1、長沙醫學院生化教研室第 六 章生生 物物 氧氧 化化Biological Oxidation長沙醫學院生化教研室生物氧化生物氧化 營養物質在生物體內進行的氧化稱為營養物質在生物體內進行的氧化稱為生物氧生物氧化化，主要指糖、脂肪、蛋白質等在體內分解時主要指糖、脂肪、蛋白質等在體內分解時逐步釋放能量，最終生成逐步釋放能量，最終生成COCO2 2和和H H2 2O O的過程。的過程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白質蛋白質 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP熱能熱能長沙醫學院生化教研室 水如何生成水如何生成? CO2如何生成如何生成? 能量如何生成能量如何生成?長沙醫學院生化教研室 生物氧化與體外

2、氧化的相同點生物氧化與體外氧化的相同點 生物氧化中物質的氧化方式有生物氧化中物質的氧化方式有加氧、脫加氧、脫氫、失電子氫、失電子，遵循氧化還原反應的一般，遵循氧化還原反應的一般規律。規律。 物質在體內、外氧化時的物質在體內、外氧化時的耗氧量耗氧量、最終最終產物產物(CO2，H2O)和和釋放能量釋放能量均相同。均相同。長沙醫學院生化教研室生物氧化的方式生物氧化的方式 1. 1. 加氧反應加氧反應 2. 2. 脫氫反應脫氫反應( (最主要最主要) ) 3. 3. 脫電子反應脫電子反應 Fe 2+ Fe 3+ +eCOOH C =O + 2H CH3 （2H+ +2e） COOH HOCH CH3C

3、u + O2 CuO1 2（乳酸乳酸）（丙酮酸丙酮酸）長沙醫學院生化教研室l 反應環境反應環境溫和溫和( (體溫、體溫、pHpH近中近中性性) )；酶促反應；酶促反應逐步逐步進行；能進行；能量量逐步逐步釋放，容易被捕獲，釋放，容易被捕獲，ATPATP生成效率高。生成效率高。l 通過通過加水脫氫加水脫氫反應使物質反應使物質間接間接獲氧獲氧，并增加脫氫的機會；，并增加脫氫的機會；脫脫下的氫與氧結合產生下的氫與氧結合產生H H2 2O O；有；有機酸脫羧產生機酸脫羧產生COCO2 2。 生物氧化與體外氧化的不同點生物氧化與體外氧化的不同點生物氧化生物氧化體外氧化體外氧化l 反應條件反應條件劇烈劇烈（

4、高（高溫、高壓），反應溫、高壓），反應一步一步完成，能量完成，能量突突然然釋放。釋放。 l 物質中的碳或氫直物質中的碳或氫直接氧結合生成接氧結合生成COCO2 2H H2 2O O 。長沙醫學院生化教研室糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白質蛋白質 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 呼吸鏈呼吸鏈 ADP+Pi ATP n 生物氧化的一般過程生物氧化的一般過程長沙醫學院生化教研室第一節第一節 氧化呼吸鏈的組成氧化呼吸鏈的組成長沙醫學院生化教研室（一）氧化酶類（一）氧化酶類如細胞色素氧化酶、酚氧化酶等如細胞色素氧化酶、酚氧化酶等特點：特點：催化底物脫氫后，以催化底物脫

5、氫后，以O O2 2為為直接直接受氫體受氫體, ,生成生成H H2 2O ORH2 2Fe3+ / 2Cu2+ O2 H2O R 2Fe2+ / 2Cu+ O22H+2e-2e +2e1 22e 組成：組成：結合酶結合酶酶蛋白酶蛋白輔基：含輔基：含FeFe、CuCu 常見的一些氧化脫氫酶常見的一些氧化脫氫酶長沙醫學院生化教研室1.1. 需氧脫氫酶需氧脫氫酶 特點：特點：催化底物脫氫后催化底物脫氫后, ,以以O O2 2為為直接直接受氫體受氫體, ,生成生成H H2 2O O2 2RH2 FMN /FAD H2O2 R FMNH2/FADH2 O2 2H2H組成：組成：結合酶結合酶酶蛋白酶蛋白輔

