生物氧化生物化学[1]课件

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1、2022-4-23生物氧化生物化学11第六章 （Biological Oxidation）Biochemistry DepartmentDepartment of Basic Medical SciencesHangzhou Normal UniversityGuyishengBiochemistry杭 医2022-4-23生物氧化生物化学12生物氧化的概念物质在生物体内进行的氧化（主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解，放出能量，生成CO2和H2O的过程）（又称：细胞呼吸、组织呼吸）能量的形式：热能，维持体温化学能，合成ATP，供生命活动需要2022-4-23生物氧化生物化学13生物氧化图解糖糖

2、 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能2022-4-23生物氧化生物化学14生物氧化与体外氧化的相同点物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子。遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物(CO2，H2O)和释放能量均相同。2022-4-23生物氧化生物化学15生物氧化的特点细胞内温和的条件下进行酶促反应能量逐步释放，并合成ATP反应以脱氢（脱电子）为主，并有广泛的加水脱氢反应CO2由有机酸脱羧生成H2O由脱下的氢与氧结合产生（经呼吸链）2022-4-23生物氧化生物化学16第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系线粒体生物氧化体系l通过

3、呼吸链（电子传递链）完成l产物：H2Ol意义：生成ATP，供机体生命活动之需要ATP的生成方式：l氧化磷酸化（为主）l底物水平磷酸化2022-4-23生物氧化生物化学17一、呼吸链(respiratory chain)概念：代谢物脱下的成对氢原子（2H），通过多种酶与辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水；由于此过程与细胞呼吸有关，故称呼吸链，又称电子传递链（electron transfer chain）SH2 A B C D 1/2O2递氢体与递电子体位置：线粒体内膜上2022-4-23生物氧化生物化学18（一）呼吸链的组成四种酶复合体作用：催化递氢、递电子反应，最终传递给氧，生

4、成水酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式l所含各组分具体完成电子传递过程l电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成2022-4-23生物氧化生物化学19表：人线粒体呼吸链复合体表：人线粒体呼吸链复合体复合体复合体酶名称酶名称质量质量(kD)多肽多肽链数链数功能辅基功能辅基含结合位点含结合位点复合体复合体NADH-泛醌泛醌还原酶还原酶85039FMN，Fe-SNADH（基质侧）（基质侧）CoQ（脂质核心）（脂质核心）复合体复合体琥珀酸琥珀酸-泛醌泛醌还原酶还原酶1404FAD，Fe-S琥珀酸（基质侧）琥珀酸（基质侧）CoQ（脂质核心

5、）（脂质核心）复合体复合体泛醌泛醌-细胞色细胞色素素C还原酶还原酶25011血红素血红素bL, bH, c1,Fe-SCyt c（膜间隙侧）（膜间隙侧）细胞色素细胞色素c131血红素血红素cCyt c1， Cyt a复合体复合体细胞色素细胞色素C氧氧化酶化酶16213血红素血红素a，a3，CuA, CuBCyt c（膜间隙侧）（膜间隙侧） 泛醌泛醌不包含在上述四种复合体中。不包含在上述四种复合体中。2022-4-23生物氧化生物化学1101、NADH-泛醌还原酶（复合体）位于呼吸链的起始，与大多数脱氢反应相联系（以NAD+为辅酶的脱氢酶类）作用：将电子（氢）从NADH传递给泛醌含：黄素蛋白（辅

6、基为FMN） 铁硫蛋白（辅基为Fe-S）辅酶（辅基）作为递氢体（递电子体）每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体有质子泵功能2022-4-23生物氧化生物化学111复合体的功能NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH22022-4-23生物氧化生物化学1122、琥珀酸-泛醌还原酶（复合体）与代谢过程中以FAD为辅基的脱氢反应相联系（TAC中的琥珀酸脱氢酶）作用：将电子（氢）从琥珀酸（或脂酰CoA等）传递到泛醌含：黄素蛋白（辅基为FAD） 铁硫蛋白（辅基为Fe-S）复合体没有H+泵的功能2022-4-23生物氧化生物化学11

