第四章--生物氧化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四章第四章第1页物物质质在在生生物物体体内内进进行行氧氧化化称称生生物物氧氧化化，主主要要指指糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等在在体体内内分分解解时时逐逐步步释释放能量，最终生成放能量，最终生成CO2 和和 H2O过程。过程。ADP+Pi热能热能糖糖 CO2和和H2O O2能量能量ATP脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 另外还有以体内代谢物、药品及毒物等非营另外还有以体内代谢物、药品及毒物等非营养性物质去除、排泄相关养性物质去除、排泄相关非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系。第2页*生物氧化普通过程第3页 线粒体是细胞内动力线粒体是细胞内动力站，主要功效是进行氧化站，主要功效是进行氧化硫酸化，合成硫酸化，合成ATP，为细，为细胞生命活动提供能量。胞生命活动提供能量。第一节第一节 概概 述述一、一、线粒体结构线粒体结构第4页一、一、线粒体结构线粒体结构 线粒体由内膜、外膜、线粒体由内膜、外膜、膜间隙、基质组成。内膜膜间隙、基质组成。内膜把膜间隙与基质分开，内把膜间隙与基质分开，内膜向基质折叠形成嵴。膜向基质折叠形成嵴。嵴上有许多带柄球状嵴上有许多带柄球状小体，称为基质颗粒。小体，称为基质颗粒。第5页基基粒粒由由头头部部、柄柄部部和和基基部部组组成成，也也称称为为三三联联体体或或ATP酶复合体。酶复合体。ATP合酶结构模式图合酶结构模式图基质侧基质侧胞液侧胞液侧线粒体线粒体内膜内膜F F1 1F F0 0由由亲亲水水部部分分 F1(33亚亚基基）、疏疏 水水 部部 分分 F0（a1b2c912亚亚基基）以以及及连连接接F1/F0柄柄部蛋白部蛋白组成。组成。第6页F1（偶偶联联因因子子）中中还还含含有有F1抑抑制制蛋蛋白白，预预防防ATP无无效效水水解解。F1主主要要功功效效是是催催化化ADP和和Pi发发生生磷磷酸酸化化而而生生成成ATP，同同时时有有水水解解ATP功功效效，所以又称为所以又称为F1-ATP酶。酶。F0含含有有质质子子通通道道功功效效，可可传传递递质质子子经经过过膜膜抵达催化部位。抵达催化部位。柄柄部部蛋蛋白白含含寡寡霉霉素素敏敏感感蛋蛋白白（OSCP），控制质子流动速率。控制质子流动速率。ATP合酶结构模式图合酶结构模式图基质侧基质侧胞液侧胞液侧线粒体线粒体内膜内膜F F1 1F F0 0第7页二、二、生物氧化方式与特点生物氧化方式与特点(一一)生物氧化方式生物氧化方式 生物氧化与物质在体外氧化方式在生物氧化与物质在体外氧化方式在化学本质上是相同，生物氧化方式有加化学本质上是相同，生物氧化方式有加氧、脱氢加水脱氢和失电子反应。氧、脱氢加水脱氢和失电子反应。第8页A、生物氧化过程中、生物氧化过程中CO2生成生成 人体内人体内人体内人体内COCO2 2生成起源于有机酸脱羧反应。生成起源于有机酸脱羧反应。生成起源于有机酸脱羧反应。生成起源于有机酸脱羧反应。依据脱去羧基在有机酸分子中位置不一样，分依据脱去羧基在有机酸分子中位置不一样，分依据脱去羧基在有机酸分子中位置不一样，分依据脱去羧基在有机酸分子中位置不一样，分为为为为-脱羧脱羧脱羧脱羧和和和和-脱羧脱羧脱羧脱羧两种；又依据脱羧是否伴有氧化，两种；又依据脱羧是否伴有氧化，两种；又依据脱羧是否伴有氧化，两种；又依据脱羧是否伴有氧化，可分为可分为可分为可分为单纯脱羧单纯脱羧单纯脱羧单纯脱羧和和和和氧化脱羧氧化脱羧氧化脱羧氧化脱羧两种类型。两种类型。两种类型。两种类型。(一一一一)-)-单纯脱羧单纯脱羧单纯脱羧单纯脱羧胺胺-氨基酸氨基酸2CO+2R-CHNH2氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶2NHR-CH-COOH第9页(二二)-氧化脱羧氧化脱羧(三三)-单纯脱羧单纯脱羧(四四)-氧化脱羧氧化脱羧 +CO2CHOH-COOHCH-COOHCH2-COOH异柠檬酸异柠檬酸CH2-COOHCH2CO-COOH-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶+NADH+H+NAD丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸CO2+CH3COCOOH丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶COCOOHHCH2-COO乙酰辅酶乙酰辅酶A+CO2SCoACH3COHSCoA+丙酮酸丙酮酸CH3COCOOH丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系+NADH+H+NAD第10页 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸CH3CH(OH)COOH CH3COCOOH+2HFe2+Fe3+eRCHO+1/2O2 RCOOH 醛醛 酸酸CH3CHO CH3COOHCH3CHOHOH+H2O-2H4.4.