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1、生物体的生命活动过程也需要能量生物体的生命活动过程也需要能量自然界的运动过程自然界的运动过程都需要能量都需要能量第1页/共69页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。主主要要指指糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等营营养养物物质质在在体体内内分分解解，逐逐步释放能量，最终生成步释放能量，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*生物氧化的概念生物氧化的概念 第2页/共69页*生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化与体外氧化之相同点（Review）物物质质在在体体内内外外氧氧化化的的耗耗
2、氧氧量量、终终产产物物（CO2，H2O）和和释释放放能能量量均均相相同同。都遵循氧化还原反应的一般规律。都遵循氧化还原反应的一般规律。体外燃烧体外燃烧：2C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2840kJ/mol （热能热能）生物氧化生物氧化：2C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2840kJ/mol （化学能化学能+热能热能）第3页/共69页w在在C内内温温和和环环境境中中（体体温温，近近中中性性pH）进行，能量逐步释放。）进行，能量逐步释放。w脱脱下下的的H与与氧氧结结合合产产生生H2O，有有机酸脱羧产生机酸脱羧产生CO2。*生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化与体外氧化之不同
3、点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化w能量是突然释放。能量是突然释放。w产产生生的的CO2、H2O由由C、H直接与氧结合生成。直接与氧结合生成。第4页/共69页糖原糖原 甘油三酯甘油三酯蛋白质蛋白质 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 2H 呼呼吸吸链链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 *生物氧化的一般过程第5页/共69页第一节第一节 生成生成ATP的氧化磷酸化体系的氧化磷酸化体系The Oxidation System of ATP Producing第6页/共69页一、呼吸链一、呼吸链 Respiratory Cha
4、in 概念：代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链又称电子传递链。（Electron Transport Chain，ETC）第7页/共69页 呼吸链位于线粒体内膜上，由一系列递H H体和递电子体的氧化-还原组分组成。（实质都是递e 体：2H 2H+2e ）（一）呼吸链的组成（一）呼吸链的组成第8页/共69页胆酸等处理胆酸等处理破碎，离心破碎，离心收集内膜碎收集内膜碎片部分片部分层析分离纯化层析分离纯化（一）呼吸链由（一）呼吸链由4种具有种具有 传递电子能力传递电子能力的功能复合体的功能复合体组成组成第9页/共69
5、页第10页/共69页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第11页/共69页第12页/共69页NAD+（NADP+），为大部分脱氢酶的辅酶，），为大部分脱氢酶的辅酶，为双电子传递体。为双电子传递体。氧化还原反应发生在五价氮和三价氮之间氧化还原反应发生在五价氮和三价氮之间第13页/共69页NAD+和和NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+第14页/共69页 FMN结构中含核黄素（VB2），发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN，为单、双电子传递体第15页/共69页铁硫蛋白(Fe-S)：含有等量Fe和S，分分子子中中
6、含含有有由由CysCys残残基基S S原原子子及及无无机机S S原原子子与与FeFe离离子子形形成成铁铁硫硫中中心心,可可利利用用FeFe的的价价态态变变化传递化传递e e，每次传递1个电子。Fe-S为单电子传递体为单电子传递体第16页/共69页第17页/共69页泛醌(CoQ，Q，UQ)：是游离存在于线粒体内膜中的脂溶性有机化合物，含有多个异戊二烯侧链（人CoQ10）Q QH2+2H+2H-2H-2HCoQ可同时传递可同时传递H和电子和电子第18页/共69页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第19页/共69页复
7、合体复合体为为TAC中的琥珀酸脱氢酶，又叫中的琥珀酸脱氢酶，又叫琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶复合体复合体没有没有质子泵功能质子泵功能2、复合体、复合体功能是功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌将电子从琥珀酸传递到泛醌FAD几种几种Fe-S琥珀酸琥珀酸CoQ复合体复合体电子传递电子传递:第20页/共69页复合体复合体I、的功能示意图的功能示意图第21页/共69页又叫泛醌-细胞色素c还原酶人复合体含3种成分：Cytb(b562,b566);Cyt c;可移动Fe-S蛋白 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c13 3、复合体、复合体功能是将电子从还原型泛醌传递给细功能是将
