1、第六章 生物氧化,biological oxidation,物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等营养物质在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,* 生物氧化的概念,生命活动,维持体温,生物氧化,体外氧化,氧化,乙酰CoA,TAC,NADH+H+FADH2,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,* 生物氧化的一般过程,生成ATP的氧化体系 The Oxidation System of ATP Producing,定义 代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递
2、，最终与氧结合生成水，此传递链称为(氧化)呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。 组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）,一、呼吸链,细胞呼吸,（一）呼吸链的组成,四种具有传递电子功能的酶复合体(complex),人线粒体呼吸链复合体,Cytc,Q,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,* 泛醌 和 Cytc 均不包含在上述四种复合体中。,1. 复合体: NADH-泛醌还原酶,功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone),黄素蛋白,铁硫蛋白,NAD+（NADP+）和NA
3、DH（NADPH）相互转变,氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。,FMNH,FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMNH 。,铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。,表示无机硫,表示半胱氨酸硫,泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人：CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。,复合体的功能,2. 复合体: 琥珀酸-泛醌还原酶,功能: 将电子从琥珀酸等传递给泛醌,黄素蛋白,铁硫蛋白,细胞色素b560,细 胞 色 素,细胞色素是一类以铁
4、卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。,3. 复合体: 泛醌-细胞色素c还原酶,功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c,铁硫蛋白,细胞色素b,细胞色素c1,复合体的电子传递通过“Q循环”实现。 复合体每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体也有质子泵作用。 Cyt c是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体。,4. 复合体: 细胞色素c氧化酶,功能：将电子从细胞色素c传递给氧,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。 每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 。,由以下实验确定 标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂
5、阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧,（二）呼吸链成分的排列顺序,1. NADH氧化呼吸链 NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2 2. 琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2,NADH氧化呼吸链,琥珀酸氧化呼吸链 （FADH2氧化呼吸链）,乳酸、丙酮酸、异柠檬酸、-酮戊二酸、苹果酸、 -羟脂酰CoA、 -羟丁酸等,琥珀酸、-磷酸甘油(线粒体)、脂酰CoA等,二、氧化磷酸化,底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 是因脱氢、脱水等作用使能量在分子内部重新分布而形成高能磷酸化合物，然后将能量转移给ADP形成ATP的过程。,
6、（一）氧化磷酸化偶联部位,氧化磷酸化偶联部位：复合体、 根据自由能变化和P/O比值而确定 G=-nFE G:标准自由能 n:转移的电子数 F:法拉第常数 96.5KJ/mol/V E:标准氧化还原电位,氧化磷酸化偶联部位,19.3KJ,电子传递链自由能变化,P/O 比值,指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。,（二） 氧化磷酸化的偶联机理,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 英国的P. Mitchell经过大量实验后于1961年首先提出的。电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的
7、基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。,化学渗透假说简单示意图,胞液侧,基质侧,化学渗透假说详细示意图,4H+ + 2H + + 4H +,（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成,F1：亲水部分 （动物：33亚基复合体，OSCP、IF1 亚基），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，催化ATP合成。 F0：疏水部分（ab2c912亚基，动物还有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子通道 。,ATP合酶结构组成,由亲水部分 F1和疏水部分 F0组成。 F1：33亚基 F0：a1b2c912亚基,ATP合酶
8、结构模式图,当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，亚基发生旋转，3个亚基的构象发生改变。 估计每生成1分子ATP需3个H+回流。,ATP合酶的工作机制,三、影响氧化磷酸化的因素,1. 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 2. 解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 如：解偶联蛋白 、二硝基苯酚 3. 氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。 如：寡霉素,（一）抑制剂,鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥,抗霉素A 二巯基丙醇,CO、CN-、 N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成,
9、寡霉素,ATP合酶结构模式图,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,Q,胞液侧,基质侧,解偶联 蛋白,（二）ADP的调节作用 ADP可促进氧化磷酸化 （三）甲状腺激素 Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。 （四）线粒体DNA突变 (mtDNA) 影响氧化磷酸化，使ATP 生成减少而致病。,电子传递链及氧化 磷酸化系统概貌,H+ 跨膜质子电化学梯度；H+m内膜基质侧H+；H+c 内膜胞液侧H+,高能化合物,进行水解反应时伴随的标准自由能变化大于21KJ/mol的化合物。生物学中的标准状态为0.1MPa、25、pH=7.0。大多数高能化合物都含有可水解的磷酸基团，所以又称为高能磷酸
10、化合物。如ATP、GTP、CTP、UTP、PEP、CP、乙酰磷酸等等。但也不是所有含磷酸基团的化合物都属于高能磷酸化物，如6-磷酸葡萄糖。另外还有高能硫酯化合物，由酰基和巯基构成，如乙酰CoA、脂酰CoA、琥珀酰CoA等。,四、ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。,ATP的生成和利用,ATP,ADP,机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温),生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。,五、通过线粒体内膜的物质转运,线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依
11、赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。,线粒体内膜的主要转运蛋白,胞浆中NADH的氧化,胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。 转运机制主要有 -磷酸甘油穿梭 (-glycerophosphate shuttle) 苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle),1. -磷酸甘油穿梭机制,NADH+H+,FADH2,NAD+,FAD,线粒体 内膜,线粒体 外膜,膜间隙,线粒体 基质,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,胞浆,2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,NADH +H+,NAD+,谷氨酸- 天冬氨酸 转运体,苹果酸-酮戊二酸转运体,苹果酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,谷氨酸,胞液,线 粒 体 内 膜,基质,天冬氨酸,（二） 腺苷酸转运蛋白,腺苷酸转运蛋白(adenine nucleotide transporter)，又称ATP-ADP载体：参与ADP与ATP反向转运。,ATP4-,ADP3-,H2PO4-,掌握底物水平磷酸化和氧化磷酸化的概念 呼吸链的概念、种类、排列顺序及ATP生成部位。 掌握P/O比值的概念，生物氧化概念， 掌握两种穿梭方式。 熟悉抑制剂对呼吸链抑制作用的部位。 ATP的生成、高能化合物。 了解化学渗透假说的内容,复 习 要 点,
