生物化学：生物氧化 ppt课件
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➢ 复合体Ⅳ 抑制剂：CN－、N3－紧密结合氧化型 Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。 CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
底物水平磷酸化
细胞内还有一种直接将代谢物分子中的能量 转移至ADP(或GDP),生成ATP(或GTP)的过程,称 为底物水平磷酸化。
目前,有三种酶催化的是底物水平磷酸化反应, 分别是磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶、琥珀酰 CoA合成酶。
底物水平磷酸化反应
ADP
（1）1，3-二磷酸甘油酸
ADP
（2）磷酸烯醇式丙酮酸
寡霉素(oligomycin)
可阻止质子从 F0质子通道回 流，抑制ATP生 成。
寡霉素
ATP合酶结构模式图
（二） ADP的调节作用
ADP浓度增高，氧化磷酸化速度加快； ADP不足，氧化磷酸化速度减慢。
（三）甲状腺激素
诱导细胞膜上Na+,K+- ATP酶的生成，使 ATP 加速分解为ADP和Pi，ADP增多，促进 氧化磷酸化。
氧化磷酸化偶联部位
ATP
ATP
ATP
（二）氧化磷酸化的偶联机制
化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)
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外侧，而线粒体内 膜不允许质子自由回流，因此产生膜内外质子 电化学梯度（H+浓度梯度和跨膜电位差），以 此储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动 ADP与Pi生成ATP 。
鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
2、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度
解 偶 联 剂 (uncoupler) 可 使 氧 化 与 磷 酸 化 的 偶 联相互分离，基本作用机制是破坏电子传递过程建 立的跨内膜的质子电化学梯度，使电化学梯度储存 的能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。
如：二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP) ；解偶 联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。
1、呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递过程
➢ 复合体Ⅰ抑制剂：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 。
➢ 复合体Ⅱ的抑制剂：萎锈灵(carboxin)。
➢ 复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A(antimycin A)阻断Cyt bH传递电子到泛醌(QN) 。
成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递 给氧所生成ATP分子数）。
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值 可能生成的 ATP数
β-羟丁酸 NAD+ →复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 2.5
2.5
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2
琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
1.5
1.5
位于棕色脂肪组织中的线粒体中
3、ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成
这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制 作用。例如寡霉素(oligomycin) 、二环己基碳二亚 胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP) 抑制ATP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能，继而抑制电子传递。
生物化学：生物氧化
第六章
生物氧化
Biological oxidation
二、 氧化磷酸化
(oxidative phosphorylation)
定义：在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化
生成ATP的过程称氧化磷酸化（oxidative phosphorylation） ，又称偶联磷酸化。
氧化磷酸化是体内生成ATP的主要方式, 是维持生命活动所需能量的主要来源。
（四）线粒体DNA( mtDNA )突变
影响呼吸链氧化磷酸化复合体中多肽链的生
物合成，使ATP生成减少而致病。
mtDNA的特点：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，易受本身氧化 磷酸化产生的氧自由基的损伤而突变。
四、线粒体内膜对各种物质进 行选择性转运
线粒体外膜通透性高，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 (transporter)对各种物质的转运。
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2 抗坏血酸 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 细胞色素c (Fe2+) 复合体Ⅳ→O2
0.88
1
0.61- 0.68
1
2、自由能变化
根据热力学公式，pH7.0时标准自由能变化 (△G0′)与还原电位变化(△E0′)之间有以下关系：
△G0′ = -nF△E0′ n为传递电子数；F为法拉第常数(96.5kJ/mol·V)
电子传递链自由能变化
区段
电位变化 自由能变化
能否生成ATP
(⊿E° ′) ⊿G° ′=-nF⊿E° ′ (⊿G° ′是否大于30.5KJ)
NAD+~CoQ 0.36V 69.5KJ/mol