8、电子从还原型泛醌传递给细胞色素胞色素C C。泛醌泛醌从复合体从复合体、募集还原当量和电子并穿梭传募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体递到复合体:复合体复合体有质子泵作用。有质子泵作用。第22页/共69页细胞色素（Cytochrome，Cyt）是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据根据吸收光谱不同分吸收光谱不同分a、b、c 三大类及不同的亚类三大类及不同的亚类存在于呼吸链的存在于呼吸链的Cyt主要有：主要有：Cyt a，a3，Cyt b，Cyt c，Cyt c1等。等。Cyt 都是单都是单电子传递体电子传递体第23页/共69页不同不同Cyt的铁卟
9、啉辅基侧链结构不同的铁卟啉辅基侧链结构不同第24页/共69页Cytc为一外周蛋白，位于为一外周蛋白，位于线粒体内膜的外侧线粒体内膜的外侧 复合体复合体的功能的功能第25页/共69页 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 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Cyt a3CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。复合体有质子泵作用。复合体又称细胞色素C氧化酶第26页/共69页第27页/共69页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（二）氧化呼吸链组分按氧化还原
10、电（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列位由低到高的顺序排列 由以下实验确定由以下实验确定:P165第28页/共69页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+/NADH+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+0.35Q10/Q10H20.0
11、61/2O2/H2O0.816第29页/共69页1、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 2、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氧化呼吸链有2条途径：P166第30页/共69页2条氧化呼吸链示意图第31页/共69页NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链2条呼吸链成分的排列顺序条呼吸链成分的排列顺序第32页/共69页2、氧化磷酸化氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）定义：定义：P1661、底物水平磷酸化：底物水平磷
12、酸化：P166体内ATP的生成方式:2种 二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷磷酸化生成酸化生成ATP偶联偶联 第33页/共69页（一）氧化磷酸化偶联部位在复合体、内根据根据P/O比值比值自由能变化自由能变化:G=-nF E 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：复合体复合体、第34页/共69页1、P/O比值比值概念：概念：P167比较不同物质比较不同物质P/O比值实验测定结果，比值实验测定结果，发现（了解）发现（了解）：NADH氧化呼吸链：氧化呼吸链：P/O比值比值3，提示可有，提示可有3个偶联个偶联部位。部位。1）复合体）复合体I（NADH与与Q之间）；
13、之间）；2）复合体）复合体（Cytb与与Cytc之间）；之间）；3）复合体）复合体（Cytaa3与与O2之间）之间）琥珀酸氧化呼吸链：琥珀酸氧化呼吸链：P/O比值比值2，提示可有，提示可有2个偶联个偶联部位部位1）复合体复合体（Cytb与与Cytc之间）之间）2）复合体复合体（Cytaa3与与O2之间）之间）第35页/共69页2、自由能变化1mol ATP水解为水解为ADP+Pi释放的能量释放的能量30.5kJ/mol，凡释放，凡释放的能量的能量30.5kJ/mol的部位，即可生成的部位，即可生成1mol ATP G=-nF E第36页/共69页ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位示意图氧
14、化磷酸化偶联部位示意图第37页/共69页（二）（二）氧化磷酸化的偶联机制是产生跨氧化磷酸化的偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度（线粒体内膜的质子梯度（了解了解）化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)要点：要点：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+）从线粒体内）从线粒体内膜膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学质子电化学梯梯度度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与与Pi生生成成ATP。化学渗透假说的实验证据：化学渗透假说的实验证据：P168第38
15、页/共69页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第39页/共69页 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 H+H+H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图ATP合酶合酶第40页/共69页（一）有3类氧化磷酸化抑制剂：P1701、呼吸链抑制剂：阻断呼吸链中某些部位的电子传递过程复合体抑制剂：鱼藤酮、粉碟霉素等复合体抑制剂：萎锈灵复合体抑制剂：抗霉素A复合体抑制剂：CN
16、-、CO、N3-三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响第41页/共69页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 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第42页/共69页2 2、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度质子电化学梯度 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
