1、糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质CO2和和H2O O2能能量量ADP+PiATP热能热能物质在生物体内进行氧化称物质在生物体内进行氧化称生物氧化生物氧化(biological oxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成最终生成CO2和和H2O的过程。的过程。生命活动生命活动维持体温维持体温生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物(
2、CO2，H2O)和释放能量均相同。和释放能量均相同。生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化反应环境温和，酶促反应反应环境温和，酶促反应逐步进行，能量逐步逐步进行，能量逐步释放，能量容易捕获，释放，能量容易捕获，ATP生成效率高。生成效率高。能量突然释放能量突然释放通过加水脱氢反应使物质通过加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生有机酸脱羧产生CO2。物质中的碳和氢直接氧结合物质中的碳和氢直接氧结合生成生成CO2和和H2O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
3、乙酰乙酰CoATAC 2H呼吸链呼吸链H2O ADP+Pi ATP CO2NADH+H+FADH2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第二节第二节 其他不生成其他不生成ATP的氧化体系的氧化体系定义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）指线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子指线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子传递功能的酶复合体，可通过链锁的氧化还原将代传递功能的酶复合体，可通过链锁的氧化还原将代谢物脱下的电子最终传递给氧生成水。这一系列酶谢物脱下的电子最终传递给氧生成水。这一系列酶和辅酶称为和辅酶称为呼吸链呼吸链(respi
4、ratory chain)又称又称电子传递电子传递链链(electron transfer chain)。酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变移出线粒体内膜，转变为跨内膜为跨内膜H+梯度的能量，再用于梯度的能量，再用于ATP的生物合成。的生物合成。氧化呼吸链由氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成种具有传递电子能力的复合体组成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多肽链
5、数多肽链数辅基辅基复合体复合体 INADH-泛醌还原酶泛醌还原酶39FMN,Fe-S复合体复合体 II琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶4FAD,Fe-S复合体复合体 III泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶10铁卟啉铁卟啉,Fe-S复合体复合体 IV细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶13铁卟啉铁卟啉,Cu Cytc Q NADH+H+NAD+FAD FADH2 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 eeeee泛醌泛醌CoQ 和和 Cytc 均不包含在上述四种复合体中均不包含在上述四种复合体中电子传递过程：电子传递过程：NADHFMNFe-SCoQFe-
6、SCoQ每传递每传递2个电子可将个电子可将4个个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体复合体有质子泵功能有质子泵功能。作用：作用：将将NADH+H+中的电子传递给泛醌中的电子传递给泛醌(ubiquinone)复合体复合体 I 的功能的功能 NADH+H+NAD+FMNFMNH2还原型还原型Fe-S氧化型氧化型Fe-SQQH2NADHNAD+FMN4Fe-4SQ2Fe-2SQH2QH22e-2H+黄素蛋白黄素蛋白铁硫蛋白铁硫蛋白疏水蛋白疏水蛋白胞浆侧胞浆侧基质侧基质侧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。电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸 FAD
7、 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。功能：功能：将电子从琥珀酸传递到泛醌。将电子从琥珀酸传递到泛醌。泛醌泛醌从复合体从复合体、募集还原当量和电子并穿募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体梭传递到复合体。电子传递过程：电子传递过程：CoQH2 (Cyt b562Cyt b566)Fe-S Cyt c1 Cyt c功能：功能：将电子从还原型泛醌传递给细胞色素将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c。复合体复合体的电子传递通过的电子传递通过“Q循环循环”实现。实现。复合体复合体每传递每传递2个电子向内膜胞浆侧释放个电子向内膜胞浆侧释放4个个H+，复合体复合体也有质子泵作用也有
8、质子泵作用。Cyt c是是呼吸链唯一水溶性球状蛋白呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体复合体中。将获得的电子传递到复合体。Cyt 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。每每2个电子传递过程使个电子传递过程使2个个H+跨内膜向胞浆侧转移跨内膜向胞浆侧转移。电子传递：电子传递：Cyt c CuA Cyt a Cyt a3-CuB O2功能：功能：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。1、NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH复
