1、呼吸生理呼吸生理生物氧化的涵义生物氧化的涵义 营养物质在生物体内经氧化分解，最终生营养物质在生物体内经氧化分解，最终生成成CO2 和和 H2O，并释放能量的过程。，并释放能量的过程。生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、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。失电子，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、最终物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。）和释放能量均相同。生物氧化的一般原理生物氧化的一般原理代谢物脱下的成对氢原子（代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化）通过多种酶和辅酶所
2、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辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链又称电子传递链(electron transfer chain)。NADHsuccinate FMN（Fe-S）FAD（Fe-S）Cyt b,（Fe-S）CoQ Cyt aa3O2Cyt ccompex Icompex IIcompex IIIcompex IVc1生物氧化的一般原理生物氧化的一般原理NAD+和和NADP+的结构的结构CH2OHOPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C
3、1458910异咯嗪异咯嗪核醇核醇CH2OOOHOHHHHCH2HOPOHONNNNNH2OPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910FAD结构结构1 作用于三羧酸循环的呼吸毒剂作用于三羧酸循环的呼吸毒剂 1.1 氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等 1.2 亚砷酸盐类亚砷酸盐类2 作用于呼吸链的呼吸毒剂作用于呼吸链的呼吸毒剂 2.1在在NAD+与辅酶与辅酶Q之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂 2.2 琥珀酸氧化作用抑制剂琥珀酸氧化作用抑制剂 2.3 在在Cytb及及CytCl之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂 2.4 细胞色素细
4、胞色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂3 氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）3.1 二硝基苯酚类二硝基苯酚类 3.2 吡咯类化合物吡咯类化合物4 能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂内呼吸抑制剂：内呼吸抑制剂：1 作用于三羧酸循环的呼吸毒剂作用于三羧酸循环的呼吸毒剂1.1 氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等氟乙酸、氟乙酰胺、氯乙酰苯胺等 该类化合物都是在水解转变成氟乙酸后，与该类化合物都是在水解转变成氟乙酸后，与乙酰辅酶乙酰辅酶A结合形成一个复合物，然后与草酰乙酸结合形成一个复合物，然后与草酰乙酸结合，形成氟柠檬酸而抑制了乌头酸酶结合，形
5、成氟柠檬酸而抑制了乌头酸酶（aconitase）,使柠檬酸不能转变为异柠檬酸，因使柠檬酸不能转变为异柠檬酸，因而阻断了三羧酸循环。而阻断了三羧酸循环。1.2 亚砷酸盐类亚砷酸盐类 该类化合物主要是抑制该类化合物主要是抑制-酮戊二酸脱氢酶，使得酮戊二酸脱氢酶，使得酮戊二酸积累而影响三羧酸循环，更重要的是由于影酮戊二酸积累而影响三羧酸循环，更重要的是由于影响氨基酸的相互转化而造成其他代谢的混乱。响氨基酸的相互转化而造成其他代谢的混乱。1 作用于三羧酸循环的呼吸毒剂作用于三羧酸循环的呼吸毒剂CoASHNADH+H+NAD+NAD+NADH+H+FADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2O