7、3复合体与的功能2022-4-23生物氧化生物化学1143、泛醌-细胞色素C还原酶（复合体）又称：细胞色素b-c1复合体含：细胞色素b（Cyt b562 ，Cyt b566） 细胞色素c1（Cyt c1） 可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)作用：将电子从泛醌传递到Cyt c （CoQH2Cyt bLCyt bH Fe-S Cytc1Cytc）Cyt c ：呼吸链中唯一的水溶性物质，位于内膜外表面，易分离；不包含在复合体中2022-4-23生物氧化生物化学115细胞色素（Cytochrome, Cyt）一类以铁卟啉为辅基的酶类分Cyt a, Cyt b, Cyt c三大类（根据吸收

8、光谱），再分若干亚类各类细胞色素的差别：l铁卟啉辅基的侧链l铁卟啉与酶蛋白的连接方式作用：传递电子 Fe3+ + e Fe2+2022-4-23生物氧化生物化学116复合体的功能2022-4-23生物氧化生物化学1174、细胞色素C氧化酶（复合体）作用：将电子从Cyt c传递给氧含Cyt a 和 Cyt a3，两者紧密结合，不易分离，故称 Cyt aa3Cyt aa3 中含铁卟啉辅基和铜与Fe类似，Cu也能传递电子 Cu2+ + e Cu+2022-4-23生物氧化生物化学118复合体的作用机制含4个氧化还原中心l两个血红素辅基和两个Cu位点（CuA、CuB）lCyt a-CuA、 Cyt a

9、3 CuB两组功能单元lCyt a3 与CuB 形成双核活性中心l电子传递：电子传递：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO2每传递2个电子，使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 。复合体有质子泵功能2022-4-23生物氧化生物化学119复合体的功能2022-4-23生物氧化生物化学120（二）呼吸链成分的排列顺序排列顺序确定的依据：多种实验的综合1、标准氧化还原电位2、特异的吸收光谱3、特异的抑制剂4、体外将呼吸链拆开和重组2022-4-23生物氧化生物化学121重要的呼吸链1、两条呼吸链lNADH氧化呼吸链（最主要）大多数脱氢酶以NAD+为辅酶l琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）某

10、些脱氢酶以FAD为辅酶（辅基）2、一些重要代谢物氧化时的电子传递如：苹果酸、丙酮酸、乳酸等 琥珀酸、脂酰CoA等2022-4-23生物氧化生物化学122二、氧化磷酸化 （Oxidative phosphorylation）ATP的生成方式： 氧化磷酸化（主要方式） 底物水平磷酸化氧化磷酸化的概念： 呼吸链电子传递过程中释放能量，偶联ADP磷酸化生成ATP，又称偶联磷酸化2022-4-23生物氧化生物化学123底物水平磷酸化 （Substrate level phosphorylation）概念：在代谢过程中，将代谢物分子中的能量直接转移至ADP（GDP），生成ATP（GTP）的过程体内有三处底

11、物水平磷酸化1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸琥珀酸单酰CoA 琥珀酸2022-4-23生物氧化生物化学124（一）氧化磷酸化的偶联部位偶联部位：偶联部位：复合体复合体、1、P/O比值 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（或ADP摩尔数），即代表生成ATP的摩尔数2、自由能变化 Go-nFEo n : 电子数 F : 法拉弟常数（96.5kJ/mol.v）2022-4-23生物氧化生物化学125偶联部位图示2022-4-23生物氧化生物化学126（二）氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis）lPeter Mitc

12、hell 于60年代提出，获78年诺贝尔化学奖化学渗透假说的基本要点：1.呼吸链递氢递电子时，将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧，形成电化学梯度（H+浓度差、电位差），储存能量2.当H+顺电化学浓度梯度回流到线粒体内基质时，驱动ADP合成ATP2022-4-23生物氧化生物化学127化学渗透假说已经得到广泛的实验支持化学渗透假说已经得到广泛的实验支持氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；线粒体内膜对H+、OH、K、Cl离子不通透；电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的跨内膜电化学梯度；增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成，而线粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯度，结

13、果电子虽可以传递，但ATP生成减少。2022-4-23生物氧化生物化学128（三）ATP合酶（ATP synthase）复合体，位于线粒体内膜基质侧，具有质子回流的通道，能合成ATPATP合酶的结构电镜观察： 基部 柄部 头部生化分离： F0 F1 （脂溶性） （水溶性） 寡霉素敏感蛋白、IF1亚基等 （OSCP）2022-4-23生物氧化生物化学129ATP合酶的组成F1 ：含33亚基复合体，OSCP、IF1 亚基等l功能：合成ATPl催化部位：亚基（结合才有活性） F0 ：由a、b2 、 c912亚基组成（动物细胞线粒体还有其他辅助亚基）l镶嵌于线粒体内膜，是质子回流通道当H+经F0回流时

