代謝總論與生物氧化PPT課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 新陳代謝總論新陳代謝總論一、一、 新陳代謝的概念新陳代謝的概念新陳代謝 合成代謝（同化作用） 分解代謝（異化作用）生物小分子合成為生物大分子需要能量釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝第1頁/共81頁新陳代謝的共同特點：新陳代謝的共同特點：1. 由酶催化，反應(yīng)條件溫和。2. 諸多反應(yīng)有嚴格的順序，彼此協(xié)調(diào)。3. 對周圍環(huán)境高度適應(yīng)。二、二、 新陳代謝的研究方法新陳代謝的研究方法1. 活體內(nèi)(in vivo)與活體外實驗(in vitro)2. 同位素示蹤法3. 代謝途徑阻斷法4. 遺傳缺欠癥及動物模型等方法第2頁/共81頁三、 生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律自由能：生物

2、體（或恒溫恒壓）用以作功的能量。在沒有作功條件時，自由能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軉适?。熵：混亂度或無序性，是一種無用的能。G = H - TS對于 A + B C + DG= - 2.303 RT lgK K = CD / AB第3頁/共81頁四、 高能化合物與ATP的作用高能化合物磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氮型硫酯鍵化合物甲硫鍵化合物烯醇磷酸化合物?；姿峄衔锝沽姿峄衔?一般將水解時能夠釋放21 kJ /mol（5kCal/mol)以上自由能（ G -21 kJ / mol）的化合物稱為高能化合物。第4頁/共81頁（1 1）烯醇式磷酸化合物）烯醇式磷酸化合物( (例例) )磷氧型高能磷酸化合物：磷

3、氧型高能磷酸化合物： - 61.9 kJ/mol第5頁/共81頁(2)(2)?；姿峄衔秕；姿峄衔铮ɡɡ? 42.3 kJ/mol第6頁/共81頁（3 3）焦磷酸化合物）焦磷酸化合物（例）（例）ATP（三磷酸腺苷） - 30.5 kJ/mol焦磷酸 - 28.84 kJ/mol第7頁/共81頁磷氮型高能磷酸化合物： - 43.1 kJ/mol第8頁/共81頁(1) 硫酯鍵型高能化合物 （例）非磷酸高能化合物：非磷酸高能化合物：乙酰輔酶A 31.4 kJ/mol第9頁/共81頁(2) 甲硫型高能化合物 （例） 41.8 kJ/mol第10頁/共81頁O ON NN NN NN NNH

4、NH2 2-H-HH-H-OHOHH H O O- - O-P O-P O O - - O O O OO O -P -P O-P-O-CH O-P-O-CH2 2- - O O - - O OOHOH ATPATP的特殊作用的特殊作用作用：是能量的攜帶者或傳遞者，而非貯存者，作用：是能量的攜帶者或傳遞者，而非貯存者，是能量貨幣是能量貨幣ATP是生物細胞內(nèi)能量代謝的偶聯(lián)劑第11頁/共81頁ATP H2O ADP Pi其G0= - 30.51kJmo1； 當ADP Pi ATP時，也需吸收30.51kJmol的自由能磷酸肌酸（脊椎動物）和磷酸精氨酸（無脊椎動物）是能量的貯存形式肌酸磷酸肌酸磷酸激酶

5、激酶第12頁/共81頁第13頁/共81頁 第二節(jié)第二節(jié) 生物氧化生物氧化有機物質(zhì)在細胞內(nèi)的氧化作用。一、 生物氧化的特點（一）氧化還原的本質(zhì)電子轉(zhuǎn)移 電子轉(zhuǎn)移的主要形式： 1. 直接的電子轉(zhuǎn)移 Fe2+ + Cu2+ Fe3+ + Cu+ 第14頁/共81頁1. 在細胞內(nèi)，于體溫、近于中性的含水環(huán)境中由酶催化。2. 能量逐步釋放，部分存于ATP中。3. 分為線粒體氧化體系和非線粒體氧化體系。 2. 氫原子的轉(zhuǎn)移 AH2 + B A + BH2 ( H H+ + e ) 3. 有機還原劑直接加氧 RH + O2 + 2H+ + 2e ROH + H2O（二）生物氧化的特點第15頁/共81頁(1)

