以下反應：

乙酰CoA+CO2丙二酸單酰CoAΔG=+18.84kj/moL，不能自發(fā)進行。乙酰CoA羧化酶（生物素為輔酶）催化以下反應：1．E-生物素+CO2+ATP+H2OE-生物素-CO2+ADP+PiΔG=-17.58kj/moL2.E-生物素-CO2+乙酰CoAE-生物素+

丙二酸單酰CoAΔG=-1.00kj/moL總反應為：乙酰CoA+CO2+ATP+H2O丙二酸單酰CoA+ADP+PiΔG=-18.59kj/moL第46頁★

ATP提供合成代謝或分解代謝初始階段所需能量G+ATPG-6-P+ADP脂酸+CoA+ATP脂酰CoA+AMP+PPi氨基酸+ATP氨基酰~AMP+PPi第47頁（２）ATP作為能量代謝物質(zhì)原因含有高能磷酸鍵是其提供能量基礎高能磷酸鍵：生化中把磷酸化合物水解時釋出能量＞20KJ/mol者所含磷酸鍵稱高能磷酸鍵．因為這種化學鍵水解后放出能量高于7000卡/克分子，比普通可水解化學鍵高很多，故稱為高能鍵。

高能鍵

該鍵水解時候放出自由能

化學鍵

斷裂一個化學鍵所需要提供能量第48頁ATP高能磷酸鍵第49頁

b、ATP水解產(chǎn)物含有更大共振穩(wěn)定性，其水解產(chǎn)物ADP3-和Pi一些電子能量水平遠遠小于ATP。

c、H+低濃度造成ATP4-向分解方向進行。d、酸酐鍵溶劑化所需能量小于磷脂鍵。ATP水解時釋放大量自由能，原因主要有四方面：a、ATP分子結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定原因：①ATP分子內(nèi)有4個負電荷（ATP4-），產(chǎn)生靜電斥力，促使ATP水解成ADP3-，而減弱斥力。②ATP分子內(nèi)存在相反共振現(xiàn)象.因為在相鄰兩個磷原子之間夾著一個氧原子，氧原子上存在有未共用電子對，而磷原子因P=O和P-O-間誘電子效應帶有部分正電荷，于是在兩個相鄰磷原子之間存在競爭氧原子上未共用電子現(xiàn)象，這種作用結(jié)果會影響ATP分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?？倎碚f：反應物不穩(wěn)定性(高能狀態(tài))和產(chǎn)物穩(wěn)定性(低能狀態(tài))使ATP水解后能釋放大量能量。第50頁胍基磷酸化合物（氮磷鍵型）磷酸肌酸磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量作用。第51頁能荷是細胞所處能量狀態(tài)一個指標，當細胞內(nèi)ATP全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP時能荷值為0，當AMP全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP時，能荷值為1。高能荷抑制ATP生成，促進ATP應用，即促進機體內(nèi)合成代謝。大多數(shù)細胞能荷處于0.8-0.95之間。深入說明細胞內(nèi)ATP產(chǎn)生和利用都處于一個相對穩(wěn)定狀態(tài)。

[ATP]+1/2[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]能荷=(3)ATP能量度量第52頁化學反應自由能改變和平衡常數(shù)關系

假設有一個化學反應式：aA+bB=cC+dD恒溫恒壓下：ΔG′=ΔG°′+RTlnQc式中：ΔG°′=-RTlnKeq

ΔG′—某一化學反應隨參加化學反應物質(zhì)濃度、發(fā)生化學反應pH和溫度而改變自由能改變。Qc-濃度商：

ΔG°′—標準條件（T=298OK,大氣壓為1atm,反應物和生成物濃度為1mol/L,pH=7.0）下，化學反應自由能改變。Keq-平衡常數(shù)：第53頁第三節(jié)其它氧化方式在微粒體、過氧化物酶體及細胞其它部位還存在其它氧化體系，參加呼吸鏈以外氧化過程。

特點：1、不伴隨磷酸化，不生成ATP2、主要與體內(nèi)代謝物、藥品和毒物生物轉(zhuǎn)化相關第54頁一、需氧脫氫酶和氧化酶

第55頁需氧脫氫酶和氧化酶只能以一些輔酶或輔基作為受氫體而不能以O2作為直接收氫體脫氫酶稱為不需氧脫氫酶。能以O2作為直接收氫體酶稱為需氧脫氫酶或氧化酶。氧化酶能直接利用O2為受氫體，產(chǎn)物為H2O；而需氧脫氫酶通常以FAD或FMN為輔基，但可催化底物脫氫并以氧為受氫體，產(chǎn)物為H2O2。第56頁二、過氧化物酶體中酶類

（一）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

第57頁（二）過氧化物酶(perioxidase)以血紅素為輔基，催化H2O2直接氧化酚類或胺類化合物

R+H2O2

RO+H2O

RH2+H2O2

R+2H2O過氧化物酶

過氧化物酶

第58頁

谷胱甘肽過氧化物酶

H2O2(