1、,第八章 生物氧化 Biological Oxidation,8.1 生物氧化概述 8.2 电子传递链 8.3 氧化磷酸化,代谢物的氧化（脱氢）作用与ADP的磷酸化反应偶联生成ATP的过程。 部位：线粒体内膜（真核）胞浆膜（原核细胞） 数目、形状因细胞而异,第三节 氧化磷酸化,是指电子从NADH或FADH2经电子传递链传递给分子氧生成水,并偶联ADP和Pi生成ATP的过程。它是需氧生物合成ATP的主要途径。,1. 体内ATP生成的方式： 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。,底物水平磷酸化
2、(substrate level phos-phorylation) 是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。,2. 氧化磷酸化偶联部位,即ATP生成的部位。 P/O比值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。,-物质氧化时，每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的mol数（或ADP mol数），或每消耗1mol氧所生成的ATP的mol数.,自由能变化( G0)： 大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。,三个偶联部位：,NADH与CoQ之间； CoQ与Cyt c之间； Cyt aa3与氧之间。,3. 氧化磷酸化的机制,有关氧化
3、磷酸化机理的几种假说化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说,（1）化学偶联假说（1953年）chemical coupling hypothesis 认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成高能共价中间物，最后将其能量转移到ADP中形成ATP。,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脱氢酶,（2）构象偶联假说（1964）conformational coupling hypothesis 认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象。迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白
4、质组分的构象变化还是存在的。,(3)化学渗透假说： 线粒体内膜的电子传递链是质子泵 电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内侧的H+迁移到膜外侧（内膜对H+是不通透的），在膜内外侧产生了跨膜质子梯度和电位梯度 在膜内外势能差的驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道（ATP合酶组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP,复合体、均有质子泵作用,4 H+,4 H+,4 H+,4 H+,2 H+,2 H+,内膜表面,基质,NADHH,NAD,琥珀酸,延胡索酸,O22H+,H2O,Q循环,化学渗透假说简单示意图,化学渗透假说,4. ATP合成机
5、制,ATP合酶即复合体。位于线粒体内膜的基质侧。,ATP合成酶在线粒体中的位置,ATP合酶,F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。 F1：为亲水蛋白质，由33亚基组成，催化生成ATP。 OSCP：寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与F1之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生成ATP。,ATP合成酶由疏水的F0(a1b2c912)和亲水的F1(33)组成.质子穿过a时,推动c环象水车一样转动,连带F1转动.质子流过ATP合酶时同时释放出结合的ATP分子,ATP合酶结构模式图,ATP合酶的工作机制,ATP合酶的作用力是由质子动力所驱动的,ATP4-,ADP3-,H2PO4-,每分子ATP在
6、线粒体中生成并转运到胞浆需4个H回流进入线粒体基质中,5. 氧化磷酸化的解偶联和抑制,呼吸链抑制剂: 阻断呼吸链中某些部位电子传递。解偶联剂: 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白,如2，4-二硝基苯酚(DNP)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,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,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,ADP+Pi,ATP+H2O,解偶联蛋白,解偶联作用机制,热,寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从F0质子通道回流，
