1、第八章 新陈代谢总论与 生物氧化,1 新陈代谢总论,什么是新陈代谢（metabolism）？ The word metabolism derives from the Greek word for “change.”,1. 新陈代谢的基本概念 新陈代谢是营养物质在生物体内所经历的一切化学变化的总称。体内的化学反应通常由酶催化，一系列的连续反应构成代谢途径，代谢途径的个别步骤称作中间代谢，个别步骤的产物称作中间产物。,2. 新陈代谢的功能1. 从周围环境获得营养物质2. 将营养物质转变成自身需要的结构元件3. 将结构元件装配成自身的大分子4. 形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子5. 提供生命
2、活动所需的一切能量。,一、新陈代谢简介,新陈代谢包含的是物质合成和分解两个方面。获取营养物质，并将其转化为自身所需的物质，称作合成代谢；分解营养物质提供生命活动所需的能量，称作分解代谢；合成代谢和分解代谢的调控步骤通常由不同的酶催化，分解代谢中大量释放能量的反应通常是不可逆的，在合成代谢中，这样的步骤需要输入能量来完成。有时，合成代谢和分解代谢可以在不同的细胞器中进行。有些代谢环节是合成代谢和分解代谢共同利用的，称作两用代谢途径，如柠檬酸循环就是两用代谢途径。,二、合成代谢与分解代谢,代谢途径的一览图 1点1线或1点2线:410个； 1点3线:71个；1点4线:20个；1点5线:11个；1点6
3、线或6线以上:8个；1点1线在1个途径的末端；1点2线在1个途径的中间；1点3线参与2个途径； 其余类推。（点为反应物和产物，线为催化的酶）,代谢途径中酶的组织方式： （a）多种游离酶构成的代谢途径； （b）多酶复合体构成的代谢途径； （c）膜结合酶构成的代谢途径。,分解代谢的三个阶段,分解代谢的3个阶段. 阶段 I: 蛋白,多糖和脂类分解成组成它们的结构元件；阶段 II: 不同的组成元件降解成共同的产物，乙酰辅酶A. 阶段 III: 分解代谢产生3个主要的终产物：水，二氧化碳和氨.,三、新陈代谢的研究方法,1.研究对象:大肠杆菌、大肠杆菌噬菌体、四膜虫、小球藻、果蝇、鸽、兔、小鼠、大鼠 2.
4、研究方法： 使用酶的抑制剂： 利用遗传缺欠症：先天性基因的突变，缺乏某一种酶. 同位素示踪法：常用稳定同位素：2H,15N,13C,18O(例： DNA半保留复制)常用放射性同位素：3H,32P,14C (例三羧酸循环) 苯环化合物示踪法：苯甲酸和苯乙酸(例：脂肪酸-氧化) 核磁共振波谱法 3.研究水平体内(in vivo):生物整体,整体器官,微生物细胞群体外(in vitro):组织切片,匀浆液,提取液,体内研究（in vivo),典型案例 脂肪酸的氧化,体外研究(in vitro),各类组织细胞,典型案例 糖代谢、生物氧化等等,1、利用酶的抑制剂 代谢途径受阻导致代谢中间产物的积累 碘乙
5、酸3-磷酸甘油醛脱氢酶 氟化钠烯醇化酶,主要研究方法：,2. 利用遗传缺欠症研究代谢途径,黑色素是吲哚醌的聚合物 白化病(albinism)缺乏酪氨酸酶,微生物的营养缺陷型可以分为若干种亚型,每种亚型由一种酶的缺陷造成,对比研究可以揭示代谢途径。如途径ABCD中BC 的酶缺失,则A和B会堆积, CD的酶缺失,则A,B和C会堆积。,3. 同位素示踪法,用14C标记CO2,培养绿藻，提取液进行双向纸层析，放射自显影，发现放射性最早出现在3-磷酸甘油酸(PGA)，随后出现在其他中间物。,科学家通过同位素示踪法证明，生物集体虽然从表面上看，保持着恒定状态，但是实际上并不是恒定不变的，生物有机体在不断地
6、进行新陈代谢，体内各种物质在不断地更新。 另外，还证明，血红素分子中的全部碳原子和氮原子来源于乙酸和甘氨酸；胆固醇分子中的碳原子来源于乙酰辅酶A。,4. 核磁共振波谱法,运动19分钟前后ATP和磷酸肌酸的变化情况,磷酸肌酸,核磁共振可显示 ATP和磷酸肌酸的变化,NMR广泛应用于代谢组学研究中,代谢组学的兴起,四、生物系统遵循热力学定律,一个体系及其周围环境的总能量是一个常数。 能量可以在系统内转移，或从一种形式转化为另一种形式。 有机化合物氧化时释放的能量等于该物质所具有的化学键能与其氧化产物所含化学键能之差。,（一）热力学第一定律能量守恒定律,熵（entropy）表示一个系统的无序或随机程
7、度。 常用G(自由能的变化)衡量一个生物化学过程是否能够自发进行：G= H-TS,G0，反应为吸能反应，不能自发进行（ G值越大，则系统 越稳定，发生反应的倾向越小。） G=0，反应系统处于平衡状态,（二）热力学第二定律自动发生的过程总熵增加,G: 当反应物浓度为1 mol/L，反应温度为25，压力为1大气压时，用G表示标准自由能变化。 G：生物化学反应时，将pH定为7.0，这种状态下的标准自由能变化用G表示。,G可根据平衡常数Keg进行计算：G= -2.303 RT log KegR为气体常数R=8.3110-3kJ/molK，T为绝对温度。,（一）高能化合物和高能键（二）能量与磷酸基的转移
8、（三）ATP循环,五、 高能化合物与ATP的作用,高能化合物：在生化反应中，某些化合物随水解反应或基团转移反应可放出大量自由能。高能磷酸键生物化学中，把磷酸化合物水解时释出的能量20KJ/mol者，其所含的磷酸酯键称为高能磷酸键（energy-rich phosphate bond)，以 表示。高能硫酯键由酰基和硫醇基构成，例如乙酰CoA、脂酰CoA和琥珀酰CoA等。,高能化合物和高能键,几种常见的高能化合物,能量与磷酸基的转移,1、ATP的利用方式 （1）末端磷酸基()与部分能量同时转移给反应物。ATP + 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 + ADP （2）ATP水解为ADP及Pi，释放的
