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1、目录目录第八章第八章生物氧化生物氧化Biological Oxidation目录目录物物质质在在生生物物体体内内进进行行氧氧化化称称生生物物氧氧化化(biological oxidation)，主主要要指指糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等在在体体内内分分解解时逐步释放能量，最终生成时逐步释放能量，最终生成CO2 和和 H2O的过程。的过程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能n生物氧化的概念生物氧化的概念 目录目录糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA TAC TAC 2H
2、2H 呼呼吸吸链链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 n 生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程生物氧化中物质的氧化方式有生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子加氧、脱氢、失电子目录目录第一节第一节 氧化呼吸链是由具有电子传递氧化呼吸链是由具有电子传递功能的复合体组成功能的复合体组成目录目录生生物物体体将将NADH+H+和和FADH2彻彻底底氧氧化化生生成成水水和和ATP的的过过程程与与细细胞胞的的呼呼吸吸有有关关，需需要要消消耗耗氧氧，参参与与氧氧化化还还原原反反应应的的组组分分由由含含辅辅助助因因子子的的多多种种蛋蛋白白酶酶复复合合体体组组成成，形形成成一一个个
3、连连续续的的传传递递链链，因因此此称称为为氧氧化化呼呼吸吸链链（oxidative respiratory chain）。也称也称电子传递链电子传递链(electron transfer chain)。n氧化呼吸链的定义氧化呼吸链的定义组成组成递氢体和电子传递体（递氢体和电子传递体（2H = 2H+ + 2e） 目录目录一、一、氧化呼吸链由氧化呼吸链由4 4种具有传递电子种具有传递电子能力的复合体组成能力的复合体组成目录目录人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体复合体复合体酶名称酶名称质量质量(kD)多肽多肽链数链数功能辅基功能辅基含结合位点含结合位点复合体复合体NADH-泛醌泛醌还原酶还原
4、酶85039FMN，Fe-SNADH（基质侧）（基质侧）CoQ（脂质核心）（脂质核心）复合体复合体琥珀酸琥珀酸-泛醌泛醌还原酶还原酶1404FAD，Fe-S琥珀酸（基质侧）琥珀酸（基质侧）CoQ（脂质核心）（脂质核心）复合体复合体泛醌泛醌-细胞色细胞色素素C还原酶还原酶25011血红素血红素bL, bH, c1,Fe-SCyt c（膜间隙侧）（膜间隙侧）细胞色素细胞色素c131血红素血红素cCyt c1， Cyt a复合体复合体细胞色素细胞色素C氧氧化酶化酶16213血红素血红素a，a3，CuA, CuBCyt c（膜间隙侧）（膜间隙侧） 泛醌、细胞色素泛醌、细胞色素C C不包含在上述四种复合
5、体中。不包含在上述四种复合体中。目录目录呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置目录目录复合体复合体又称又称NADH-NADH-泛醌还原酶或泛醌还原酶或NADHNADH脱氢酶，脱氢酶，接受来自接受来自NADH+HNADH+H+ +的电子并转移给泛醌的电子并转移给泛醌（ubiquinoneubiquinone）。）。复合体复合体可催化两个同时进行的过程：可催化两个同时进行的过程： 电子传递：电子传递： NADHFMNFe-S CoQNADHFMNFe-S CoQ 质子的泵出：质子的泵出：复合体复合体有质子泵功能，每传递有质子泵功能，每传递2 2个个电子可将电子可将4
6、4个个H H+ +从内膜基质侧泵到胞浆侧。从内膜基质侧泵到胞浆侧。（一）（一） 复合体复合体将将NADH+H+中的电子传递给中的电子传递给泛醌泛醌目录目录NAD+和和NADP+的结构的结构R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+ 目录目录NAD+（NADP+）和）和NADH（NADPH）相互转变）相互转变氧化还原反应时变化发生在氧化还原反应时变化发生在五价氮五价氮和和三价氮三价氮之间。之间。目录目录FMN结结构构中中含含核核黄黄素素，发发挥挥功功能能的的部部位位是是异异咯咯嗪嗪环环，氧氧化化还还原原反反应应时时不不稳稳定定中中间间产产物物是是FMN。在在可可逆逆的的氧氧化化还还原原反
7、反应应中中显显示示3种种分分子子状状态态，属属于于单单、双电子传递体双电子传递体。 目录目录铁铁硫硫蛋蛋白白中中辅辅基基铁铁硫硫中中心心(Fe-S)含含有有等等量量铁铁原原子子和和硫硫原原子子，其其中中一一个个铁铁原原子子可可进进行行Fe2+ Fe3+e 反反应传递电子。应传递电子。属于单电子传递体属于单电子传递体。 表示无机硫表示无机硫目录目录目录目录泛泛醌醌（辅辅酶酶Q, CoQ, Q）由由多多个个异异戊戊二二烯烯连连接接形形成成较较长长的的疏疏水水侧侧链链（人人CoQ10），氧氧化化还还原原反反应应时时可可生生成成中中间间产产物物半半醌醌型型泛泛醌醌。内内膜膜中中可可移移动动电电子子载载
8、体体，在在各各复复合合体体间间募募集集并并穿穿梭梭传传递递还还原原当当量量和和电电子子。在在电电子传递和质子移动子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。的偶联中起着核心作用。 目录目录复合体复合体的功能的功能 NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2目录目录复合体复合体I 氢和电子的传递氢和电子的传递目录目录复合体复合体是三羧酸循环中的是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶，又，又称称琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶。电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸FAD几种几种Fe-S CoQ复合体复合体没有没有H+泵的功能泵的功能。（二）复合体（二