6、 直接脫羧(2)氧化脫羧：在脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）CH3CCOOHOCH3CHO + CO2丙酮酸脫羧酶（-脫羧）丙酮酸HOOCC H2C COOH丙酮酸羧化酶CH3CCOOH + CO2OO（ -脫羧）草酰乙酸 生物體內(nèi)CO2的生成來源于有機物轉(zhuǎn)變?yōu)楹然衔锏拿擊茸饔?。二?生物氧化中CO2的生成第16頁/共81頁三、生物氧化中 H2O 的生成 生物氧化作用主要是通過脫氫反應(yīng)來實現(xiàn)的。 代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧結(jié)合生成水。結(jié)合生成水。 在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步進行的。 生物體主要以脫氫酶脫氫酶、傳遞體及氧化酶組成生

7、物氧化體系，以促進水的生成。HOOCCH2CHOHCOOHNADP+NADPH + H+O蘋果酸CH3CCOOH + CO2第17頁/共81頁氧化型2H+MH2M 氧化型還原型(2H)遞氫體NAD+,NADP+, FMN,FAD,COQ還原型遞電子體 Cyt b, c1, c, aa32e O2O2-H2O脫氫酶脫氫酶氧化酶第18頁/共81頁 1、概念 代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)一系列傳遞體，最后代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)一系列傳遞體，最后（將質(zhì)子和（將質(zhì)子和電子）電子）傳遞給氧而生成水的全部體系，稱呼吸鏈傳遞給氧而生成水的全部體系，稱呼吸鏈(respiratory c

8、hain)(respiratory chain)。此體系也。此體系也稱電子傳遞體系或電子傳遞鏈稱電子傳遞體系或電子傳遞鏈(electron transfer chain)(electron transfer chain)。 由于參與這一系列催化作用的酶和輔酶及中間傳遞體在膜（原核細胞膜、真核線粒體內(nèi)膜）上一個接一個地構(gòu)成了鏈狀反應(yīng)，故常將這種形式的氧化過程稱為呼吸鏈。（一）呼吸鏈第19頁/共81頁ATPATP合成酶合成酶第20頁/共81頁第21頁/共81頁SH2SNAD+NADH+ HFMNH2Fe SFMNFe SCoQCoQH2 Fe-SFe-S2Cyt-Fe2+2Cyt-Fe3+O212

9、O2-2H2H2H2H+e-22e-H2OCoQCoQH2Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+bc1aa3cH2OO2-1O22e-2e-2e-2e-2e-2e-22H+CH2CH2COOHCOOHFADFe*SCytb2He-2 復(fù)合物I（NADH-泛醌還原酶） 復(fù)合物III（泛醌細胞色素c還原酶） 復(fù)合物IV（細胞色素c氧化酶） 復(fù)合物II（琥珀酸脫氫酶）第22頁/共81頁膜間隙琥珀酸延胡索酸基質(zhì)化學(xué)勢差內(nèi)堿電勢差內(nèi)負質(zhì)子驅(qū)動力推動ATP合成內(nèi)膜外膜第23頁/共81頁

10、2、呼吸鏈種類 根據(jù)代謝物上脫下的氫的初始受體不同，在具有線粒體的生物中，典型的呼吸鏈有2種： NADH呼吸鏈：絕大部分分解代謝的脫氫 氧化反應(yīng)通過此呼吸鏈完成 FADH2呼吸鏈：只能催化某些代謝物脫 氫，不能使NADH或NADPH脫氫 在電子傳遞過程中釋放出大量的自由能，使ADP磷酸化生成ATP，這是生物合成ATP的基本途徑之一。 實際上，生物體中能量獲得的本質(zhì)正是氫實際上，生物體中能量獲得的本質(zhì)正是氫的氧化。的氧化。第24頁/共81頁3、呼吸鏈的組成（1）煙（尼克）酰胺脫氫酶類以NAD+或NADP+為輔酶的脫氫酶，已知的有200多種 該類酶均為不需氧脫氫酶，即不以氧為直接受氫體。在這類酶的

11、作用下，代謝物脫下的氫被其輔酶接受而轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADH或NADPH；當有受H體存在時， NADH或NADPH上的H可被脫下而氧化為NAD+或NADP+。所以它既是一種脫氫酶，也是一種還原酶。 還還 原原氧氧 化化第25頁/共81頁 該類酶也屬不需氧脫氫酶，催化代謝物脫下一對H原子，使FMN或FAD還原為FMNH2或FADH2。 FMN和FAD是比NAD+或NADP+ 更強的氧化劑。vFMNH2或FADH2可進一步將電子轉(zhuǎn)移給輔酶Q。NNNCCONHOCH3CH3R101NNNCCONHOCH3CH3HHR+ 2H- 2H第26頁/共81頁(3)鐵硫蛋白類（簡寫為Fe-S ） 鐵硫蛋白(Fe-S)是

