生物化学 生物氧化课件.ppt

1、第八章生物氧化Biological Oxidation物质在生物体内进行氧化称物质在生物体内进行氧化称生物氧化生物氧化(biological oxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成时逐步释放能量，最终生成CO2 和和 H2O的过程。的过程。糖糖 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n生物氧化的概念生物氧化的概念 糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP n 生物氧化的一般

2、过程生物氧化的一般过程第一节第一节 氧化呼吸链是由具有电子传递氧化呼吸链是由具有电子传递功能的复合体组成功能的复合体组成生物体将生物体将NADH+H+和和FADH2彻底氧化生成水彻底氧化生成水和和ATP的过程与细胞的呼吸有关，需要消耗氧，参的过程与细胞的呼吸有关，需要消耗氧，参与氧化还原反应的组分由含辅助因子的多种蛋白与氧化还原反应的组分由含辅助因子的多种蛋白酶复合体组成，形成一个连续的传递链，因此称酶复合体组成，形成一个连续的传递链，因此称为氧化呼吸链（为氧化呼吸链（oxidative respiratory chain）。也）。也称称电子传递链电子传递链(electron transfer

3、 chain)。n氧化呼吸链的定义氧化呼吸链的定义酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，移出线粒体内膜，转变为跨内膜转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于梯度的能量，再用于ATP的生物的生物合成。合成。一、氧化呼吸链由一、氧化呼吸链由4 4种具有传递电种具有传递电子能力的复合体组成子能力的复合体组成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质量质量(kD)多肽多肽链数链数功能辅基功能辅基含

4、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）（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）泛醌不

5、包含在上述四种复合体中。泛醌不包含在上述四种复合体中。Cytcox 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 Cytcred Cytcred 4H+4H+电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置 Cytcox 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 4H+4H+4H+4H+Cytcox Cytcred Cytc

6、red 4H+4H+电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置 复合体复合体又称又称NADH-NADH-泛醌还原酶或泛醌还原酶或NADHNADH脱氢脱氢酶，接受来自酶，接受来自NADH+HNADH+H+的电子并转移给泛醌的电子并转移给泛醌（ubiquinoneubiquinone）。）。复合体复合体可催化两个同时进行的过程：可催化两个同时进行的过程：电子传递：电子传递：NADHFMNFe-S CoQNADHFMNFe-S CoQ 质子的泵出：质子的泵出：复合体复合体有质子泵功能，每传递有质子泵功能，每传递2 2个电子个电子可将可将4 4个个H H+从内膜基质侧

7、泵到胞浆侧。从内膜基质侧泵到胞浆侧。（一）（一）复合体复合体将将NADH+H+中的电子传递中的电子传递给泛醌给泛醌NAD+和和NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+NAD+（NADP+）和）和NADH（NADPH）相互转变）相互转变氧化还原反应时变化发生在氧化还原反应时变化发生在五价氮五价氮和和三价氮三价氮之间。之间。FMN结构中含结构中含核黄素核黄素，发挥功能的部位是，发挥功能的部位是异咯异咯嗪环嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN。在。在可逆的氧化还原反应中显示可逆的氧化还原反应中显示3种分子状态，属于种分子状态，属于单、单

8、、双电子传递体。双电子传递体。铁硫蛋白中辅基铁硫蛋白中辅基铁硫中心铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原含有等量铁原子和硫原子，其中一个铁原子可进行子和硫原子，其中一个铁原子可进行Fe2+Fe3+e 反应传递电子。反应传递电子。属于单电子传递体属于单电子传递体。表示无机硫表示无机硫 铁硫蛋白铁硫蛋白 无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可），氧化还原反应时可生成中间产物生成中间产物半醌型泛醌半醌型泛醌。内膜中。内膜中可移动电子载体可移动电子载体，在各复合体间募

9、集并穿梭传递还原当量和电子。在在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。在电电子传递和质子移动子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。的偶联中起着核心作用。复合体复合体的功能的功能 NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2 复合体复合体是三羧酸循环中的是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶，又，又称称琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶。电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸FAD几种几种Fe-S CoQ 复合体复合体没有没有H+泵的功能泵的功能。（二）复合体（二）复合体将电子从琥珀酸传递到泛醌将电子从琥珀酸传递到泛醌（三）复合体（三）复合体将电子从