9、能量供离子转运、肌肉收缩、羧化反应等，但磷酸基并不出现于 反应物中。ATP + 丙酮酸+ CO2ADP + Pi + 草酰乙酸,（3）ATP的另一个高能磷酸键（）被利用，生成PPi。ATP + 脂肪酸+ HSCoA 脂酰CoA + AMP + PPi ATP + 氨基酸氨基酰 AMP + PPi,ATP,ADP,NMP,NDP,NTP UTP CTP GTP,吸能反应,生物大分子,前体,H2O,氧化磷酸化,Pi,2H+1/2O2,核苷单磷酸激酶,核苷二磷酸激酶,2、核苷多磷酸之间的转换,UDP UTP CDP CTP GDP GTP,ATP ADP,P,参与多糖合成 参与磷脂合成 参与Prot
10、 合成,ATP循环的概念,在ATP水解成ADP时，释出的自由能驱动那些需要加入自由能的吸能反应；ADP 与 Pi又可利用营养物经生物氧化时产生的能量重新磷酸化为ATP，这样构成的循环称为 ATP循环。并与细胞内进行的能量转换有关，故又称细胞能量循环（cell energy cycle)。,Pi,Pi,ATP循环,营养物 分解,H+e,1/2O2,氧化磷酸化,生物合成 肌肉收缩 信息传递 离子运转,ADP,ATP,ATP 循环的生物学意义,（1）生物体内能量转换最基本方式。静息时，一个成人24小时消耗ATP可达到40Kg，但细胞内ATP的浓度仅几个mol/L，ADP和Pi的含量也非常有限。 （2
11、）磷酸盐在物质代谢的重要作用。主要表现在：糖酵解过程中的中间代谢物大部分是其磷酸酯；磷酸化和去磷酸化是众多活性蛋白，包括酶在内的共价修饰调节的重要方式。,ATP是体内能量的通用货币，所以，能量的释放、利用、转移、储存均以ATP为中心来实现。,ATP,营养物氧化分解,合成反应 等,磷酸肌酸,UTPCTPGTP,利用,释放,储存,转移,六、能量的储存形式磷酸肌酸,H2N+C-NH2 H3C-N CH2COO-,H2N+ HC-N P H3C-NCH2COO-,ATP ADP,肌酸激酶,Creatine kinase CK,肌酸,磷酸肌酸 CP,(Creatine phosphofate),ATP,
12、ADP,氧化磷酸化 底物水平磷酸化,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),ATP的生成、储存和利用,七、辅酶A的递能作用,功能酰基转移酶辅酶，传递酰基 在脂类与糖类代谢中起重要的作用,辅酶A,乙酰CoA的硫酯键和ATP中的高能磷酸键 相似，水解时可释放出31.38KJ/mol的能量。 因此，乙酰CoA具有高的乙酰基转移势能。,一、概念：营养物在生物体内氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程称为生物氧化。,糖,脂肪,蛋白质,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,2 生物氧化（biological oxidation)
13、,是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性）；在一系列酶促反应中，能量逐步释放有利于有利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率。进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。,生物氧化与体外氧化之不同点,生物氧化,体外氧化,能量是突然释放的。产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,生物氧化的一般过程,二、氧化呼吸链的组成及电子传递顺序 （一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成 （二） 氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列,线
14、粒体,在线粒体内膜上，多个酶或辅酶按一定的顺序组成的递氢或递电子体系。它具有将代谢物脱下的氢传递给O2，生成H2O的功能。也称电子传递链（electron-transfer chain）。,氧化呼吸链（ respiratory chain）,线粒体呼吸链,（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成,1. 复合体作用是将NADH中的电子传递给泛醌2. 复合体功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌3. 复合体功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c4. 复合体将电子从细胞色素C传递给氧,1. 复合体作用是将NADH中的电子传递给泛醌(ubiquinone),NADH,它是由NAD+接受多种代谢产物