加水脱加水脱加水脱加水脱氢氢氢氢3.3.失失失失电电电电子反子反子反子反应应应应2.2.脱脱脱脱氢氢氢氢反反反反应应应应1.1.加氧反加氧反加氧反加氧反应应应应B、生物氧化中物质氧化方式、生物氧化中物质氧化方式第11页(二二)生物氧化特点生物氧化特点 为为细细胞胞内内恒恒定定条条件件下下酶酶促促反反应应逐逐步步进进行行，能能量量逐逐步步释释放放，生成生成ATP。加加水水脱脱氢氢反反应应使使物物质质间间接接取取得得氧氧，脱脱下下氢氢与与氧氧结结合合产产生生H2O，有机酸脱羧产生，有机酸脱羧产生CO2。生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化 为为不不恒恒定定条条件件下下非非酶酶促促反反应应，能能量量以以热热能能形形式突然释放。式突然释放。产产生生CO2、H2O由由物物质质中中碳碳和和氢氢直直接接与与氧氧结结合生成。合生成。氧化方式均为加氧、脱氢、失电子。氧化方式均为加氧、脱氢、失电子。氧化方式均为加氧、脱氢、失电子。氧化方式均为加氧、脱氢、失电子。耗氧、释放能量、终产物（耗氧、释放能量、终产物（CO2，H2O）均相同。）均相同。不不不不 同同同同 点点点点相相相相 同同同同 点点点点第12页第13页二、二、生物氧化酶类生物氧化酶类(一一)氧化氧化酶酶类类 细细胞色素氧化胞色素氧化酶酶、抗坏血酸氧化、抗坏血酸氧化酶酶等属于等属于这这类类酶酶，该类该类酶酶亚亚基常含有基常含有铁铁、铜铜等金属离子。等金属离子。2H+H2OSH2+2e2Cu2+O2-S2Cu+1/2O2SH2:底物底物S:产物产物2H+H2OSH2+2Cu2+O2-S2Cu+1/2O22e第14页(二二)需氧脱需氧脱氢氢酶酶类类(三三)不需氧脱不需氧脱氢氢酶酶类类乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等 。L-氨基酸氧化酶、氨基酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶等属于这黄嘌呤氧化酶等属于这类酶。类酶。2HH2O2SH2SO2FMN 或或FADFMNH2 或或FADH22HSH2SFMN(或或FAD)FMNH2(或或FADH2)SH2SNAD+(NADP+)NADH+H+(NADPH+H+)第15页第二节 呼吸链与氧化磷酸化代代谢谢物物脱脱下下成成对对氢氢原原子子（2H）经经过过各各种种酶酶和和辅辅酶酶所所催催化化连连锁锁反反应应逐逐步步传传递递，最最终终与与氧氧结结合合生生成成水水，这这一一系系列列酶酶和和辅辅酶酶称称为为呼呼吸吸链链(respiratory chain)又又称称电电子子传传递递链链(electron transfer chain)。一、什么是呼吸链一、什么是呼吸链(respiratory chain and oxidative phosphorylation )第16页 线粒体内膜上一组排线粒体内膜上一组排列有序列有序递氢体递氢体和和递电子体递电子体（酶与辅酶）组成功效单（酶与辅酶）组成功效单位，也称位，也称电子传递链电子传递链(electron transport chain)。第17页 四种含有传递氢和电子功效酶复合体。四种含有传递氢和电子功效酶复合体。泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。均不包含在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体 琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1113 复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体 NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素还原酶还原酶FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 第18页线粒体呼吸链复合体线粒体呼吸链复合体FMN,Fe-S复合体复合体FAD,Fe-S,Cytb复合体复合体Cytb,Fe-S,Cytc1复合体复合体Cytaa3,Cu复合体复合体第19页第20页氧化还原反应时改变发生在五价氮和三价氮之间。氧化还原反应时改变发生在五价氮和三价氮之间。2H2HH HH He eH H+H HRHCONH2N+Ce e+RHHCONH2N+H+H+H+NAD(P)+NAD(P)H+H+2H-2H(一一)复合体复合体:NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶(1)NAD+和和NADP+1.1.