12、一類與電子傳遞有關(guān)的非血紅素鐵蛋白，其作用是借鐵的變價互變進行電子傳遞: Fe3+ + e Fe2+ 因鐵硫蛋白的活性部分含有活潑的硫和鐵原子，故稱鐵硫中心。 鐵硫蛋白在生物界廣泛存在。在線粒體內(nèi)膜上常與黃素酶或細胞色素結(jié)合成復(fù)合物而存在。在從NADH到氧的呼吸鏈中，有多個不同的鐵硫中心，有的在NADH脫氫酶中，有的與細胞色素 b及c1有關(guān)。 鐵硫蛋白有幾種不同的類型，可概括為3類：第27頁/共81頁 FeS 第28頁/共81頁 2Fe 2S 第29頁/共81頁 4Fe 4S 第30頁/共81頁（4）輔酶Q類是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性醌類化合物，又名泛醌，簡寫為CoQ或Q

13、。OOCH3OCH3OCH3(CH2CH C CH2)nHCH3n=6-10CoQ分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地加氫還原而形成對苯二酚衍生物，故屬于遞氫體。但它不能從底物接受氫，而是一種中間傳遞體。第31頁/共81頁Q (氧化型)半醌式中間體QH QH2 還原型 CoQ也是呼吸鏈中唯一一個和蛋白質(zhì)結(jié)合不緊的傳遞體（輔酶），這使它在黃素蛋白類和細胞色素類之間能夠作為一種特殊靈活的電子載體起作用。第32頁/共81頁（5）細胞色素類一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白的總稱 細胞色素主要是通過Fe3+ + e Fe2+ 的互變起傳遞電子的作用。 線粒體電子傳遞鏈至少含有線粒體電子傳遞鏈至少含有5種細胞色素：種

14、細胞色素：a 、a3 、b、c、c1。 各種細胞色素的輔基結(jié)構(gòu)略有不同。 a a3 、b、c1中卟啉Fe與蛋白質(zhì)非共價結(jié)合， c 的輔基與蛋白質(zhì)以硫醚鍵共價結(jié)合。 典型的線粒體呼吸鏈中，細胞色素的順序是：b c1 c aa3 O2。第33頁/共81頁Cyt a和a3組成一個復(fù)合體，二者無法分開，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。Cyt a a3可以直接以O(shè)2為電子受體，所以a a3又稱細胞色素c氧化酶。 a與a3之間的兩個銅離子，起電子傳遞作用：發(fā)生Cu+ Cu2+ 的互變，將Cyt c所攜帶的電子傳遞給O2。b、 c1 、 c、a 卟啉卟啉Fe與環(huán)及蛋白形成與環(huán)及蛋白形成6個個配位鍵：配位鍵：

15、4個與個與Fe，1個與個與His，1個與蛋白鏈中個與蛋白鏈中Met形成。形成。a3卟啉Fe與環(huán)及蛋白形成5個配位鍵（不與Met形成）, 空一個配位鍵與O2，CO，CN等結(jié)合，其正常功能是與O2結(jié)合。第34頁/共81頁血紅素A血紅素C血紅素B第35頁/共81頁NADH呼吸鏈順序：NADH-FMN-CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O2FADH2呼吸鏈順序： FADH2 -CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O2或 琥珀酸-FAD -CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O2第36頁/共81頁4. 呼吸鏈中傳遞體的順序MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10

16、b+0.07c1 +0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18魚藤酮安密妥抑制劑：抗霉素A氰化物，CO, 疊氮化合物a. 測定各電子傳遞體氧化還原電位的數(shù)值按氧化還原電位由低到高順序排列； b. 利用電子傳遞抑制劑確定其順序；（1）確定呼吸鏈中各傳遞體順序的方法依據(jù)：電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑: :能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)。能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)。各組分各組分E ： 低低 高高 電子遷移方向：低電位電子遷移方向：低電位 高電位高電位 G：逐步降低逐步降低 放能放能第37頁/共81頁第38頁/共81頁NADH FMN Q Cytb Cyt

