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1、第第 六六 章章生生 物物 氧氧 化化Biological Oxidation下下1 1三、影响氧化磷酸化的因素1. 呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。如鱼藤酮、阻断呼吸链中某些部位电子传递。如鱼藤酮、抗霉素抗霉素A、氰化物等、氰化物等2. 解偶联剂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：二硝基苯酚如：二硝基苯酚(DNP), 解偶联蛋白解偶联蛋白 3. 氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素如：寡霉素 （一）抑制剂（一）抑制剂2 2鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊
2、巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A粘噻唑菌醇粘噻唑菌醇 COCN-N3-H2S 各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点3 3解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体） F F0 0 F F1 1 Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能 H H+ + H H+ + ADP+Pi ATP 4 4 寡霉素寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成ATP合酶结构模式图合酶结构模式图5 5鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A异戊巴比妥异戊巴比妥粘噻唑菌醇粘噻
3、唑菌醇抗霉素抗霉素ACOCNN3 H2S二硝基苯酚二硝基苯酚寡霉素寡霉素PiADP ATPATP合酶合酶6 6（二）（二）ADP的调节作用的调节作用 ADP促进氧化磷酸化促进氧化磷酸化不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响 7 7不同底物和抑制剂对不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响线粒体氧耗的影响 8 8（三）甲状腺激素（三）甲状腺激素 1. 诱导诱导Na+,K+ATP酶酶 ATP ADP + Pi 2. T3诱导解偶联蛋白基因表达诱导解偶联蛋白基因表达Na+,K+ATP酶酶9 9（四）（四）mtDNA突变突变 影响氧化磷酸化，使影响氧化磷酸化，使ATP生成减少而
4、致病，主要呈母系遗传。生成减少而致病，主要呈母系遗传。 由由mtDNA编码的编码的 亚基数目亚基数目 （ND） 43 7 4 0 11 1 13 3 （ATP合酶）合酶） 8 2复合体复合体 亚基数目亚基数目人类线粒体基因编码的呼吸链蛋白质人类线粒体基因编码的呼吸链蛋白质ND: NADH dehydrogenase 人类线粒体基因组人类线粒体基因组线粒体基因病系谱图线粒体基因病系谱图 10101、Leber 遗传性视神经病遗传性视神经病 (Leber hereditary optic neuropathy，LHON)临床表现：病初发时为急性或亚急性眼球的神经炎，引发严重双侧视神经萎缩和大片临床
5、表现：病初发时为急性或亚急性眼球的神经炎，引发严重双侧视神经萎缩和大片 中心暗点，使视力突然丧失并伴有色觉障碍。在急性发作之后，视觉进一中心暗点，使视力突然丧失并伴有色觉障碍。在急性发作之后，视觉进一 步衰退，但常可维持步衰退，但常可维持0.020.5的视力。色觉障碍等。的视力。色觉障碍等。 此症发病高峰年龄是此症发病高峰年龄是2025岁，但任何年龄段都可能发病。岁，但任何年龄段都可能发病。基因突变：基因突变：ND1：LHON 4160TC，亮，亮脯；脯； ND1：LHON 3460GA，丙，丙丝；丝； ND1：LHON 3394TC，酪，酪组组2、线粒体脑肌病、乳酸酸中毒及卒中样发作综合征、
6、线粒体脑肌病、乳酸酸中毒及卒中样发作综合征 (mitochondrial encephalomyopathy， lacticacidosis，and stroke-like episodes，MELAS)临床表现：虚弱、乳酸酸中毒、感觉神经性听觉丧失、痴呆、反复发生卒中样发作、临床表现：虚弱、乳酸酸中毒、感觉神经性听觉丧失、痴呆、反复发生卒中样发作、 头痛、呕吐头痛、呕吐基因突变：线粒体基因突变：线粒体tRNA Leu：MELAS 3243 T C 或或 A G ND4：MELAS 11084 A G mtDNA突变疾病举例突变疾病举例 1111四、ATPu高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量
7、大于水解时释放的能量大于21KJ/mol21KJ/mol的磷酸酯键，常的磷酸酯键，常表示为表示为 P P。u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含有高能磷酸键的化合物（一）高能磷酸键与高能磷酸化合物（一）高能磷酸键与高能磷酸化合物 1313 ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP ADP + ADP ATP + AMP腺苷酸激酶腺苷酸激酶2. 腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用1. 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用（二）高能磷酸化合物的互变与能量储存（二）高能磷酸化合物的互变与能量储存14143.
