生物、氧化体系

H3N
-
+ -
OOC-CH2-C-COO H
天冬氨酸
O
O -OOC-CH 2-C-COO -
H3 N
-
+ -
呼吸链
草酰乙酸
H3 N
-Baidu Nhomakorabea
+ -
OOC-CH2-CH2-C-COO H
-OOC-CH 2 -C-COO -
NADH +H+
苹果酸 脱氢酶
OOC-CH2-CH2-C-COO
O -OOC-CH2-CH2-C-COO-
的活性部位将电子交给O 其中Cyt aa3 的活性部位将电子交给 2。
目录
（二）呼吸链成分的排列顺序
由以下实验确定 ① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
目录
1. NADH氧化呼吸链 氧化呼吸链
NADH →FMN, Fe-S → CoQ →Cytbc1-c-aa3 →O2
目录
四、影响氧化磷酸化的因素
（一）抑制剂
1. 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 2. 解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 如：解偶联蛋白 3. 氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。 磷酸化均有抑制作用。 对电子传递及 磷酸化均有抑制作用 如：寡霉素
目录
1. 3-磷酸甘油穿梭机制 主要存在于肌肉、神经，产生2ATP 主要存在于肌肉、神经，产生2ATP
目录
CH2OH
CH2OH C=O CH2O- Pi
呼吸链
NADH+H+
C=O CH2O- Pi
3-磷酸甘油 磷酸甘油 脱氢酶
磷酸二羟丙酮
CH2OH CH2OH CHOH CH2O- Pi
FADH2
O2 CO2和H2O ADP+Pi
能量
ATP
热能
目录
* 生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化遵循氧化还原反应的 一般规律。 一般规律。 物质在体内外氧化时所消耗的氧量、 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。 ）和释放能量均相同。
目录
* 生物氧化与体外氧化之不同点
NAD+
OH -OOC-CH 2-C-COO H
线 粒 体 内 膜
谷氨酸
H
谷草转 氨酶
O -OOC-CH2-CH2-C-COO-
NADH +H+
α-酮戊二酸 酮戊二酸
OH
NAD+
-OOC-CH 2-C-COO -
苹果酸
苹果酸-α-酮 苹果酸 酮 戊二酸转运体
H
胞液
基质
目录
第四节 生物氧化与能量代谢
二烯连接形成较长的疏水侧链（ 二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化 ），氧化 还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。 还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。
目录
NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2
还原型Fe-S 还原型 氧化型Fe-S 氧化型
Q QH2
目录
5 。细 胞 色 素
细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电 子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。 子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。
生物氧化 是在细胞内温和的环境中 体温， 接近中性 接近中性） （ 体温 ， pH接近中性 ） ， 在一系列酶促反应逐步进 行 ， 能量逐步释放有利于 有利于机体捕获能量 ， 提 生成的效率。 高ATP生成的效率。 生成的效率 进行广泛的加水脱氢反应 使物质能间接获得氧 ， 并 增加脱氢的机会 ； 脱下的 氢与氧结合产生H ， 氢与氧结合产生 2O，有机 酸脱羧产生CO2。 酸脱羧产生 体外氧化
目录
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 抗霉素A 二巯基丙醇 CO、CN-、 、 N 3 -及 H 2 S
×
×
× 鱼藤酮 粉蝶霉素A 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
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（二）ADP的调节作用 的调节作用
呼吸控制率(respiratory control ratio, RCR) 呼吸控制率
（三）甲状腺激素
高能磷酸键与高能磷酸化合物 高能磷酸键 水解时释放的能量大于30KJ/mol的磷酸 水解时释放的能量大于 的磷酸 酯键， 酯键，常表示为 ∼P。 。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物
目录
目录
二、ATP的形成 的形成
