生物氧化和氧化磷酸化綜述

1、第六章第六章 電子傳遞體系與氧化磷酸化電子傳遞體系與氧化磷酸化重點(diǎn)討論生物體內(nèi)如何生成重點(diǎn)討論生物體內(nèi)如何生成水水并產(chǎn)并產(chǎn)生生能量能量的過(guò)程的過(guò)程.目錄目錄第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化概述生物氧化概述第二節(jié)第二節(jié) 線粒體電子傳遞體系線粒體電子傳遞體系第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化概述生物氧化概述一、生物氧化的概念和特點(diǎn)一、生物氧化的概念和特點(diǎn)二、二、 高能化合物高能化合物生物氧化的特點(diǎn)和方式生物氧化的特點(diǎn)和方式1 1、生物氧化的特點(diǎn)、生物氧化的特點(diǎn)2 2、生物氧化過(guò)程中、生物氧化過(guò)程中COCO2 2的生成和的生成和H H2 2O O的生成的生成3 3、有機(jī)物在體內(nèi)氧

2、化釋能的三個(gè)階段、有機(jī)物在體內(nèi)氧化釋能的三個(gè)階段 糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解生糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解生成成COCO2 2和和H H2 2O O并釋放出能量的過(guò)程稱為并釋放出能量的過(guò)程稱為生物氧化生物氧化（biological biological oxidationoxidation），其實(shí)質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過(guò)程中所進(jìn)行的），其實(shí)質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過(guò)程中所進(jìn)行的一系列氧化還原反應(yīng)過(guò)程。一系列氧化還原反應(yīng)過(guò)程。生物氧化的特點(diǎn)生物氧化的特點(diǎn) 在活的細(xì)胞中（在活的細(xì)胞中（pHpH接近中性、體溫條件下），接近中性、體溫條件下），有機(jī)物的氧化在一系

3、列酶、輔酶和中間傳遞體參與有機(jī)物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與下進(jìn)行，其途徑迂回曲折，有條不紊。下進(jìn)行，其途徑迂回曲折，有條不紊。 氧化過(guò)程中氧化過(guò)程中能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如ATPATP）截獲，再供給機(jī)體所需。在此過(guò)程中既不會(huì)因）截獲，再供給機(jī)體所需。在此過(guò)程中既不會(huì)因氧化過(guò)程中能量驟然釋放而傷害機(jī)體，又能使釋放氧化過(guò)程中能量驟然釋放而傷害機(jī)體，又能使釋放的能量盡可得到有效的利用。的能量盡可得到有效的利用。COCO2 2的生成的生成 方式方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基的中間化合物

4、，然后在酶催化下羧基的中間化合物，然后在酶催化下脫羧脫羧而生成而生成COCO2 2。 類型類型：-脫羧和脫羧和-脫羧脫羧 氧化脫羧和單純脫羧氧化脫羧和單純脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶CH2-NH2RH H2 2O O的生成的生成 代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（體（NADNAD+ +、NADPNADP+ +、FADFAD、FMNFMN等）所接受，再通過(guò)等）所接受，再通過(guò)一系列遞氫體或遞電子體傳

5、遞給氧而生成一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H H2 2O O 。CH3CH2OHCH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶例：例：12 O2NAD+電子傳遞鏈電子傳遞鏈 H2O2eO=2H+脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它單糖其它單糖三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)電子傳遞電子傳遞（氧化）（氧化）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中間產(chǎn)物（如中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等） 共同中間物進(jìn)共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳

6、遞電子傳遞鏈傳遞生成生成H2O，釋放，釋放出大量能量，其出大量能量，其中一部分通過(guò)磷中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在酸化儲(chǔ)存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本結(jié)構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單位單位 生物氧化的三個(gè)階段生物氧化的三個(gè)階段高能化合物高能化合物1 1、高能化合物的類型、高能化合物的類型 2 2、ATPATP的特點(diǎn)及其特殊作用的特點(diǎn)及其特殊作用 生化反應(yīng)中，在水解時(shí)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)中可生化反應(yīng)中，在水解時(shí)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)中可釋放出大量自由能（釋放出大量自由能（2121千焦千焦/ /摩爾）的化合物稱摩爾）的化合物稱為高能化合物。為高能化合物。高高能能化化合合物物類類型型ATPATP的特殊作用的特殊作用 AT

7、PATP是細(xì)胞內(nèi)的是細(xì)胞內(nèi)的“能量通貨能量通貨” ATPATP是細(xì)胞內(nèi)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的中間載體是細(xì)胞內(nèi)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的中間載體PPPPATPP02108641214磷磷酸酸基基團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移能能磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘磷酸甘油酸磷酸油酸磷酸磷酸肌酸磷酸肌酸 （磷酸基團(tuán)儲(chǔ)備物）（磷酸基團(tuán)儲(chǔ)備物） 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸甘油第二節(jié)第二節(jié) 線粒體電子傳遞體系線粒體電子傳遞體系 一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、線粒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、電子傳遞呼吸鏈的概念電子傳遞呼吸鏈的概念三、呼吸鏈的組成三、呼吸鏈的組成四、機(jī)體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈及其能量變化四、機(jī)體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈及其能量變化 五、五