6、CoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶氟乙酸氟乙酸亚砷酸盐类亚砷酸盐类2 作用于呼吸链的呼吸毒剂作用于呼吸链的呼吸毒剂 对呼吸链起作用的呼吸毒剂可以分为四大类：对呼吸链起作用的呼吸毒剂可以分为四大类：2.1 2.1 在在NADNAD+与辅酶与辅酶Q Q之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂 主要有鱼藤酮及杀粉蝶素主要有鱼藤酮及杀粉蝶素A A及及B B。
7、2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮 鱼藤对鱼藤对l5l5个目，个目，137137科的科的800800多种害虫具有一定的多种害虫具有一定的防治效果，作用谱广，尤其对蚜螨类害虫效果突出。防治效果，作用谱广，尤其对蚜螨类害虫效果突出。鱼藤酮的作用方式鱼藤酮的作用方式:触杀、胃毒作用、拒食、生触杀、胃毒作用、拒食、生长发育抑制作用；长发育抑制作用；抑制某些病菌孢子的萌发和生长，或阻止病菌侵抑制某些病菌孢子的萌发和生长，或阻止病菌侵入植株入植株 作用机理：作用机理：早期的研究表明鱼藤酮的作用机制主要是影响昆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，主要是与虫的呼吸作用，主要是与NADHN
8、ADH脱氢酶与辅酶脱氢酶与辅酶Q Q之间的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受到抑制，从而降低生物体内的ATPATP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。2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮 最新研究证明：最新研究证明：作为与吡啶核苷酸（作为与吡啶核苷酸（NADNAD）相联系的）相联系的氧化酶（氧化酶（L-L-谷氨酸氧化酶）的特异性抑制剂，切断了呼谷氨酸氧化酶）的特异性抑制剂，切断了
9、呼吸链上吸链上NADNAD+与辅酶与辅酶Q Q之间的联系。之间的联系。谷氨酸在脑的功能中谷氨酸在脑的功能中极为重要，并且它是呼吸过程中大脑中唯一氧化的氨基极为重要，并且它是呼吸过程中大脑中唯一氧化的氨基酸。谷氨酸氧化作用的抑制乃是杀死昆虫的主要原因。酸。谷氨酸氧化作用的抑制乃是杀死昆虫的主要原因。鱼藤酮中毒的试虫表现出活动迟滞，随后昏迷、死亡的鱼藤酮中毒的试虫表现出活动迟滞，随后昏迷、死亡的症状，类似于神经毒剂，只是没有兴奋期。症状，类似于神经毒剂，只是没有兴奋期。2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮 此外鱼藤酮对许多生物细胞线粒体中的反丁烯二此外鱼藤酮对许多生物细胞线粒体中的反丁烯二酸还原酶
10、、甘露醇合成酶等都具有一定的抑制作用。酸还原酶、甘露醇合成酶等都具有一定的抑制作用。鱼藤酮还可干扰菜粉蝶的正常生长发育，蜕皮异鱼藤酮还可干扰菜粉蝶的正常生长发育，蜕皮异常及畸形虫，可能是由于鱼藤酮抑制了呼吸作用而使常及畸形虫，可能是由于鱼藤酮抑制了呼吸作用而使能量降低所致。能量降低所致。鱼藤酮还可抑制细胞中纺锤体微管的组装，并在体鱼藤酮还可抑制细胞中纺锤体微管的组装，并在体外证明抑制微管的形成，推测鱼藤酮是以一种可逆的方外证明抑制微管的形成，推测鱼藤酮是以一种可逆的方式联接在微管蛋白上而抑制了微管的形成。从遗传学的式联接在微管蛋白上而抑制了微管的形成。从遗传学的角度来看，纺锤体形成受到抑制必然
11、影响细胞的正常分角度来看，纺锤体形成受到抑制必然影响细胞的正常分裂，从而可推论鱼藤酮可能通过这一途径影响虫体的生裂，从而可推论鱼藤酮可能通过这一途径影响虫体的生长。此外，鱼藤酮处理菜粉蝶幼虫会使虫体体壁蛋白质长。此外，鱼藤酮处理菜粉蝶幼虫会使虫体体壁蛋白质组成发生改变，使总蛋白的量降低，体壁蛋白的变化必组成发生改变，使总蛋白的量降低，体壁蛋白的变化必定影响体壁结构。定影响体壁结构。2.1.1 2.1.1 鱼藤酮鱼藤酮 许多化合物，包括抗生素及麻醉剂许多化合物，包括抗生素及麻醉剂 放线菌素放线菌素A A 某些昆虫的毒素某些昆虫的毒素2.2 2.2 琥珀酸氧化作用抑制剂琥珀酸氧化作用抑制剂 在杀虫
12、药剂中较少。滴滴涕在高浓度时有作用。在杀虫药剂中较少。滴滴涕在高浓度时有作用。放线菌素放线菌素A A也是该酶的抑制剂。也是该酶的抑制剂。2.3 2.3 在在CytbCytb及及CytCCytCl l之间起作用的抑制剂之间起作用的抑制剂2.4 细胞色素细胞色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂 细胞色素细胞色素C C氧化酶为一外周蛋白，位于线粒体内膜氧化酶为一外周蛋白，位于线粒体内膜的外侧，其辅基是血红素，血红素通过共价键与酶蛋的外侧，其辅基是血红素，血红素通过共价键与酶蛋白相联。细胞色素白相联。细胞色素C C氧化酶是末端氧化酶，它的抑制使氧化酶是末端氧化酶，它的抑制使呼吸链在末端阻断，结果使所有在