复合体复合体复合体复合体 组成组成组成组成NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2 第21页烟酰胺烟酰胺(nicotinamide)核苷酸类（核苷酸类（NAD+、NADP+）递氢体递氢体第22页FMN结结构构中中含含核核黄黄素素，发发挥挥功功效效部部位位是是异异咯咯嗪嗪环环，氧氧化化还还原原反反应应时时不不稳稳定定中中间间产产物物是是FMN。(2)FMN(FAD)OOCH3CH3RNNNHNOOCH3CH3RNNNHN+H-H+H-HH HOOCH3CH3RNNNHNH HH HFMN(FMN(或或或或FAD)FAD)FMNH(FMNH(或或或或FADH),FADH),即即即即FMN FMNHFMNH2 2(或或或或FADHFADH2 2)氧化型或醌型氧化型或醌型氧化型或醌型氧化型或醌型半醌型半醌型半醌型半醌型还原型或氢醌型还原型或氢醌型还原型或氢醌型还原型或氢醌型第23页黄素蛋白黄素蛋白(flavoprotein)类（类（FMN、FAD）递氢体递氢体第24页铁铁硫硫蛋蛋白白铁铁硫硫蛋蛋白白中中辅辅基基铁铁硫硫簇簇(Fe-S)含含有有等等量量铁铁原原子子和和硫硫原原子子，其其中中铁铁原原子子可可进进行行Fe2+Fe3+e 反反应应传传递电子。递电子。表示无机硫表示无机硫 (3)铁硫蛋白铁硫蛋白FeFeFeFeFeFeFeFeS SCHCH2 2S SCHCH2 2S SCHCH2 2S SCHCH2 2第25页铁硫蛋白铁硫蛋白(iron-sulfur cluster)Fe2+Fe3+e-传递电子方式：传递电子方式：递电子体递电子体第26页泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较）由多个异戊二烯连接形成较长疏水侧链（人长疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。物半醌型泛醌。(4)辅酶辅酶Qo oH H3 3COCOH H3 3COCOCHCH3 3o o R RR Ro oH HOOH H3 3COCOH H3 3COCOCHCH3 3HH+e+eHH+e+eH H3 3COCOR Ro oH H OHOHH H3 3COCOCHCH3 3泛醌泛醌泛醌泛醌泛醌泛醌泛醌泛醌HH 二氢泛醌二氢泛醌二氢泛醌二氢泛醌氧化型或醌型氧化型或醌型氧化型或醌型氧化型或醌型半醌型半醌型半醌型半醌型还原型或氢醌型还原型或氢醌型还原型或氢醌型还原型或氢醌型第27页泛醌泛醌（CoQ）(Ubiquinone)递氢体递氢体第28页NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH22.复合体复合体功效功效 第29页(二二)复合体复合体:琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S3 第30页(三三)复合体复合体:泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c还原酶还原酶 QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1第31页NNNNFe3+H3C-CH3-CH-CH3CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-H3C-Cys SH3C-CH Cys S蛋蛋 白白 质质细胞色素细胞色素是一类以铁卟是一类以铁卟啉为辅基催化啉为辅基催化电子传递酶类，电子传递酶类，依据它们吸收依据它们吸收光谱不一样而光谱不一样而分类。分类。细胞色素结构细胞色素结构细胞色素结构细胞色素结构细胞色素细胞色素c c辅基辅基第32页细胞色素细胞色素(Cytochrome)类类CytbCytb、CytcCytc1 1、CytcCytc、CytaaCytaa3 3组成呼吸链细胞色素组成呼吸链细胞色素:细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶Fe2+Fe3+e-递电子体递电子体第33页细胞色素系统传递电子过程细胞色素系统传递电子过程2Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+1/2O2O2-H2O2H+2e2e2e2e2e b c1 cCu2+aa3、第34页(四四)复合体复合体:细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 第35页细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素a a结构结构结构结构CH=CHCH=CH2 2CHCH3 3HO-CHHO-CHOOHCHCH H3 3C CN NN NN NN NFeFe3+3+CHCH3 3COOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2COOHCOOHCHCH2 2CHCH2 2CHCH3 3CHCH2 2 (CHCH2 2-CH=C-CH-CH=C-CH2 2 )H H3 3第36页 标准氧化还原电位标准氧化还原电位 拆开和重组拆开和重组 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链迟缓给氧还原状态呼吸链迟缓给氧2.