17、c1 Cytc aa3 (Fe-S) (Fe-S) O2FADH2 (Fe-S)電子傳遞鏈各組份的排列順序電子傳遞鏈各組份的排列順序 II（琥珀酸-Q還原酶）INADH Q還原酶IIIQ-細胞色素 c還原酶IV細胞色素c氧化酶d. 根據(jù)從線粒體中分離到的傳遞體復(fù)合物 (4種)。c. 通過電子傳遞體體外重組實驗加以驗證；第39頁/共81頁膜間隙（外）膜間隙（外）基質(zhì)（內(nèi)）基質(zhì)（內(nèi)）琥珀酸延胡索酸第40頁/共81頁膜間隙琥珀酸延胡索酸基質(zhì)化學(xué)勢差內(nèi)堿電勢差內(nèi)負質(zhì)子驅(qū)動力推動ATP合成內(nèi)膜外膜第41頁/共81頁1）NADH 泛醌還原酶 簡寫為NADH Q還原酶, 即復(fù)合物I，其作用是催化NADH的氧

18、化脫氫以及Q的還原。所以它既是一種脫氫酶，也是一種還原酶。 NADH + Q + H+ NAD+ + QH2 NADH所攜帶的高能電子是線粒體呼吸鏈主要電子供體之一。 NADH Q還原酶是線粒體內(nèi)膜上最大的一個蛋白質(zhì)復(fù)合物。最少含有34條多肽鏈，分別由核和線立體兩個基因組編碼。它的活性部分含有輔基FMN和鐵硫中心。 FMN的作用是接受脫氫酶脫下的電子和質(zhì)子，形成還原型FMNH2。還原型FMNH2可通過鐵硫中心進一步將電子轉(zhuǎn)移給Q。NADH Q還原酶第42頁/共81頁復(fù)合物+ CoQH24H+ 2eFe-S復(fù)合物復(fù)合物I I基質(zhì)（負）基質(zhì)（負）膜間隙（正）膜間隙（正）基質(zhì)臂基質(zhì)臂第43頁/共81

19、頁2）琥珀酸-Q還原酶 琥珀酸是生物代謝過程（三羧酸循環(huán)）中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，它在琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合物II）催化下，將兩個高能電子傳遞給Q。再通過QH2-Cyt c還原酶、Cyt c和Cyt c氧化酶將電子傳遞到O2。 琥珀酸-Q還原酶也是存在于線粒體內(nèi)膜上的蛋白復(fù)合物, 比NADH-Q還原酶的結(jié)構(gòu)簡單，由4個不同的多肽亞基組成。其活性部分含有輔基FAD和鐵硫蛋白。 琥珀酸-Q還原酶的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和Q的還原。第44頁/共81頁CoQH2復(fù)合物復(fù)合物 4H+2e膜間隙（正）膜間隙（正）基質(zhì)(負)琥珀酸延胡索酸復(fù)合物復(fù)合物 第45頁/共81頁3）泛醌 細胞色素c還原酶 簡寫為QH2

20、-Cyt c還原酶, 即復(fù)合物III, 它是線粒體內(nèi)膜上的一種跨膜蛋白復(fù)合物，其作用是催化還原型QH2的氧化和細胞色素c（Cyt c）的還原。 QH2-Cyt c 還原酶 QH2 + 2 Cyt c (Fe3+) Q + 2 Cyt c (Fe2+) + 2H+ QH2-Cyt c還原酶由9個多肽亞基組成，活性部分主要包括細胞色素b 和c1，以及鐵硫蛋白（2Fe-2S）。第46頁/共81頁CoQH2+復(fù)合物 4H+ 2eCyt b4H+Cyt c1瑞斯克 鐵硫蛋白Cyt c膜間隙(正)基質(zhì)(負)復(fù)合物III第47頁/共81頁4）細胞色素c氧化酶 簡寫為Cyt c 氧化酶，即復(fù)合物 IV，它是位

21、于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物，由12個多肽亞基組成?；钚圆糠种饕–yt a和a3，兩者組成一個復(fù)合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。Cyt a a3可以直接以O(shè)2為電子受體。 在電子傳遞過程中，分子中的銅離子可以發(fā)生Cu+ Cu2+ 的互變，將Cyt c所攜帶的電子傳遞給O2。第48頁/共81頁復(fù)合物 + 2H+Cyt cABC膜間隙（正）膜間隙（正）基質(zhì)（負）基質(zhì)（負）1(泵出)(底物)2H+2H+復(fù)合物第49頁/共81頁組成： F F0 0（疏水部分） + F+ F1 1（親水部分） + + 寡霉素敏感蛋白（oscposcp） F F0 0 ：鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中的質(zhì)子通道 F F1