6、基：輔基：FMNFMN、FADFAD（二）脫氫酶類（二）脫氫酶類如胺氧化酶、黃嘌呤氧化酶等如胺氧化酶、黃嘌呤氧化酶等長沙醫學院生化教研室2.2.不需氧脫氫酶不需氧脫氫酶（最重要）（最重要） 特點：特點：催化底物脫氫后，催化底物脫氫后，不不能以能以O O2 2為直接受氫體為直接受氫體組成：組成：結合酶結合酶酶蛋白酶蛋白輔助因子輔助因子輔酶：輔酶：NADNAD+ +、NADPNADP+ +輔基：輔基：FMNFMN、FADFAD如乳酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶等如乳酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶等 RH2 NAD+ (NADP+) XH2 O2 R NADH+H + X H2O (NADPH+H+) 2H2H2H

7、1 2長沙醫學院生化教研室定義定義代謝物脫下的成對氫原子代謝物脫下的成對氫原子(2H)通過多種酶通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應逐步傳遞，最終與氧和輔酶所催化的連鎖反應逐步傳遞，最終與氧結合生成水，這一系列酶和輔酶組成的傳遞鏈結合生成水，這一系列酶和輔酶組成的傳遞鏈稱為稱為呼吸鏈呼吸鏈(respiratory chain)，又稱，又稱電子傳遞電子傳遞鏈鏈 (electron transfer chain, ETC)。組成組成遞氫體和電子傳遞體（遞氫體和電子傳遞體（2H 2H+ + 2e） 一、呼吸鏈一、呼吸鏈長沙醫學院生化教研室1. 基本組分：基本組分：（1 1）以）以NADNAD+ +、 N

8、ADPNADP+ +為輔酶的脫氫酶類為輔酶的脫氫酶類 NADNAD+ + 、 NADPNADP+ + 遞氫體遞氫體 （2 2）黃素蛋白）黃素蛋白 FMN FMN 、FAD FAD 遞氫體遞氫體 （3 3）泛醌（輔酶）泛醌（輔酶Q Q） 遞氫體遞氫體（4 4）鐵硫蛋白）鐵硫蛋白 單電子傳遞體單電子傳遞體（5 5）細胞色素體系）細胞色素體系 單電子傳遞體單電子傳遞體（一）呼吸鏈的組成（一）呼吸鏈的組成長沙醫學院生化教研室2. 四種具有傳遞電子功能的酶復合體四種具有傳遞電子功能的酶復合體(complex) * * 泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四種復合體中。均不包含在上述四種復合體中。人

9、線粒體呼吸鏈復合體人線粒體呼吸鏈復合體復復合合體體酶酶名名稱稱復復合合體體復復合合體體復復合合體體復復合合體體NADH-泛泛醌醌還還原原酶酶琥琥珀珀酸酸-泛泛醌醌還還原原酶酶泛泛醌醌-細細胞胞色色素素C還還原原酶酶細細胞胞色色素素c氧氧化化酶酶輔輔基基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 鐵鐵卟卟啉啉，Fe-S 鐵鐵卟卟啉啉，Cu 多多肽肽鏈鏈數數394 1013 復復合合體體酶酶名名稱稱復復合合體體復復合合體體復復合合體體復復合合體體NADH-泛泛醌醌還還原原酶酶琥琥珀珀酸酸-泛泛醌醌還還原原酶酶泛泛醌醌-細細胞胞色色素素C還還原原酶酶細細胞胞色色素素c氧氧化化酶酶輔輔基基FMN，Fe-S F