能
CoQ~Cytc 0.21V 40.5KJ/mol Nhomakorabea能
Cytaa3~O2 0.53V 102.3KJ/mol
能
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
底物水平磷酸化
细胞内还有一种直接将代谢物分子中的能量 转移至ADP(或GDP),生成ATP(或GTP)的过程,称 为底物水平磷酸化。
目前,有三种酶催化的是底物水平磷酸化反应, 分别是磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶、琥珀酰 CoA合成酶。
底物水平磷酸化反应
ADP
（1）1，3-二磷酸甘油酸
ADP
（2）磷酸烯醇式丙酮酸
寡霉素(oligomycin)
可阻止质子从 F0质子通道回 流，抑制ATP生 成。
寡霉素
ATP合酶结构模式图
（二） ADP的调节作用
ADP浓度增高，氧化磷酸化速度加快； ADP不足，氧化磷酸化速度减慢。
（三）甲状腺激素
诱导细胞膜上Na+,K+- ATP酶的生成，使 ATP 加速分解为ADP和Pi，ADP增多，促进 氧化磷酸化。
氧化磷酸化偶联部位
ATP
ATP
ATP
（二）氧化磷酸化的偶联机制
化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)
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外侧，而线粒体内 膜不允许质子自由回流，因此产生膜内外质子 电化学梯度（H+浓度梯度和跨膜电位差），以 此储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动 ADP与Pi生成ATP 。
鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
2、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度
解 偶 联 剂 (uncoupler) 可 使 氧 化 与 磷 酸 化 的 偶 联相互分离，基本作用机制是破坏电子传递过程建 立的跨内膜的质子电化学梯度，使电化学梯度储存 的能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。
如：二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP) ；解偶 联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。
1、呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递过程
➢ 复合体Ⅰ抑制剂：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 。
➢ 复合体Ⅱ的抑制剂：萎锈灵(carboxin)。
➢ 复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A(antimycin A)阻断Cyt bH传递电子到泛醌(QN) 。
成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递 给氧所生成ATP分子数）。
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值 可能生成的 ATP数
β-羟丁酸 NAD+ →复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 2.5
2.5
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2
琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
1.5
1.5
位于棕色脂肪组织中的线粒体中
3、ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成
这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制 作用。例如寡霉素(oligomycin) 、二环己基碳二亚 胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP) 抑制ATP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能，继而抑制电子传递。
生物化学：生物氧化
第六章
生物氧化
Biological oxidation
二、 氧化磷酸化
(oxidative phosphorylation)
定义：在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化
生成ATP的过程称氧化磷酸化（oxidative phosphorylation） ，又称偶联磷酸化。
氧化磷酸化是体内生成ATP的主要方式, 是维持生命活动所需能量的主要来源。
（四）线粒体DNA( mtDNA )突变
影响呼吸链氧化磷酸化复合体中多肽链的生
物合成，使ATP生成减少而致病。
mtDNA的特点：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，易受本身氧化 磷酸化产生的氧自由基的损伤而突变。
四、线粒体内膜对各种物质进 行选择性转运
线粒体外膜通透性高，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 (transporter)对各种物质的转运。
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2 抗坏血酸 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 细胞色素c (Fe2+) 复合体Ⅳ→O2
0.88
1
0.61- 0.68
1
2、自由能变化
根据热力学公式，pH7.0时标准自由能变化 (△G0′)与还原电位变化(△E0′)之间有以下关系：
△G0′ = -nF△E0′ n为传递电子数；F为法拉第常数(96.5kJ/mol·V)
电子传递链自由能变化
区段
电位变化 自由能变化
能否生成ATP
(⊿E° ′) ⊿G° ′=-nF⊿E° ′ (⊿G° ′是否大于30.5KJ)
NAD+~CoQ 0.36V 69.5KJ/mol
能
CoQ~Cytc 0.21V 40.5KJ/mol Nhomakorabea能
Cytaa3~O2 0.53V 102.3KJ/mol
能