14、， F1催化ADP生成ATP2022-4-23生物氧化生物化学130ATP合酶组成可旋转的发动机样结构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ATP2022-4-23生物氧化生物化学131三、影响氧化磷酸化的因素（一）ADP（ADP/ATP）的调节作用1、正常情况下的主要调节因素 ADP 氧化磷酸化

15、2、意义：使ATP的生成速度适应机体生理需要3、呼吸控制率（respiratory control ratio, RCR） 过量底物时，加入ADP后的耗氧速率 仅有底物时的耗氧速率（作为观察氧化磷酸化偶联程度的较敏感的指标）RCR2022-4-23生物氧化生物化学132（二）甲状腺激素的影响生理剂量：甲状腺激素 氧化磷酸化l诱导Na、KATP酶生成，ATP ADP，ADP增多，促进氧化磷酸化 大剂量：甲状腺激素能促进解偶联蛋白的基因表达，耗氧量和产热量（但ATP生成并不增加） 甲亢病人：基础代谢率，怕热、出汗、食欲增加、人体消瘦，等等2022-4-23生物氧化生物化学133（三）抑制剂的影响1

16、、呼吸链抑制剂（阻断电子传递）2、解偶联剂（氧化与磷酸化过程脱离）3、ATP合酶抑制剂（氧化磷酸化抑制剂）（抑制磷酸化、影响呼吸链）2022-4-23生物氧化生物化学1341、呼吸链抑制剂 （阻断某部位的电子传递）复合体抑制剂：l鱼藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidin A）及异戊巴比妥（amobarbital）等，阻断传递电子到泛醌 。（与复合体中的铁硫蛋白结合，阻断电子传递）复合体的抑制剂：萎锈灵（carboxin）2022-4-23生物氧化生物化学135复合体抑制剂：l抗霉素A（antimycin A）阻断Cyt bH传递电子到泛醌(QN) ；l粘噻唑菌醇则作用QP位

17、点；l二巯基丙醇（BAL）阻断Cyt b Cyt c1复合体 抑制剂：lCN、N3紧密结合中氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。lCO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。2022-4-23生物氧化生物化学136各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S萎锈灵萎锈灵 2022-4-23生物氧化生物化学1372

18、、解偶联剂（使氧化与磷酸化过程脱离）机制：电子传递过程泵出的H+不经过F0 质子通道回流，而通过内膜的其他途径返回线粒体基质，破坏内膜两侧的电化学梯度，妨碍ATP生成1）2,4-二硝基苯酚（DNP）：脂溶性，在内膜中可自由移动，在内膜的胞液侧结合H+ ，移至基质侧释出H+ ，破坏电化学梯度2）解偶联蛋白（UCP1）： 32KD的二聚体，在线粒体内膜形成质子通道，可使H+返流，释放热能棕色脂肪组织的线粒体内膜含有解偶联蛋白（新生儿、哺乳动物等，以及心肌、骨骼肌）游离脂肪酸能促使H+经解偶联蛋白返流2022-4-23生物氧化生物化学138解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（

19、棕色脂肪组织线粒体）Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能ADP+Pi ATP 2022-4-23生物氧化生物化学139抑制ADP磷酸化生成ATP，抑制呼吸链的递氢递电子过程。（具有双重作用）寡霉素(oligomycin) ： 与寡霉素敏感蛋白（OSCP）（ATP合酶的F0、F1之间）结合，阻止质子经F0的通道返流，抑制ATP合成 因H+返流阻断，内膜两侧的电化学梯度增高，影响呼吸链的质子泵功能，影响呼吸链传递3、ATP合酶抑制剂（氧化磷酸化抑制剂）二环己基碳二亚胺( 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

