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1、第六章第六章第六章第六章生物氧化生物氧化生化学习的点滴体会生化学习的点滴体会如何学习生化中的循环反应如何学习生化中的循环反应w为什么要有这个反应（反应的生理意义）？w反应发生的部位？大到脏器，小到细胞器大到脏器，小到细胞器w抓住几个关键点：起始反应物和终末产物起始反应物和终末产物 耗能步骤往往是关键步骤耗能步骤往往是关键步骤 多多关注受调控步骤多多关注受调控步骤w反复记忆，加深印象，跳出小圈，着眼大局。n营养必需氨基酸营养必需氨基酸(essential amino acid)指指体体内内需需要要而而又又不不能能自自身身合合成成，必必须须由由食食物供给的氨基酸，共有物供给的氨基酸，共有8种：种：
2、n其余其余1212种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需 氨基酸。氨基酸。Met、Trp、Lys、Val、Ile、Leu、Phe、Thr。(甲硫甲硫)(色色)(赖赖)(缬缬)(异亮异亮)(亮亮)(苯丙苯丙)(苏苏)假假假假 设设设设 来来来来 借借借借 一一一一 两两两两 本本本本 书。书。书。书。如何记忆如何记忆记忆记忆:生酮生酮+生糖兼生酮生糖兼生酮=“一两色素本来老一两色素本来老”生物化学原理生物化学原理(中文版中文版)()(第第3 3版版)(国外优秀生命科学教材译丛国外优秀生命科学教材译丛)w归纳 总结:异同点,代谢通路之间(交集)w选择合适的参考书w
3、平时积累专业英语第六章第六章第六章第六章生物氧化生物氧化Biological oxidation我们整体行为单个细胞的能量从何而来的问题?食物的摄入 ATP的获得机械能机械能(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)核心问题核心问题糖代谢和脂代谢产生的还原当量如何产生ATP?呼吸链学习的关键点呼吸链学习的关键点营养物氧化营养物氧化电子传递电子传递质子泵流质子泵流ATP合成合成系统系统 主线主线 位置位置琥珀酰琥珀酰CoA 延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰C
4、oA丙酮酸丙酮酸PEP磷酸丙糖磷酸丙糖葡萄糖或糖原葡萄糖或糖原糖糖-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酸脂肪酸脂肪脂肪甘油三酯甘油三酯乙酰乙酰乙酰乙酰CoA丙氨酸丙氨酸半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸色氨酸色氨酸异亮氨酸异亮氨酸亮氨酸亮氨酸色氨酸色氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸异亮氨酸异亮氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸丝氨酸丝氨酸 苏氨酸苏氨酸 缬氨酸缬氨酸酮体酮体亮氨酸亮氨酸 赖氨酸赖氨酸酪氨酸酪氨酸 色氨酸色氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺组氨酸组氨酸 缬氨酸缬氨酸CO2CO2氨氨基基酸酸、糖糖及及脂脂肪肪代代谢谢的的联联系系T A C
5、目目 录录三大营养素三大营养素共同中共同中间产物间产物共同最终共同最终代谢通路代谢通路糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质乙酰乙酰CoATAC2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATP+H2OCO2NADH,FADH呼吸链和三大代谢的联系 脱氢脱氢 加水加水 再脱氢再脱氢 硫解硫解 L(+)-羟脂酰羟脂酰CoA脱氢酶脱氢酶 NAD+NADH+H+2-烯脂酰烯脂酰CoA 水化酶水化酶H2O 脂酰脂酰CoA 脱氢酶脱氢酶FADFADH2酮脂酰酮脂酰CoA 硫解酶硫解酶CoA-SH 脂酰脂酰CoA RCH2CH2CSCoA O=反反 2-烯酰烯酰CoARCH=CHCSCoARCH=CHCSCoAO=L(+)-羟脂酰羟脂酰C
6、oARCHOHCH2CSCoA O=酮脂酰酮脂酰CoARCOCH2CSCoA O=脂酰脂酰CoA+乙酰乙酰CoARCSCoA+CH3COSCoA O=脂酰脂酰CoA分解产生乙酰分解产生乙酰CoA、FADH2和和NADH 氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化营养物氧化营养物氧化电子传递电子传递质子泵流质子泵流ATP合成合成系统系统 主线主线 位置位置呼吸链和三大代谢的联系呼吸链和三大代谢的联系 w第第1节节 ATP 能量能量w第第2节节 电子传递链电子传递链w第第3节节 氧化磷酸化氧化磷酸化w第第4节节 细胞抗氧化体系和非细胞抗氧化体系和非线粒体氧化线粒体氧化-还原反应体系还原反应体系 第一