22、 1：（ 3 3 3 3）催化生成ATPATP5）復(fù)合物ATP合成酶第50頁/共81頁基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè)膜間隙側(cè)膜間隙側(cè)第51頁/共81頁四、氧化磷酸化(Oxidative Phosphorylation)作用伴隨著放能的氧化作用而進行的磷酸化。ADP + Pi + 能量 ATPAMP + PPi + 能量 ATP（一） ATP的生成1. 底物水平磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化電子傳遞體系磷酸化底物被氧化時伴隨著分子內(nèi)部能量的重新分布，形成了某些高能磷酸化合物的中間產(chǎn)物，通過酶的作用使磷酸基團轉(zhuǎn)移到ADP上形成ATP的作用。第52頁/共81頁底物水平磷酸化反應(yīng)舉例底物水平磷酸化反應(yīng)舉例X + ADP

23、 ATP + XPCOOCOO- -C-OC-O P P CHCH2 2磷酸烯醇式丙酮酸 COOCOO- -C=OC=OCHCH3 3丙酮酸丙酮酸激酶ADPADP ATPATPCHHCCH2OPO3H2OH3-磷酸甘油醛O+ H3PO4NAD+NADH+H+CHCCH2OPO3H2OHOOPO3H2ADPATP1，3-二磷酸甘油酸CHCCH2OPO3H2OHOOH3-磷酸甘油酸第53頁/共81頁2. 電子傳遞體系磷酸化 當電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系（呼吸鏈）傳遞給氧形成水時，同時伴有ADP磷酸化為ATP，這一全過程稱為電子傳遞體系磷酸化。 底物水平磷酸化是捕獲能量的一種方式，在

24、發(fā)酵作用（無氧呼吸）中是進行生物氧化取得能量的唯一方式。 底物水平磷酸化和氧的存在與否無關(guān)，在ATP 生成中沒有氧分子參與，也不經(jīng)過電子傳遞鏈傳遞電子。（1）概念第54頁/共81頁ADP ATP底物產(chǎn)物FAD FADH2NAD NADHH2O電子傳遞體系磷酸化：能量1第55頁/共81頁 電子傳遞體系磷酸化是需氧生物獲得ATP 的一種主要方式，是生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)移的主要環(huán)節(jié)，需要氧分子的參與。真核生物氧化磷酸化過程在線粒體內(nèi)膜進行，原核生物在細胞質(zhì)膜上進行。P/O比： 是指物質(zhì)氧化時，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機磷酸的摩爾數(shù)（或ADP摩爾數(shù)），即生成ATP的摩爾數(shù)。 NADH呼吸鏈：P/O比值接

25、近3， FADH2呼吸鏈：P/O比值接近2，故推斷從NADH到分子氧、FADH2到分子氧的呼吸鏈中，可分別合成3個、2個ATP。第56頁/共81頁電子傳遞過程中的自由能1第57頁/共81頁 復(fù)合物I: NADHCoQ, E0= 0.360V， G0= -69.5kJ/mol 復(fù)合物III: CoQ Cytc, E0= 0.190V， G0= -36.7kJ/mol 復(fù)合物IV: Cytaa3 O2, E0= 0.580V， G0= -112kJ/mol 復(fù)合物II: FADH2 CoQ, E0= 0.085V， G0= -16.4kJ/mol第58頁/共81頁 可見，當一對電子相繼經(jīng)過可見，當

26、一對電子相繼經(jīng)過復(fù)合物復(fù)合物、和時，每一步都釋放出足以合成一分子時，每一步都釋放出足以合成一分子ATPATP的自的自由能；由能； 但當一對電子經(jīng)過但當一對電子經(jīng)過復(fù)合物復(fù)合物時，釋放的能量時，釋放的能量不足以合成不足以合成ATPATP，其作用僅僅是將電子由，其作用僅僅是將電子由FADHFADH2 2注注入電子傳遞鏈。入電子傳遞鏈。最近的研究表明：復(fù)合物、和不能直接合成ATP，但能螯合通過電子傳遞所產(chǎn)生的自由能，從而將質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵出至膜間隙，形成跨膜的質(zhì)子梯度。 跨膜質(zhì)子梯度所蘊含的自由能是推動跨膜質(zhì)子梯度所蘊含的自由能是推動ATPATP合成合成的驅(qū)動力。的驅(qū)動力。第59頁/共81頁跨膜質(zhì)