10、AD，Fe-S 鐵鐵卟卟啉啉，Fe-S 鐵鐵卟卟啉啉，Cu 多多肽肽鏈鏈數數394 1013 長沙醫學院生化教研室長沙醫學院生化教研室呼吸鏈各復合體在線粒體內膜中的位置呼吸鏈各復合體在線粒體內膜中的位置胞液側胞液側基質側基質側長沙醫學院生化教研室1. 1. 復合體復合體: NADH-: NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶u 功能功能: 將電子從將電子從NADH傳遞給泛醌傳遞給泛醌 復合體復合體NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 四種復合體及其之間的電子傳遞四種復合體及其之間的電子傳遞長沙醫學院生化教研室尼克酰胺核苷酸的作用原理尼克

11、酰胺核苷酸的作用原理RHCONH2N+CRHHCONH2N+ + H H + + e e + + H H+ + + H H+ +NAD(P)+ NAD(P)H+H+2H+2H-2H-2H2H2HH HH He eH H+ +H H長沙醫學院生化教研室FMN結構中含核黃素，發揮功能的結構中含核黃素，發揮功能的部位是部位是異咯嗪環異咯嗪環，屬雙電子傳遞體。，屬雙電子傳遞體。FAD/FMN FADH2/FMNH2+2H+2H-2H-2H長沙醫學院生化教研室FeSSSFeFeFeSSCSSCC鐵硫簇鐵硫簇(Fe4S4)功能：單電子傳遞體功能：單電子傳遞體 Fe3+e-eFe2+鐵硫蛋白鐵硫蛋白鐵硫蛋白

12、中輔基鐵硫簇鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進行子和硫原子，其中鐵原子可進行Fe2+ Fe3+e 反應傳遞電子。反應傳遞電子。長沙醫學院生化教研室長沙醫學院生化教研室泛醌（輔酶泛醌（輔酶Q, CoQ）在各復合體間募集并）在各復合體間募集并穿梭傳遞還原當量和電子，在電子傳遞和質子穿梭傳遞還原當量和電子，在電子傳遞和質子移動的偶聯中起著核心作用。移動的偶聯中起著核心作用。泛醌泛醌CoQ CoQH2+2H+2H-2H-2H長沙醫學院生化教研室 復合體復合體電子傳遞：電子傳遞： NADH FMN Fe-S CoQ復合體復合體的功能的功能 NADH+H+

13、NAD+ FMN FMNH2還原型還原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2NADH+H+ NAD+ FMN（Fe-S） FMNH2（Fe-S）QQH2長沙醫學院生化教研室2. 2. 復合體復合體: : 琥珀酸琥珀酸- -泛醌還原酶泛醌還原酶u 功能功能 將電子從琥珀酸傳遞給泛醌將電子從琥珀酸傳遞給泛醌 復合體復合體琥珀酸琥珀酸 CoQ Fe-S1; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 長沙醫學院生化教研室電子傳遞：電子傳遞：琥珀酸琥珀酸FADFe-SCoQ長沙醫學院生化教研室3. 3. 復合體復合體: : 泛醌泛醌- -細胞色素細胞色素c c還原酶還原酶 u 功能：將電子從泛醌傳遞給細

14、胞色素功能：將電子從泛醌傳遞給細胞色素c 復合體復合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1長沙醫學院生化教研室細細 胞胞 色色 素（素（CytCyt）細胞色素是一類以細胞色素是一類以鐵卟啉鐵卟啉為輔基的催化電子為輔基的催化電子傳遞的酶類。傳遞的酶類。長沙醫學院生化教研室Cytaa3（細胞色素氧化酶）：（細胞色素氧化酶）： Cyta 與與 Cyta3 結合緊密，很難分開，故將結合緊密，很難分開，故將Cyta 和和 Cyta3 合稱合稱 Cytaa3。Cytaa3 可以直接將電可以直接將電子傳遞給氧，使氧被激活為氧離子，故亦稱為子傳遞給氧，使氧被激活為氧離子，故亦稱為細胞細