15、脱氢得到的产物。NADH所携带的电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。,1.复合体 NADH-CoQ还原酶,组成： 蛋白组分 辅基组分黄素蛋白 FMN、Fe-S,维生素B2 的结构和功能,图 6-4,铁硫蛋白,简写为(Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与NADHCoQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。,铁硫蛋白,它主要以 (Fe2-S2) 或 (Fe4-S4) 形式存在。 铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用。,铁硫蛋白,复合体 NADH-CoQ还原酶,组成： 蛋白组分 辅基组分黄素蛋白 FMN、Fe-S,功能: 将 e 从NADH传递给泛醌 (ubiquino
16、ne),复合体的功能,（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成,1. 复合体作用是将NADH中的电子传递给泛醌2. 复合体功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌,2. 复合体 琥珀酸-CoQ还原酶,组成： 蛋白组分 辅基组分黄素蛋白 FAD Fe-S,功能: 将 e 从琥珀酸传递给泛醌,复合体的功能,QH2,（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成,1. 复合体作用是将NADH中的电子传递给泛醌 2. 复合体功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌 3. 泛醌,3. 泛醌,简写为Q或辅酶-Q（CoQ10）：它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类化合物。,泛醌: 由多个异戊二烯
17、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。,Q很容易接受电子和质子，还原成QH2（还原型）；QH2也容易给出电子和质子，重新氧化成Q。因此，它在线粒体呼吸链中作为电子和质子的传递体。,功 能：,QH2,（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成,1. 复合体作用是将NADH中的电子传递给泛醌2. 复合体功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌3. 泛醌4. 复合体功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c,细胞色素 cytochrome Cyt,细胞色素是一类以血红素为辅基的催化电子传递的有色酶类。细胞色素主要是通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递电子的作用
18、的。,4. 复合体 泛醌-Cytc还原酶,N,N,N,N,Fe3+,CH3CH2-(CH2-CH=C-CH2)3-H HO-CH,H3C-,-CH3,-CH=CH2,O HC-,CH3,CH2 CH2 COO-,CH2 CH2 COO-,细胞色素a 辅基,N,N,N,N,Fe3+,H3C-,-CH3,-CH=CH2,CH3,CH2 CH2 COO-,CH2 CH2 COO-,细 胞色 素 b的 辅 基,H3C-,H2C=CH,N,N,N,N,Fe3+,H3C-,-CH3,-CH-CH3,CH3,CH2 CH2 COO-,CH2 CH2 COO-,细胞色素C 辅基,H3C-,CysS H3C-C
19、H,CysS,蛋 白 质,细胞色素c（Cytc）,它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体.,呈水溶性 与线粒体内膜外表面结合不紧密 通过Fe3+ Fe2+ 的互变起电子传递中间体作用。,4. 复合体 泛醌-Cytc还原酶,组成： 蛋白组分 辅基组分Cytb（CytbL、CytbH） 血红素Cytc1 Fe-S,功 能：将 e 从泛醌传递给细胞色素c,QH2,Q,Cytb（ Fe3+）,Cytb (Fe2+）,Cytc1（Fe2+）,Cytc1 （Fe3+）,Cytc,复合体的功能,功 能：将 e 从泛醌传递给细胞色素c,复合体 QH2 Cyt c,b562; b566; Fe-S; c1,Q
20、H2,QH2,（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成,1. 复合体作用是将NADH中的电子传递给泛醌2. 复合体功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌3. 泛醌4. 复合体功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c5. 复合体将电子从细胞色素C传递给氧,5. 复合体 细胞色素C 氧化酶,即复合物IV，它是位于线粒体呼吸链末端的蛋白复合物，由13条肽链组成。主要成分是Cyt a和Cyt a3。和CuA CuB，电子传递：Cyt cCuACyt aCyt a3 CuBO2 Cyt a3CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 。,5. 复合体 细胞