7、抑制ATP生成,寡霉素,6. 通过线粒体内膜的物质转运,线粒体外膜孔蛋白，10kDa的物质通过,线粒体内膜不同的转运体,对物质有选择性,两种机制:-磷酸甘油穿梭(glycerophosphate shuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle),胞质中NADH的氧化(线粒体外NADH的氧化),NADH两种氧化途径的比较,-磷酸甘油穿梭示意图,NADH+H+,NAD+,FAD,FADH2,呼吸链,苹果酸-天冬氨酸穿梭,(1)、脱氢酶和氧化酶,7. 其他氧化体系,末端氧化酶：能将底物所脱下的电子最后传给O2，并形成H2O或H2O2的酶类。 种类： 细胞色素氧
8、化酶：主要的末端氧化酶，与O的亲和力最高，4/5的耗氧量由此酶承担 酚氧化酶: 组织受伤，将酚氧化成醌（红褐色），抑制微生物活性 抗坏血酸氧化酶 乙醇酸氧化酶,(2)、过氧化酶体中的酶类,过氧化氢酶catalase 催化反应: 1分子H2O2 提供电子,另1分子H2O2 接受电子辅基: 4个血红素 作用：分布广,可消除需氧脱氢酶催化反应产生的有毒的H2O2,催化反应:催化H2O2直接氧化酚类/胺类化合物辅基：血红素谷胱甘肽过氧化物酶对机体起保护作用,过氧化物酶（peroxidase）,(3)、超氧化物歧化酶 （superoxide dimutase, SOD）,呼吸链电子传递过程中产生超氧离子
9、(O2-.) O2-. H2O2 + .OH 损伤生物膜,SOD辅基含Cu、Zn(胞液)或Mn(线粒体)。,过氧化氢酶,H2O + O2,1. 呼吸链存在于（ ）,A 细胞膜 B 线粒体外膜 C 线粒体内膜 D 微粒体 E 过氧化物酶体,本章选择题练习,2. 下列哪种物质不是NADH氧化呼吸链的组分？,A. FMN B. FAD C. 泛醌 D. 铁硫蛋白 E. 细胞色素c,3. ATP生成的主要方式是（ ）,A 肌酸磷酸化 B 氧化磷酸化 C 糖的磷酸化 D 底物水平磷酸化 E 高能化合物之间的转化,5. 下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是,A 所有高能键都是磷酸键 B 高能磷酸键只存在于A
10、TP C 高能磷酸键仅在呼吸链中偶联 D 有ATP参与的反应也可逆向进行 E 所有的生化转变都需要ATP参与,6. 下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？,A 丙酮酸脱氢酶 B 琥珀酸脱氢酶 C 黄嘌呤氧化酶 D 细胞色素c氧化酶 E SOD,7. 关于线粒体内膜外H+浓度叙述正确的是,A 浓度高于线粒体内 B 浓度低于线粒体内 C 可自由进入线粒体 D 进入线粒体需主动转运 E 进入线粒体需载体转运,8. 参与呼吸链电子传递的金属离子是( ),A 铁离子 B 钴离子 C 镁离子 D 锌离子 E 以上都不是,9. 呼吸链中,不具有质子泵功能的是,A 复合体 B 复合体 C 复合体 D 复合
11、体 E 以上都不是,10. 关于超氧化物歧化酶,哪项是不正确的( ),A 可催化产生超氧离子 B 可消除超氧离子 C 可催化产生过氧化氢 D 含金属离子辅基 E 存在于胞液和线粒体中,11. Except iron, Cyt aa3 contain ( ) ion.,A Zn B Mg C Cu D Mn E K,12. Which one can be inhibited by CO in respiratory chain ?,A FAD B FMN C Fe-S D Cyt aa3 E Cyt c,13. Which one is uncoupler?,A CO B piericidin
12、 A C KCN D 2,4-dinitrophenol E H2S,14. The right electron tansferation sequence is ( ),A bcc1aa3O2 B c1cbaa3O2 C cc1baa3O2 D cbc1aa3O2 E bc1caa3O2,15. 关于ATP合成酶，叙述正确的是,A 位于线粒体内膜，又称复合体 B 由F1和F0两部分组成 C F0是质子通道 D 生成ATP的催化部位在F1的亚基上 E F1呈疏水性，嵌在线粒体内膜中,16. 关于辅酶Q, 哪些叙述是正确的?,A 是一种水溶性化合物 B 其属醌类化合物 C 可在线粒体内膜中迅速
13、扩散 D 不参与呼吸链复合体 E 是NADH呼吸链与琥珀酸呼吸链的交汇点,17. 关于细胞色素,叙述正确的是( ),A 均以铁卟啉为辅基 B 有色 C 均为电子传递体 D 均可被氰化物抑制 E 本质是蛋白质,18. 下列物质属于高能化合物的是（ ）,A 乙酰辅酶A B GTP C 磷酸肌酸 D 磷酸二羟丙酮 E 磷酸烯醇式丙酮酸,19. Which make Fe-S as prosthetic group in the respiratory chain?,A Complex B Complex C Complex D Complex E Cyt c,20. Where does the phosphorylation couple with the oxidation and can produce ATP?,A NADHCoQ B CoQCyt b C CoQCyt c D FADH2CoQ E Cyt aa3O2,
