生物化学：生物氧化.ppt

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1、二、二、 氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)定义：定义：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ADPADP磷酸化磷酸化 生成生成ATPATP的过程称的过程称氧化磷酸化氧化磷酸化，又称又称偶联磷酸化偶联磷酸化。 w底物水平磷酸化底物水平磷酸化 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。 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。 ADP ATP（1）1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 胞液胞液 ADP ATP（2）磷酸烯醇式丙酮酸）磷酸烯

2、醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 GDP+Pi GTP 线线（3）琥珀酸单酰）琥珀酸单酰COA 琥珀酸琥珀酸 + HSCOA 粒粒 GTP + ADP GDP + ATP 体体 底物水平磷酸化反应底物水平磷酸化反应（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据 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

3、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 11、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）。 2 2、自由能变化、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(E

4、0)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 = -nFE0电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化Cytaa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能 NAD+CoQ 0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCytc 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（二）氧化磷酸化的偶联机制氧化磷酸化的偶联机制w 化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) (chemiosmotic hypothesis) 电子经呼吸链传递时，

5、可将质子电子经呼吸链传递时，可将质子(H(H+ +) )从线从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧，而线粒体内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膜不允许质子自由回流，因此产生膜内外质子电化学梯度（电化学梯度（H H+ +浓度梯度和跨膜电位差），以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此储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADPADP与与Pi Pi生成生成ATP ATP 。 化学渗透假说化学渗透假说要点：要点：1 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递、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

6、子泵氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵的作用，可将质子（的作用，可将质子（ HH+ + ）泵出线粒体基质。）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，而将给下一个递电子体，而将HH+ +留在基质外胞液中。留在基质外胞液中。化学渗透假说化学渗透假说要点：要点：3 3、整个过程中，仅有、整个过程中，仅有2 2个电子传递，并排出个电子传递，并排出6 6个个HH+ +，HH+ +不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的HH+ +浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定

7、的电化学势能。学势能。4、当内膜外侧的当内膜外侧的HH+ +通过通过ATPATP合酶合酶, ,顺电化学梯度顺电化学梯度回流时，由回流时，由ATPATP合酶底部进入线粒体基质时，将合酶底部进入线粒体基质时，将储存的势能释放出来，推动储存的势能释放出来，推动ATPATP合酶的合酶的F1F1亚基利亚基利用势能将用势能将ADPADP合成合成 ATPATP。 （一）有（一）有3类氧化磷酸化抑制剂类氧化磷酸化抑制剂1 1、呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递过程、呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递过程 复合体复合体抑制剂：鱼藤酮抑制剂：鱼藤酮(rotenone)、粉蝶霉素、粉蝶霉素A(piericidi

8、n 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到泛醌(QN) 。 复合体复合体 抑制剂：抑制剂：CN、N3紧密结合氧化型紧密结合氧化型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。 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

9、种抑制剂对电子传递链的影响鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥抗霉素A二巯基丙醇CO、CN-、N3-及H2S2 2、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度 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

10、) ；解偶；解偶联蛋白联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。位于棕色脂肪组织中的线粒体中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) 、二环己基碳二亚、二环己基碳二亚胺胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP) 抑制抑制ATP合合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高酶活性。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

11、电子传递。影响呼吸链质子泵的功能，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。 （二）（二） ADPADP的调节作用的调节作用 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）（三）甲状腺激素甲状腺激素 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。：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）（四

12、）线粒体线粒体DNA( mtDNA )突变突变 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。四、线粒体内膜对各种物质进四、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运行选择性转运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，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。肉碱肉碱脂酰肉碱脂酰肉碱肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸鸟氨酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白柠檬酸柠檬酸苹果酸苹果酸三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白OH-丙酮酸丙酮酸单羧酸转运蛋白单羧酸转

13、运蛋白天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白谷氨酸转运蛋白-酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸-酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸HPO42-二羧酸转运蛋白二羧酸转运蛋白H2PO4- + H+磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白ATP4-ADP3-ATP-ADP转位酶转位酶出线粒体出线粒体进入线粒体进入线粒体转运蛋白转运蛋白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NADH通过穿梭机制进入 线粒体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

14、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、-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 2 2、苹果酸、苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭（二）ATP-ADP转位酶促进ADP进入和ATP移出紧密偶联NOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHATPATP 为体内各种生理活动提供能量，形成磷酸酯类中间代谢物参与酶的共价修饰。NOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOH

15、w高能磷酸键高能磷酸键： 磷酸化合物水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，常表示为P 。w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(5.0)20.91-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(6.6)27.6焦磷酸焦磷酸(6.6)27.6ADP AMPPi(7.5)31.5乙酰辅酶乙酰辅酶A(7.3)30.5ATP ADPPi(10.3)43.1磷酸肌酸磷酸肌酸(11.8)49.31，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸(12.3)51.4氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸(14.8)61.9磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(kcal/mol)kJ/molE0化合物化合物一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准

16、自由能一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能 腺苷酸激酶腺苷酸激酶(adenylate kinase)二磷酸核苷酸激酶二磷酸核苷酸激酶n肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用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。第二节第二节 其他不生成其他不生成ATP的氧化体系的氧化体系非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系 场所：微粒体、过氧化物酶体、溶酶体等场所：微粒体、过氧化物酶体、溶酶体等 特点：耗氧量小、特点：耗氧量小、不伴不伴ATP生成生成 作用：主要参与机体内多种作用：主要参与机体内多种生理活性物生理活性物质的质的生物转化生物转化。如：类固醇激素、胆汁酸。如：类固醇激素、胆汁酸的生成，药物、毒物在体内的灭活的生成，药物、毒物在体内的灭活。一、微粒体氧化体系主要为单加氧酶系一、微粒体氧化体系主要为单加氧酶系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 monoo