氧化磷酸化的抑制剂课件.ppt

1、酵解：酵解：1Glc2ATP+2NADH丙酮酸的去路：丙酮酸的去路：无氧发酵无氧发酵有氧柠檬酸循环：有氧柠檬酸循环：1丙酮酸丙酮酸1乙酰乙酰CoA+NADH1乙酰乙酰CoA 3NADH+1FADH2+1GTPGlcGlc经过酵解、柠檬酸循环后总的反应式？经过酵解、柠檬酸循环后总的反应式？生产的可直接利用的能源很少生产的可直接利用的能源很少只不过生成了大量的只不过生成了大量的NADHNADH和和FADHFADH2 2而且没有克服而且没有克服NADHNADH到到NADNAD+的问题的问题物质在生物体内氧化分解并释放出能量的过物质在生物体内氧化分解并释放出能量的过程称为程称为生物氧化生物氧化。主要：

2、氧化磷酸化。主要：氧化磷酸化 与体外燃烧不同的是，生物体内的生物与体外燃烧不同的是，生物体内的生物氧化过程是在氧化过程是在3737，近于中性的含水环，近于中性的含水环境中，由酶催化进行的；反应逐步释放境中，由酶催化进行的；反应逐步释放出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。键的形式储存起来。氧化磷酸化是需氧生物能量的主要来源氧化磷酸化是需氧生物能量的主要来源实质：电子经载体一步步传给高电子亲实质：电子经载体一步步传给高电子亲和力的受体，最终传递给氧并释放能量和力的受体，最终传递给氧并释放能量电子载体是什么？电子载体是什么？在细胞的什么部位进行？在细

3、胞的什么部位进行？呼吸链呼吸链解决两个问题：解决两个问题：1.1.电子的传递电子的传递2.ATP2.ATP的释放的释放线粒体的结构线粒体的结构一、呼吸链及其排序一、呼吸链及其排序二、二、ATPATP的产生，偶联的产生，偶联三、氧化磷酸化的影响因素三、氧化磷酸化的影响因素在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的链式反应最终传递给一定顺序排列组成的链式反应最终传递给氧的体系称为氧的体系称为呼吸链呼吸链。完成完成NADHNADH、FADHFADH2 2的能量传递的能量传递由供氢体、传递体、受氢体组成由供氢体、传递体、受氢体组成这些递氢体或递电子体往往

4、以复合体的形这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于式存在于线粒体内膜线粒体内膜上。原核生物？上。原核生物？脱下的氢可以看作是电子与质子的载体脱下的氢可以看作是电子与质子的载体 2H 2e 2H 2e 2H2H呼吸链：呼吸链：电子逐步传递到氧电子逐步传递到氧 在呼吸链起端，电子处在高能水平，在呼吸链起端，电子处在高能水平，传递到传递到 O2 O2 时，处于低能水平。时，处于低能水平。葡萄糖含有的能量葡萄糖含有的能量90%90%位于还原性辅酶中位于还原性辅酶中线粒体呼吸链线粒体呼吸链根据接受氢的初受体不同，典型根据接受氢的初受体不同，典型的呼吸链有两种：的呼吸链有两种：NADHNADH呼吸链

5、呼吸链和和FADHFADH2 2呼吸链呼吸链。一、主要的电子传递复合体有：一、主要的电子传递复合体有：1 1复合体复合体（NADH-NADH-泛醌还原酶）：泛醌还原酶）：NADH还原酶还原酶+2（Fe-S）+CoQ NADH NADH 泛醌还原酶简写为泛醌还原酶简写为NADHNADH Q Q还原酶还原酶,即即复合物复合物I I，它的作用是催化，它的作用是催化NADHNADH的氧化的氧化脱氢以及脱氢以及Q Q的还原。它的活性部分含有辅的还原。它的活性部分含有辅基基FMNFMN和铁硫蛋白。和铁硫蛋白。氢离子进入膜间腔氢离子进入膜间腔铁硫蛋白的铁硫蛋白的分子结构分子结构 铁硫蛋白分子中铁硫蛋白分子中