21、色素C氧化酶,组成： 蛋白组分 辅基组分Cyt a、Cyt a3 血红素A CuA CuB,功能：将 e 从细胞色素c 传递给O2,复合体的电子传递过程,复合体 的功能,NADH,NAD+,1/2O2+2H+,H2O,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,延胡索酸,琥珀酸,电子传递链各复合体位置示意图,Cytc,Q,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,线粒体呼吸链,呼吸链各组份排列顺序的依据,由以下实验确定根据标准氧还电位E0的高低排列四种复合物的电子传递再造实验 特异抑制剂阻断,（二） 氧化呼吸链组分按氧化还原电位 由低到高的顺序排列,表6-2 标准氧化还原电位,半反应,E0(V),2H+ + 2e H2 -
22、 0.41 NAD+ + 2H + 2e NADH + H+ - 0.32 FMN + 2H + 2e FMNH2 - 0.30 FAD + 2H + 2e FADH2 - 0.06 Q10 + 2H + 2e Q10 (还原型) 0. 04(或0.10) Cyt b (Fe3+) + e Cyt b (Fe 2 +) 0.07 Cyt c (Fe3+) + e Cyt c (Fe 2 +) 0.22 Cyt a (Fe3+) + e Cyt a (Fe 2 +) 0.29 Cyt a3 (Fe3+) + e Cyt a3 (Fe 2 +) 0.55 1/2O2 + 2H + 2e H2 0.
23、82,NADH FMN CoQ Cytb Cytc1 Cytc aa3 (Fe-S) (Fe-S) O2,FADH2(Fe-S),电子传递链各组份的排列顺序,II,I,III,琥珀酸,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生成ATP偶联 （一）氧化磷酸化偶联部位在复合体、内 （二）氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度 （三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成,三、氧化磷酸化,氧化磷酸化 （oxidative phosphorylation）,代谢物脱下的氢，经呼吸链电子传递过程中释出的能量使ADP磷酸化，生成ATP， 这种
24、氧化和磷酸化偶联在一起的过程称氧化磷酸化，也称偶联磷酸化 。,有机物,+ ATP,O2,线粒体,磷酸化,氧化磷酸化示意图,底物水平磷酸化 一种直接将代谢物分子中能量（磷酸基） 直接转移至ADP（或GDP），生成ATP （或GTP） 的过程称底物水平磷酸化。氧化磷酸化（电子传递体系磷酸化）,ATP生成方式,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,ADP ATP,磷酸甘油酸激酶,磷酸烯醇型丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸激酶,ADP ATP,琥珀酰CoA合成酶,GDP GTP,琥珀酰CoA,琥珀酸,底物水平磷酸化的反应,推测氧化磷酸化的偶联部位,测定P/O比值 自由能变化 （G =-nF E）,（一）氧化磷酸
25、化偶联部位在复合体、内,1. P/O比值 是指代谢物在线粒体氧化时，以每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的mol数（或ADP数），即生成ATP的mol数。,线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值,底物 电子传递链 P/O值 ATP数琥珀酸 FAD.H2QCytO2 1.7 2-羟丁酸 NADHFMNQCyt O2 2.8 3苹果酸 NADHFMNQCyt O2 3.0 3抗坏血酸 CytcCytaa3O2 0.88 1 细胞色素C Cytaa3 O2 0.68 1,NADH FMN CoQ Cytb Cytc a a3 O2(Fe-S),FADH2(Fe-S),1,E0 = 0.53 G0 =
26、 102.3,E0 = 0.10 G0 = 20,2. 用E0 判断,能斯特方程 G0 = - nFE0,E0 = 0.36 G0 = 69.5,E0 = 0.21 G0 = 40.5,位置 NADH CoQ CoQ Cytc Cytaa3 O2, G0 G0 = -69.5 KJ/mol G0 = -40.5 KJ/mol G0 = -102.3 KJ/mol,NADH FMN CoQ Cytb Cytc1 Cytc aa3 O2(Fe-S),FADH2(Fe-S),氧化磷酸化偶联部位（ATP产生部位）,ATP ATP ATP,NADH与Q之间 Q与 Cytc之间 Cyta a3 与 O2之
27、间,NADH FMN CoQ Cytb Cytc1 Cytc aa3(Fe-S) (Fe-S) O2,FAD(Fe-S),琥珀酸,代谢物进入不同的电子传递链,苹果酸 -酮戊二酸 异柠檬酸 丙酮酸,三羧酸循环,-羟丁酸 -羟脂酰CoA,-磷酸甘油,脂酰CoA,化学渗透理论（chemiosmotic hypothesis）1961年，Peter Mitchell提出，阐明了氧化磷酸化的偶联机制。,（二）氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度,Petel Denni Mitchell（1920年9月29日1992年4月10日）生于英格兰博德明。先后求学于美国麻省汤顿皇后学院和英国剑桥大学。2