10、还原型泛醌传递给细将电子从还原型泛醌传递给细胞色素胞色素c c 复合体复合体又叫又叫泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶。人。人复合复合体体含有细胞色素含有细胞色素b(b562,b566)、细胞色素、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。泛醌泛醌从复合体从复合体、募集还原当量和电子并穿募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体梭传递到复合体。电子传递过程：电子传递过程：CoQH2(Cyt bLCyt bH)Fe-S Cytc1Cytc细胞色素细胞色素(cytochrome,Cyt)细胞色素是一类以细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传铁卟啉为

11、辅基的催化电子传递的酶类递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。，根据它们吸收光谱不同而分类。复合体复合体的电子传递通的电子传递通过过“Q循环循环”实现。实现。复合体复合体每传递每传递2个电个电子向内膜胞浆侧释放子向内膜胞浆侧释放4个个H+，复合体复合体也有也有质子泵作用质子泵作用。Cyt c是是呼吸链唯一水呼吸链唯一水溶性球状蛋白溶性球状蛋白，不包含，不包含在复合体中。将获得的在复合体中。将获得的电子传递到复合体电子传递到复合体。人复合体人复合体又称又称细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶(cytochrome c oxidase)。电子传递：电子传递：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO

12、2 Cyt a3CuB形成活性双核中心，将电子传递给形成活性双核中心，将电子传递给O2。复合体复合体也也有质子泵功能，有质子泵功能，每每传递传递2个电子个电子使使2个个H+跨内膜向胞浆侧转移跨内膜向胞浆侧转移。（四）复合体（四）复合体将电子从细胞色素将电子从细胞色素C传递给氧传递给氧复复合合体体的的电电子子传传递递过过程程细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶CuB-Cyta3中心使中心使O2还原成还原成水的过程，有强氧化性中间物始终和双核中心紧密水的过程，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。结合，不会引起细胞损伤。1、NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体CoQ 复

13、合体复合体Cyt c 复合体复合体O22 2、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 CoQ 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2二、二、NADH和和FADH2是氧化呼吸链的电子是氧化呼吸链的电子供体供体根据电子供体及其传递过程，目前认为，氧化根据电子供体及其传递过程，目前认为，氧化呼吸链有两条途径：呼吸链有两条途径：NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链标准氧化还原电位标准氧化还原电位特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断还原状态呼吸链缓慢给氧

14、还原状态呼吸链缓慢给氧将呼吸链拆开和重组将呼吸链拆开和重组 氧化呼吸链各组分的顺序排列是由以下实氧化呼吸链各组分的顺序排列是由以下实验确定的验确定的呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位呼吸链中各种氧化还原对的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/

15、Q10H20.061/2O2/H2O0.816第二节第二节 氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化偶联生成磷酸化偶联生成ATP 底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)与脱氢反应偶联，生成底物分子的高能键，使与脱氢反应偶联，生成底物分子的高能键，使ADP(GDP)磷酸化生成磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经的过程。不经电子传递。电子传递。氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是指在呼是指在呼吸链电子传递过程中偶联吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATP，

16、又称为又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。nATP生成方式生成方式一、氧化磷酸化偶联部位在复合体一、氧化磷酸化偶联部位在复合体、内内 根据根据P/O比值比值 自由能变化自由能变化:G=-nFE 氧化磷酸化偶联部位：氧化磷酸化偶联部位：复合体复合体、线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链链的的组组成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP数数 -羟羟丁丁酸酸NAD+复复合合体体CoQ复复合合体体2.5 2.5Cyt c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1.5 1.5Cyt c复复合合体体O2抗抗坏坏血血酸酸Cyt c复复

17、合合体体O20.88 1细细胞胞色色素素c(Fe2+)复复合合体体O20.61-0.68 1（一）（一）P/O 比值比值指氧化磷酸化过程中，每消耗指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔摩尔O2所生所生成成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成给氧所生成ATP分子数）。分子数）。（二）自由能变化（二）自由能变化根据热力学公式，根据热力学公式，pH7.0时标准自由能变化时标准自由能变化(G0)与还原电位变化与还原电位变化(E0)之间有以下关系：之间有以下关系：n为传递电子数；为传递电子数；F为法拉第常数为法拉第常数(96.5kJ/molV)G0=