15、胞色素氧化酶。色素氧化酶。3030多種多種a a組：組：a、a1、a2、 a3 b b組：組：b、b17、P450 c c組組：c、c1、c2、 c3 根據細胞色素吸收光譜不同而分類：根據細胞色素吸收光譜不同而分類：長沙醫學院生化教研室 Cyt Cyt在呼吸鏈中的作用：在呼吸鏈中的作用：2Cyt-Fe3+2e 2Cyt-Fe2+ 2Cytaa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2- 長沙醫學院生化教研室電子傳遞過程：電子傳遞過程：CoQH2Cyt bCytc1Cytc長沙醫學院生化教研室4. 4. 復合體復合體: : 細胞色素細胞色素c c氧化酶氧化酶u 功能：將電子從細

16、胞色素功能：將電子從細胞色素c傳遞給氧傳遞給氧 復合體復合體還原型還原型Cyt c O2CuAaa3CuB 長沙醫學院生化教研室 電子傳遞：電子傳遞：Cyt cCuACyt aa3CuBO2長沙醫學院生化教研室標準氧化還原電位標準氧化還原電位拆開和重組拆開和重組特異抑制劑阻斷特異抑制劑阻斷還原狀態呼吸鏈緩慢給氧還原狀態呼吸鏈緩慢給氧（二）（二）呼吸鏈成分的排列呼吸鏈成分的排列 由以下實驗確定由以下實驗確定: : 呼吸鏈中氫和電子的傳遞順序和方向主要是呼吸鏈中氫和電子的傳遞順序和方向主要是根據各種遞氫體和遞電子體的標準氧化還原電位根據各種遞氫體和遞電子體的標準氧化還原電位數值而確定的（數值而確定

17、的（電子總是從低氧化還原電位向高電子總是從低氧化還原電位向高氧化還原電位流動氧化還原電位流動）。長沙醫學院生化教研室呼吸鏈中各種氧化還原對的標準氧化還原電位呼吸鏈中各種氧化還原對的標準氧化還原電位氧化還原對氧化還原對E0(V)氧化還原對氧化還原對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) Cyt a3 Fe3+ /Fe2+0.35Q/QH20.061/

18、2O2 /H2O0.816u 氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的順序排列。的順序排列。長沙醫學院生化教研室體內重要的兩條呼吸鏈體內重要的兩條呼吸鏈1. NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈NADH FMN (Fe-S)CoQ Cyt b Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O22. 琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈 琥珀酸琥珀酸 FAD (Fe-S) CoQ Cyt b Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2長沙醫學院生化教研室 SH2 NAD+ FMNH2 CoQ 2Cyt-Fe2+ 1/2O2 （Fe-S） S NADH FMN CoQH2 2

19、Cyt-Fe3+ O2- （Fe-S） 琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸 FAD （Fe-S） FADH2 （Fe-S）(b、 c1、 c 、 aa3)H2O水如何生成水如何生成?長沙醫學院生化教研室u 第一條鏈與第二條鏈的差別是什么第一條鏈與第二條鏈的差別是什么? ?第二條鏈不需經過第二條鏈不需經過NADNAD+ +這一環節。這一環節。u 只要在線粒體中，代謝物經呼吸鏈脫氫會生成只要在線粒體中，代謝物經呼吸鏈脫氫會生成H H2 2O O。怎樣確定是由第一條鏈產生還是第二條鏈產生？怎樣確定是由第一條鏈產生還是第二條鏈產生？ 看輔酶是什么。以看輔酶是什么。以FADFAD為輔酶的不需氧脫氫酶為輔酶的不