20、2022-4-23生物氧化生物化学140寡霉素寡霉素(oligomycin)作用机制作用机制寡霉素寡霉素可阻止质可阻止质子从子从F0质质子通道回子通道回流，抑制流，抑制ATP生成。生成。2022-4-23生物氧化生物化学141（四）线粒体DNA（mtDNA）突变mtDNA的特点：l裸露的环状双螺旋l缺乏蛋白质保护，缺乏损伤修复机制l易受氧自由基的损伤而突变，是核DNA突变的1020倍mtDNA编码基因：l氧化磷酸化呼吸链复合体的13条多肽链l线粒体蛋白质合成所需的22种tRNA和2种rRNA2022-4-23生物氧化生物化学142mtDNA疾病mtDNA突变氧化磷酸化抑制 ATP生成致病mtD

21、NA疾病的特点： 母系遗传（卵子含mtDNA 几十万个，精子含mtDNA几百个，受精时卵细胞mtDNA的影响大） 老年发病多见（年龄增大， mtDNA突变加重） 症状取决于mtDNA突变程度与组织能量需求，耗能多的组织先出现功能障碍（盲、聋、痴呆、肌无力、糖尿病等）2022-4-23生物氧化生物化学143四、ATP和能量的利用与转移高能化合物与高能键“ ”l水解时释放能量 21 kJ/moll体内有多种高能化合物最重要的高能化合物：ATPl体内能量的利用与储存以ATP为中心2022-4-23生物氧化生物化学144能量的转移与储存ATP+UDP ADP+UTPATP+CDP ADP+CTPATP

22、+GDP ADP+GTPUTP、CTP、GTP分别参与糖原、磷脂和蛋白质的合成过程ATP消耗过多时：2ADP ATP+AMPATP还可将P转移给肌酸，生成磷酸肌酸（CP），是能量的贮存形式ATP + 肌酸 ADP + 磷酸肌酸 2022-4-23生物氧化生物化学145肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。2022-4-23生物氧化生物化学146五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜 通透性较大 内膜 通透性较小 需要转运载体较为重要的跨膜转运有： 1、NADH的跨膜转运 2、ATP的跨膜转运 3、蛋白质的跨膜转运

23、2022-4-23生物氧化生物化学147（一）胞液NADH的氧化1、磷酸甘油穿梭作用器官：脑、骨骼肌等要点：l两种不同的磷酸甘油脱氢酶l线粒体内膜（胞液侧）的磷酸甘油脱氢酶以FAD为辅基，脱氢后生成FADH2，进入琥珀酸氧化呼吸链，生成1.5分子ATPl骨骼肌等组织，葡萄糖氧化分解，生成30分子ATP（一般组织，生成32分子ATP）2022-4-23生物氧化生物化学1482、苹果酸天冬氨酸穿梭作用器官：肝、心肌要点：l与磷酸甘油脱氢酶不同，线粒体内的苹果酸脱氢酶仍以NAD+为辅酶，脱下的氢进入NADH氧化呼吸链，生成2.5分子ATPl除苹果酸脱氢酶外，还需要酮戊二酸载体、酸性氨基酸载体、谷草转

24、氨酶（GOT）参与2022-4-23生物氧化生物化学149（二）腺苷酸转运蛋白又称ATPADP载体（ ATPADP carrier） ATPADP转位酶腺苷酸载体对ATP、ADP作反向转运，同时需磷酸盐载体参与（转运H2PO4-和H+）腺苷酸载体为二聚体结构（每个亚基分子量为3000）2022-4-23生物氧化生物化学150线粒体中ATP生成：3H+转运至基质ATP-ADP反向转运：H+转运至基质l合计： 4H+转运至线粒体基质NADH氧化呼吸链：2.5ATP琥珀酸氧化呼吸链：1.5ATP2022-4-23生物氧化生物化学151（三）线粒体蛋白质的跨膜转运尽管线粒体含DNA，能合成蛋白质；但9

25、8以上的线粒体蛋白质由核DNA编码，在线粒体外合成，然后转运至线粒体 需受体、酶类、某些蛋白质参与线粒体基质蛋白质：线粒体外合成跨膜转运至基质加工、成熟线粒体内膜或膜间隙蛋白质：线粒体外合成跨膜转运至基质初步加工 再重新穿过内膜进一步成熟2022-4-23生物氧化生物化学152第二节 其他氧化体系（非线粒体生物氧化体系）特点：氧化过程不包括高能化合物的生成（即不产生（即不产生 ATP） 主要与体内代谢物、药物、毒物的生物转化有关分布：微粒体、过氧化物酶体、细胞内其他部位重要的酶类：氧化酶和需氧脱氢酶 加单氧酶和加双氧酶过氧化氢酶和过氧化物酶 超氧物岐化酶2022-4-23生物氧化生物化学153