9、）复合体将电子从琥珀酸传递到泛醌将电子从琥珀酸传递到泛醌目录目录目录目录（三）复合体（三）复合体将电子从还原型泛醌传递给细将电子从还原型泛醌传递给细胞色素胞色素c c复合体复合体又叫又叫泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶。人。人复合复合体体含有细胞色素含有细胞色素b(b562, b566)、细胞色素、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。泛醌泛醌从复合体从复合体、募集还原当量和电子并穿梭募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体传递到复合体。电子传递过程：电子传递过程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cytc1Cytc目录目
10、录细胞色素细胞色素(cytochrome, Cyt) 细胞色素是一类以细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。，根据它们吸收光谱不同而分类。目录目录复合体复合体的电子传递的电子传递通过通过“Q循环循环”实现。实现。复合体复合体每传递每传递2个电个电子向内膜胞浆侧释放子向内膜胞浆侧释放4个个H+，复合体复合体也有也有质子泵作用质子泵作用。Cyt c是是呼吸链唯一水呼吸链唯一水溶性球状蛋白溶性球状蛋白，不包含，不包含在复合体中。将获得的在复合体中。将获得的电子传递到复合体电子传递到复合体。目录目录人复合体人复合体又称又称细胞色素
11、细胞色素C氧化酶氧化酶(cytochrome c oxidase)。电子传递：电子传递：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO2Cyt a3CuB形成活性双核中心，将电子传递给形成活性双核中心，将电子传递给O2。复合体复合体也也有质子泵功能，有质子泵功能，每每传递传递2个电子个电子使使2个个H+跨内膜向胞浆侧转移跨内膜向胞浆侧转移 。（四）复合体（四）复合体将电子从细胞色素将电子从细胞色素C传递给氧传递给氧目录目录复复合合体体的的电电子子传传递递过过程程目录目录细细胞胞色色素素c氧氧化化酶酶CuB-Cyta3中中心心使使O2还还原原成成水水的的过过程程，有有强强氧氧化化性性中中间间物物
12、始始终终和和双双核核中中心心紧紧密密结合，不会引起细胞损伤。结合，不会引起细胞损伤。目录目录 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 4H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 第一节第一节 氧化呼吸链是由具有电子传氧化呼吸链是由具有电子传递功能的复合体组成递功能的复合体组成目录目录标准氧化还原电位标准氧化还原电位特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧将呼吸链拆开和重组将呼吸
13、链拆开和重组 氧化呼吸链各组分的顺序排列是氧化呼吸链各组分的顺序排列是由以下实由以下实验确定的验确定的目录目录1、NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体CoQ 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O22 2、琥珀酸氧化呼吸链、琥珀酸氧化呼吸链 ( (FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链) )琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 CoQ 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2二、二、NADH和和FADH2是氧化呼吸链的电子是氧化呼吸链的电子供体供体根根据据电电子子供供体体及及其其传传递递过过程程，目目前前认认为为，氧氧化化呼吸链有两条途径：呼吸链有两条途径：目录目录NADHFMN(Fe-S)琥珀酸
14、琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链(FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链)目录目录呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位氧化还原对氧化还原对E0(V)氧化还原对氧化还原对E0(V)NAD+ /NADN+H+0.32Cyt c1 Fe3+ /Fe2+0.22FMN /FMNH20.219Cyt c Fe3+ /Fe2+0.254FAD /FADH20.219Cyt a Fe3+ /Fe2+0.29Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+0.05(0.10
15、)Cyt a3 Fe3+ /Fe2+0.35Q10 /Q10H20.061/2O2 /H2O0.816目录目录第二节第二节 氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化偶联生成磷酸化偶联生成ATP目录目录底底物物水水平平磷磷酸酸化化(substrate level phosphorylation)与与脱脱氢氢反反应应偶偶联联，生生成成底底物物分分子子的的高高能能键键，使使ADP(GDP)磷磷酸酸化化生生成成ATP(GTP)的的过过程程。不不经经电子传递。电子传递。氧氧化化磷磷酸酸化化 (oxidative phosphorylation)是是指指在在呼呼吸吸链链电电子子
16、传传递递过过程程中中偶偶联联ADP磷磷酸酸化化，生生成成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。nATP生成方式生成方式目录目录一、氧化磷酸化偶联部位在复合体一、氧化磷酸化偶联部位在复合体、内内根据根据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、目录目录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复复合合体体O2琥琥珀珀酸酸复复合合体体CoQ复复合
17、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 1（一）（一）P/O 比值比值指指氧氧化化磷磷酸酸化化过过程程中中，每每消消耗耗1/2摩摩尔尔O2所所生生成成ATP的的摩摩尔尔数数（或或一一对对电电子子通通过过氧氧化化呼呼吸吸链链传传递递给氧所生成给氧所生成ATP分子数）。分子数）。 目录目录（二）自由能变化（二）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(E0)之间有以下关系：之间有以下关系：n