* 定义 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 是指在呼吸链电子传递过程中偶联 在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸 是指在呼吸链电子传递过程中偶联 磷酸 生成ATP，又称为偶联磷酸化。 偶联磷酸化。 化，生成 ，又称为偶联磷酸化 底 物 水 平 磷 酸 化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重新分 生成高能键， 磷酸化生成ATP的 布 ， 生成高能键 ， 使 ADP磷酸化生成 磷酸化生成 的 过程。 过程。
0.36V 0.21V 0.53V
69.5KJ/mol 40.5KJ/mol 102.3KJ/mol
能 能 能
氧化磷酸化偶联部位
ATP ATP
ATP
目录
（二） 氧化磷酸化的偶联机理
化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 化学渗透假说
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+ ） 从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧， 从线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。 生膜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ADP与Pi生成 与 生成 生成ATP。 顺浓度梯度回流时驱动 。
Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增 酶和解偶联蛋白基因表达均增 加。
（四）线粒体DNA突变 线粒体 突变
与线粒体DNA病及衰老有关。 病及衰老有关。 与线粒体 病及衰老有关
目录
电子传递链及氧化 磷酸化系统概貌
∆µH+ 跨膜 质子电化学 梯度； 梯度；H+m 内膜基质侧 H +； H +c 内 膜胞液侧H 膜胞液侧 +
目录
P/O比值 比 2.4～2.8 ～
可能生成的ATP数 数 3
1.7
2
细胞色素c (Fe2+)
电子传递链自由能变化
区段 电位变化 (⊿Eº′) ⊿ 自由能变化 能否生成ATP 能否生成
是否大于30.5KJ) ⊿Gº′=-nF⊿Eº′ (⊿Gº′是否大于 ⊿ ⊿
NAD+~CoQ CoQ~Cyt c Cyt aa3~O2
能量是突然释放的。 能量是突然释放的。
产生的CO2 、 H2O由 产生的 由 物质中的碳和氢直接 与氧结合生成。 与氧结合生成。
目录
* 生物氧化的一般过程
糖原 三酯酰甘油 蛋白质
葡萄糖
脂酸+甘油 脂酸 甘油
氨基酸
乙酰CoA 乙酰CoA
TAC
CO2 2H
ADP+Pi 呼吸链
ATP H2O
目录
生物氧化中的主要氧化方式： 生物氧化中的主要氧化方式： 脱氢， 加氧，脱氢，失电子
CO2的生成方式： CO2的生成方式：体内有机酸脱羧 的生成方式
可分为： 可分为：α-单纯脱羧 α-氧化脱羧 β-单纯脱羧 β-氧化脱羧
目录
第一节 线粒体氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
目录
一、呼吸链
定义 代谢物脱下的成对氢原子（ ） 代谢物脱下的成对氢原子 （ 2H）通过位于 线粒体内膜上的多种酶和辅酶所催化的连锁反 应逐步传递， 最终与氧结合生成水， 应逐步传递 ， 最终与氧结合生成水 ， 这一系列 酶和辅酶称为呼吸链 呼吸链(respiratory chain)又称 电 又称电 酶和辅酶称为 呼吸链 又称 子传递链(electron transfer chain)。 。 子传递链 组成 递氢体和电子传递体（ 递氢体和电子传递体（2H ∆ 2H+ + 2e） ）
目录
3。 铁硫蛋白 中辅基铁硫簇 。 中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等 含有等 量铁原子和硫原子， 其中铁原子可进行Fe 量铁原子和硫原子 ， 其中铁原子可进行 2+ ∆ 反应传递电子。 Fe3++e 反应传递电子。
Ⓢ 表示无机硫
目录
铁硫蛋白
S
无机硫
S
半胱氨酸硫
目录
4。泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊 。泛醌（辅酶 ）
目录
目录
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
QH2→
b562; b566; Fe-S; c1
→Cyt c
目录
目录
细胞色素氧化酶
功能：将电子从细胞色素 传递给氧 功能：将电子从细胞色素c传递给氧
复合体Ⅳ 复合体Ⅳ 还原型Cyt c → Cyta→a3 还原型 → O2
生 物 氧 化
Biological Oxidation
目录
生物氧化的概念(细胞氧化、细胞呼吸) * 生物氧化的概念(细胞氧化、细胞呼吸)
物质在生物体内进行氧化称生物氧化， 物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主 生物氧化 要指糖、脂肪、 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 的过程。 放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。 的过程 糖 脂肪 蛋白质