7、节第一节生物氧化反应生物氧化反应Reactions and Oxidative-Reductive Enzymes in Biological Oxidation 一、体内进行的氧化还原反应就是生物一、体内进行的氧化还原反应就是生物氧化氧化泛泛指指在在生生物物体体内内发发生生的的任任何何氧氧化化还还原原反反应应，也也包包括括营营养养物物和和生生物物分分子子在在生生物物体体（细细胞胞）内内进进行行的的氧氧化化还还原原作作用用。营营养养物物和和生生物物分分子子经经历历氧氧化化还还原原反反应应被被彻彻底底分分解解，产产生生H2O、CO2，并并伴伴有有ATP的的生生成成，或或转转化化为为其其它它分分子
8、子,此此过过程程需需耗耗氧氧、排排出出CO2，又又在在活活细细胞胞内内进进行行，故故又又称称细细胞胞呼呼吸吸(cellular respiration)。*生物氧化生物氧化（biological oxidation）一般来说，呼吸就是一种缓慢一般来说，呼吸就是一种缓慢的碳和氢的燃烧作用，这完全类似在的碳和氢的燃烧作用，这完全类似在一盏煤油灯和蜡烛中发生的事，从这一盏煤油灯和蜡烛中发生的事，从这个角度看，呼吸着的动物是真正的可个角度看，呼吸着的动物是真正的可燃体，它们燃烧并消耗他们自己燃体，它们燃烧并消耗他们自己一个人因此可以说，从降生到这个世一个人因此可以说，从降生到这个世界并开始呼吸开始，生
9、命的火炬的点界并开始呼吸开始，生命的火炬的点亮了他自己，直到死亡火炬才会熄灭亮了他自己，直到死亡火炬才会熄灭法国大革命法国大革命糖糖 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*生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程*生物氧化特点：生物氧化特点：生物分子在体内的反应条件温和，生物分子在体内的反应条件温和，逐步反应，逐步释能，常伴有分解释能反应与需能逐步反应，逐步释能，常伴有分解释能反应与需能反应偶联，或能量形式的转换。反应偶联，或能量形式的转换。三、三、ATP在能量捕获、转移、储存和利用在能量捕获、转移、储存和利用过程中起核心作用过程中起核心作用一般将一般将
10、G 大于大于ATP（包括（包括ATP），或），或G 大于大于21 kJ/mol的磷酸化合物称为高能的磷酸化合物称为高能磷酸化合物。磷酸化合物。用符号用符号P表示高能磷酸键。表示高能磷酸键。（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解时释放出（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解时释放出大量自由能大量自由能高能磷酸化合物高能磷酸化合物:一些生物学重要的有机磷酸化合物水解时释放的标准自由能一些生物学重要的有机磷酸化合物水解时释放的标准自由能化合物化合物G kJ/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
11、甘油酸-49.3(-11.8)磷酸肌酸磷酸肌酸-43.1(-10.3)ATPADP+Pi-30.5(-7.3)ADPAMP+Pi-27.6(-6.6)焦磷酸焦磷酸-27.6(-6.6)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖-20.9(-5.0)6-磷酸果糖磷酸果糖-15.9(-3.8)AMP-14.2(-3.4)6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖-13.8(-3.3)3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛-9.2(-2.2)（二）（二）ATP是最重要的高能磷酸化合物是最重要的高能磷酸化合物 体内许多代谢物的体内许多代谢物的“活化活化”反应（吸能）大反应（吸能）大多直接或间接地与多直接或间接地与ATP酸酐键的水解放能反应相酸酐键的水
12、解放能反应相偶联，使偶联，使“活化活化”反应能顺利进行。反应能顺利进行。OCH2HOHOHOHHOHHOHHH葡萄糖葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶己糖激酶(hexokinase)OHOHOHHOHHOHHOCH2H6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖PPATP 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为中心为中心人体内人