6、含有由半胱氨酸含有由半胱氨酸残基硫原子与铁残基硫原子与铁离子形成的铁硫离子形成的铁硫中心，一次可传中心，一次可传递一个电子。递一个电子。泛泛醌醌的的分分子子结结构构位于位于电子电子传递传递链的链的中心中心地位地位2 2复合体复合体（琥珀酸（琥珀酸-泛醌还原酶）：泛醌还原酶）：琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶+2（Fe-S）+2（Cyt b560）琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶还原酶 琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生的琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生的中间产物，它在中间产物，它在琥珀酸琥珀酸-Q还原酶（复合物还原酶（复合物II）催催化下，将化下，将FADH2两个高能电子传递给两个高能电子传递

7、给Q。细胞色素类：细胞色素类：这是一类以这是一类以铁卟啉铁卟啉为辅基的蛋白质。在生物氧化反为辅基的蛋白质。在生物氧化反应中，其铁离子可为应中，其铁离子可为+2+2价亚铁离子，也可为价亚铁离子，也可为+3+3价高价高铁离子。通过这种转变而传递电子。细胞色素为铁离子。通过这种转变而传递电子。细胞色素为单单电子传递体电子传递体。存在于线粒体内膜的细胞色素有存在于线粒体内膜的细胞色素有Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），），Cytc，Cytc1 Complex IIINADHFMN FeS QFADH2 FeS cytb560 QComplex IComplex II 3 3复合体

8、复合体（泛醌（泛醌-细胞色素细胞色素c c还原酶）：还原酶）：2Cytb+Cytc2Cytb+Cytc1 1+（Fe-SFe-S）泛醌泛醌 细胞色素细胞色素c c还原酶简写为还原酶简写为QHQH2 2-cyt.-cyt.c c还原酶还原酶,即即复合物复合物IIIIII,它是线粒体内它是线粒体内膜上的一种跨膜蛋白复合物，其作用是膜上的一种跨膜蛋白复合物，其作用是催化还原型催化还原型QHQH2 2的氧化和细胞色素的氧化和细胞色素c c（cytcyt.c c）的还原。）的还原。活性部分主要包括细胞色素活性部分主要包括细胞色素b b 和和c c1 1，以，以及铁硫蛋白（及铁硫蛋白（2Fe-2S2Fe-

9、2S）。）。NADHFMN FeS QFADH2 FeS cytb560 QComplex IComplex IIComplex IIIQH2FeS Cytc1Cytc 4 4复合体复合体（细胞色素（细胞色素c c氧化酶）：氧化酶）：CytaCyta+Cyta+Cyta3 3 细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶 简写为简写为cytccytc 氧化氧化酶，即酶，即复合物复合物IVIV，它是位于线粒体它是位于线粒体呼吸链末端的蛋呼吸链末端的蛋白复合物，由白复合物，由1212个多肽亚基组成。个多肽亚基组成。活性部分主要包活性部分主要包括括cytacyta和和a a3 3。cytcyt.a.a和和a

10、a3 3组成一个复合体，除了含有组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。铁卟啉外，还含有铜原子。cytcyt.a a.a a3 3可可以直接以以直接以O O2 2为电子受体。为电子受体。在电子传递过程中，分子中的铜离子可在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生以发生CuCu+Cu Cu2+2+的互变，将的互变，将cyt.ccyt.c所所携带的电子传递给携带的电子传递给O O2 2。呼吸链成分的排列顺序：呼吸链成分的排列顺序：丙丙 酮酮 酸酸-酮戊二酸酮戊二酸 硫辛酸硫辛酸 FAD 2e 异柠檬酸异柠檬酸 苹苹 果果 酸酸 谷氨酸谷氨酸 NAD+FMN(Fe-S)CoQb(Fe-S)c1

11、caa3 -羟丁酸羟丁酸 2H 1/2O2-羟脂酰羟脂酰CoA 2H+H2O 1 1NADHNADH氧化呼吸链：氧化呼吸链：-磷酸甘油磷酸甘油 FAD(FP)脂肪酰脂肪酰CoA FAD 琥珀酸琥珀酸 (Fe-S)CoQb(Fe-S)c1caa31/2O2 Cytb 2.2.琥珀酸氧化呼吸链：琥珀酸氧化呼吸链：在线粒体中，底物分子脱下的氢原子在线粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使放能量使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP，这种能，这种能量的生成方式就称为量的生成方式就称为氧化磷酸化氧化磷酸化。直接将底物分子中的高能键转变