28、3岁获剑桥大学理士学位，30岁获博士学位。1961年提出 “化学渗透学说”。 1966年（46岁）发表了著名的“在氧化和光合磷酸化中的化学渗透偶联”论文。1978年获诺贝尔奖 。,化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis）基本要点:电子经呼吸链传递时，呼吸链中复合体、具有质子泵的功能，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧，产生膜内外 H+电化学梯度（质子梯度和跨膜电位差），以储存能量，当质子顺浓度梯度经ATP合酶回流时驱动ADP生成ATP。,线粒体基质,线粒体膜,+ + + +,- - - -,H+,O2,H2O,H+,e-,ADP + Pi,ATP,化学渗透假
29、说简单示意图,-氧化还原回路机制,NADH +H+,NAD+,+2H+,H2O,化 学 渗 透 假 说,从NADHO2共排出10个H,H外 H内PH梯度,正电荷外 负电荷内跨膜电位差,质子电化学梯度,复合体、均有质子泵的作用电子经呼吸链传递释放的能量， 将基质中H+泵到线粒体内膜外侧。,-质子泵机制,化 学 渗 透 假 说,e e,1/2O2,H+,H+,H+,H+,H+,Pi+ ADP,NAD,H +H+,H+,H+,H+,H+ H+,ATP,H+,H+,（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成,离子通道,基质面,胞液面,头部,基 部,亚基 亚基 亚基 亚基 亚基,OSCP
30、,a亚基 b亚基 c亚基, 3 3 ,ab2cn,F1,F0,内膜,ATP合酶（ATP synthase) 复合体,C,F1：含5种多肽链，催化ATP合成,Fo：跨线粒体内膜疏水蛋白含3种亚基质子通道,ATP合酶（ATP synthase) 复合体,ATP合酶组成可旋转的发动机样结构,F0的2个b亚基的一端锚定F1的亚基，另一端通过和33稳固结合，使a、b2和33、亚基组成稳定的定子部分。 部分和亚基共同形成穿过33间中轴，还与1个亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的c亚基环紧密结合。c亚基环、和亚基组成转子部分。质子顺梯度向基质回流时，转子部分相对定子部分旋转，使ATP合酶利用释放的能量合成A
31、TP。,构象变化学说（conformational hypothesis）1964年，P. Boyer提出，阐明了氧化磷酸化的偶联机制。,Boyer 1918年 ,生于美国犹他州的普罗沃。25岁时获美国威斯康星大学生物化学博士学位。1970年当选为美国国家科学院院士。1974年获瑞典斯德哥尔摩大学荣誉博士。1989年提 出ATP合酶促进ATP合成的 “结合变构机制”,Boyer早在1964年曾提出呼吸链传递电子释能可使线粒体内膜产生某构象的蛋白质，后者可催化合成ATP，之后再变构成原来构象，但一直未能得到证实。后来，人们分离到了ATP合酶的F1和F0两个结构域，并证明F1的头部由33 6个亚基
32、构成，亚基可能是有催化活性的亚基，F0可能有质子通道，质子可从膜间隙经此通道回流释能。,Walker的研究成果支持了Boyer的结合变构机制。加上有人在体外用荧光显微镜观察到亚基在F1头部中央转动。有人用含ATP合酶的生物膜和有泵质子作用的细菌组合的模型，证明了质子顺梯度经ATP合酶流动，可使ADP+Pi合成ATP等，使结合变构机制得到承认，Boyer和Walker在1997年共同获诺贝尔奖。,结合变化机制(binding change mechanism),1个亚基是疏松结合ADP和Pi的L型（loose型） 另1个是紧密结合ATP的T（tight型）型构象 第3个是可释放ATP的O型（op
33、en型）构象,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。,L型构象对ADP和Pi亲和力高，结合它们后利用质子所释能量转变为T型构象，催化ATP合成，之后转变为O型构象，释出ATP。ATP释出后再自动转变为L型构象。如此LTOL,工作机制 Boyer提出的“结合变化机制” ATP合酶 -亚基三种构象,O：开放型 L：疏松型 T ：紧密结合型,（一）有3类氧化磷酸化抑制剂（二） ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。 （三）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加（四）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能,三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因