20、需氧脫氫酶只有三種：只有三種：琥珀酸脫氫酶，脂酰琥珀酸脫氫酶，脂酰CoACoA脫氫酶，脫氫酶，- -磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶（指線粒體中，若在胞液中則以（指線粒體中，若在胞液中則以NADNAD+為輔酶）。其余都是以為輔酶）。其余都是以NADNAD+為輔酶。為輔酶。1. 1.呼吸鏈及其組成呼吸鏈及其組成? 2.? 2.H2O是怎么形成的？是怎么形成的？長沙醫學院生化教研室第二節第二節 氧化磷酸化氧化磷酸化長沙醫學院生化教研室ATPATP的生成有兩種方式：的生成有兩種方式： 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 氧化磷酸化（最主要）氧化磷酸化（最主要） ATPATP是最主要的直接供能物質；是最主要的直

21、接供能物質；可用可用A AP PP PP P表示末端有表示末端有2 2個高能磷酸鍵。個高能磷酸鍵。長沙醫學院生化教研室（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) (substrate level phosphorylation) 胞液，線粒體胞液，線粒體 底物分子內部能量重新分布，生成高能底物分子內部能量重新分布，生成高能鍵，使鍵，使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的過程。（不經的過程。（不經電子傳遞）電子傳遞）1. 1. 定義：定義：2. 2. 反應部位：反應部位：長沙醫學院生化教研室3. 3.以底物水平磷酸化生成

22、以底物水平磷酸化生成ATPATP的三種物質：的三種物質： 1,3-1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸，琥珀酰二磷酸甘油酸，磷酸烯醇式丙酮酸，琥珀酰C CO OA A1 1，3- 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 + ADP+ ADPATP + 3-ATP + 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP+ ADPATP + ATP + 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸琥珀酰琥珀酰C CO OA + GDPA + GDPGTP + GTP + 琥珀酸琥珀酸高能化合物高能化合物長沙醫學院生化教研室 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶HOHOOCCHCH2OPOOHOH 3-磷酸甘油酸磷酸

23、甘油酸這是糖酵解這是糖酵解 中第一次中第一次 底物水平底物水平 磷酸化反應磷酸化反應ADPATPOHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 (1,3-DPG)OPO 3 2-長沙醫學院生化教研室ADPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶 (MgMg2+2+, K, K+ + ) )磷酸烯醇式磷酸烯醇式 丙酮酸丙酮酸O-HOOCCCH2P+OOHOH 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸COOHOHCH2C糖酵解中第二次底物糖酵解中第二次底物 水平磷酸化反應水平磷酸化反應長沙醫學院生化教研室琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶OCOOHCH2CH2SCoAC琥珀酰琥珀酰CoACoAGDP+PiGD

24、P+PiGTPGTPATPATPADPADPCOOHCH2CH2COOH琥珀酸琥珀酸 HSCoAHSCoA 琥珀酰琥珀酰CoA + GDP +PiCoA + GDP +Pi 琥珀酸琥珀酸+ GTP + CoA-SH+ GTP + CoA-SH長沙醫學院生化教研室1 1分子底物生成分子底物生成1 1分子分子ATPATP；有氧無氧條件下都能進行；有氧無氧條件下都能進行；生理意義：在無氧條件下給機體提供生理意義：在無氧條件下給機體提供能量（與呼吸鏈無關）。能量（與呼吸鏈無關）。4. 4. 特點：特點：長沙醫學院生化教研室 （二）氧化磷酸化（二）氧化磷酸化(oxidative phosphorylat

25、ion)(oxidative phosphorylation) 在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯ADP磷酸化磷酸化生成生成ATP，又稱為，又稱為偶聯磷酸化偶聯磷酸化。 能量的主要來源能量的主要來源線粒體線粒體1. 1. 定義：定義：2. 2. 反應部位：反應部位：呼呼 吸吸 鏈鏈AH2 2H(2H+2e)A能量能量ADP+PiATPO21 2氧化氧化磷酸化磷酸化偶偶聯聯H2O長沙醫學院生化教研室3. 氧化磷酸化偶聯部位氧化磷酸化偶聯部位 根據根據P/O比值比值 自由能變化自由能變化: G=-nFE 長沙醫學院生化教研室從從P/O值值可了解物質氧化時每消耗可了解物質氧化時每消