12、为直接将底物分子中的高能键转变为ATPATP分子中的末端高能磷酸键的过程称为分子中的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化底物水平磷酸化。二、二、ATPATP的产生的产生氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化。ADP+Pi+能量 ATPAMP+PPi+能量 ATP1.ATP的生成的生成（1）底物水平磷酸化：在被氧化的底物上发生磷酸化作用。X +ADP ATP+XP 底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸+ATP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 磷酸烯醇

13、式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸+ATP 琥珀酰琥珀酰CoA合成合成酶酶 琥珀酰琥珀酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸琥珀酸+CoA+GTP 目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是19611961年年由由MitchellMitchell提出的提出的化学渗透学说化学渗透学说。这一学说。这一学说认为氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧认为氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧化反应进行时，化反应进行时，H H+通过氢泵作用被排斥到线通过氢泵作用被排斥到线粒体内膜外侧（膜间腔），从而形成粒体内膜外侧（膜间腔），从而形成跨膜跨膜pHpH梯度和跨膜电位差梯

14、度和跨膜电位差。这种形式的。这种形式的“势能势能”，可以被存在于线粒体内膜上的可以被存在于线粒体内膜上的ATPATP合酶利用，合酶利用，生成高能磷酸基团，并与生成高能磷酸基团，并与ADPADP结合而合成结合而合成ATPATP。1 1质子梯度的形成机制：质子梯度的形成机制：质子的转移主要通过氧化呼吸链在递氢或递电子质子的转移主要通过氧化呼吸链在递氢或递电子过程中所形成的氧化还原袢来完成。过程中所形成的氧化还原袢来完成。每传递两个氢原子，就可向膜间腔释放每传递两个氢原子，就可向膜间腔释放1010个质子。个质子。质子梯度的形成质子梯度的形成2 2ATPATP的合成机制：的合成机制：当质子从膜间腔返回

15、基质中时，这种当质子从膜间腔返回基质中时，这种“势势能能”可被位于线粒体内膜上的可被位于线粒体内膜上的ATPATP合酶合酶利用利用以合成以合成ATPATP。F0+F1F0+F1偶联机制偶联机制 化学渗透假说的要点是：化学渗透假说的要点是：a.a.线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵；线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵；b.b.在电子传递链中，电子由高能状态传递到在电子传递链中，电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内侧低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内侧的的H H+迁移到膜外侧（膜对迁移到膜外侧（膜对H H+是不通透的）。这是不通透的）。这样，在膜的内侧与外侧就产生了跨膜质

16、子梯度样，在膜的内侧与外侧就产生了跨膜质子梯度 (pH)pH)和电位梯度（和电位梯度（）；）；c.c.在膜内外势能差（在膜内外势能差（pH pH 和和）的驱动下，膜外）的驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道（高能质子沿着一个特殊通道（ATPATP酶的组成部分），酶的组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动直接驱动ADPADP和磷酸合成和磷酸合成ATPATP。ATPATP合酶的分子结构（复合体合酶的分子结构（复合体V V）ATPATP酶，含有酶，含有5 5种不种不同的亚基（按同的亚基（按3 3、3 3、1 1、1 1 和和1 1 的

17、的比例结合）。比例结合）。F1F1为为一个蛋白，是能量一个蛋白，是能量转换的通道。转换的通道。F F0 0为一个疏水蛋白，为一个疏水蛋白，是与线粒体电子传是与线粒体电子传递系统连接的部位递系统连接的部位（H+H+通道）。通道）。l根据氧化根据氧化-还原电势与自由能变化关系式，计算还原电势与自由能变化关系式，计算出在出在NADHNADH氧化过程中，有三个反应的氧化过程中，有三个反应的 G G -30.5 kJ/mol30.5 kJ/mol。FMNHFMNH2 2 Q cyt Q cyt.b.b cyt cyt.c.c1 1 cyt cyt.a a.a a3 3 O O2 2 G G-55.6kJ