18、-nFE0电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化区段区段电位变化电位变化(E)自由能变化自由能变化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ATPATP ATP氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2二、氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒二、氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度体内膜的质子梯

19、度化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电子经呼吸链传递时，可将质子电子经呼吸链传递时，可将质子(H+)从线从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动度梯度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；线粒体内膜对线粒体内膜对H+、OH、K、Cl离子是不通离子是不通透的；透的；电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的

20、跨内膜电化学梯度；的跨内膜电化学梯度；增加线粒体内膜外侧酸性可导致增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成，而线合成，而线粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯度，结果电子虽可以传递，但度，结果电子虽可以传递，但ATP生成减少。生成减少。n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。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 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+H2

21、O ADP+Pi ATP 4H+2H+4H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-电子传递过程电子传递过程复合体复合体(4H+)、(4 H+)和和(2H+)有质子泵功能有质子泵功能。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三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成合成 ATPF1：亲水部分：亲水部分（动物：（动物：33亚基复合体，亚基复合体，OSCP、IF1 亚基），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，催化催化ATP合成合成。F0：疏水部分：疏水部分（ab2c912亚基，动物还有其他辅助亚亚基，动

22、物还有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成基），镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子跨内膜质子通道通道。nATP合酶结构组成合酶结构组成nATP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的的2个个b亚基的一端锚定亚基的一端锚定F1的的亚基，另一端通过亚基，另一端通过和和33稳固结合，使稳固结合，使a、b2和和33、亚基组成稳亚基组成稳定的定的定子部分定子部分。部分部分和和亚基共同形成穿过亚基共同形成穿过33间中轴，间中轴，还与还与1个个亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的c亚基环亚基环紧密结合。紧密结合。c亚基环、亚基环、和和亚基组成亚基组

23、成转子部分转子部分。质子质子顺梯度向基质顺梯度向基质回流回流时，转子部分相对定子部时，转子部分相对定子部分旋转，使分旋转，使ATP合酶利用释放的能量合酶利用释放的能量合成合成ATP。当当H+顺浓度递度经顺浓度递度经F0中中a亚基和亚基和c亚基之间回流时，亚基之间回流时，亚基发生旋转亚基发生旋转，3个个亚基的构象发生改变亚基的构象发生改变。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制nATP合成的结合变构机制合成的结合变构机制(binding change mechanism)四、四、ATP在能量代谢中起核心作用在能量代谢中起核心作用细胞内代谢反应都是依序进行、能量逐步得失。细胞内代谢反应都是依序进行、能

24、量逐步得失。ATP称之为称之为高能磷酸化合物高能磷酸化合物，可直接为细胞的，可直接为细胞的各种生理活动提供能量，同时也有利于细胞对各种生理活动提供能量，同时也有利于细胞对能量代谢进行严格调控。能量代谢进行严格调控。生物体能量代谢有其明显的特点。生物体能量代谢有其明显的特点。n高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯键，常表示为键，常表示为 P。n高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物含有高能磷酸键的化合物化合物化合物E0kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸61.9(14.8)氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸51

25、.4(12.3)1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸49.3(11.8)磷酸肌酸磷酸肌酸43.1(10.3)ATP ADPPi30.5(7.3)乙酰辅酶乙酰辅酶A31.5(7.5)ADP AMPPi27.6(6.6)焦磷酸焦磷酸27.6(6.6)葡糖葡糖-1-磷酸磷酸20.9(5.0)一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能 （一）（一）ATP是体内能量捕获和释放利用的重要是体内能量捕获和释放利用的重要分子分子ATP是体内最重要的高能磷酸化合物，是细胞是体内最重要的高能磷酸化合物，是细胞可直接利用的能量形式。可直接利用的能量形式。ATP在生物能学上最重要

26、的意义在于，通过其在生物能学上最重要的意义在于，通过其水解反应释放大量自由能和需要供能的反应偶水解反应释放大量自由能和需要供能的反应偶联，使这些反应在生理条件下完成。联，使这些反应在生理条件下完成。核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDP ADP+UTPATP+CDP ADP+CTPATP+GDP ADP+GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP+ADP ATP+AMP（二）（二）ATP是体内能量转移和磷酸核苷化合物是体内能量转移和磷酸核苷化合物相互转变的核心相互转变的核心（三）（三）ATP通过转移自身基团提供能量通过转移自身基团提供能量因为因为ATP分子中的高能磷酸键水解