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O23.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2 1.排列次序确排列次序确定试验依据定试验依据(五五)呼吸链成份排列次序呼吸链成份排列次序第37页第38页4.两条呼吸链排列次序两条呼吸链排列次序NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链FMNFMN(Fe(FeS)S)NADHNADH琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸FADFAD(Fe(FeS)S)CoQCyt bCyt bCyt cCyt c1 1Cyt cCyt cCyt aaCyt aa3 3OO2 2第39页线粒体内主要代谢物氧化路径第40页 二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化 (一一)氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)(oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，磷酸化，生成生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。是是底底物物分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成成高高能能键键，使使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP过程。过程。(三三)底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)(二二)P/O 比值比值氧化磷酸化过程中，每消耗氧化磷酸化过程中，每消耗1摩尔无机磷原子数摩尔无机磷原子数与所消耗氧原子摩尔数之比即与所消耗氧原子摩尔数之比即P/O比值比值。第41页(四四)氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位1.氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位 复合体复合体、。2.偶联部位确定 根据P/O比值和自由能变 化（G=-nFE）。线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得一一些些底底物物P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链链 组组成成P/O比比值值可可能能生生成成ATP数数 羟羟丁丁酸酸NAD+复复合合体体CoQ复复合合体体2.42.8 3Cytc复复合合体体O2琥琥珀珀酸酸复复合合体体CoQ复复合合体体1.7 2Cytc复复合合体体O2抗抗坏坏血血酸酸Cytc复复合合体体O20.88 1细细胞胞色色素素 c(Fe2+)复复合合体体O20.610.68 1-第42页电子传递链自由能改变电子传递链自由能改变 区段区段电位改变电位改变(E)自由能改变自由能改变G=-nFE能否生成能否生成ATP(G是否大于是否大于30.5KJ)Cyt aa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能ATP氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位FMNFMN(Fe(FeS)S)NADHNADH琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸FADFAD(Fe(FeS)S)CoQCyt bCyt bCyt cCyt c1 1Cyt cCyt cCyt aaCyt aa3 3OO2 2ATPATP第43页 自由能改变自由能改变(G0)：大于大于30.5kJ即可生成即可生成1摩尔摩尔ATP。G0nFE069.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol第44页n nNADH氧化呼吸链存在氧化呼吸链存在3个个偶联部位，偶联部位，P/O比值等于比值等于3，即产生，即产生3molATP。n n琥珀酸氧化呼吸链存在琥珀酸氧化呼吸链存在2个个偶联部位，偶联部位，P/O比值等于比值等于2，即产生，即产生2molATP。第45页线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图1.1.