第六章

生物氧化

BiologicalOxidationEmail:

QQ:978099159糖原三酯酰甘油

葡萄糖

脂酸+甘油

乙酰CoA

蛋白質

氨基酸

呼吸鏈

H2O

ADP+Pi

ATP

生物氧化的一般過程TACCO22H

?糖、脂肪的主要功能及氧化過程CourseContent1.TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing

OxidationrespiratorychainoxidativephosphorylationNADHtransporter

α-glycerophosphateshuttle

malate-asparateshuttle2.TheOthersOxidationEnzymeSystems

withoutATPProducing第一節生成ATP的氧化磷酸化體系

TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing一、氧化呼吸鏈（Oxidationrespiratorychain）在線粒體內膜上，由若干遞氫體或遞電子體按一定順序排列組成的，與細胞呼吸過程有關的鏈式反應體系稱為呼吸鏈（respiratorychain）；又稱電子傳遞鏈（electrontransferchain）。ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側

基質側++++++++++---------（一）呼吸鏈的組成:復合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1．復合體Ⅰ（NADH-泛醌還原酶）：NADHFMN（Fe-S）CoQNADH還原酶---NAD+/NADH黃素蛋白---FMN、FAD/FADH2鐵硫蛋白的分子結構鐵硫蛋白分子中含有由半胱氨酸殘基硫原子與鐵離子形成的鐵硫中心，一次可傳遞一個電子Fe4S4SSSSFeFeFeFeFe3+Fe2+-e+eNADH+H+

NAD+

FMN氧化型Fe-S

FMNH2還原型Fe-SQQH22．復合體Ⅱ（琥珀酸-泛醌還原酶）：

琥珀酸脫氫酶+2FAD（Fe-S）+2（Cytb560）細胞色素類(Cytochrome)：以鐵卟啉為輔基的蛋白質--單電子傳遞體可存在于線粒體內膜，也可存在于微粒體:

存在于線粒體內膜的細胞色素有Cytaa3，

Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1；而存在于微粒體的細胞色素有CytP450和Cytb5

琥珀酸CoQ細胞色素C(CytochromeC)確定呼吸鏈排列順序的實驗①標準氧化還原電位②拆開和重組③特異抑制劑阻斷④還原狀態呼吸鏈緩慢給氧（二）氧化呼吸鏈成分的排列順序：組成電子傳遞體的酶復合物的排列順序琥珀酸-CoQ還原酶琥珀酸NADHNADH-CoQ還原酶CoQ-CytC還原酶CoQCytCO2

Cyt氧化酶1．NADH氧化呼吸鏈：2．琥珀酸氧化呼吸鏈：NADHFMN(Fe-S)CoQbC1CO2aa3琥珀酸FAD(Fe-S)CoQbC1CO2aa3二、氧化磷酸化在線粒體中，底物分子脫下的氫原子經遞氫體系傳遞給氧，在此過程中釋放能量使ADP磷酸化生成ATP，這種能量的生成方式就稱為氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)。直接將底物分子中的高能鍵轉變為ATP分子中的末端高能磷酸鍵的過程稱為底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。

1,3-二磷酸甘油酸底物水平磷酸化：3-磷酸甘油酸激酶3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸琥珀酰CoA琥珀酰硫激酶琥珀酸ADPATPGDP+PiGTP（一）氧化磷酸化的偶聯部位每消耗一摩爾氧原子所消耗的無機磷的摩爾數稱為P/O比值。在氧化磷酸化過程中，氧的消耗與無機磷酸消耗之間的比例關系，反映底物脫氫氧化與ATP生成之間的比例關系。⊿Go'=-nF⊿Eo'