9、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交汇点交汇点NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链乳酸、丙酮酸、异柠檬酸、乳酸、丙酮酸、异柠檬酸、-酮戊二酸、酮戊二酸、苹果酸、苹果酸、-羟脂酰羟脂酰CoA、-羟丁酸等羟丁酸等琥珀酸琥珀酸-磷酸甘油磷酸甘油（线粒体线粒体）脂酰脂酰CoA等等ATP生成方式生成方式底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate le
10、vel phosphorylation)与脱氢反应偶联，生成底物分子的高能键，使与脱氢反应偶联，生成底物分子的高能键，使ADP(GDP)磷酸化生成磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。的过程。不经电子传递。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磷酸化，生成磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。又称为偶联磷酸化。指氧化磷酸化过程中，每消耗指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔摩尔O2所生成所生成ATP的摩尔数的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成（或一对电子通过氧化呼吸链传递给
11、氧所生成ATP分子数）。分子数）。线粒体离体实验测得的一些底物的线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值比值底物底物呼吸链的组成呼吸链的组成P/O比值比值可生成的可生成的ATP-羟丁酸羟丁酸NAD+复合体复合体ICoQ复合体复合体IIICyt c复合体复合体IVO22.52.5琥珀酸琥珀酸复合体复合体IICoQ复合体复合体III Cyt c复合体复合体IVO21.51.5抗坏血酸抗坏血酸Cyt c复合体复合体IVO20.881细胞色素细胞色素c(Fe2+)复合体复合体IVO20.61-0.681ATPATPATPNADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt c
12、Cyt cCyt aa3O2氧化磷酸化偶联部位：氧化磷酸化偶联部位：复合体复合体、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+)从线粒体内膜的从线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。氧化磷酸化的偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度氧化磷酸化的偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度 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
13、4H+2H+4H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-复合体复合体(4H+)、(4H+)和和(2H+)有质子泵功能。有质子泵功能。即复合体即复合体VF1：亲水部分：亲水部分线粒体内膜的基质侧颗粒状线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，突起，催化催化ATP合成合成。F0：疏水部分：疏水部分镶嵌在线粒体内膜中，形成镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子通道跨内膜质子通道。1.呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 2.解偶联剂解偶联剂3.氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂（ATP合酶抑制剂合酶抑制剂）抑制复合体抑制复合体I：鱼藤酮、粉蝶霉素：鱼藤酮、粉蝶霉素A及异戊巴比妥等阻断及异戊巴比妥等阻断 传递电子到泛醌传递电子到泛醌。抑制
14、复合体抑制复合体II：萎锈灵：萎锈灵抑制复合体抑制复合体：抗霉素：抗霉素A阻断阻断Cyt bH传递电子到泛醌；传递电子到泛醌；粘噻唑菌醇则作用粘噻唑菌醇则作用QP位点。位点。抑制复合体抑制复合体：CN-、N3-紧密结合氧化型紧密结合氧化型Cyt a3，阻断电子，阻断电子 由由Cyt a到到CuB-Cyt a3间传递。间传递。CO与还原型与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给结合，阻断电子传递给O2阻断呼吸链某些部位的电子传递。阻断呼吸链某些部位的电子传递。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
15、A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度解偶联剂解偶联剂(uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，基本作用机制是基本作用机制是破坏破坏电子传递过程建立的跨内膜的电子传递过程建立的跨内膜的质子电质子电化学梯度化学梯度，使电化学梯度储存的，使电化学梯度储存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：二硝基苯酚如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶联蛋白；解偶联蛋白(uncoup
16、ling protein,UCP1)。Cyt cQ胞液侧胞液侧 解偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能ADP+Pi ATP 基质侧基质侧 同时抑制电子传递和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磷酸化均有抑制作用。磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素例如寡霉素(oligomycin)可结合可结合F0单位，二环己基碳二单位，二环己基碳二亚胺亚胺(dicyclohexyl carbodiimide,DCCP)共价结合共价结合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质子半通道回流，抑质子半通道回流，抑制制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质