化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)(chemiosmotic hypothesis)电电电电子子子子经经经经呼呼呼呼吸吸吸吸链链链链传传传传递递递递时时时时，可可可可将将将将质质质质子子子子（HH+）从从从从线线线线粒粒粒粒体体体体内内内内膜膜膜膜基基基基质质质质侧侧侧侧泵泵泵泵到到到到内内内内膜膜膜膜胞胞胞胞浆浆浆浆侧侧侧侧，产产产产生生生生膜膜膜膜内内内内外外外外质质质质子子子子电电电电化化化化学学学学梯梯梯梯度度度度储储储储存存存存能能能能量量量量。当当当当质质质质子子子子顺顺顺顺浓浓浓浓度度度度梯梯梯梯度度度度回回回回流流流流时时时时驱驱驱驱动动动动ADPADP与与与与PiPi生成生成生成生成ATPATP。(五五)氧化磷酸化偶联机理氧化磷酸化偶联机理第46页 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图4H+4H+4H+4H+2H+2H+H+H+第47页即复合体即复合体。位于线粒体内膜基质侧。位于线粒体内膜基质侧。2.ATP合酶合酶第48页2.ATP合酶合酶由由亲亲水水部部分分 F1(33亚亚 基基)和和疏疏水水部部分分 F0(a1b2c912亚亚基基)组成。组成。ATP合酶结构模式图合酶结构模式图基质侧基质侧胞液侧胞液侧线粒体线粒体内膜内膜F F1 1F F0 0当当H+回回流流时时，亚亚基基发发生生旋旋转转，3个个亚亚基基构构象象改改变变，释释放放能能量量，使使ADP生成生成ATP。第49页化化学学计计算算预预计计每每生生成成1分分子子ATP需需3个个H从从线粒体内膜外侧回流进入基质中。线粒体内膜外侧回流进入基质中。ATP合酶工作机制合酶工作机制第50页ATP4-F0 F1 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 腺苷酸腺苷酸转运蛋白转运蛋白磷酸磷酸转运蛋白转运蛋白 ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆在线粒体中生成并转运到胞浆需需4个个H回流进入线粒体基质中回流进入线粒体基质中第51页n n NADH氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H仅生成仅生成 2.5分子分子ATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。n n FADH2氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H仅生成仅生成 1.5分子分子ATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。第52页(一一)胞胞浆中浆中NADH氧化氧化 胞浆胞浆胞浆胞浆中中中中NADHNADH必必必必须经一定须经一定须经一定须经一定转运机制转运机制转运机制转运机制进入线粒进入线粒进入线粒进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 (-glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)转运机制转运机制三、线粒体内膜物质转运三、线粒体内膜物质转运第53页1.-磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制（脑和骨骼肌中）（脑和骨骼肌中）FADHFADH2 2NADH+HNADH+H+NADNAD+CHCH2 2OHOHC=OC=OCHCH2 2OOP PCHCH2 2OHOHCH-OHCH-OHCHCH2 2OOP PCHCH2 2OHOHC=OC=OCHCH2 2OOP PCHCH2 2OHOHCH-OHCH-OHCHCH2 2OOP PFADFAD胞胞胞胞 浆浆浆浆线粒体线粒体线粒体线粒体外膜外膜外膜外膜线粒体线粒体线粒体线粒体内膜内膜内膜内膜线粒体线粒体线粒体线粒体基质基质基质基质膜间隙膜间隙膜间隙膜间隙磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸甘油电子传递链电子传递链第54页2.苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制（肝和心肌中）（肝和心肌中）谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸NADH+HNADH+H+NADNAD+COCOOHCOCOOH(CH(CH2 2)2 2COOHCOOHCHCH2 2COOHCOOH苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸CHOHCOOHCHOHCOOHCHNHCHNH2 2COOHCOOH(CH(CH2 2)2 2COOHCOOH谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸CHNHCHNH2 2COOHCOOHCHCH2 2COOHCOOH天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸COCOOHCOCOOHCHCH2 2COOHCOOH草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸CHCH2 2COOHCOOH苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸CHOHCOOHCHOHCOOHCOCOOHCOCOOHCHCH2 2COOHCOOH草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸NADH+HNADH+H+NADNAD+COCOOHCOCOOH(CH(CH2 2)2 2COOHCOOH-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸CHNHCHNH2 2COOHCOOHCHCH2 2COOHCOOH天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸CHNHCHNH2 2COOHCOOH(CH(CH2 2)2 2COOHCOOH胞浆侧胞浆侧胞浆侧胞浆侧线粒体线粒体线粒体线粒体内膜内膜内膜内膜基质侧基质侧基质侧基质侧苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶-酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白 酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白第55页(二二)ADP进入与进入与ATP移出移出腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白参加参加ADP与与ATP反向转运。反向转运。H H+H H2 2POPO4 4-ADPADP3 3-H H2 2OOATPATP4 4-基质侧基质侧胞液侧胞液侧线粒体线粒体内膜内膜磷酸盐磷酸盐载体载体腺苷酸腺苷酸载体载体H H2 2POPO4 4-H H+ADPADP3 3-ATPATP4 4-ATPATP、ADPADP、PiPi转运转运转运转运第56页四、影响氧化磷酸化原因四、影响氧化磷酸化原因1.呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中一些部位电子传阻断呼吸链中一些部位电子传递。如鱼藤酮、氰化物、递。如鱼藤酮、氰化物、CO等。等。2.解偶联剂解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如解偶联蛋白、解偶联蛋白、2，4-二硝基酚。二硝基酚。3.ATP合酶抑制剂合酶抑制剂 对电子传递及对电子传递及ATP合酶都有合酶都有抑制作用。如寡霉素。抑制作用。如寡霉素。(一一)抑制剂抑制剂第57页能够抑制第一位点有异戊巴比妥、粉蝶霉素能够抑制第一位点有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮等；、鱼藤酮等；能够抑制第二位点有抗霉素能够抑制第二位点有抗霉素A和二巯基丙醇；和二巯基丙醇；能够抑制第三位点有能够抑制第三位点有CO、H2S和和CN-、N3-。其中，其中，CN-和和N3-主要抑制氧化型主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而，而CO和和H2S主要抑主要抑制还原型制还原型Cytaa3-Fe2+。第58页氧化磷酸化系统及抑制剂影响氧化磷酸化系统及抑制剂影响 第59页(二二)甲状腺激素甲状腺激素 使使ATP分分解解加加速速，Na+,K+ATP酶酶和和解解偶偶联联蛋蛋白基因表示均增加（耗氧和产热均增加）。白基因表示均增加（耗氧和产热均增加）。(三三)ADP/ATP比值调整比值调整 1.比比值值增增大大，氧氧化化加加紧紧，ATP生生成成增增加加；比比值值减小氧化减慢，减小氧化减慢，ATP生成降低。生成降低。2.呼呼吸吸控控制制率率(respiratory control ratio,RCR)指指离离体体线线粒粒体体试试验验中中，底底物物量量很很大大时时，加加入入ADP后后耗氧速率与加入前耗氧速率之比。耗氧速率与加入前耗氧速率之比。第60页五、生物氧化与能量代谢五、生物氧化与能量代谢营养物质氧化分解过程营养物质氧化分解过程糖原糖原 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质葡萄糖葡萄糖 脂肪酸脂肪酸 氨基酸氨基酸 甘油甘油乙酰辅酶乙酰辅酶ATCA2H1/2O2ADPPiATPH2O第61页2.2.高能化合物：高能化合物：高能化合物：高能化合物：含有高能键化合物，如含有高能键化合物，如含有高能键化合物，如含有高能键化合物，如ATPATP、辅、辅、辅、辅酶酶酶酶A A、磷酸肌酸等。、磷酸肌酸等。