合成1molATP時，需要提供的能量至少為ΔG0'=-30.5kJ/mol，相當于氧化還原電位差ΔE0'=0.2V。根據自由能變化和P/O比值確定NADHFMN(Fe-S)CoQbC1CO2aa3琥珀酸FAD(Fe-S)ATP氧化磷酸化的偶聯部位ATPATP（二）氧化磷酸化的偶聯機制英國生物化學家PeterDMitchell在1961年提出化學滲透假說，并且PeterMitchell因提出該假說而獲得了1978年的諾貝爾化學獎?；瘜W滲透假說（chemiosmotichypothesis）:

基本要點：氧化呼吸鏈存在于線粒體內膜上，當氧化反應進行時，H+通過氫泵作用被泵到線粒體內膜外側，從而形成跨膜pH梯度和跨膜電位差。這種形式的“勢能”，可以被存在于線粒體內膜上的ATP合酶(ATPsynthase)利用，生成高能磷酸基團，并與ADP結合而合成ATP。（三）ATP合酶(ATPsynthase)當質子從膜間腔返回基質中時，這種“勢能”可被位于線粒體內膜上的ATP合酶利用以合成ATP。當H+順濃度遞度經F0中回流時，γ亞基發生旋轉，3個β亞基的構象發生改變。ATP合酶的工作機制1．呼吸鏈的抑制劑—阻斷劑：抑制呼吸鏈遞氫或遞電子過程的藥物或毒物稱為呼吸鏈抑制劑。抑制復合體Ⅰ的有異戊巴比妥、粉蝶霉素A、魚藤酮等；抑制復合體Ⅲ的有抗霉素A和二巰基丙醇；抑制復合體Ⅳ的有CO、H2S和CN-、N3-。其中，CN-和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而CO和H2S主要抑制還原型Cytaa3-Fe2+。

三、氧化磷酸化的影響因素（一）氧化磷酸化抑制劑：魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點2．解偶聯劑：不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程，但能使氧化產生的能量不能用于ADP磷酸化的藥物或毒物稱為解偶聯劑。主要的解偶聯劑有2,4-二硝基酚。

3．ATP合酶抑制劑：對電子傳遞和ATP生成均有抑制作用的藥物和毒物稱為氧化磷酸化的抑制劑，如寡霉素。

二硝基苯酚抗霉素A二巰基丙醇CN-COH2S寡霉素魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥抑制劑作用部位蔞銹靈（二）ATP/ADP比值：

呼吸控制率

(respiratorycontrolratio,RCR)ATP/ADP比值是調節氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP↓→氧化磷酸化↑ATP/ADP↑→氧化磷酸化↓(NADH/NAD+?)

（三）甲狀腺激素----促進氧化磷酸化及ATP的生成（四）線粒體DNA突變甲狀腺激素可間接影響氧化磷酸化的速度；

Na+,K+–ATP酶和解偶聯蛋白基因表達均增加。與線粒體DNA病變及衰老有關。四、ATP--高能磷酸鍵的儲存與釋放（一）高能磷酸鍵的類型：生物化學中常將水解時釋放的能量

>20kJ/mol的磷酸鍵稱為高能磷酸鍵。生物體內的高能磷酸鍵主要類型：1．磷酸酐鍵：如NDP，NTP及PPi等（30.5kJ/mol）

2．混合酐鍵：由磷酸與羧酸脫水后形成的酐鍵，如1,3-二磷酸甘油酸等。3．烯醇磷酸鍵：磷酸烯醇式丙酮酸。4．磷酸胍鍵：磷酸肌酸。磷酸肌酸（C～P）是肌肉和腦組織中能量的貯存形式。但磷酸肌酸中的高能磷酸鍵不能被直接利用，而必須先將其高能磷酸鍵轉移給ATP，才能供生理活動之需。這一反應過程由肌酸磷酸激酶（CPK）催化完成。（二）ATP循環---生成和利用：ATP是生物界普遍使用的供能物質。ATP分子中含有兩個高能磷酸酐鍵，均可以水解供能。ATP水解為ADP并供出能量之后，又可通過氧化磷酸化重新合成，從而形成ATP循環。ATPADP肌酸