17、子电化学梯合酶活性。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能，继而抑制电子传递度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递 寡霉素寡霉素(oligomycin)可阻止质子从可阻止质子从F0质质子通道回流，抑制子通道回流，抑制ATP生成。生成。寡霉素寡霉素ADP可促进氧化磷酸化的速率。可促进氧化磷酸化的速率。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。影响氧化磷酸化，使影响氧化磷酸化，使ATP 生成减少而致病。生成减少而致病。ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用高能磷酸键高能磷酸键水解时
18、释放的能量大于水解时释放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯键，常表示为的磷酸酯键，常表示为 P。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通式通式举例举例释放能量释放能量kcal/mol磷酸肌酸磷酸肌酸-10.5磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸-14.8乙酰磷酸乙酰磷酸-10.1ATP、GTP、UTP、CTP-7.3乙酰乙酰CoA-7.5 NH RCNPO3H2 H O RCSCoA O O POPOH OH OH O RCOPO3H2 CH RCOPO3H2线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择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
19、转运蛋白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。转运蛋白转运蛋白功能功能胞浆胞浆线粒体基质线粒体基质-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酸磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4-+H+H2PO4-+H+ATP-ADP转位酶转位酶ADP3-ATP4-单羧酸转运蛋白单羧酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-二羧酸转运蛋白二羧酸转运蛋白HPO42-苹果酸苹果酸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
20、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-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭转运机制：转运机制：胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定穿梭机制穿梭机制进入线粒体，进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。再经呼吸链进行氧化磷酸化。-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 苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制主要存在于肝和心肌中天冬氨酸穿梭机制主要存在于肝和心肌中 ATP-ADP转位酶促进转位酶促进ADP进入和进入和ATP移出紧移出紧密偶联密偶联反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen species,ROS)O
21、2e-O-2e-+2H+H2O2e-+H+OHH2Oe-+H+H2O反应活性氧类反应活性氧类抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能线粒体：线粒体：氧化呼吸链是体内氧化呼吸链是体内O-2（超氧阴离子）的主要来源；（超氧阴离子）的主要来源；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子交给将从脂肪酸等底物获得的电子交给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）也可催化生成（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成O-2。细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、
22、药物等细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物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。受氢体受氢体辅酶（辅基）辅酶（辅基）产物产物不需氧脱氢酶不需氧脱氢酶辅酶辅酶需氧脱氢酶需氧脱氢酶O2FMN或或FADH2O2氧化酶氧化酶O2含含CuH2O2H2O2 2H2O+O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 又称触酶，其辅基含又称触酶，其辅基含4个血红素个血红素H2O2+2 GSH 2 H2O+GS-SG2 GSH+R-O-OH GS-SG+H2O+R-OH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
23、的酶体内防止活性氧类损伤主要的酶。H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2 G-SHG-S-S-GNADP+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。谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶 谷胱甘肽谷胱甘肽过氧化物酶过氧化物酶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)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。细胞色素细胞色素P450单加氧酶单加氧酶(
24、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)微粒体细胞色素微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化单加氧酶催化底物分子羟基化掌握底物水平磷酸化和氧化磷酸化的概念掌握底物水平磷酸化和氧化磷酸化的概念呼吸链的概念、种类、排列顺序及呼吸链的概念、种类、排列顺序及ATP生成部位。生成部位。掌握掌握P/O比值的概念，生物氧化概念，比值的概念，生物氧化概念，掌握两种穿梭方式。掌握两种穿梭方式。熟悉抑制剂对呼吸链抑制作用的部位。熟悉抑制剂对呼吸链抑制作用的部位。ATP的生成、高能化合物。的生成、高能化合物。了解化学渗透假说的内容了解化学渗透假说的内容