8、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。1515 （三） ATP的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 P P P P 机械能机械能( (肌肉收缩肌肉收缩) )渗透能渗透能( (物质主动转运物质主动转运) ) 化学能化学能( (合成代谢合成代谢) )电能电能( (生物电生物电) )热能热能( (维持体温维持体温) )生物体内能量的储存和利生物体内能量的储存和利用都以用都以ATP为中心。为中心。1616五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，
9、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。1717 线粒体内膜的主要转运蛋白线粒体内膜的主要转运蛋白 （ATP-ADP转位酶）转位酶）1818（一） 胞浆中NADH的氧化胞浆中胞浆中NADHNADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入线进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制转运机制主要有主要有-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)(-glycerophosphate
10、shuttle)苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)(malate-asparate shuttle)1919 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油磷酸甘油 -磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶1.5ATP 1. - -磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制（脑、骨骼肌）（脑、骨骼肌） -磷酸甘油磷酸甘油 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 2020NADH +H+ NAD+ NAD
11、H +H+ NAD+ 谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮酮 戊二酸转运体戊二酸转运体 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 线线粒粒体体内内膜膜 基质基质 呼吸链呼吸链 天冬氨酸天冬氨酸 2.5ATP 2. 苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制（心、心、肝、肾）肝、肾）苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸谷草转氨酶谷草转氨酶谷氨酸谷氨酸2121腺苷酸转运蛋白，腺苷酸转运蛋白， 又称又称ATP-ADP转位酶。转位酶。作
12、用：催化作用：催化ADP经内膜进入线粒体与经内膜进入线粒体与ATP经内膜移出经内膜移出 线粒体。线粒体。磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白作用：参与作用：参与H2PO4与与H+同向转运到线粒体内。同向转运到线粒体内。 （二）（二） 腺苷酸与磷酸转运蛋白腺苷酸与磷酸转运蛋白2222ATP-ADP转位酶转位酶2323ATP4- F0 F1 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 腺苷酸腺苷酸转运蛋白转运蛋白磷酸磷酸转运蛋白转运蛋白 ADP3- H2PO4- ATP4- 4H+ 4H+ H+ H+ H2PO4- H2PO4- ADP3- ADP3- 2424第二节第二节 其他不生成其他不生成ATPATP的氧化体系的氧
13、化体系Section 2 Other Oxidative Enzyme Systems 2525n反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)O2e-O2-e-+2H+H2O2e-+H+ OHH2Oe-+H+H2O反应活性氧类反应活性氧类一、抗氧化酶体系一、抗氧化酶体系 反应活性氧类化学性质活泼，可引起蛋白质、反应活性氧类化学性质活泼，可引起蛋白质、DNA，膜脂质等。，膜脂质等。2626nROS主主要来源要来源线粒体：线粒体：线粒体超氧阴离子线粒体超氧阴离子O2-，是体内，是体内O2-的主要来源；的主要来源；1Q O2 + e- O2-2727过氧化酶体
14、：过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电子交给将从脂肪酸等底物获得的电子交给O2生成生成H2O2和羟自由基和羟自由基OH。胞浆胞浆需氧脱氢酶需氧脱氢酶（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成O2-。细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等外源因素外源因素也可导也可导致细胞产生活性氧类。致细胞产生活性氧类。 机体可通过机体可通过抗氧化酶体系抗氧化酶体系及时清除活性氧，以防止其累积造成有害影响。及时清除活性氧，以防止其累积造成有害影响。2828（一）过氧化氢酶（一）过氧化氢酶(catalase) 又称触酶，其辅基含又称触酶，其
15、辅基含4 4个血红素，主要存在于过氧化酶体中。个血红素，主要存在于过氧化酶体中。2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 n抗氧化酶体系抗氧化酶体系H2O2在吞噬细胞中可氧化杀死入侵的细菌，在甲状腺中可使在吞噬细胞中可氧化杀死入侵的细菌，在甲状腺中可使2I-转化为转化为I2，进而使酪氨酸碘化生成甲状腺素。进而使酪氨酸碘化生成甲状腺素。2929（二）过氧化物酶（二）过氧化物酶(perioxidase) 以血红素为辅基，以血红素为辅基，催化催化H2O2直接直接氧化酚类或胺类化合物。氧化酚类或胺类化合物。R + H2O2 RO + H2O RH2+ H2O2 R + 2H2O 过氧化物酶
16、过氧化物酶 过氧化物酶过氧化物酶 谷胱甘肽过谷胱甘肽过氧化物酶氧化物酶 H2O2(ROOH) H2O(ROH+H2O) 2G SH G S S G NADP+ NADPH+H+ * * 此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤 谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶 含硒的谷胱甘肽过氧化物酶含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 3030（三）超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase，SOD)SODH2O2 + O2 2 O2+ 2H+ 2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 SOD的三种同工酶：的三种同工酶： 细胞外、细胞质：细胞外、细胞质：Cu/Zn
17、-SOD; 线粒体：线粒体： Mn-SODSOD是人体防御内、外环境中超氧离子损伤的重要酶。是人体防御内、外环境中超氧离子损伤的重要酶。3131（四）其他小分子自由基清除剂：维生素维生素 C维生素维生素 E-胡萝卜素胡萝卜素泛醌泛醌3232（一）加单氧酶（一）加单氧酶 (monoxygenase)* 催化的反应：催化的反应：RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2O 又称混合功能氧化酶或羟化酶。又称混合功能氧化酶或羟化酶。细胞色素细胞色素P450 (Cyt P450)：Cyt b 类细胞色素，因还原型类细胞色素，因还原型Cyt P450与与CO 结合后在结合后
18、在450nm处有最大吸收峰而得名，主处有最大吸收峰而得名，主 要分布于肝、肾上腺微粒体中，参与类固醇要分布于肝、肾上腺微粒体中，参与类固醇 激素、胆汁酸及胆色素的生成及药物的生物激素、胆汁酸及胆色素的生成及药物的生物 转化。转化。二、微粒体细胞色素二、微粒体细胞色素P450加单氧酶系加单氧酶系 加单氧酶加单氧酶Cyt P3333细胞色素细胞色素P450加单氧酶作用机制加单氧酶作用机制3434（二）加双氧酶（二）加双氧酶 此酶催化氧分子中的此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。个碳原子上。例例 如：如： (O2) 色氨酸吡咯酶色氨酸吡咯酶甲酰犬尿酸甲酰犬尿酸色氨酸色氨酸3535