18、/mol -34.7 kJ/mol -102.1kJ/moL-55.6kJ/mol -34.7 kJ/mol -102.1kJ/moL 这三个反应分别与这三个反应分别与ADPADP的磷酰化反应偶联，产生的磷酰化反应偶联，产生3 3个个ATPATP。这些反应称为呼吸链的偶联部位。这些反应称为呼吸链的偶联部位。1 FADH21 FADH2：2 2个个ATP.1 NADHATP.1 NADH：3 3个个ATP.ATP.NADHFMNCoQbc1caa3O2PPP3ADP3ATPP/O比值：在电子传递体系磷酸化中，在一定时间内所消耗的氧与所产生的ATP数目的比值。NADH的的P/O=3FADH2的的P

19、/O=2 合成合成1molATP1molATP时，需要提供的能量至少为时，需要提供的能量至少为GG0 0=-30.5kJ/mol=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原电，相当于氧化还原电位差位差EE0 0=0.2V=0.2V。故在。故在NADHNADH氧化呼吸链中氧化呼吸链中有三处有三处可生成可生成ATPATP，而在，而在琥珀酸氧化呼吸琥珀酸氧化呼吸链中，只有两处链中，只有两处可生成可生成ATPATP。FAD NAD+FMN(Fe-S)CoQb(Fe-S)c1 c aa31/2O2 -0.32 -0.30 +0.04 +0.07 +0.22 +0.25 +0.29 +0.82 ATP ATP

20、 ATP内膜的完整性内膜的完整性（一）（一）ATP/ADPATP/ADP比值：比值：ATP/ADPATP/ADP比值是调节氧化磷酸化速度的比值是调节氧化磷酸化速度的重要因素。重要因素。ATP/ADPATP/ADP比值下降，可致氧比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，当化磷酸化速度加快；反之，当ATP/ADPATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。（二）辅酶的还原式（二）辅酶的还原式（四）药物和毒物：（四）药物和毒物：1 1、呼吸链的抑制剂：、呼吸链的抑制剂：能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为或毒物称为氧

21、化磷酸化的抑制剂氧化磷酸化的抑制剂。能够抑制第一位点的有能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶异戊巴比妥、粉蝶霉素霉素A A、鱼藤酮等；、鱼藤酮等；能够抑制第二位点的有能够抑制第二位点的有抗霉素抗霉素A A和二巯基丙和二巯基丙醇；醇；能够抑制第三位点的有能够抑制第三位点的有COCO、H H2 2S S和和CNCN-、N N3 3-。其中，其中，CNCN-和和N N3 3-主要抑制氧化型主要抑制氧化型CytaaCytaa3 3-Fe-Fe3+3+，而而COCO和和H H2 2S S主要抑制还原型主要抑制还原型CytaaCytaa3 3-Fe-Fe2+2+。MH2NADH-0.32FMN-0.30C

22、oQ+0.10b+0.07c1+0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥抑制剂：抑制剂：抗霉素抗霉素A A氰化物，氰化物，COCO，叠氮化合物叠氮化合物2 2解偶联剂：解偶联剂：不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于能使氧化产生的能量不能用于ADPADP磷酸磷酸化的药物或毒物称为化的药物或毒物称为解偶联剂解偶联剂。主要的解偶联剂有主要的解偶联剂有2,4-2,4-二硝基酚（二硝基酚（DNPDNP）和和FCCPFCCP，三氟甲氧基苯腙羰基氰化物，三氟甲氧基苯腙羰基氰化物对底物磷酸化不影响对底

23、物磷酸化不影响。FCCP DNP3 3氧化磷酸化的抑制剂：氧化磷酸化的抑制剂：对电子传递和对电子传递和ADPADP磷酸化均有抑制磷酸化均有抑制作用的药物和毒物称为作用的药物和毒物称为氧化磷酸化氧化磷酸化的抑制剂的抑制剂，如，如寡霉素与寡霉素与DCCDDCCD。DCCDDCCD：二环乙基碳二亚胺：二环乙基碳二亚胺均是抑制均是抑制ATPATP合酶中的合酶中的F0F0因子。因子。胞液中的胞液中的3-3-磷酸甘油醛或乳酸磷酸甘油醛或乳酸脱氢，脱氢，均可产生均可产生NADHNADH。这些。这些NADHNADH可经穿梭可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生生H H2 2O