磷酸肌酸

~P~P

氧化磷酸化底物水平磷酸化

機械能(肌肉收縮)滲透能(物質主動轉運)化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)（三）多磷酸核苷間的能量轉移：在生物體內，除了可直接使用ATP供能外，還使用其他形式的高能磷酸鍵供能.如UTP用于糖原的合成，CTP用于磷脂的合成，GTP用于蛋白質的合成等。核苷單磷酸激酶NDP+ADPNMP+ATP核苷二磷酸激酶NTP+ADPNDP+ATP胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脫氫，均可產生NADH。這些NADH可經穿梭系統而進入線粒體氧化磷酸化，產生H2O和ATP。

五、線粒體內膜的物質轉運（一）胞液中NADH的氧化胞漿中NADH必須經一定轉運機制進入線粒體，再經呼吸鏈進行氧化磷酸化。轉運機制主要有

α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)

蘋果酸-天冬氨酸穿梭

(malate-asparateshuttle)2.蘋果酸穿梭系統：肝臟、心肌胞液中NADH+H+的一對氫原子經此穿梭系統可生成2.5分子ATP

1.磷酸甘油穿梭系統：腦、骨骼肌NADH通過此穿梭系統帶一對氫原子進入線粒體，只產生1.5分子ATP磷酸二羥丙酮NADH+H+CH2OHC=OCH2O-PNAD+CH2OHCHOHCH2O-Pα-磷酸甘油CH2OHCHOHCH2O-Pα-磷酸甘油FADFADH2磷酸二羥丙酮C=OCH2O-PCH2OH線粒體膜H2O+1.5ATPO2呼吸鏈胞液線粒體

NADH+H+FADH2NAD+FAD線粒體內膜線粒體外膜膜間隙線粒體基質α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油腦、骨骼肌H2O+1.5ATPNADH+H+COCOOHCH2COOH草酰乙酸線粒體內膜胞液線粒體NAD+HOCHCOOHCH2COOH蘋果酸HOCHCOOHCH2COOHNAD+COCOOHCH2COOHNADH+H+2.5ATPH2NCHCOOH(CH2)2COOHCOCOOH(CH2)2COOHH2NCHCOOHCH2COOHCOCOOH(CH2)2COOHα-酮戊二酸H2NCHCOOHCH2COOH天冬氨酸H2NCHCOOH(CH2)2COOH谷氨酸心肌、肝ATP4-

F0F1胞液側

基質側

腺苷酸轉運蛋白磷酸轉運蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-

H+

H+

H+

H+

H2PO4-

H2PO4-

ADP3-

ADP3-

（二）腺苷酸轉運蛋白(adeninenucleotidetransporter)參與ADP與ATP反向轉運ATP-ADP轉位酶ATP-ADP載體第二節其他不生成ATP的氧化體系TheOthersOxidationEnzymeSystemswithoutATPProducing一、抗氧化酶體系--清除反應活性氧類反應活性氧類

(reactiveoxygenspecies,ROS)O2e-O2·-e-+2H+H2O2e-+H+OH·H2Oe-+H+H2O反應活性氧類1、過氧化氫酶(catalase)

又稱觸酶，其輔基含4個血紅素2H2O22H2O+O2過氧化氫酶2、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathioneperoxidase，GPx)可去除細胞生長和代謝產生的H2O2和過氧化物(R-O-OH)，是體內防止活性氧類損傷主要的酶，保護生物膜及血紅蛋白免遭損傷。3、超氧化物歧化酶2O2?﹣+2H+SODH2O2+O2H2O+O2過氧化氫酶SOD：超氧化物歧化酶(superoxidedismutase)防御內外環境中超氧離子的損傷，保護生物膜及血紅蛋白二、微粒體細胞色素P450單加氧酶

催化底物分子羥基化RH+NADPH