18、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目录目录电子子传递链自由能自由能变化化 目录目录1ATP0.5ATP 1ATP氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2目录目录二、氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒二、氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度体内膜的质子梯度化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)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+)从线从线粒体内膜的基质侧泵到内
19、膜胞浆侧，产生膜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。当质子顺浓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度梯度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。目录目录线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图目录目录氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；线粒体内膜对线粒体内膜对H+、OH、K、Cl离子是不通离子是不通透的；透的；电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定电子传递链可驱动质子移出线粒体
20、，形成可测定的跨内膜电化学梯度；的跨内膜电化学梯度；增加线粒体内膜外侧酸性可导致增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成，而线合成，而线粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯度，结果电子虽可以传递，但度，结果电子虽可以传递，但ATP生成减少。生成减少。 n化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 4H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + +
21、 + + - - - - - - - - - 电子传递过程中电子传递过程中复合体复合体 (4H+) 、 (4 H+)和和 (2H+)有质子泵功能有质子泵功能。 目录目录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种抑制剂对电子传递链的影响目录目录三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成合成 ATPF1：亲亲水水部部分分 （动动物物：33亚亚基基复复合合体体，OSCP、IF1 亚基），线线粒粒体体内内膜膜的的基基质质侧侧颗颗粒粒状状突突起起，催化催化ATP合成合成。 F0：疏疏水水部部分分（ab2c912亚亚基基，动动物物还还有有其其他他辅辅助助
22、亚亚基基），镶镶嵌嵌在在线线粒粒体体内内膜膜中中，形形成成跨跨内内膜膜质质子通道子通道 。nATP合酶结构组成合酶结构组成目录目录nATP合酶组成可旋转的发动机样结构合酶组成可旋转的发动机样结构 F0的的2个个b亚亚基基的的一一端端锚锚定定F1的的亚亚基基，另另一一端端通通过过和和33稳稳固固结结合合，使使a、b2和和33、亚亚基基组组成成稳稳定的定的定子部分定子部分。部部分分和和亚亚基基共共同同形形成成穿穿过过33间间中中轴轴，还还与与1个个亚亚基基疏疏松松结结合合作作用用，下下端端与与嵌嵌入入内内膜膜的的c亚亚基基环环紧密结合。紧密结合。c亚基环、亚基环、和和亚基组成亚基组成转子部分转子部
23、分。 质质子子顺顺梯梯度度向向基基质质回回流流时时，转转子子部部分分相相对对定定子子部部分旋转，使分旋转，使ATP合酶利用释放的能量合酶利用释放的能量合成合成ATP。 目录目录当当H+顺顺浓浓度度递递度度经经F0中中a亚亚基基和和c亚亚基基之之间间回回流流时时，亚基发生旋转亚基发生旋转，3个个亚基的构象发生改变亚基的构象发生改变。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制nATP合成的结合变构机制合成的结合变构机制(binding change mechanism) 目录目录 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 4H+ 1/2O2+2H+ H2O AD
24、P+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 电子传递过程中电子传递过程中复合体复合体 (4H+) 、 (4 H+)和和 (2H+)有质子泵功能有质子泵功能。 目录目录四、四、ATP在能量代谢中起核心作用在能量代谢中起核心作用细胞内代谢反应都是依序进行、能量逐步得失。细胞内代谢反应都是依序进行、能量逐步得失。ATP称称之之为为高高能能磷磷酸酸化化合合物物，可可直直接接为为细细胞胞的的各各种种生生理理活活动动提提供供能能量量，同同时时也也有有利利于于细细胞胞对对能量代谢进行严格调控。能量代谢进行严
25、格调控。生物体能量代谢有其明显的特点。生物体能量代谢有其明显的特点。目录目录n高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯键，常表示为键，常表示为 P。n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目录目录化合物化合物E0kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸61.9(14.8)氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸51.4(12.3)1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸49.3(11.8)磷酸肌酸磷酸肌酸43.1(10.3)ATP ADPPi30.5(7.3)乙酰辅酶乙酰辅酶A31.5(7.5)ADP AMP