13、体内ATP的的来源和去路来源和去路:（三）（三）ATP是生物能转换、储存和利用的核心是生物能转换、储存和利用的核心 ATP+AMP 2ADP腺苷激酶腺苷激酶ATP+UDPADP+UTP ATP+CDPADP+CTP ATP+GDPADP+GTP核苷二磷酸激酶催化核苷二磷酸激酶催化UTP、CTP、GTP生成生成UTP、CTP、GTP:糖原糖原蛋白等合成提供能量蛋白等合成提供能量,但不能从生物氧化过程直接生成但不能从生物氧化过程直接生成.磷酸肌酸作为肌和脑中能量的一种储存形式磷酸肌酸作为肌和脑中能量的一种储存形式ATP充足充足ATP不足不足ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化
14、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用都以生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心为中心氧化磷酸化和底物水平磷酸化氧化磷酸化和底物水平磷酸化 的异同点?ATP在能量在能量捕获捕获、转移转移、储存储存和和利用利用过程中起核心作用过程中起核心作用ATP:能量货币能量货币 ATPATP：生物化学实验生物化学实验第二节第二节 氧化磷酸化氧化磷酸化Oxidative Phosphorylationw真核细胞真核
15、细胞ATP的生成主要发生在线粒体中。营养的生成主要发生在线粒体中。营养物质经物质经脱氢酶脱氢酶催化脱下的成对氢原子催化脱下的成对氢原子（NADH+H+，FADH2），再通过位于线粒体内），再通过位于线粒体内膜上多种酶和辅酶催化的氧化还原连锁反应逐膜上多种酶和辅酶催化的氧化还原连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水。氧化反应逐步步传递，最终与氧结合生成水。氧化反应逐步释放的能量可同时驱动质子跨膜转移到内膜外释放的能量可同时驱动质子跨膜转移到内膜外侧，形成跨线粒体内膜的质子梯度，该梯度势侧，形成跨线粒体内膜的质子梯度，该梯度势能再促进能再促进ATP的生成。的生成。w营养物氧化、电子传递、质子泵流和营
16、养物氧化、电子传递、质子泵流和ATP合成等合成等过程结合偶联成一个整体过程结合偶联成一个整体,高效完成线粒体的呼高效完成线粒体的呼吸作用。吸作用。w总总 述述呼吸链学习的关键点呼吸链学习的关键点营养物氧化营养物氧化电子传递电子传递质子泵流质子泵流ATP合成合成系统系统 二条主线二条主线 位置位置呼吸链的定义呼吸链的定义在在线线粒粒体体内内膜膜中中，由由一一系系列列具具有有氢氢和和/或或电电子子传传递递功功能能的的酶酶复复合合体体按按一一定定顺顺序序排排列列，组组成成的的 氧氧 化化 还还 原原 体体 系系 称称 为为 呼呼 吸吸 链链（respiratory chain）。因因为为传传递递氢氢
17、相相当当于于传传递递质质子子和和电电子子（2H 2H+2e-），所所以以呼呼吸吸链链又又称称电电子子传传递链递链(electron transport chain)。组成组成电子传递体电子传递体呼吸链就是由电子传递体组成的氧化呼吸链就是由电子传递体组成的氧化还原体系还原体系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 Cytcox NADH+H+NAD+1/2O2+2H+H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 QH2 Q 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 QH2 Q 4H+4H+4H+4H+Cytcox Cytcred Cytcred 4H+4H+电子传
18、递链各复合体在线粒体内膜中的位置电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置人线粒体呼吸链酶复合体人线粒体呼吸链酶复合体酶复酶复合体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复合体体NADH-泛醌泛醌氧化还原酶氧化还原酶85043(39?)FMN、Fe-SNADH(基质侧基质侧)CoQ(脂质核心）脂质核心）复合复合体体琥珀酸琥珀酸-泛醌泛醌还原酶还原酶1404FAD、Fe-S琥珀酸琥珀酸(基质侧基质侧)CoQ(脂质核心脂质核心)复合复合体体泛醌泛醌-细胞色细胞色素素c氧化还原氧化还原酶酶25011血红素血红素bL、bH、c1、Fe-SCyt c(膜间隙侧