26、一、抗氧化酶体系功能：清除反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)O2e-e-+2H+H2O2e-+H+OHH2Oe-+H+H2O反应活性氧类反应活性氧类O22022-4-23生物氧化生物化学154ROSROS主要来源主要来源线粒体：超氧阴离子 的主要来源； 在线粒体中再生成H2O2和OH。过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电子交给O2生成H2O2和羟自由基OH。需氧脱氢酶（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成 。外源因素：细菌感染、组织缺氧、环境因素、药物等也可导致细胞产生活性氧类。O2O2O22022-4-23生物氧化生物化学155（一）过氧化氢

27、酶（触酶）H2O2在代谢中产生（如需氧脱氢酶），有双重作用l有利方面：吞噬细胞中氧化杀菌；甲状腺细胞中氧化碘（2I- I2），碘化酪氨酸l不利方面：损伤细胞、产生氧自由基过氧化氢酶的作用：2H2O2 2H2O+O2l过氧化氢酶的辅基含4个血红素2022-4-23生物氧化生物化学156附：过氧化物酶与过氧化氢酶类似，以血红素为辅基作用：催化H2O2直接氧化酚类、胺类lR + H2O2 RO + H2O lRH2 +H2O2 R + 2 H2O医学中应用举例：大便隐血试验（OT） 联苯胺 蓝色化合物白细胞中的过氧化物酶（氧化作用）2022-4-23生物氧化生物化学157（二）谷胱甘肽过氧化物酶(g

28、lutathione peroxidase，GPx)作用：清除细胞生长和代谢中产生的H2O2或过氧化物（R-O-OH），保护生物膜和血红蛋白免遭损伤。体内防止活性氧类损伤主要的酶。H2O2 + 2GSH 2 H2O +GS-SG2GSH + R-O-OH GS-SG + H2O + R-OH2022-4-23生物氧化生物化学158谷胱甘肽过氧化物酶的作用该酶存在细胞内，含硒2022-4-23生物氧化生物化学159（三）超氧物岐化酶（SOD） （superoxide dismutase）2022-4-23生物氧化生物化学160二、单加氧酶（monooxygenase） （混合功能氧化酶、羟化酶）

29、需要 Cyt P450 参与（属于 Cyt b 类）l分布广泛，含10个基因家族，100余种同工酶l肝、肾（微粒体）含量最多，参与类固醇激素、胆汁酸、胆色素的生成和药物、毒物的生物转化需要NADPHCyt P450 还原酶参与l含有黄素蛋白 （辅基为FAD）l 铁氧还蛋白（辅基为Fe-S）加单氧酶2022-4-23生物氧化生物化学161 NADH+H+ NAD+ 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 QH2 Q 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 QH2 Q 4H+4H+4H+4H+Cytcox Cytcox Cytcred Cytcred 2H+2H+呼吸

30、链复合体的位置2022-4-23生物氧化生物化学162呼吸链概貌电子传递链及氧化电子传递链及氧化磷酸化系统概貌磷酸化系统概貌H+ 跨膜质子电化跨膜质子电化学梯度；学梯度；H+m内膜内膜基质侧基质侧H+；H+c 内内膜胞液侧膜胞液侧H+2022-4-23生物氧化生物化学163General picture of respiratory chaincomplexFMN Fe-SNADHQcomplexCytb Fe-S Cytc1complexCyta Cyta3CuA CuBO2CytcsuccinatecomplexFADFe-SADP+PiATP“proton pump”electroche

31、mical gradient (H+)ATP synthaseF0 F1 OSCP ATP synthaseF0 F1 OSCP ATP synthaseF0 F1 OSCP ATP synthaseF0 F1 OSCP ATP synthaseF0 F1 OSCP malonate（）amytal, rotenonepiericdin A（）dinitrophenol(DNP)（）oligomycin（）CO,CNH2S（）antimycin ABAL（）2022-4-23生物氧化生物化学164NAD+结构含维生素PP（烟酰胺，尼克酰胺）中文名称：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）烟酰胺部分能可