8、、電子傳遞抑制劑電子傳遞抑制劑線粒體呼吸鏈線粒體呼吸鏈 線粒體基質(zhì)是呼吸線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化的場(chǎng)所，底物在底物氧化的場(chǎng)所，底物在這里氧化所產(chǎn)生的這里氧化所產(chǎn)生的NADHNADH和和FADHFADH2 2將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過(guò)一到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過(guò)一系列氫載體和電子載體的系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給傳遞，最后傳遞給O O2 2生成生成H H2 2O O。這種由載體組成的。這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞電子傳遞鏈鏈（eclctron transfer eclctron transfer chain),chain),因?yàn)槠涔δ芎秃粢驗(yàn)?/p>

9、其功能和呼吸作用直接相關(guān)，亦稱為吸作用直接相關(guān)，亦稱為呼吸鏈呼吸鏈。線粒體結(jié)構(gòu)線粒體結(jié)構(gòu)呼吸鏈的組成呼吸鏈的組成1. 1. 黃素蛋白酶類黃素蛋白酶類（flavoproteins, FPflavoproteins, FP）2. 2. 鐵鐵- -硫蛋白類硫蛋白類（ironsulfur proteins)ironsulfur proteins)3. 3. 輔酶輔酶（ubiquinone,ubiquinone,亦寫作亦寫作CoQCoQ）4. 4. 細(xì)胞色素類細(xì)胞色素類（cytochromes）NADH輔輔 酶酶 Q（CoQ）Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等黃素

10、蛋白黃素蛋白（F AD）黃素蛋白黃素蛋白（FMN）細(xì)胞色素類細(xì)胞色素類鐵硫蛋白鐵硫蛋白（Fe-S）鐵硫蛋白鐵硫蛋白（Fe-S）煙酰胺脫氫酶類煙酰胺脫氫酶類 特點(diǎn)特點(diǎn)：以：以NADNAD+ + 或或NADPNADP+ +為輔酶，存在于線為輔酶，存在于線粒體、基質(zhì)或胞液中。粒體、基質(zhì)或胞液中。 傳遞氫機(jī)理傳遞氫機(jī)理: NAD(P)NAD(P) + + + 2H + 2H+ + +2e NAD(P)H + H+2e NAD(P)H + H+ +黃素蛋白酶類黃素蛋白酶類 特點(diǎn)特點(diǎn)： 以以FAD或或FMN為輔基，酶蛋白為細(xì)胞膜組成蛋白為輔基，酶蛋白為細(xì)胞膜組成蛋白類別類別：黃素脫氫酶類（如黃素脫氫酶類（

11、如NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶）脫氫酶、琥珀酸脫氫酶） 需氧脫氫酶類（如需氧脫氫酶類（如L氨基酸氧化酶）氨基酸氧化酶） 加單氧酶（如賴氨酸羥化酶）加單氧酶（如賴氨酸羥化酶）遞氫機(jī)理：遞氫機(jī)理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2鐵硫蛋白鐵硫蛋白 +e 傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理：Fe3+ Fe2+ -e 特點(diǎn)特點(diǎn)：含有含有Fe和對(duì)酸不穩(wěn)定的和對(duì)酸不穩(wěn)定的S原子，原子，F(xiàn)e和和S常以等摩爾量存在（常以等摩爾量存在（Fe2S2, Fe4S4 )，構(gòu)成，構(gòu)成FeS中心，中心，F(xiàn)e與蛋白質(zhì)分子中的與蛋白質(zhì)分子中的4個(gè)個(gè)Cys殘殘基的巰基與蛋白質(zhì)相連結(jié)?；膸€基與蛋白質(zhì)相連結(jié)。CoQ 特點(diǎn)：帶有聚

12、異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動(dòng)泳動(dòng),是非蛋白成分是非蛋白成分。 +2H 傳遞氫機(jī)理：CoQ CoQH2 2HCoQ的結(jié)構(gòu)和遞氫原理的結(jié)構(gòu)和遞氫原理CoQ+2H CoQH2細(xì)胞色素細(xì)胞色素 傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特點(diǎn)特點(diǎn)：以血紅素（以血紅素（heme）為輔基，血紅素的主要）為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。成份為鐵卟啉。 類別類別: 根據(jù)吸收光譜分成根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類，呼吸鏈中三類，呼吸鏈中含含5種（種（b、c、c1、a和和a