、磷酸肌酸等。、磷酸肌酸等。(一一)高能化合物高能化合物1.1.高能键高能键高能键高能键 能释放大于能释放大于能释放大于能释放大于 21 KJ/mol 21 KJ/mol 能量化学键，能量化学键，能量化学键，能量化学键，如如如如高能硫酯键高能硫酯键和和高能磷酸键高能磷酸键，以以“”表示表示。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量一个储存形式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量一个储存形式。肌酸激酶肌酸激酶肌酸肌酸NHNH2NHNHN NCOOHCOOHC CH H3C CCHCH2磷酸肌酸磷酸肌酸N NNHNHN NCOOHCOOHC CH H3C CCHCH2H HPP+ATP+ATP+ADP+ADP第62页磷酸肌酸生成磷酸肌酸生成 H2N+C-NH2 H3C-N CH2 COO-H2N+H O C-NP-OHH3C-N OH CH2 COO-肌酸激酶肌酸激酶肌酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸（CPCP）ATPADP肌肉和脑组织中能量贮存形式肌肉和脑组织中能量贮存形式第63页高能化合物种类高能化合物种类J高能磷酸化合物高能磷酸化合物J高能硫脂化合物高能硫脂化合物J水解时释放自由能水解时释放自由能 30 KJ/mol 化合物化合物CH3COSCoACOOHC-OPCH2=ATP ADP第64页几个常见高能化合物几个常见高能化合物几个常见高能化合物几个常见高能化合物通通通通 式式式式举举举举 例例例例释放能量释放能量释放能量释放能量 pH7.0pH7.0，25 25 KJ/mol(kcal/mol)KJ/mol(kcal/mol)NHNHR RC CN NH HPOPO3 3H H2 2CHCH2 2R RC COOPOPO3 3H H2 2OOR RC COOPOPO3 3H H2 2OOR RC CSCoASCoAPPOOOHOHP POOOHOHOOOHOH磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸乙酰磷酸乙酰磷酸乙酰磷酸乙酰磷酸乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoAATP,GTP,UTP,CTPATP,GTP,UTP,CTP-43.9(-10.5)-43.9(-10.5)-61.9(-14.8)-61.9(-14.8)-41.8(-10.1)-41.8(-10.1)-31.4(-7.5)-31.4(-7.5)-30.5(-7.3)-30.5(-7.3)第65页 (二二)ATP生成和利用生成和利用第66页ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 P P PP 机械能机械能(肌肉收缩肌肉收缩)渗透能渗透能(物质主动转运物质主动转运)化学能化学能(合成代谢合成代谢)电能电能(生物电生物电)热能热能(维持体温维持体温)生物体内能量储存和利用生物体内能量储存和利用都以都以ATP为中心。为中心。第67页高能键转移高能键转移ATP +UDPCDPGDPADP +UTP（糖原合成）（糖原合成）CTP（磷脂合成）（磷脂合成）GTP（蛋白质合成）（蛋白质合成）第68页CHOCH2OHCH2O-PCOOCH2OHCH2O-P PCOOHCH2OHCH2O-PNAD+NADH+H+H3PO4ADPATP1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化2、氧化磷酸化、氧化磷酸化ATP生成方式生成方式substrate level phosphorylationoxidative phosphorylation第69页(一一)加单氧酶加单氧酶(monoxygenase)又称混合功效氧化酶又称混合功效氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)。催化反应：催化反应：RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 上述反应需要上述反应需要细胞色素细胞色素P450(Cyt P450)参加。参加。一、微粒体中氧化酶类一、微粒体中氧化酶类第三节 其它氧化酶系(The Others Oxidation Enzyme Systems)(The Others Oxidation Enzyme Systems)除生成除生成除生成除生成ATPATP线粒体氧化体系外，还有微线粒体氧化体系外，还有微线粒体氧化体系外，还有微线粒体氧化体系外，还有微粒体、过氧化物酶体等氧化体系。粒体、过氧化物酶体等氧化体系。粒体、过氧化物酶体等氧化体系。粒体、过氧化物酶体等氧化体系。第70页(二二)加双氧酶加双氧酶 此酶催化氧分子中此酶催化氧分子中2个氧原子加到底物个氧原子加到底物中带双键中带双键2个碳原子上。比如：个碳原子上。