27、释放能量多，分子中的高能磷酸键水解释放能量多，易释放易释放Pi、PPi基团，很多酶促反应由基团，很多酶促反应由ATP通通过共价键与底物或酶分子相连，将过共价键与底物或酶分子相连，将ATP分子中分子中的的Pi、PPi或者或者AMP基团转移到底物或酶蛋白基团转移到底物或酶蛋白上而形成中间产物，经过化学转变后再将这些上而形成中间产物，经过化学转变后再将这些基团水解而形成终产物。基团水解而形成终产物。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。（四）磷酸肌酸是高能键能量的储存形式（四）磷酸肌酸是高能键能量的储存形式 ATP的生成、储存和利用的生成、储存和

28、利用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 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)生物体内能量的储存和生物体内能量的储存和利用都以利用都以ATP为中心。为中心。第三节第三节 氧化磷酸化的影响因素氧化磷酸化的影响因素 一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率 氧化磷酸化是机体合成能量载体氧化磷酸化是机体合成能量载体ATPATP的最主要的最主要的途径，因此机体根据能量需求调节氧化磷的途径，因此机

29、体根据能量需求调节氧化磷酸化速率，从而调节酸化速率，从而调节ATPATP的生成量。的生成量。二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程（一）呼吸链抑制剂阻断电子传递过程（一）呼吸链抑制剂阻断电子传递过程 复合体复合体抑制剂：鱼藤酮抑制剂：鱼藤酮(rotenone)、粉蝶霉、粉蝶霉素素A(piericidin A)及异戊巴比妥及异戊巴比妥(amobarbital)等等阻断传递电子到泛醌阻断传递电子到泛醌。复合体复合体的抑制剂：萎锈灵的抑制剂：萎锈灵(carboxin)。复合体复合体抑制剂：抗霉素抑制剂：抗霉素A(antimycin A)阻断阻断Cyt bH传递电子到泛醌传递电子

30、到泛醌(QN)；粘噻唑菌醇则作用；粘噻唑菌醇则作用QP位点位点。复合体复合体 抑制剂：抑制剂：CN、N3紧密结合中氧化型紧密结合中氧化型Cyt a3，阻断电子由，阻断电子由Cyt a到到CuB-Cyt a3间传递。间传递。CO与还原型与还原型Cyt a3结合，结合，阻断电子传递给阻断电子传递给O2。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不同底物和抑

31、制剂对线粒体氧耗的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响（二）解偶联剂阻断（二）解偶联剂阻断ADPADP的磷酸化过程的磷酸化过程 解偶联剂解偶联剂(uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，基本作用机制是联相互分离，基本作用机制是破坏破坏电子传递过程建电子传递过程建立的跨内膜的立的跨内膜的质子电化学梯度质子电化学梯度，使电化学梯度储存，使电化学梯度储存的的能量以热能形式释放能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。的生成受到抑制。如：二硝基苯酚如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶；解偶联蛋白联蛋白(uncoupling protein，UCP

32、1)。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（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（三）（三）ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成的生成这类抑制剂对电子传递及这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素作用。例如寡霉素(oligomycin)可结合可结合F0单位，二单位，二环己基碳二亚胺环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide,DCCP)共价结合共价结合F0的的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从亚基谷氨酸残基，阻断质

33、子从F0质质子半通道回流，抑制子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。能，继而抑制电子传递。寡霉素寡霉素(oligomycin)寡霉素寡霉素ATP合酶结构模式图合酶结构模式图可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回质子通道回流，抑制流，抑制ATP生生成。成。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+Na+，K+ATP酶和解偶联蛋白基因表

34、达均增加。酶和解偶联蛋白基因表达均增加。三、甲状腺激素可促进氧化磷酸化和产热三、甲状腺激素可促进氧化磷酸化和产热四、线粒体四、线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸突变可影响机体氧化磷酸化功能。化功能。线粒体线粒体DNA（mtDNA）呈裸露的环状双螺）呈裸露的环状双螺旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤修复系统，容易旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤修复系统，容易受到损伤而发生突变，其突变率远高于核内的基受到损伤而发生突变，其突变率远高于核内的基因组因组DNA。五、线粒体的内膜选择性协调转运氧五、线粒体的内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物化磷酸化相关代谢物线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通线粒体外膜通透性高