19、膜间隙侧)Qo(膜间隙侧膜间隙侧)Qi(基质侧基质侧)复合复合体体细胞色素细胞色素c氧氧化酶化酶16013血红素血红素a、a3、CuA、CuBCyt c(膜间隙侧膜间隙侧)注注 细胞色素细胞色素c c不参与酶复合体组成，而是作为可不参与酶复合体组成，而是作为可溶性蛋白在复合体溶性蛋白在复合体和和之间自由移动。之间自由移动。1.1.复合体复合体将将NADH+H+中的两个质子中的两个质子/电子电子传递给泛醌传递给泛醌（ubiquinone）复合体复合体又称又称NADH-泛泛醌氧化还原酶醌氧化还原酶,以以FMN、Fe-S为辅基为辅基复合体复合体电子传递：电子传递：NADHFMNFe-S CoQ 每传
20、递每传递2个电子可将个电子可将4个个H+从内膜基质侧泵到胞从内膜基质侧泵到胞浆侧，浆侧，复合体复合体有质子有质子泵功能泵功能FMN:FMN:FMN:FMN:黄素单核苷酸黄素单核苷酸黄素单核苷酸黄素单核苷酸FeS:FeS:FeS:FeS:铁硫中心，铁硫簇铁硫中心，铁硫簇铁硫中心，铁硫簇铁硫中心，铁硫簇CoQCoQCoQCoQ：泛醌：泛醌：泛醌：泛醌NAD+（NADP+）的加氢和脱氢反应的加氢和脱氢反应 氧化还原反应的变化发生在五价氮和三价氮之间。氧化还原反应的变化发生在五价氮和三价氮之间。NADNADNADNAD+:氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧
21、化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 FMN的加氢和脱氢反应的加氢和脱氢反应 FMN结结构构中中含含核核黄黄素素，功功能能部部位位是是异异咯咯嗪嗪环环，氧氧化还原反应时不稳定中间产物是化还原反应时不稳定中间产物是FMN。FMN:FMN:FMN:FMN:黄素单核苷酸黄素单核苷酸黄素单核苷酸黄素单核苷酸还原型还原型还原型还原型FMNFMNFMNFMNFMNH.FMNH.FMNH.FMNH.氧化型氧化型氧化型氧化型铁铁硫硫蛋蛋白白中中辅辅基基铁铁硫硫簇簇(Fe-S)含含有有等等量量铁铁原原子子和和硫硫原原子子，其其中中铁铁原原子子可可进进行行Fe2+Fe3+e 反反应应传传递电子。递电子。表示无机硫表示无机硫
22、铁硫簇铁硫簇(iron-sulfur cluster )的结构的结构 铁硫蛋白铁硫蛋白 (iron-sulfur protein )S SS S无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫泛泛醌醌（Coenzyme Q ,CoQ,Q）由由10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），在在线线粒粒体体中中能能够够自自由由扩扩散散.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半醌型泛醌。物半醌型泛醌。泛醌的加氢和脱氢反应泛醌的加氢和脱氢反应 NADH FMN N1a（N3,N1b,N4）N2 QP-N Q（Fe2S2）（Fe4S4）（）（Fe2S2）（Fe4
23、S4）目前推测复合体目前推测复合体中电子传递顺序如下：中电子传递顺序如下：FMN:FMN:FMN:FMN:黄素单核苷酸黄素单核苷酸黄素单核苷酸黄素单核苷酸FeS:FeS:FeS:FeS:铁硫中心，铁硫簇铁硫中心，铁硫簇铁硫中心，铁硫簇铁硫中心，铁硫簇CoQCoQCoQCoQ：泛醌：泛醌：泛醌：泛醌QP-NQP-NQP-NQP-N：泛醌结合蛋白：泛醌结合蛋白：泛醌结合蛋白：泛醌结合蛋白NADH+H+NAD+QH2复合体复合体是是三羧酸循环三羧酸循环中的中的琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶，又称又称琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶,4个亚基组成，以个亚基组成，以FAD、Fe-S为辅基为辅基电子传递：电子
24、传递：琥珀酸琥珀酸FAD几种几种Fe-S CoQ释放的自由能小释放的自由能小,复合体复合体没有没有H+泵的功能泵的功能2.复合体复合体将质子将质子/电子从琥珀酸传递到泛醌。电子从琥珀酸传递到泛醌。FAD:FAD:FAD:FAD:黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸FAD:FAD:FAD:FAD:黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸复合体复合体w泛醌的结合位点:QP,QN复合体复合体又叫又叫泛醌泛醌-细胞细胞色素色素C还原酶还原酶或细胞色素或细胞色素b-c1复合体，主要含有复合体，主要含有(1)带有带有2个血红素的细胞个血红