32、逆地接受氢与电子2022-4-23生物氧化生物化学165NAD+的递氢反应NAD+分子中接受了一个H和一个e，另一个H+保留在基质中氧化还原变化发生在五价氮和三价氮之间2022-4-23生物氧化生物化学166FMN和FAD的结构含维生素B2（核黄素）中文名称：黄素单核苷酸（FMN）（复合体）黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）（复合体）2022-4-23生物氧化生物化学167FMN的递氢反应维生素B2中的异咯嗪环，其第1、5位N原子能可逆地接受H（质子和电子）（共轭系统）2022-4-23生物氧化生物化学168铁硫蛋白的辅基（铁硫簇 Fe-S）含等量的Fe和S（Fe2S2， Fe4S4）Fe与半胱氨酸

33、中的S（巯基）相连Fe能传递电子Fe3+ + e Fe2+ 2022-4-23生物氧化生物化学169铁硫中心的结构无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫2022-4-23生物氧化生物化学170泛醌（Q）及其递氢反应又称CoQ，脂溶性，能在线粒体内膜中扩散；易从内膜分离，故不包含在复合体中含多个异戊间二烯疏水侧链（人类含10个，Q10）醌型结构能可逆地接受质子和电子（H）在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用2022-4-23生物氧化生物化学171细胞色素的辅基Cyt a甲酰基多聚异戊烯Cyt b 乙烯侧链Cyt c乙烯侧链与酶蛋白的半胱氨酸相连2022-4-23生物氧化生物化学172Cyt c中辅

34、基与酶蛋白的连接1.乙烯侧链与酶蛋白的半胱氨酸相连2.Fe与组氨酸的咪唑基和蛋氨酸的甲硫基相连2022-4-23生物氧化生物化学173复合体的电子传递通过“Q循环”复合体每传递2个电子，向内膜胞浆侧释放4个H+复合体也有质子泵作用2022-4-23生物氧化生物化学174复复合合体体的的电电子子传传递递过过程程2022-4-23生物氧化生物化学175CuB-Cyta3中心细胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2还原成水有强氧化性中间物始终和双核中心紧密结合，不会引起细胞损伤2H+2H2O2022-4-23生物氧化生物化学176氧化还原电位测定2022-4-23生物氧化生物化学177呼吸链中各

35、种氧化还原对的呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位标准氧化还原电位氧化还原对氧化还原对E0(V)氧化还原对氧化还原对E0(V)NAD+ /NADN+H+0.32Cyt c1 Fe3+ /Fe2+0.22FMN /FMNH20.219Cyt c Fe3+ /Fe2+0.254FAD /FADH20.219Cyt a Fe3+ /Fe2+0.29Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyt a3 Fe3+ /Fe2+0.35Q10 /Q10H20.061/2O2 /H2O0.8162022-4-23生物氧化生物化学178按 Eo确定的呼吸链排列NADHFMN(Fe-S)琥

36、珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链2022-4-23生物氧化生物化学179某些代谢物的传递链2022-4-23生物氧化生物化学180氧化磷酸化示意图FMNFe-SNADHQCyt bCyt c1Cyt aa3O2FADFe-SADP + PiATP递氢氧化、释放能量磷酸化、贮存能量偶联Cyt c2022-4-23生物氧化生物化学181P/O比值比较各物质的 P/O 比值（ATP的生成数），可推断偶联部位2.51.52022-4-23生物氧化生物化学182自由能计算每生成1摩尔ATP，需

37、能30.5kJ（7.3Kcal） 呼吸链途径Eo(V) Go(kj/mol) NADH CoQ0.3669.48 CoQ Cyt c0.2140.53 Cyt aa3 1/2 O20.53102.29 Cyt c 1/2 O20.57110.012022-4-23生物氧化生物化学183电子传递过程的能量释放2022-4-23生物氧化生物化学184化学渗透学说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 2022-4-23生物氧化生物化学185电子传递过程电子传递过程复合体复合体 (4H+) 、 (4 H+)和和 (2

38、H+)有质子泵功能有质子泵功能 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 2022-4-23生物氧化生物化学186化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响2022-4-23生物氧化生物化学187线粒体结构2022-4-23生物氧化生物化学188ATP合酶结构模式图2022-4-23生物氧化生物化学189ATP合酶结构模式图