24、O和和ATPATP。1 1、磷酸甘油穿梭系统：、磷酸甘油穿梭系统：NADHNADH通过此穿梭系统带一对氢原子进入线通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，只产生粒体，只产生2 2分子分子ATPATP。效率低效率低但快速但快速胞液中胞液中NADHNADH的氧化磷酸化，肌肉或神经组织的氧化磷酸化，肌肉或神经组织NADH+H+NAD+二羟磷酸丙酮甘油-磷酸线粒体内膜甘油甘油-3-3-磷酸穿梭作用磷酸穿梭作用甘油-磷酸FAD二羟磷酸丙酮FADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2心脏、肝脏心脏、肝脏胞液中胞液中NADH+HNADH+H+的一对氢原的一对氢原子经此穿梭系统带入一对氢原子可生子经此穿梭系

25、统带入一对氢原子可生成成3 3分子分子ATPATP。效率高效率高但慢速但慢速酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+苹果酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸链呼吸链苹果酸苹果酸-天冬氨酸转运天冬氨酸转运NADHNADH系统系统1 1、苹果酸进，、苹果酸进，天冬氨酸出天冬氨酸出2 2、内外都有苹果、内外都有苹果酸脱氢酶与天冬氨酸脱氢酶与天冬氨酸氨基转移酶酸氨基转移酶能量和：能量和：1 1葡萄糖：葡萄糖：3838个个ATP(30-32)ATP(30-32)但是在肌肉、神经组织，糖酵解产生的但是在肌肉、神经组织，糖酵解产生的2 2个个NADHNADH（细胞质）要跨越到线粒体膜耗（细胞质）

26、要跨越到线粒体膜耗2ATP2ATP，共，共3636个个在心脏、肝脏在心脏、肝脏3838个个ATPATP效率：效率：38%38%生物体可利用各种有机分子作燃料生物体可利用各种有机分子作燃料 除了葡萄糖，其他生物分子，包括除了葡萄糖，其他生物分子，包括脂类、氨基酸、核苷酸脂类、氨基酸、核苷酸等，都可以等，都可以通过丙酮酸、乙酰通过丙酮酸、乙酰CoACoA等三羧酸循环等三羧酸循环途径，彻底氧化为途径，彻底氧化为 COCO2 2 和和 H H2 2O O，同，同时产生能量。时产生能量。对于人体来说，最适宜的燃料是葡对于人体来说，最适宜的燃料是葡萄糖。萄糖。2H2O2 2H2O +O2过氧化氢酶过氧化氢

27、酶RH2 +H2O2 R +2H2O过氧化物酶过氧化物酶不完全氧化给机体带来毒性：不完全氧化给机体带来毒性：如过氧化氢对红细胞的毒害如过氧化氢对红细胞的毒害或者消去一些有害的自由基或者消去一些有害的自由基有以下方式：有以下方式：SODSOD；GSHGSH等；还有等；还有思考题：思考题：1、琥珀酸脱氢酶催化的反应中，为什么、琥珀酸脱氢酶催化的反应中，为什么FAD比可被比可被柠檬酸循环中其他氧化还原反应利用的柠檬酸循环中其他氧化还原反应利用的NAD更为适更为适合的电子受体？合的电子受体？2、比较、比较2，4-二硝基苯酚和二硝基苯酚和DCCD对对ATP合酶的影合酶的影响？响？3、电子传递呼吸系统中的复合物和线粒体内膜相连，、电子传递呼吸系统中的复合物和线粒体内膜相连，根据它们的电子来源以及在泵质子中的作用，能否根据它们的电子来源以及在泵质子中的作用，能否确定这些电子载体在膜中的位置？确定这些电子载体在膜中的位置？4、立即向氰化物中毒者注入亚硝酸盐是极有效的一、立即向氰化物中毒者注入亚硝酸盐是极有效的一种治疗方法。这种解毒作用的机理是什么？种治疗方法。这种解毒作用的机理是什么？