25、素的细胞色素色素b(b562,b566);(2)带有血红素的细胞色带有血红素的细胞色素素c1;(3)带有带有2Fe-2S中心的可中心的可移动的铁硫蛋白移动的铁硫蛋白(Rieske protein)3.复合体复合体将电子从泛醌传递给细胞色素将电子从泛醌传递给细胞色素c泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C C 还原酶同二聚体结构还原酶同二聚体结构 泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C C 还原酶同二聚体结构还原酶同二聚体结构 血红素血红素血红素血红素b b b bH H H Hb562,b562,b562,b562,电位较高电位较高电位较高电位较高血红素血红素血红素血红素b b b bL L L Lb566,b5
26、66,b566,b566,电位较低电位较低电位较低电位较低血红素血红素血红素血红素c c c c1 1 1 1铁硫中心铁硫中心铁硫中心铁硫中心 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1泛醌泛醌从复合体从复合体、募集还原当量和募集还原当量和电子并穿梭传递到电子并穿梭传递到复合体复合体电子传递过程：电子传递过程：CoQH2(Cyt bLCyt bH)Fe-S Cytc1Cytc细细 胞胞 色色 素素（Cytochrome，Cyt）细胞色素是一类以细胞色素是一类以血红素血红素（heme）为辅基的为辅基的电子传递蛋白，根据它们吸收光谱不同而分类。电子传递蛋白，根据它们吸收光谱
27、不同而分类。各种还原型细胞色素的主要光吸收峰各种还原型细胞色素的主要光吸收峰细胞色素细胞色素波长（波长（nm）a600439b562532429c550521415c1554524418血红素中的铁原子可进行血红素中的铁原子可进行Fe2+Fe3+e反应传反应传递电子递电子,属单电子传递体。属单电子传递体。乙烯基乙烯基乙烯基乙烯基聚异戊二烯长链聚异戊二烯长链聚异戊二烯长链聚异戊二烯长链甲基被甲酰基取代甲基被甲酰基取代甲基被甲酰基取代甲基被甲酰基取代硫醚键硫醚键硫醚键硫醚键铁铁铁铁-原卟啉环：血红蛋白的血红素相同原卟啉环：血红蛋白的血红素相同原卟啉环：血红蛋白的血红素相同原卟啉环：血红蛋白的血红素
28、相同复合体复合体的电子传递通的电子传递通过过“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。4.复合体复合体将电子从细胞色素将电子从细胞色素C传递给氧传递给氧复合体复合体又称细胞色素又称细胞色素c氧化酶氧化酶,由由13个亚基组成。起主要作用的是亚基个亚基组成。起主要作用的是亚基I，II,III,其余起调节作用其余起调节作用亚基亚基II含有含有2
29、个个Cu离子离子,与半胱氨酸与半胱氨酸的巯基结合的巯基结合,组成双核中心组成双核中心,称为称为CuA中中心心亚基亚基I 含有含有2个血红素个血红素,为为a,a3亚基亚基I 含有含有1个个Cu离子离子,细胞色素细胞色素 a3与与CuB形成形成a3-CuB中心中心 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB形成的活性部位将电子交给形成的活性部位将电子交给O2。复合体复合体IV有质子泵功能有质子泵功能细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶CuA中心中心 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶a3-CuB中心中心（三）体内有两条重要的呼吸链（三）体内有两条重要的呼吸链
30、呼吸链组分的顺序是根据呼吸链各组分的标准氧呼吸链组分的顺序是根据呼吸链各组分的标准氧化还原电位（化还原电位（E0）、由低到高排列的，即）、由低到高排列的，即电子总是电子总是从低电位组分向高电位组分传递从低电位组分向高电位组分传递。标准氧化还原电位标准氧化还原电位拆开和重组拆开和重组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 由以下实验确定由以下实验确定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+0.22FM
31、N/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+0.35Q10/Q10H20.06(0.045)1/2O2/H2O0.8161.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O22.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2氧化呼吸链可分为两条途径氧化呼吸链可分为两条途径:NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼
32、吸链氧化呼吸链电子传递链电子传递链电子传递链中酶复合体电子传递示意图电子传递链中酶复合体电子传递示意图二、呼吸链释能与二、呼吸链释能与ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程偶联进行的过程偶联进行*定义定义氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸磷酸化，生成化，生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。底底 物物 水水 平平 磷磷 酸酸 化化 (substrate level phosphorylation)是是底底物物分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成成高高能能键键，使使
33、ADP磷磷酸酸化化生生成成ATP的过程。的过程。（一）复合体（一）复合体、和和是氧化磷酸化偶联是氧化磷酸化偶联部位部位1.根据根据P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位比值推测氧化磷酸化偶联部位 每消耗每消耗1/21/2摩尔摩尔O2O2生成生成ATP ATP 的摩尔数的摩尔数:也就是在也就是在氧化磷酸化过程中氧化磷酸化过程中,一对电子通过呼吸链传递给氧一对电子通过呼吸链传递给氧原子所生成的确原子所生成的确ATPATP分子数分子数.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
34、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O20.610.68 12.2.根据电子传递时自由能变化确定偶联部位根据电子传递时自由能变化确定偶联部位G=-nFE电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化 ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位（二）氧化磷酸化偶联的机制是跨线粒体（二）氧化磷酸化偶联的机制是跨线粒体内膜质子梯度偶联内膜质子梯度偶联ATP生成生成化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电电子子经经呼
35、呼吸吸链链传传递递时时，驱驱动动质质子子（H+）从从线线粒粒体体内内膜膜的的基基质质侧侧泵泵到到内内膜膜胞胞浆浆侧侧，从从而而产产生生膜膜内内外外质质子子电电化化学学梯梯度度储储存存能能量量,当当质质子子顺顺浓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。1.1.呼吸链氧化驱动产生跨线粒体内膜的质子梯度呼吸链氧化驱动产生跨线粒体内膜的质子梯度 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，形成可测定
36、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 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
37、 ADP+Pi ATP 4H+2H+4H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-电子传递过程电子传递过程复合体复合体(4H+)、(4 H+)和和(2H+)有质子泵功能有质子泵功能 （三）（三）ATP合酶利用质子顺浓度梯度回流合酶利用质子顺浓度梯度回流时释放的能量合成时释放的能量合成ATP 1.ATP合酶合酶（ATP synthase）由）由F1 和和F0组成组成F1：亲水部分：亲水部分（动物：（动物：33亚基复亚基复合体合体，OSCP、IF1 亚亚基），线粒体内膜的基基），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，质侧颗粒状突起，催化催化ATP合成合成。F0：疏水部分：疏水部分（ab2c912亚基，动物还亚基，动
38、物还有其他辅助亚基），镶有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形嵌在线粒体内膜中，形成成跨内膜质子通道跨内膜质子通道。F0的的2个个b亚基的亚基的一端锚定一端锚定F1的的亚基亚基，另一端通过，另一端通过和和33稳固结稳固结合，使合，使a、b2和和33、亚基组成稳亚基组成稳定的定的定子部分定子部分。部分部分和和亚基共同形成穿过亚基共同形成穿过33间间中轴，中轴，还与还与1个个亚基疏松结合作亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的用，下端与嵌入内膜的c亚基环紧亚基环紧密结合。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分。质子质子顺梯度向基质顺梯度向基质回流回流时，转子时，转子部分相对定