39、22022-4-23生物氧化生物化学190ATP合酶工作的 “ 结合变构机制 ”ATP合酶的最小反应中心是亚基结合ADP和Pi后，构象发生变化，催化合成ATP。 （有三种构象）F1 包括三对，围绕着由中轴构成的中心，每次只能形成一个；当合成ATP后，发生转动，与第二个形成 。故F1 中的三对依次合成ATP。2022-4-23生物氧化生物化学191ATP合酶工作机制1L疏松型T紧密型O开放型2022-4-23生物氧化生物化学192ATP合酶工作机制22022-4-23生物氧化生物化学193ATP合酶工作机制当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。2

40、022-4-23生物氧化生物化学194合酶和质子的跨膜流动机制 F1的3、3和亚基以及F0的a、b2亚基共同组成定子部分。 F0的、亚基及F1的c亚基环组成转子部分。 F0的a亚基有2个质子半通道，开口内膜两侧，并对应与l个c亚基相互作用； 质子顺梯度从胞浆侧迸人，结合c亚基，旋转到另一半通道，从基质侧排出。 2022-4-23生物氧化生物化学195ADP对线粒体耗氧的影响问题：l第三次加入ADP后，与第一、第二次加ADP比较，曲线变化有何不同？为什么？2022-4-23生物氧化生物化学196不同底物与抑制物对线粒体耗氧的影响你能进一步分析各实验步骤吗？l如：能用苹果酸代替琥珀酸吗？l 能用抗

41、霉素A代替寡霉素吗？2022-4-23生物氧化生物化学197常见高能化合物2022-4-23生物氧化生物化学198主要转运载体表胞胞 浆浆线粒体基质线粒体基质磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4H+H2PO4H+酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸 -酮戊二酸酮戊二酸腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白ADPATP 丙酮酸转运蛋白丙酮酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉肉碱碱胞胞

42、浆浆线粒体基质线粒体基质磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4H+H2PO4H+磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4H+H2PO4H+酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸酸性氨基酸转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸 -酮戊二酸酮戊二酸 -酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸 -酮戊二酸酮戊二酸腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白ADPATP 腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白ADPATP 丙酮酸转运蛋白丙酮酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-丙酮酸转运蛋白丙酮酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸转运蛋白三羧酸转运

43、蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉肉碱碱肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉肉碱碱转运蛋白转运蛋白功功 能能2022-4-23生物氧化生物化学199磷酸甘油穿梭2022-4-23生物氧化生物化学1100磷酸甘油穿梭图解Outer membraneCytosolInner membraneIntermembranespaceCH2OH |CHOH |CH2OPCH2OH |C O |C

44、H2OPNAD+NADHH+DHAPdihydroxyacetone phosphateGlycerol-3- phosphateDHAPdihydroxyacetone phosphateFADH2FADdehydro-genaseGlycerol-3- phosphateQComplexdehydro-genase2022-4-23生物氧化生物化学1101苹果酸天冬氨酸穿梭作用2022-4-23生物氧化生物化学1102线线粒粒体体内内膜膜NADH +H+ NAD+ -OOC-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH +H+ NAD+ 谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸

45、 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮酮 戊二酸转运体戊二酸转运体 -OOC-CH2-C-COO-OHH苹果酸苹果酸 -OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 基质基质 呼吸链呼吸链 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H2022-4-23生物氧化生物化学1103AT

46、P转运腺苷酸载体2022-4-23生物氧化生物化学1104ATP合酶每分子ATP4-和ADP3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷 ，相当于多1个H+转入线粒体基质。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- H+ H+ H+ H+ H2PO4- H2PO4- ADP3- ADP3- 2022-4-23生物氧化生物化学1105蛋白质前体线粒体蛋白质的跨膜转运图解蛋白质前体结构松散外膜表面解折叠酶线粒体受体识别接触位点加工肽酶基质 成熟 蛋白质暴露疏水肽段加工肽酶多肽链肽酶内膜或膜间隙蛋白质多肽链重新穿过内膜转移到 总插入蛋白蛋白质前体经接触位点转运至基质2022-4-23生物氧化生物化学1106单加氧酶反应机制NADPHCyt P450 还原酶还原酶654312产物底物2022-4-23生物氧化生物化学1107再见