13、3)，cyt b和和cytc1、cytc在呼在呼吸鏈中的中為電子傳遞體，吸鏈中的中為電子傳遞體，a和和a3以復(fù)合物物存在，以復(fù)合物物存在，稱稱細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶，其分子中除含，其分子中除含F(xiàn)e外還含有外還含有Cu ，可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為末端氧化酶末端氧化酶。細(xì)胞色素的結(jié)構(gòu)和遞電子機(jī)理細(xì)胞色素的結(jié)構(gòu)和遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理：Fe3+ Fe2+-e+e鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)及遞電子機(jī)理鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)及遞電子機(jī)理S Fe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys傳遞電子機(jī)理傳遞電子機(jī)理：Fe3+ Fe2+-e+eNADHN

14、ADH呼吸鏈呼吸鏈H2O12O2O2-MH2還原型代還原型代 謝底物謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c1- c -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 謝底物謝底物FADH2呼吸鏈呼吸鏈FADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸延胡索酸NADH呼吸鏈和呼吸鏈和FADH2呼吸鏈呼吸鏈 FADH2 FeS FeS NADHFMNFeSCoQCytbFeSCytcFMNFeSCoQCytbFeSCytc1 1Cytc

15、CytaaCytcCytaa3 3OO2 2NADH呼吸鏈呼吸鏈FADH2呼吸鏈呼吸鏈線粒體膜上的呼吸鏈對(duì)三氟甲氧基苯腙羰基氰基化物對(duì)三氟甲氧基苯腙羰基氰基化物二環(huán)己基羰二亞胺二環(huán)己基羰二亞胺雙香豆素雙香豆素2-噻吩甲酰噻吩甲酰三氟丙酮三氟丙酮?dú)⒎鄣貧⒎鄣毓苿┕苿╇婋娮幼觽鱾鬟f遞鏈鏈中中各各中中間間體體的的順順序序NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFADFe-S琥珀酸琥珀酸等等復(fù)合物復(fù)合物 II復(fù)合物復(fù)合物 IV復(fù)合物復(fù)合物 I復(fù)合物復(fù)合物 IIINADH脫氫酶脫氫酶輔酶輔酶Q-細(xì)胞色素細(xì)胞色素還原酶還原酶細(xì)胞色素細(xì)胞色素C還原酶

16、還原酶琥珀酸琥珀酸-輔酶輔酶Q還原酶還原酶第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用一、 氧化磷酸化和磷氧比（氧化磷酸化和磷氧比（P/O）的概念）的概念二、二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理三、三、 線粒體外線粒體外NADH的氧化磷酸化作用的氧化磷酸化作用四、能荷四、能荷 氧化磷酸化氧化磷酸化 代謝物在生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能用于代謝物在生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能用于合成合成ATP（即（即ADP+PiATPATP）, ,這種氧化放能和這種氧化放能和ATPATP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過(guò)程稱氧化磷酸化生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過(guò)程稱氧化磷酸化。類別類別： 底物水平磷酸化底物水平磷酸化

17、電子傳遞水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化ADP + Pi ATP + H ATP + H2 2O O生物氧化過(guò)程中生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能釋放出的自由能磷氧比（磷氧比（ P/O ）呼吸過(guò)程中無(wú)機(jī)磷酸（呼吸過(guò)程中無(wú)機(jī)磷酸（P Pi i）消耗量和分子氧（）消耗量和分子氧（O O2 2）消耗量的比）消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過(guò)程中，每傳遞一對(duì)電子消耗一個(gè)值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過(guò)程中，每傳遞一對(duì)電子消耗一個(gè)氧原子，而每生成一分子氧原子，而每生成一分子ATPATP消耗一分子消耗一分子P Pi i ，因此，因此P/O的數(shù)值相當(dāng)于的數(shù)值相當(dāng)于一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的一對(duì)電子

18、經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的ATPATP分子數(shù)。分子數(shù)。NADHNADHFADHFADH2 2O O2 212H H2 2O OH H2 2O O例例 實(shí)測(cè)得實(shí)測(cè)得NADHNADH呼吸鏈呼吸鏈： P/O 3 ( (產(chǎn)產(chǎn)ATP2.5mol)ATP2.5mol)ADP+ADP+PiPi ATP ATP實(shí)測(cè)得實(shí)測(cè)得FADHFADH2 2呼吸鏈呼吸鏈： P/O2 (產(chǎn)產(chǎn)ATP1.5mol)O O2 2122e-2e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATP氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理1 1、化學(xué)滲透假說(shuō)、化學(xué)滲透假說(shuō)2 2、氧化磷酸化的抑制、氧化磷酸化的抑制 解偶聯(lián)劑和離子載體抑制劑解偶聯(lián)劑和離子載體抑制劑