34、素影响,呼吸链抑制剂抑制剂： 解偶联剂氧化磷酸化抑制剂,（一）有3类氧化磷酸化抑制剂,1. 呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递过程复合体抑制剂：鱼藤酮、杀粉蝶菌素及安密妥等阻断传递电子到泛醌 。复合体的抑制剂：萎锈灵。,复合体抑制剂：抗霉素A干扰Cyt bH传递电子的作用，从而阻断电子从还原型CoQ到细胞色素c1的传递。复合体 抑制剂：CN、N3、 CO紧密结合氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。,NADH FMN (Fe-S) Q10 Cytb tc1 Cytc a a3 O2,FAD.H2(Fe-S),
35、鱼藤酮 安密妥 杀粉蝶菌素,抗霉素A,CN-N3CO,各种呼吸链抑制剂作用部位,萎锈灵,吸入的CO通过肺泡进入血液，与血中的血红蛋白结合成碳氧血红蛋白，使血红蛋白失去携氧能力,而血红蛋白与CO结合比与氧气结合的力量大200倍，如不及时抢救，易死亡 同时HbCO的解离速度却比HbO2氧合血红蛋白的解离慢3600倍,引起人体组织缺氧而导致中毒。,CO中毒,使氧化与磷酸化偶联过程拆离。使电化学梯度储存的能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。呼吸链正常 如： 2，4-二硝基苯酚(2,4-dinitrophenol, DNP),破坏H+的跨膜电位 ：2，4-二硝基苯酚（磷酸化破坏）ADP+Pi AT
36、P,解偶联剂(uncoupler) 破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度,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,解偶联蛋白(uncoupling protein，UCP1),3. ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成,这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可结合F0单位，阻止质子经Fo 回流。 二环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP)共价结合F0的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从F0质子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质
37、子泵的功能，继而抑制电子传递。,寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,各种抑制剂对电子传递链的影响,（一）有3类氧化磷酸化抑制剂（二） ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。 （三）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加（四）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能,三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响,（mol/ml),O2,底物,ADP(过量),ADP,ADP,底物,时间（分）,线粒体,浓度,（二） ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素,（一）有3类氧化磷酸化抑制剂（二） ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素
38、。 （三）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加（四）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能,三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响,（三）甲状腺激素促进氧化磷酸化1. 诱导细胞膜上Na+-K+ ATP酶生成，促进ATP分解2. 甲状腺激素（T3）可使解偶联蛋白基因表达增加，因而引起耗氧和产热都增加。（四）线粒体DNA突变影响氧化磷酸化，使ATP生成减少,（一）胞浆中NADH通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链,五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运,（二）ATP-ADP转位酶促进ADP进入和ATP移出紧密偶联,线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依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,胞液中NADH的氧化,转运机制主要有 -磷酸甘油穿梭 (-glycerophosphate shuttle) 主要存在于脑和骨骼肌中,苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)主要存在于肝和心肌中,-磷酸甘油穿梭,苹果酸天冬氨酸穿梭,H2PO4-,H+,ADP3-,ATP4-,H2O,H2PO4-,H+,ADP3-,ATP4-,胞液,线粒体 内膜,基质,腺苷酸载体,磷酸盐载体,腺苷酸载体（ATP-ADP载体）,ATP、ADP、Pi 的转运,