26、Pi27.6(6.6)焦磷酸焦磷酸27.6(6.6)葡糖葡糖-1-磷酸磷酸20.9(5.0)一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能 目录目录（一）（一）ATP是体内能量捕获和释放利用的重要是体内能量捕获和释放利用的重要分子分子ATP是是体体内内最最重重要要的的高高能能磷磷酸酸化化合合物物，是是细细胞胞可直接利用的能量形式。可直接利用的能量形式。 ATP在在生生物物能能学学上上最最重重要要的的意意义义在在于于，通通过过其其水水解解反反应应释释放放大大量量自自由由能能和和需需要要供供能能的的反反应应偶偶联，使这些反应在生理条件下完成。联，使这些反应在生
27、理条件下完成。 目录目录 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMP（二）（二）ATP是体内能量转移和磷酸核苷化合物是体内能量转移和磷酸核苷化合物相互转变的核心相互转变的核心 目录目录（三）（三）ATP通过转移自身基团提供能量通过转移自身基团提供能量因因为为ATP分分子子中中的的高高能能磷磷酸酸键键水水解解释释放放能能量量多多，易易释释放放Pi、PPi基基团团，很很多多酶酶促促反反应应由由ATP通通过过共共价价键
28、键与与底底物物或或酶酶分分子子相相连连，将将ATP分分子子中中的的Pi、PPi或或者者AMP基基团团转转移移到到底底物物或或酶酶蛋蛋白白上上而而形形成成中中间间产产物物，经经过过化化学学转转变变后后再再将将这这些些基团水解而形成终产物。基团水解而形成终产物。目录目录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。（四）磷酸肌酸是高能键能量的储存形式（四）磷酸肌酸是高能键能量的储存形式目录目录 ATP的生成、储存和利用的生成、储存和利用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
29、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生物体内能量的储存和利用都以利用都以ATP为中心。为中心。目录目录第三节第三节 氧化磷酸化的影响因素氧化磷酸化的影响因素 目录目录一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率 氧化磷酸化是机体合成能量载体氧化磷酸化是机体合成能量载体ATPATP的最主要的最主要的途径，因此机体根据的途径，因此机体根据能量需求能量需求调节氧化磷调节氧化磷酸化速率，从而调节酸化速
30、率，从而调节ATPATP的生成量。的生成量。 目录目录二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程（一）呼吸链抑制剂阻断电子传递过程（一）呼吸链抑制剂阻断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(piericidin 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)。目录目录复复合合体体抑抑制制剂剂：抗抗霉霉素素A(antimycin A)阻阻断断Cyt bH传传递递电电子子到到泛泛醌醌(QN) ；粘粘噻噻唑唑菌
31、菌醇醇则则作作用用QP位点位点。复复合合体体 抑抑制制剂剂：CN、N3紧紧密密结结合合中中氧氧化化型型Cyt a3，阻阻断断电电子子由由Cyt a到到CuB- Cyt a3间间传传递递。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。 目录目录NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及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目录目录不同底物和抑制剂对线粒体氧耗
32、的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响 目录目录（二）解偶联剂阻断（二）解偶联剂阻断ADPADP的磷酸化过程的磷酸化过程 解解偶偶联联剂剂(uncoupler)可可使使氧氧化化与与磷磷酸酸化化的的偶偶联联相相互互分分离离，基基本本作作用用机机制制是是破破坏坏电电子子传传递递过过程程建建立立的的跨跨内内膜膜的的质质子子电电化化学学梯梯度度，使使电电化化学学梯梯度度储储存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。 如如：二二硝硝基基苯苯酚酚(dinitrophenol, DNP) ；解解偶偶联蛋白联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。目
33、录目录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 目录目录（三）（三）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)可结合可结合F0单位，二单位，二环己基碳二亚胺环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP)共
34、价结合共价结合F0的的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从亚基谷氨酸残基，阻断质子从F0质质子半通道回流，抑制子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内合酶活性。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。能，继而抑制电子传递。 目录目录 寡霉素寡霉素(oligomycin) 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。目录目录电子传递链及氧化电子传递链及氧化磷酸化系统概貌磷酸化系统概貌H+ 跨膜质子电化跨膜质子电化学梯度；学梯度；H+m内膜内膜基质
35、侧基质侧H+；H+c 内内膜胞液侧膜胞液侧H+目录目录Na+，K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。酶和解偶联蛋白基因表达均增加。三、三、甲状腺激素甲状腺激素可促进氧化磷酸化和产热可促进氧化磷酸化和产热目录目录四、线粒体四、线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸突变可影响机体氧化磷酸化功能。化功能。 线线粒粒体体DNA（mtDNA）呈呈裸裸露露的的环环状状双双螺螺旋旋结结构构，缺缺乏乏蛋蛋白白质质保保护护和和损损伤伤修修复复系系统统，容容易易受受到到损损伤伤而而发发生生突突变变，其其突突变变率率远远高高于于核核内内的的基基因组因组DNA。目录目录五、线粒体的内膜选择性协调转运氧五、线粒体的内膜选