26、耗1 1摩爾摩爾氧原子所產生的氧原子所產生的ATP摩爾數。摩爾數。P/O比值比值: :指氧化磷酸化過程中，每消耗指氧化磷酸化過程中，每消耗1/2摩爾摩爾O2所生成所生成ATP的摩爾數（或一對電子通過氧化的摩爾數（或一對電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數）。分子數）。 長沙醫學院生化教研室離體線粒體實驗中測得一些底物的離體線粒體實驗中測得一些底物的P/OP/O值值底物底物 呼吸鏈的組成呼吸鏈的組成 P/OP/O值值 生成生成ATPATP數數1.1.-羥丁酸羥丁酸 NADNAD+ +FMNCoQCytOFMNCoQCytO2 2 2.42.42.8 2.8 3 3琥珀

27、酸琥珀酸 FADCoQCytOFADCoQCytO2 2 1.7 1.7 2 2抗壞血酸抗壞血酸 CytcCytaaCytcCytaa3 3OO2 2 0.88 0.88 1 1Cytc(FeCytc(Fe2+2+) ) CytaaCytaa3 3OO2 2 0.61 0.610.68 0.68 1 12.3.4.比較比較1 1、2 2，第一個偶聯部位，第一個偶聯部位 NADNAD+ + CoQ CoQ 之間之間比較比較2 2、3 3，第二個偶聯部位，第二個偶聯部位 CoQCoQ Cytc Cytc 之間之間比較比較3 3、4 4，第三個偶聯部位，第三個偶聯部位 CytaaCytaa3 3 O

28、 O2 2 之間之間長沙醫學院生化教研室ATPATP ATP氧化磷酸化偶聯部位：氧化磷酸化偶聯部位：NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2復合體復合體、長沙醫學院生化教研室NADHNADH氧化呼吸鏈，每氧化呼吸鏈，每2H2H通過此呼吸鏈可通過此呼吸鏈可生成生成2.52.5分子分子ATPATP琥珀酸琥珀酸氧化呼吸鏈，每氧化呼吸鏈，每2H2H通過此呼吸鏈可通過此呼吸鏈可生成生成1.51.5分子分子ATPATP在線粒體內脫氫時，在線粒體內脫氫時，長沙醫學院生化教研室( (三三) ) 氧化磷酸化偶聯機制氧化磷酸化偶聯機制1. 1.

29、化學滲透假說化學滲透假說(chemiosmotic hypothesis)(chemiosmotic hypothesis)電子經呼吸鏈傳遞時，可將質子電子經呼吸鏈傳遞時，可將質子(H+)從線粒從線粒體內膜的基質側泵到內膜胞漿側，產生膜內外質體內膜的基質側泵到內膜胞漿側，產生膜內外質子電化學梯度儲存能量。當質子順濃度梯度回流子電化學梯度儲存能量。當質子順濃度梯度回流時驅動時驅動ADP與與Pi生成生成ATP。長沙醫學院生化教研室線粒體基質線粒體基質 線粒體膜線粒體膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 電子傳遞給氧釋出的能量推動質子泵；電子傳遞給氧

30、釋出的能量推動質子泵；將將H H+ +泵至內膜胞液側，形成泵至內膜胞液側，形成化學梯度化學梯度（勢能）；（勢能）；當當H H+ +順梯度回到基質側時，釋出的能量使順梯度回到基質側時，釋出的能量使ADPADP磷磷酸化為酸化為ATPATP。遞氫體和遞電子體交替排列，形成遞氫體和遞電子體交替排列，形成三個三個質子泵；質子泵；要點：要點：長沙醫學院生化教研室ATP合酶結構模式圖合酶結構模式圖基質側基質側胞液側胞液側線粒體線粒體內膜內膜F FF F0 0當當H+回流時，回流時，亞基亞基發生旋轉，發生旋轉，3個個亞基亞基的構象改的構象改變，釋放能量，使變，釋放能量，使ADP生成生成ATP。 F1 F F1