FAD
NAD+
CHOH CH2O- Pi
3-磷酸甘油 磷酸甘油
线粒体 外膜
膜间隙
线粒体 内膜
线粒体 基质
目录
2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制 主要存在于心肌、肝脏；产生3ATP 主要存在于心肌、肝脏；产生3ATP
目录
H3N
-
+ -
OOC-CH2-C-COO H
谷氨酸谷氨酸 天冬氨酸 转运体
2. 琥珀酸氧化呼吸链
FADH2, Fe-S → CoQ →Cytb-c1-c-aa3 →O2
目录
电子传递链
目录
NADH氧化呼吸链 氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
目录
胞液中NADH的氧化 四 胞液中 的氧化
胞液中NADH必须经一定转运机制进入线粒体， 必须经一定转运机制进入线粒体， 胞液中 必须经一定转运机制进入线粒体 再经呼吸链进行氧化磷酸化。 再经呼吸链进行氧化磷酸化。 转运机制主要有 转运机制主要有 3-磷酸甘油穿梭 磷酸甘油穿梭 (α-glycerophosphate shuttle) 苹果酸-天冬氨酸穿梭 苹果酸 天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ 氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ 根据自由能变化和P/O比值 比值 根据自由能变化和 ⊿Gº'=-nF⊿Eº' ⊿
目录
P/O比 线粒体离体实验测得的一些底物的 比值
底 物 -羟 羟 β 丁酸 呼吸链的组成 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ → →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 → 琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ → →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 → 抗坏血酸 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 → 复合体Ⅳ→O2 0.88 0.61-0.68 1 1
目录
ATP的生成和利用 的生成和利用 ATP
肌酸 磷酸 肌酸 氧化磷酸化 ~P 底物水平磷酸化
~P 机械能(肌肉收缩) 机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 电能(生物电) 热能(维持体温) 热能(维持体温)
目录
O=C O C
P
ADP
ATP
COOH C OH
OH
磷酸甘油酸激酶
CH2 O
P
CH2 O
P
1,3-二磷酸 二磷酸 甘油酸
COOH C O CH2
3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸
COOH C=O CH3
ADP
P
K+
Mg2+
ATP
丙酮酸激酶
(pyruvate kinase)
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
（一）氧化磷酸化偶联部位
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
目录
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变 （ ）
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
目录
2。FMN FAD为辅酶的脱氢酶 。 为辅酶的脱氢酶 FMN结构中含核黄素 ， 发挥功能的部位是异咯嗪 结构中含核黄素， 结构中含核黄素 氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN• 。 环，氧化还原反应时不稳定中间产物是
辅基
FMN，Fe-S ， FAD，Fe-S ， 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉， 铁卟啉，Cu 铁卟啉，
目录
泛醌-细胞色素 还原酶 10 细胞色素C还原酶 泛醌 细胞色素 细胞色素c氧化酶 细胞色素 氧化酶 13
均不包含在上述四种复合体中。 * 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
1。NAD+和NADP+的结构 。
目录
（一）呼吸链的组成
四种具有传递电子功能的酶复合体(complex) 四种具有传递电子功能的酶复合体 人线粒体呼吸链复合体
复合体
复合体Ⅰ 复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ 复合体Ⅳ
酶名称
NADH-泛醌还原酶 泛醌还原酶 琥珀酸-泛醌还原酶 琥珀酸 泛醌还原酶
多肽链数
39 4