27、子轉(zhuǎn)移膜間隙1基質(zhì)琥珀酸延胡索酸電化學(xué)電化學(xué)梯度梯度第60頁/共81頁（二）胞液中 NADH 的氧化磷酸化 在細胞質(zhì)中經(jīng)糖酵解產(chǎn)生的在細胞質(zhì)中經(jīng)糖酵解產(chǎn)生的 NADHNADH，不能，不能透過線粒體內(nèi)膜進入呼吸鏈以便進行有氧氧化。透過線粒體內(nèi)膜進入呼吸鏈以便進行有氧氧化。只能通過兩種精妙的只能通過兩種精妙的“穿梭穿梭”系統(tǒng)系統(tǒng)解決解決 NADH NADH 的再氧化問題。一種稱為的再氧化問題。一種稱為甘油甘油- - -磷酸穿梭系磷酸穿梭系統(tǒng)統(tǒng)，另一種稱為，另一種稱為蘋果酸蘋果酸- -天冬氨酸穿梭系統(tǒng)天冬氨酸穿梭系統(tǒng)。第61頁/共81頁NADH + H+線粒體內(nèi)膜甘油-磷酸穿梭作用甘油-磷酸FAD二

28、羥丙酮磷酸FADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2二羥丙酮磷酸CH2OHC=OCH2ONAD+甘油-磷酸CH2OHCHOHCH2O胞液甘油-磷酸脫氫酶；線粒體甘油-磷酸脫氫酶(黃素蛋白脫氫酶)第62頁/共81頁酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+蘋果酸蘋果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸鏈蘋果酸-天冬氨酸穿梭系統(tǒng)COOHCHNH2CH2COOHCOOHC=OCH2COOHCOOHCHOHCH2COOH轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)氨酶細胞質(zhì)線粒體細胞質(zhì)蘋果酸脫氫酶線粒體蘋果酸脫氫酶線粒體內(nèi)膜第63頁/共81頁 化學(xué)偶聯(lián)假說構(gòu)象偶聯(lián)假說化學(xué)滲透假說1. 化學(xué)偶聯(lián)假說 1953年Edward Sl

29、ater 最先提出。認為電子傳遞產(chǎn)生一種高能共價中間物，它隨后的裂解釋放能量驅(qū)動ATP合成。但在電子傳遞體系磷酸化作用中一直未找到任何一種活潑的高能中間物。（三）氧化磷酸化作用機制 氧化作用（電子傳遞）與磷酸化作用相偶聯(lián)已經(jīng)不存在任何疑問，但對二者究竟如何偶聯(lián)，尚有許多未完全闡明的問題。共存在三種假說：第64頁/共81頁l2. 構(gòu)象偶聯(lián)假說l 1964年P(guān)aul Boyer最先提出。認為電子沿呼吸鏈傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組分發(fā)生構(gòu)象變化，而形成一種高能形式，這種高能形式通過將能量提供給ATP合成而恢復(fù)其原來的構(gòu)象。但至今未能找到有力的實驗證據(jù)。l3. 化學(xué)滲透假說（chemiosmotic h

30、ypothesis）l 1961年英國生物化學(xué)家Peter Mitchell首先提出，1978年獲諾貝爾化學(xué)獎。l 基本要點：電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時釋放出的自電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時釋放出的自由能，可將質(zhì)子（由能，可將質(zhì)子（H H+ +）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜外側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度（到內(nèi)膜外側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度（H H+ +濃濃度梯度和跨膜電位差），以此儲存能量。當質(zhì)子度梯度和跨膜電位差），以此儲存能量。當質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動順濃度梯度回流時驅(qū)動ADPADP與與PiPi生成生成ATPATP。第65頁/共81頁化學(xué)滲透假說要點分述： 1. 呼吸鏈中遞氫體和