31、 1：親水部分，親水部分，催化催化ATPATP合成合成。 F F0 0：疏水部分，形：疏水部分，形成成跨內膜質子通道跨內膜質子通道 。2. ATP2. ATP合酶利用能量催化合酶利用能量催化ATPATP的合成的合成寡霉素敏寡霉素敏感蛋白感蛋白長沙醫學院生化教研室 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液側胞液側 基質側基質側 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 長沙醫學院生化教研室（四）高能化合物的儲存和利用（四）高能化合物的

32、儲存和利用高能磷酸鍵高能磷酸鍵水解時釋放的能量大于水解時釋放的能量大于21KJ/mol21KJ/mol的磷酸的磷酸酯鍵，常表示為酯鍵，常表示為 P P。高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物，如含有高能磷酸鍵的化合物，如ATPATP、磷、磷酸肌酸等。酸肌酸等。 長沙醫學院生化教研室長沙醫學院生化教研室 ATP ATP的生成和利用的生成和利用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 機械能機械能( (肌肉收縮肌肉收縮) )滲透能滲透能( (物質主動轉運物質主動轉運) ) 化學能化學能( (合成代謝合成代謝) )電能電能( (生物電

33、生物電) )熱能熱能( (維持體溫維持體溫) )生物體內能量的儲存和利生物體內能量的儲存和利用都以用都以ATP為中心。為中心。長沙醫學院生化教研室 1. 1. ATPATP是直接能源是直接能源 A AP PP PP P 多數多數 ATP ADP+PiATP ADP+Pi 少數少數 ATP AMP+PPi ATP AMP+PPi 2. 2. 其它核苷三磷酸為直接能源的情況其它核苷三磷酸為直接能源的情況 ATP+UDP ADP+ATP+UDP ADP+UTPUTP ( (糖原合成糖原合成) ) ATP+CDP ADP+ ATP+CDP ADP+CTP CTP ( (磷脂合成磷脂合成) ) ATP+

34、GDP ADP+ ATP+GDP ADP+GTP GTP ( (蛋白質合成蛋白質合成) )長沙醫學院生化教研室 磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。長沙醫學院生化教研室第三節第三節 氧化磷酸化的影響因素氧化磷酸化的影響因素長沙醫學院生化教研室一、一、ADP/ATPADP/ATP比值的調節比值的調節( (最主要最主要) )ADP/ATPADP/ATP：ADP/ATPADP/ATP：H H2 2O + NADO + NAD+ +NADH + HNADH + H+ + + + O O2 21 2ADP+PiADP+PiATPAT

35、P氧化磷酸化氧化磷酸化抑制氧化磷酸化，抑制氧化磷酸化，ATPATP生成生成促進氧化磷酸化，促進氧化磷酸化，ATPATP生成生成長沙醫學院生化教研室1. 呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑 阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2. 解偶聯劑解偶聯劑使氧化與磷酸化偶聯過程脫離。使氧化與磷酸化偶聯過程脫離。如：解偶聯蛋白如：解偶聯蛋白 3. ATP合酶抑制劑合酶抑制劑 對電子傳遞及對電子傳遞及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(F0蛋白蛋白)二、抑制劑二、抑制劑長沙醫學院生化教研室魚藤酮魚藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A異戊巴比妥異戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A

36、二巰基丙醇二巰基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S1. 呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑長沙醫學院生化教研室基本作用機制是基本作用機制是破壞破壞電子傳遞過程建立的跨電子傳遞過程建立的跨內膜的內膜的質子電化學梯度質子電化學梯度，使電化學梯度儲存的，使電化學梯度儲存的能能量以熱能形式釋放量以熱能形式釋放，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(DNP) ；解偶聯蛋白；解偶聯蛋白(UCP1)2. 2. 解偶聯劑：解偶聯劑：使氧化與磷酸化偶聯過程脫離使氧化與磷酸化偶聯過程脫離長沙醫學院生化教研室解偶聯蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）解偶聯蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）Cy