39、子部分旋转，使部分相对定子部分旋转，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。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亚基的一端锚定亚基的一端锚定F1的的亚基，另一端通亚基，另一端通过过和和33稳固结合，使稳固结合，使a、b2和和33、亚基组成亚基组成稳定的稳定的定子部分定子部分。部分部分和和亚基共同形成穿过亚基共同形成穿过33间中轴，间中轴，还与还与1个个亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的c亚基环亚基环紧密结合。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分。质子质子顺梯度向基质顺
40、梯度向基质回流回流时，转子部分相对定子部时，转子部分相对定子部分旋转，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。n质子通过质子通过ATP合酶合酶Fo顺浓度梯度回流使顺浓度梯度回流使F1亚基旋转亚基旋转 ATP合酶合酶 Fo中中a亚基和亚基和c亚基结构示意亚基结构示意 通通过过C环环的的旋旋转转，质质子子从从内内膜膜胞胞浆浆侧侧进进入入胞胞浆浆半半通通道道，通通过过基基质质半半通通道道释释放放进进入入线线粒粒体体基质。基质。c环环与与 亚亚基基紧紧密密相相连连，当当 c环环旋旋转转时时会会带动带动 亚基旋转。亚基旋转。当当H+顺顺浓浓度度递递度度经经Fo中中a亚亚基基
41、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。O:开放型开放型 L:疏松型疏松型 T:紧密型紧密型ATP合酶的工作机制合酶的工作机制n 亚基旋转使亚基旋转使亚基构象改变导致亚基构象改变导致ATP合成和释放合成和释放 四、线粒体内膜选择性地转运代谢物四、线粒体内膜选择性地转运代谢物线线粒粒体体基基质质与与胞胞浆浆之之间间有有线线粒粒体体内内、外外膜膜相相隔隔，外外膜膜对对物物质质通通透透的的选选择择性性不不强强，内内膜膜依依赖赖各各种种跨跨膜膜转转运运蛋蛋白白(transporter)对对各各种种物物质质的转运。的转运。线粒体内膜
42、中的一些转运蛋白对代谢物转运线粒体内膜中的一些转运蛋白对代谢物转运（一）胞质中（一）胞质中NADH通过两个穿梭机制进通过两个穿梭机制进入线粒体入线粒体转运机制主要有两条转运机制主要有两条:-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)1.-磷酸甘油穿梭主要存在于骨骼肌和脑中磷酸甘油穿梭主要存在于骨骼肌和脑中2.苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于心肌和肝中天冬氨酸穿梭主要存在于心肌和肝中（二）（二）ATP-ADP转位酶促进转位酶促进ADP进入和进入和ATP移出的偶联移出的偶
43、联ATP-ADP转位酶（转位酶（ATP-ADP translocase）又称）又称腺腺苷酸移位酶（苷酸移位酶（adenine nucleotide translocase）第三节第三节呼吸链功能调节及线粒体功呼吸链功能调节及线粒体功能失调能失调Functional Regulation of Respiratory Chain and Mitochondrial Dysfunction氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响（一）有（一）有3类氧化磷酸化抑制剂类氧化磷酸化抑制剂（二）（二）ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。的主要因素。（三）甲状腺激素刺激机