31、電子傳遞體在線粒體內(nèi)膜中是間隔交替排列的，并且都有特定的位置，催化反應(yīng)是定向的。 2. 遞氫體有氫泵的作用,當遞氫體從線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)接受從NADH+H+ 傳來的氫后,可將其中的電子（2e）傳給位于其后的電子傳遞體,而將兩個H+ 質(zhì)子從內(nèi)膜泵出到膜外側(cè)。? 氧化磷酸化作用的關(guān)鍵因素是質(zhì)子（氧化磷酸化作用的關(guān)鍵因素是質(zhì)子（H H+ +）梯）梯度和完整的線粒體內(nèi)膜。度和完整的線粒體內(nèi)膜。第66頁/共81頁 3. 內(nèi)膜對H+ 不能自由通過，泵出膜的外側(cè)H+ 不能自由返回膜內(nèi)側(cè)，因而使線粒體內(nèi)膜外側(cè)的H+ 濃度高于內(nèi)側(cè)，造成H+濃度的跨膜梯度，此H+ 濃度差使外側(cè)的pH 較內(nèi)側(cè)的pH 低1.0 單位左右

32、，并使原有的外正內(nèi)負的跨膜電位增高，此電位差中就包含著電子傳遞過程中所釋放的能量，好象電池兩極的離子濃度差造成電位差含有電能一樣。這種H+ 質(zhì)子梯度和電位梯度就是質(zhì)子返回內(nèi)膜的一種動力。 G = 2.3 RT pH + Z F , , pH = pH(內(nèi)) pH(外) , Z 是質(zhì)子電荷(包括符號)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)， 是膜電位差第67頁/共81頁 4. 利用線粒體內(nèi)膜上的ATP 合成酶的特點，將膜外側(cè)的2H+ 轉(zhuǎn)化成膜內(nèi)側(cè)的2H+，與氧生成水，即H+ 通過ATP 酶的特殊途徑，返回到基質(zhì)，使質(zhì)子發(fā)生逆向回流。由于H+ 濃度梯度所釋放的自由能，偶聯(lián)ADP 與無機磷酸合成ATP，質(zhì)子的電化學(xué)梯度也

33、隨之消失。 由上述分析可以看出， Mitchell的理論認為：電子傳遞釋放的自由能和ATP合成是與一種跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。第68頁/共81頁第69頁/共81頁細細 胞胞 質(zhì)質(zhì)膜間隙膜間隙基基 質(zhì)質(zhì)由于泵出質(zhì)子，使得基質(zhì)外側(cè)的質(zhì)子由于泵出質(zhì)子，使得基質(zhì)外側(cè)的質(zhì)子濃度高于內(nèi)側(cè)濃度高于內(nèi)側(cè)流動的電子載體流動的電子載體ATP ATP 合合 成成 酶酶膜結(jié)合蛋白膜結(jié)合蛋白 復(fù)合體復(fù)合體來自來自NADH NADH 的電子的電子來自來自FADHFADH2 2 的電子的電子電子傳遞電子傳遞 產(chǎn)生能量將質(zhì)子泵出產(chǎn)生能量將質(zhì)子泵出 形成跨膜濃度梯度形成跨膜濃度梯度ATPATP合成合成 利用質(zhì)子返回膜內(nèi)

34、驅(qū)動利用質(zhì)子返回膜內(nèi)驅(qū)動ATPATP產(chǎn)生產(chǎn)生線線 粒粒 體體 外外 膜膜內(nèi)內(nèi) 膜膜第70頁/共81頁質(zhì)子泵質(zhì)子泵膜間隙（正）膜間隙（正）基質(zhì)（負）基質(zhì)（負） 生理物質(zhì)的氧化在多個位點（復(fù)合物、和 ）為跨膜質(zhì)子梯度做貢獻，而該梯度只在一個部位即FoF1-ATP酶處消減(合成ATP)。第71頁/共81頁第72頁/共81頁基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè)膜間隙側(cè)膜間隙側(cè)第73頁/共81頁 根據(jù)最新的進展情況，從呼吸鏈中電子傳遞的過程可以看出： 每對電子通過復(fù)合物、和可導(dǎo)致10個（442）質(zhì)子從基質(zhì)泵出； 來自復(fù)合物中的FADH2的電子繞過復(fù)合物進入電子傳遞鏈只能導(dǎo)致6個（42）質(zhì)子跨膜移動。 大多數(shù)實驗測量表明：每合成1分子ATP大約需要3個質(zhì)子通過FoF1-ATP酶；同時，從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運合成ATP所需的P