37、t cQ胞液側胞液側 基質側基質側 解偶聯解偶聯 蛋白蛋白熱能熱能ADP+Pi ATP 長沙醫學院生化教研室 寡霉素：寡霉素： 寡霉素寡霉素ATPATP合酶結構模式圖合酶結構模式圖 可阻止質子可阻止質子從從F0質子通道質子通道回流，抑制回流，抑制ATP生成。生成。3. ATP合酶抑制劑：合酶抑制劑：長沙醫學院生化教研室Na+,K+ATP酶和解偶聯蛋白基因表達均增加。酶和解偶聯蛋白基因表達均增加。三、甲狀腺激素三、甲狀腺激素甲狀腺素甲狀腺素Na+，K+ATP酶酶 （鈉甲泵）（鈉甲泵）ATP分解分解進入線粒體進入線粒體ADP氧化磷酸化氧化磷酸化ATPATP合成合成產熱量產熱量例：甲狀腺機能亢進（甲

38、亢）例：甲狀腺機能亢進（甲亢）長沙醫學院生化教研室五、通過線粒體內膜的物質轉運五、通過線粒體內膜的物質轉運線粒體外膜通透性高，線粒體對物質通線粒體外膜通透性高，線粒體對物質通過的選擇性主要依賴于內膜中不同轉運蛋白過的選擇性主要依賴于內膜中不同轉運蛋白(transporter) 對各種物質的轉運。對各種物質的轉運。線粒體外膜孔線粒體外膜孔蛋白，蛋白，10kDa的物質通過的物質通過長沙醫學院生化教研室胞漿中胞漿中NADH必須經一定必須經一定轉運機制轉運機制進進入線粒體，再經呼吸鏈進行氧化磷酸化。入線粒體，再經呼吸鏈進行氧化磷酸化。 - -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭蘋果酸蘋果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨

39、酸穿梭n 轉運機制（轉運機制（2種）：種）：長沙醫學院生化教研室 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 線粒體線粒體 內膜內膜 線粒體線粒體 外膜外膜膜間隙膜間隙 線粒體線粒體 基質基質-磷酸甘油磷酸甘油 脫氫酶脫氫酶 呼吸鏈呼吸鏈 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH1. - -磷酸甘油穿梭機制磷酸甘油穿梭機制( (腦、骨骼肌腦、骨骼肌, ,生成生成1.5ATP) )長沙醫學院生化教研室NADH +H+ NAD+ -OOC-CH2-C-COO-

40、O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH +H+ NAD+ 谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 轉運體轉運體蘋果酸蘋果酸-酮酮 戊二酸轉運體戊二酸轉運體 -OOC-CH2-C-COO-OHH蘋果酸蘋果酸 -OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 蘋果酸蘋果酸 脫氫酶脫氫酶 谷草轉谷草轉 氨酶氨酶 胞液胞液 線線粒粒體體內內膜膜 基質基質 呼吸鏈呼吸鏈 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2

41、-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H( (心肌心肌/ /肝臟肝臟, ,生成生成2.5ATP) )長沙醫學院生化教研室兩種兩種穿梭系統的穿梭系統的比較比較-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭蘋果酸蘋果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭穿梭物質穿梭物質-磷酸甘油磷酸甘油 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮蘋果酸、蘋果酸、 谷氨酸谷氨酸天冬氨酸、天冬氨酸、-酮戊二酸酮戊二酸進入線粒進入線粒 體后轉變體后轉變 成的物質成的物質FADH2NADH+ H+進入進入 呼吸鏈呼吸鏈 琥珀酸琥珀酸 氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈NADH NADH 氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈生成生成ATPATP數數1.52.5存在組織存在組織腦、骨骼肌腦、骨骼肌肝臟和心肌組織肝臟和心肌組織相同點相同點