44、体耗氧量和产热同时（三）甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加。增加。（四）线粒体（四）线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能。突变可影响机体氧化磷酸化功能。呼吸链电子传递和呼吸链电子传递和ATP生生成的偶联关系是相互依赖成的偶联关系是相互依赖的。的。一、一、ADP/ATP相互转换是相互转换是调节氧化磷酸化速率的主要调节氧化磷酸化速率的主要因素因素二、甲状腺素刺激机体耗氧量和产热二、甲状腺素刺激机体耗氧量和产热同时增加同时增加甲状腺激素诱导甲状腺激素诱导Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基酶和解偶联蛋白基因表达增加。因表达增加。Na+,K+ATP酶促进酶促进ATP加速分解为加速分解为ADP和和
45、Pi,ADP增多促进氧化磷酸化增多促进氧化磷酸化.甲状腺激素诱导解偶联蛋白表达甲状腺激素诱导解偶联蛋白表达,引起物质氧化引起物质氧化释能和产热增加释能和产热增加.甲亢是由于人体内的甲状腺合成和分泌过多的甲亢是由于人体内的甲状腺合成和分泌过多的甲状腺激素引起身体神经、心血管、消化等系甲状腺激素引起身体神经、心血管、消化等系统的兴奋性增高和代谢亢进为主要表现的一组统的兴奋性增高和代谢亢进为主要表现的一组内分泌疾病的总称。它是内分泌病中的常见病内分泌疾病的总称。它是内分泌病中的常见病.甲状腺功能亢进症甲状腺功能亢进症甲状腺毒症甲状腺肿大眼征四、特殊临床表现及类型2.2.临床表现临床表现1）高热）高热
46、:T 39 2）心率）心率140bpm 3）大汗）大汗 4）大量失水、休克）大量失水、休克 5）消化道症状：厌食、恶心、呕吐、腹泻）消化道症状：厌食、恶心、呕吐、腹泻 6）CNS症状：烦躁不安、谵妄、嗜睡或昏迷症状：烦躁不安、谵妄、嗜睡或昏迷 3.3.实验室检查实验室检查w血血WBC、中性粒比例、中性粒比例四、特殊临床表现及类型w甲甲状状腺腺功功能能亢亢进进性性心心脏脏病病（简简称甲亢心）称甲亢心）10102222，见于男性，见于男性 主要表现：主要表现：心脏增大心脏增大 房颤房颤 心力衰竭心力衰竭 特特点点：增增大大的的心心脏脏随随治治疗疗好好 转转，心心脏可恢复正常大小脏可恢复正常大小四、
47、特殊临床表现及类型w胫前粘液性水肿胫前粘液性水肿 v多见于胫骨前下多见于胫骨前下13v早期皮肤增厚、变粗早期皮肤增厚、变粗v后期皮肤增厚如橘皮或树后期皮肤增厚如橘皮或树皮样皮样v皮损有感觉过敏或减退，皮损有感觉过敏或减退，或伴痒感或伴痒感 五、实验室和其它检查 1血清甲状腺激素的测定（与病情成正比）血清甲状腺激素的测定（与病情成正比）2.TSH TSH免疫放射测定分析免疫放射测定分析3促甲状腺激素释放激素（促甲状腺激素释放激素（TRHTRH）兴奋试验）兴奋试验 4甲状腺摄甲状腺摄131131I I率率 5甲状腺刺激性抗体（甲状腺刺激性抗体（TSAbTSAb）测定）测定 6基础代谢率（基础代谢率
48、（BMRBMR）(和氧化磷酸化密切相关和氧化磷酸化密切相关)BMRBMR（）清晨静息状态下（）清晨静息状态下 脉率脉压差（脉率脉压差（mmHgmmHg）111111 （一）呼吸链抑制剂阻断呼吸链的电子传递（一）呼吸链抑制剂阻断呼吸链的电子传递 如：鱼藤酮如：鱼藤酮（rotenone）（二）解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电（二）解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度化学梯度 如：解偶联蛋白如：解偶联蛋白（uncoupling protein,UCP）（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 如：寡霉素如：寡霉素（oligomycin）三
49、、三类氧化磷酸化抑制剂作用机制不同三、三类氧化磷酸化抑制剂作用机制不同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鱼藤酮（鱼藤酮（rotenone）主要用途：主要用途：用作农用用作农用杀虫剂杀虫剂，也可防治人畜体外寄生虫及用于生化研究。，也可防治人畜体外寄生虫及用于生化研究。鱼藤酮广泛地存在于植物的根皮部，在毒理学上是一种专属性很强的物鱼藤酮广泛地存在于植物的根皮部，在毒理学上是一种专属性很强的物质，对昆虫尤其是菜粉蝶幼虫、小菜蛾和蚜虫具有强烈的触杀和胃毒两质
50、，对昆虫尤其是菜粉蝶幼虫、小菜蛾和蚜虫具有强烈的触杀和胃毒两种作用。早期的研究表明鱼藤酮的作用机制主要是影响昆虫的呼吸作用，种作用。早期的研究表明鱼藤酮的作用机制主要是影响昆虫的呼吸作用，主要是与主要是与NADH 脱氢酶与辅酶脱氢酶与辅酶 Q之间的某一成分发生作用。鱼藤酮使害之间的某一成分发生作用。鱼藤酮使害虫细胞的电子传递链受到抑制，从而降低生物体内的虫细胞的电子传递链受到抑制，从而降低生物体内的 ATP水平最终使害水平最终使害虫得不到能量供应，然后行动迟滞、麻痹而缓慢死亡。虫得不到能量供应，然后行动迟滞、麻痹而缓慢死亡。异戊巴比妥抑制电子传递异戊巴比妥抑制电子传递 异戊巴比妥主要的功能是用