比如：(O2)色氨酸吡咯酶色氨酸吡咯酶色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸甲酰犬尿酸原甲酰犬尿酸原甲酰犬尿酸原甲酰犬尿酸原ONH2NHNHOCOOHNH2CHOOH第71页(一一)反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen species,ROS)包含包含氧自由基氧自由基及其活性衍生及其活性衍生物。物。1.氧自由基氧自由基主要有超氧阴离子（主要有超氧阴离子（O2）、羟自由基）、羟自由基（HO）、烷自由基（脂质自由基，）、烷自由基（脂质自由基，L）、烷氧自由）、烷氧自由基（脂氧自由基，基（脂氧自由基，LO）和烷过氧自由基（脂过氧自）和烷过氧自由基（脂过氧自由基，由基，LOO）等。）等。2.氧自由基衍生物，如过氧化氢（氧自由基衍生物，如过氧化氢（H2O2）、单线）、单线态氧（态氧（1O2）、脂质过氧化物（）、脂质过氧化物（LOOH）等。）等。3.ROS可使脂肪酸氧化成过氧化脂质，损伤生物可使脂肪酸氧化成过氧化脂质，损伤生物膜，形成脂褐素即老年斑。膜，形成脂褐素即老年斑。二、抗氧化酶体系与反应活性氧类去除二、抗氧化酶体系与反应活性氧类去除第72页1.1.过氧化物过氧化物过氧化物过氧化物酶体中酶类酶体中酶类酶体中酶类酶体中酶类 (1)过氧化氢酶过氧化氢酶(catalase)又又称触酶，其辅基含称触酶，其辅基含4个血红素。个血红素。2H2O2 2H2O+O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 (2)过氧化物酶过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化以血红素为辅基，催化H2O2直直接氧化接氧化酚类或胺类化合物酚类或胺类化合物。R+H2O2 RO+H2O RH2+H2O2 R+2H2O 过氧化物酶过氧化物酶 过氧化物酶过氧化物酶 (二二)反应活性氧类去除反应活性氧类去除第73页2.超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)2O2+2H+SODH2O2+O2 H2O+O2 过氧化氢酶过氧化氢酶(1)SOD(1)SOD是一组金属酶，在体内催化自由基歧化反应，是一组金属酶，在体内催化自由基歧化反应，是一组金属酶，在体内催化自由基歧化反应，是一组金属酶，在体内催化自由基歧化反应，生成生成生成生成HH2 2OO2 2和和和和OO2 2。以。以。以。以CuCu2+2+、ZnZn2+2+为辅基，称为为辅基，称为为辅基，称为为辅基，称为CuZn-CuZn-SODSOD；以；以；以；以MnMn2+2+为辅基，称为为辅基，称为为辅基，称为为辅基，称为Mn-SODMn-SOD。(2)SOD(2)SOD是人体防御各种超氧离子损伤主要酶类，对是人体防御各种超氧离子损伤主要酶类，对是人体防御各种超氧离子损伤主要酶类，对是人体防御各种超氧离子损伤主要酶类，对OO2 2 去除有利于预防其它活性氧生成。去除有利于预防其它活性氧生成。去除有利于预防其它活性氧生成。去除有利于预防其它活性氧生成。第74页复习思索题复习思索题1.1.相关概念：生物氧化、呼吸链（电子传递链）、底物相关概念：生物氧化、呼吸链（电子传递链）、底物相关概念：生物氧化、呼吸链（电子传递链）、底物相关概念：生物氧化、呼吸链（电子传递链）、底物水平磷酸化、氧化磷酸化。水平磷酸化、氧化磷酸化。水平磷酸化、氧化磷酸化。水平磷酸化、氧化磷酸化。2.2.生物氧化特点。生物氧化特点。生物氧化特点。生物氧化特点。3.3.线粒体呼吸链组成、电子传递次序以及酶和递体作用线粒体呼吸链组成、电子传递次序以及酶和递体作用线粒体呼吸链组成、电子传递次序以及酶和递体作用线粒体呼吸链组成、电子传递次序以及酶和递体作用机制。机制。机制。机制。4.4.常见呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们作用机制是常见呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们作用机制是常见呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们作用机制是常见呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们作用机制是什么什么什么什么?5.5.常见呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们作用机制是常见呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们作用机制是常见呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们作用机制是常见呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们作用机制是什么什么什么什么?第75页第76页