36、择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物化磷酸化相关代谢物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。目录目录转运蛋白转运蛋白进入线粒体进入线粒体出线粒体出线粒体ATP-ADP转位酶转位酶ADP3-ATP4-磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4- + H+二羧酸转运蛋白二羧酸转运蛋白HPO42-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-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白谷氨酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨
37、酸单羧酸转运蛋白单羧酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉碱肉碱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 目录目录（一）胞浆中（一）胞浆中NADH通过穿梭机制进入线粒体通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链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磷酸化。-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle
38、)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：目录目录1. -1. -磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中 目录目录 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 1.5ATP1.5ATP目录目录2. 2. 苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中 目录目录NADH +H+ NA
39、D+ NADH +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 2.5ATP2.5ATP目录目录（二）（二）ATP-ADP转位酶协调转运转位酶协调转运ADP进入和进入和ATP移出线粒体移出线粒体目录目录ATP4- 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- 3
40、H+ 3H+ H+ H+ H2PO4- H2PO4- ADP3- ADP3- 每分子每分子ATP4-和和ADP3-反向转运时，向内膜外净反向转运时，向内膜外净转移转移1个负电荷个负电荷 ，相当于多，相当于多1个个H+转入线粒体基质。转入线粒体基质。 目录目录第四节第四节 其他氧化与抗氧化体系其他氧化与抗氧化体系目录目录n反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)O2e-O-2e-+2H+H2O2e-+H+OHH2Oe-+H+H2O反应活性氧类反应活性氧类一、线粒体氧化呼吸链也可产生活性氧一、线粒体氧化呼吸链也可产生活性氧 目录目录nROS主主要来源要来
41、源线粒体：线粒体：超氧阴离子超氧阴离子O-2，是体内，是体内O-2的主要来的主要来源；源； O-2在线粒体中再生成在线粒体中再生成H2O2和和OH。过氧化酶体：过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电将从脂肪酸等底物获得的电子交给子交给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（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成化生成O-2。细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等等外源因素外源因素也可导致细胞产生活性氧类。也可导致细胞产生活性氧类。 目录目录需氧脱氢酶和氧化酶需氧脱氢酶和氧化酶二、抗氧化酶体系有
42、清除反应活性氧类二、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能的功能目录目录n抗氧化酶体系抗氧化酶体系1. 过氧化氢酶过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含又称触酶，其辅基含4 4个血红素个血红素2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 目录目录可去除细胞生长和代谢产生的可去除细胞生长和代谢产生的H2O2和过氧化物和过氧化物(R-O-OH)，是，是体内防止活性氧类损伤主要的酶体内防止活性氧类损伤主要的酶。2. 谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)H2O2 + 2GSH 2 H2O +GS-SG2GSH + R-O-OH G
43、S-SG + H2O + R-OH目录目录 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。 谷胱甘谷胱甘肽还原酶肽还原酶 含硒的谷胱甘肽过氧化物酶含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 目录目录3. 超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶2O2+ 2H+ SODH2O2 + O2 H2O + O2 过氧化氢酶过氧化氢酶SOD：超氧化物歧化酶：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase)目录目录三、微粒体细胞色素三、微粒体细胞色素P450P450单加氧酶催化单加氧酶催化底物分子羟基化底物分子羟基化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 monooxygenase)，又称混合功能氧化酶，又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)目录目录细胞色素细胞色素P450单加氧酶作用机制单加氧酶作用机制