35、，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。对各种物质的转运。转运蛋白转运蛋白进入线粒体进入线粒体出线粒体出线粒体ATP-ADP转位酶转位酶ADP3-ATP4-磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4-+H+二羧酸转运蛋白二羧酸转运蛋白HPO42-苹果酸苹果酸-酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白谷氨酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸单羧酸转运蛋白单羧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

36、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碱肉碱线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运（一）胞浆中（一）胞浆中NADH通过穿梭机制进入线粒体通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链氧化呼吸链胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。线粒体，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)n转运机制：转运机制：1.-1.-

37、磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中 NADH+H+FADH2 NAD+FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH2.2.苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中NADH+H+NAD+-OOC-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C-COO-OHHNA

38、DH+H+NAD+谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 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 线线粒粒体体内内膜膜 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-

39、COO-H3N+H（二）（二）ATP-ADP转位酶协调转运转位酶协调转运ADP进入和进入和ATP移出线粒体移出线粒体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-每分子每分子ATP4-和和ADP3-反向转运时，向内膜外净反向转运时，向内膜外净转移转移1个负电荷个负电荷，相当于多，相当于多1个个H+转入线粒体基质。转入线粒体基质。第四节第四节 其他氧化与抗氧化体系其他氧化与抗氧化体系n反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen spe

40、cies,ROS)O2e-O-2e-+2H+H2O2e-+H+OHH2Oe-+H+H2O反应活性氧类反应活性氧类一、线粒体氧化呼吸链也可产生活性氧一、线粒体氧化呼吸链也可产生活性氧 nROS主要来源主要来源 线粒体：线粒体：超氧阴离子超氧阴离子O-2，是体内，是体内O-2的主要来的主要来源；源；O-2在线粒体中再生成在线粒体中再生成H2O2和和OH。过氧化酶体：过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电将从脂肪酸等底物获得的电子交给子交给O2生成生成H2O2和羟自由基和羟自由基OH。胞浆胞浆需氧脱氢酶需氧脱氢酶（如黄嘌呤氧化酶等）也可催（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成化生成O-2。细菌感染、组

41、织缺氧等病理过程，环境、药物细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等等外源因素外源因素也可导致细胞产生活性氧类。也可导致细胞产生活性氧类。需氧脱氢酶和氧化酶需氧脱氢酶和氧化酶受受氢氢体体辅辅酶酶（辅辅基基）产产物物不不需需氧氧脱脱氢氢酶酶辅辅酶酶需需氧氧脱脱氢氢酶酶O2 FMN或或FAD H2O2氧氧化化酶酶O2 含含Cu H2O受受氢氢体体辅辅酶酶（辅辅基基）产产物物不不需需氧氧脱脱氢氢酶酶辅辅酶酶需需氧氧脱脱氢氢酶酶O2 FMN或或FAD H2O2氧氧化化酶酶O2 含含Cu H2O二、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类二、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能的功能n抗氧化酶体系抗氧化酶体系1

42、.过氧化氢酶过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含又称触酶，其辅基含4 4个血红素个血红素2H2O2 2H2O+O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 可去除细胞生长和代谢产生的可去除细胞生长和代谢产生的H2O2和过氧化物和过氧化物(R-O-OH)，是，是体内防止活性氧类损伤主要的酶体内防止活性氧类损伤主要的酶。2.谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)H2O2+2GSH 2 H2O+GS-SG2GSH+R-O-OH GS-SG+H2O+R-OH 谷胱甘肽过谷胱甘肽过氧化物酶氧化物酶 H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G SH G

43、 S S G NADP+NADPH+H+此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤。此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤。谷胱甘谷胱甘肽还原酶肽还原酶 含硒的谷胱甘肽过氧化物酶含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 3.超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶2O2+2H+SODH2O2+O2 H2O+O2 过氧化氢酶过氧化氢酶SOD：超氧化物歧化酶：超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)三、微粒体细胞色素三、微粒体细胞色素P450P450单加氧酶催化单加氧酶催化底物分子羟基化底物分子羟基化RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 上述反应需要细胞色素上述反应需要细胞色素P450(Cyt P450)参与。参与。n细胞色素细胞色素P450单加氧酶单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase)，又称混合功能氧化酶，又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)细胞色素细胞色素P450单加氧酶作用机制单加氧酶作用机制