生物化学--第六章 生物氧化(3-4节)

h
2
2.举例：糖酵解过程的底物磷酸化:
CHO
dehydrogenase
O
CO~ P
CHOH +NAD+ + Pi
CHOH
CH2O P
CH2O P
+NADH +H+
O
CO~ P
CHOH
+ADPPhosphoglyceric
kinase
CH2O P
G-1,3-2P
O COH CHOH +ATP CH2O P
P/O比 指用某一代谢物作呼吸底物，消耗1mol 氧时，有多少摩尔无机磷转化为有机磷
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11
P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递 至分子氧所产生的ATP分子数。
例 实测得NADH呼吸链： P/O~ 2.5
NADH
2e-
ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP
2ATP
NAD+ NADH氧 3ATP
化呼吸链
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第三节 底物水平磷酸化
一ATP的生成方式
底物水平磷酸化 氧化磷酸化
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1
（一）底物水平磷酸化
1.定义：由底物分子因脱氢或脱
水而使分子内部能量重新分配产生
的高能磷酸键（或高能硫酯键），
在激酶作用下将高能键上的键能直
接转移给ADP（或 GDP）而生成
ATP（或 GTP）的反应。
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Ⅱ
谷氨酸 草酰乙酸 NADH+H+
谷草转氨酶
谷草转氨酶
天冬氨酸 -酮戊二酸 Ⅲ -酮戊二酸 天冬氨酸
呼吸链
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Ⅳ
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50
（Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ为膜上的转运载体）
线粒体外NADH两种氧化途径的比 较
穿梭物质 进入线粒 体前后转变 成的物质 进入呼吸链 生成ATP数 存在组织
α-磷酸甘油穿梭 α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮
h
33
六、氧化磷酸化的影响因素 (一) 激素 甲状腺素 (二) ADP/ATP (三)抑制剂的作用 (四) 线粒体DNA突变
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(一) 激素 甲状腺素 促进细胞膜上的Na+-K + －ATPase 的生成，
促进ATP的分解
Na+-K+ ATP酶活性 ATP分解 ADP/ATP 氧化磷酸化
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（三） 呼吸链抑制剂
粉蝶霉素Ａ
鱼藤酮 安密妥
琥珀酸
作用：阻断电子传递
FMN
Fe-S
复合物 II
抗霉素A
NAD FP Q b c aa3
NAD FP Q b c aa3
抗霉素 A的 抑制部位
呼吸链的比拟图解
氰化物 CO
NADH
FMN 复合物 I
Fe-S CoQ
Cyt b
复合物 III
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6
2、呼吸链成分的排列次序
标准氧化还原电位及自由能变化 复合体体外拆开与重组 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧
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9
呼吸链电子传递过程中，哪些区段 放出的能量能实现ADP的磷酸化？
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二、氧化磷酸化偶联部位 确定
直接干扰 ATP的生成 过程
阻止质子从 F0质子通道 回流。
寡霉素
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43
（五） 离子载体抑制剂 能与某些离子结合并作为载体使之穿越膜 它们能与除H+以外的所有一价阳离子结合
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44
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45
七、有关氧化磷酸化物质的运输
• 胞液中的3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油或乳 酸脱氢，均可产生NADH。
Fe-S Cyt c1
Cyt c
Cyt aa3 复合物 IV
O2
呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素Ａ 二巯基丙醇
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鱼藤酮 粉蝶霉素Ａ 异戊巴比妥 h
CO、CN-、 N3-及Ｈ２ Ｓ
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（四） 解偶联剂
不阻断电子传递，但拆散氧化和磷酸化的 偶联作用。
P/O很低，甚至为零
实测得FADH2呼吸链： P/O~ 1.5
FADH2
2e-
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ADP+Pi ATP
hADP+Pi ATP
1 2
O2
H2O
1 2
O2
H2O
12
氧化磷酸化的偶联部位
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离体线粒体实验中测得一些底物的P/O值
底物
呼吸链的组成
P/O值 生成ATP数
β-羟丁酸 NAD+→FMN→CoQ→Cyt→O2 2.4～2.8 2.5
下的氢和电子沿呼吸链传递过程
中，逐步释放能量使ADP氧化生
成ATP。这种氧化与磷酸化紧密
偶联的过程称氧化磷酸化作用。
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5
AH2 2H
A
NADH++H (或 FADH2)
H2O
NAD+ (或 FAD)
电子传递链
氧化过程
氧
1/2 O2
化
磷
释放能量
酸 化
ADP + Pi ATP合成酶 ATP 磷酸化过程
氧化途 主要存 主要承 径 在的组 担酶 织
-磷酸 骨骼肌、 α-磷酸
甘油穿 神经细 甘油脱
梭
胞
氢酶
苹果酸 肝、心 苹果酸 穿梭 肌组织 脱氢酶
胞液中 主要承 担酶的
辅基 NAD+
NAD+
线粒体 内主要 承担酶 的辅基
FAD
被完全 氧化时 经过的 呼吸链
琥珀酸氧 化呼吸链
完全氧 化时产 生的 ATP量
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(二) ADP/ATP
定义式：能荷=
[ATP]+0.5[ADP] —————————
[ATP]+[ADP]+[AMP]
意义： 能荷由ATP 、 ADP和AMP的相对数量决定， 数值在0~1之间，反映细胞能量水平。
能荷对代谢的调节可通过ATP 、 ADP和AMP作为代 谢中某些酶分子的别构效应物进行变构调节来实现。
+
+
++ +++++++ +++++++++ +
e-
-NADH
- - - - - - 延胡- 素- -酸
琥珀酸
+NA
H
D
+
+
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--- -
H2
1/2O2+2 H
+
ADP+
h
O
AT P i 21
质子梯度的形成
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h
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化学渗透假说
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h
23
氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）
（二）质子梯度的形成 （三）线粒体 ATP合酶（mitochondrial ATPase） （四）ATP合成的机制
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h
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（一）能量偶联假说 1953年 Edward Slater 化学偶联假说 1964年 Paul Boyer 构象偶联假说 1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说
氧化过程
物质氧化
高能电子 氧
energy
质子动力势 energy
ADP+Pi
ATP
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磷酸化过程
h
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四 线粒体 ATP合酶（mitochondrial ATPase）
形成ATP的机理
F1
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柄
F0
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ATP合酶
ATP合成酶
由疏水的 F0(a1b2c1012) 和亲水的 F1(33)组 成.