17、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：二硝基苯酚二硝基苯酚(DNP)；解偶联蛋白；解偶联蛋白。第43页/共69页解偶联蛋白作用机制解偶联蛋白作用机制 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 第44页/共69页 3、ATP合合 酶酶 抑抑 制制 剂剂同同时时抑抑制制电电子子传传递递和和ATP的生成的生成如如：寡寡霉霉素素可可阻阻止止质质子子从从F0质质子子通通道道回回流流，抑制抑制ATP生成生成寡霉素寡霉素寡霉素寡霉素ATP合酶结构模式图合酶结构模
18、式图第45页/共69页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。（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。呼吸控制率呼吸控制率(respiratory control ratio,RCR)（三）甲状腺激素刺激机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。第46页/共69页四、ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用n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/mo
19、l的磷酸酯键，的磷酸酯键，常表示为常表示为 P。n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第47页/共69页一些重要的有机磷酸化合物水解释放的标准自由能一些重要的有机磷酸化合物水解释放的标准自由能 P172 第48页/共69页核苷酸之间能量的转移第49页/共69页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。第50页/共69页 ATP的生成、储存和利用（ATP循环）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
20、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为中为中心。心。第51页/共69页五、线粒体内膜对各种物质进行选五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运择性转运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过的选择性主要依赖于内膜内膜中不同转运蛋白中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。对各种物质的转运。第52页/共69页线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运 P174，表6-4 第53页/共69
21、页胞浆中胞浆中NADH须经穿梭须经穿梭机制机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。主要有主要有2种穿梭方式：种穿梭方式：1、-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭:脑和骨骼肌脑和骨骼肌2、苹果酸、苹果酸-天冬氨酸穿梭：天冬氨酸穿梭：肝和心肌肝和心肌（一）胞浆中NADH通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链第54页/共69页 线粒体 内膜 线粒体 外膜膜间腔 线粒体 基质1、-磷酸甘油穿梭 FADH2 NAD+FAD -磷酸甘油脱氢酶 琥珀酸氧化呼吸链 磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油 NADH+H+-磷酸甘油脱氢酶第55页/共69页谷氨酸-天冬氨酸 转运体苹果酸-酮 戊二酸转运体
22、 胞液 基质 NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+苹果酸 草酰乙酸 -酮戊二酸 谷氨酸 苹果酸 脱氢酶 谷草转 氨酶 NADH呼吸链 天冬氨酸 2、苹果酸穿梭系统第56页/共69页第57页/共69页第58页/共69页一、需氧脱氢酶和氧化酶一、需氧脱氢酶和氧化酶 第59页/共69页第60页/共69页第61页/共69页第62页/共69页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 第63页/共69页（二）过氧化物酶（二）过氧化物酶(perioxidase)以
23、血红素为辅基，催化以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物直接氧化酚类或胺类化合物 R+H2O2 RO+H2O RH2+H2O2 R+2H2O 过氧化物酶过氧化物酶 过氧化物酶过氧化物酶 第64页/共69页 谷胱甘肽谷胱甘肽过氧化物过氧化物酶酶 H2O2(R-O-OH)H2O(R-OH+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 2.谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶 第65页/共69页3 3、超氧化物歧化酶、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)2O2+2H+SODH2O2+O2 H2O+O2 过氧化氢酶过氧化氢酶第66页/共69页*催化的反应：催化的反应：RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 故又称混合功能氧化酶或羟化酶故又称混合功能氧化酶或羟化酶上述反应需要上述反应需要细胞色素细胞色素P450(Cyt P450)参与。参与。第67页/共69页第68页/共69页感谢您的观看！第69页/共69页