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2,4一二硝基酚（DNP）
使电子传递和ATP两个过程分离，失掉它们的 紧密联系，只抑制ATP的形成过程，但不抑制 电子传递过程
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解偶联作用机制
Ｈ＋
Ｈ＋
Ｈ＋
解偶联蛋白
Ｈ＋
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热
Ｈ＋
ADP+ ATP+H
P
2
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i
42O
氧化磷酸化抑制剂
NAD+/FAD H2
琥珀酸氧化呼吸链 1.5/2
某些肌肉、神经组织
苹果酸-天冬氨酸穿梭 苹果酸、 谷氨酸 天冬氨酸、α-酮戊二酸
NAD+/NADH+ H+ NADH 氧化呼吸链
2.5/3 肝脏和心肌组织
相同点
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将胞浆中NADH的还原当量转送到线粒体
内
h
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NADH两种氧化途径的比较
琥珀酸
FAD→CoQ→Cyt→O2 1.7
1.5
抗坏血酸
Cytc→Cytaa3→O2
0.88
1
Cytc(Fe2+)
Cytaa3→O2 0.61～0.68 1
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h
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三、氧化磷酸化的偶联机理
（一）能量偶联假说 •1953年 Edward Slater 化学偶联假说 •1964年 Paul Boyer 构象偶联假说 •1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说
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3-PG
h
3
COOH H—C—O— P
CH2—OH
Enolase
COOH C—O~ P + H2O CH2 PEP
COOH
COOH
C—O~ P +ADP Pyr kinase C—OH + ATP
CH2
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CH2
h
4
（二）氧化磷酸化的概念：
1.定义：生物过程中，代谢物脱
质子穿过a时,
推动c环象水 车一样转动,连 带F1转动.
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h
28
五 ATP合成的机制
旋转催化机制
定子
转子
ba
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c
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h
30
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h
31
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h
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旋转催化具体过程
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线
粒
体
内
FADH2
膜
3-磷酸甘油
FAD
NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2
（1线7.1粒1.2体020基质）
h
48
苹果酸穿梭
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h
3ATP
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苹果酸－天冬氨酸穿梭
细胞液
线粒体内膜体
线粒体基质
NAD+ 苹果酸
苹果酸 脱氢酶
Ⅰ
苹果酸
NAD+
苹果酸 脱氢酶
NADH+H+ 草酰乙酸 谷氨酸
• 这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧
化磷酸化，产生H2O和ATP。
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h
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-磷酸甘油穿梭示意图
NADH 油-脱磷氢酸酶甘+H+
NA D
+
呼吸链
FAD H
-磷酸甘
2
油脱氢酶
FA D
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h
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α-磷酸甘油穿梭
NADH
（细胞液）
磷酸二羟丙酮
NAD+
3-磷酸甘油
磷酸二羟丙酮
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化学渗透假说的支持证据
①电子传递能形成H+浓度梯度 ②线粒体内膜对H+、OH-、Cl-、K+等不能透过 ③ ATP合成需要有完整的内膜 ④破坏H+浓度梯度使得磷酸化不能进行 ⑤膜表面能储存大量质子，也能迅速转移质子
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20
化学渗透假说示意图
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+
Hபைடு நூலகம்
+
H
H
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17
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化学渗透假说的内容★★
1.呼吸链中传氢体和电子传递体是间隔交替排列的，且 在线粒体内膜都有特定的位置，催化反应是定向的。
2.内膜对H＋不能自由通过，泵出膜外侧的H＋不能自由 返回膜内侧，造成电化学梯度
3.复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都有质子泵的作用
4.ATP合酶存在于线粒体内膜上，H＋梯度是ATP合成的 驱动力