13、呼吸链中的化合物呼吸链在末端阻断，结果使所有在呼吸链中的化合物都处于还原态。多数抑制剂是与细胞色素都处于还原态。多数抑制剂是与细胞色素C C氧化酶的血氧化酶的血红素部分发生化学结合而产生抑制作用。红素部分发生化学结合而产生抑制作用。Structure of cyt c&cyt c12.4 细胞色素细胞色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂 但但Boveris等认为氢氰酸抑制昆虫呼吸传递链中的细等认为氢氰酸抑制昆虫呼吸传递链中的细胞色素氧化酶后，能阻断电子由胞色素氧化酶后，能阻断电子由NADH脱氢酶向氧的传脱氢酶向氧的传递，使氧气不能被还原，导致线粒体产生递，使氧气不能被还原，导致线粒体产生0-，0
14、-可被可被SOD(超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶)歧化成过氧化氢，从线粒体释放歧化成过氧化氢，从线粒体释放出来。当过氧化氢积累到一定程度时就会对昆虫产生细出来。当过氧化氢积累到一定程度时就会对昆虫产生细胞毒性而引起昆虫的死亡。胞毒性而引起昆虫的死亡。2.4 细胞色素细胞色素C氧化酶的抑制剂氧化酶的抑制剂 磷化氢：磷化氢：磷化氢在有氧的条件下，先形成一个氧化物，然磷化氢在有氧的条件下，先形成一个氧化物，然后再和细胞色素后再和细胞色素C C氧化酶的氧化中心起作用。磷化氢对氧化酶的氧化中心起作用。磷化氢对细胞色素氧化酶的抑制作用一直被认为是磷化氢对昆细胞色素氧化酶的抑制作用一直被认为是磷化氢对昆虫致死
15、的主要原因。虫致死的主要原因。但进一步的研究表明磷化氢在体外对细胞色素氧化但进一步的研究表明磷化氢在体外对细胞色素氧化酶活力有明显抑制作用，而体内几乎没有任何抑制作用。酶活力有明显抑制作用，而体内几乎没有任何抑制作用。所以磷化氢的作用机制之一是由于磷化氢抑制昆虫线粒所以磷化氢的作用机制之一是由于磷化氢抑制昆虫线粒体的呼吸过程使氧气不能被还原，产生了体的呼吸过程使氧气不能被还原，产生了0 0-，0 0-又被又被SODSOD歧化为过氧化氢，过氧化氢就在昆虫体内积累，达到一歧化为过氧化氢，过氧化氢就在昆虫体内积累，达到一定程度时便对昆虫产生细胞毒性而引起细胞死亡。定程度时便对昆虫产生细胞毒性而引起细
16、胞死亡。磷化氢：磷化氢：NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 III鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥抗霉素抗霉素A氰化物氰化物CO安密妥安密妥 3 氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）氧化磷酸化作用的抑制剂（解偶联剂）氧化磷酸化是与呼吸链相偶联的，任何作用于呼氧化磷酸化是与呼吸链相偶联的，任何作用于呼吸链的毒剂均会影响到氧化磷酸化作用。二硝基酚类吸链的毒剂均会影响到氧化磷酸化作用。二硝基酚类和溴虫腈可以携带和溴虫腈可以携带H H往返于线粒体膜两侧而消除往返于线粒体膜
17、两侧而消除H H弄浓弄浓度差故其作用机理就是解除氧化磷酸化的耦联过程。度差故其作用机理就是解除氧化磷酸化的耦联过程。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解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）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 ADP+Pi ATP NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜线粒体内
18、膜内内外外3.2 3.2 吡咯类化合物吡咯类化合物 链霉菌属真菌链霉菌属真菌Streptomyces fumanusStreptomyces fumanus 双氧吡咯霉素（双氧吡咯霉素（dioxapyrrolomycindioxapyrrolomycin）溴虫腈溴虫腈（chlorfenapyr,CL303,630chlorfenapyr,CL303,630）低毒、高效、广谱，具有胃毒和一定的触杀作用及低毒、高效、广谱，具有胃毒和一定的触杀作用及内吸活性，且在作物上有中等持效。对钻蛀、刺吸和咀内吸活性，且在作物上有中等持效。对钻蛀、刺吸和咀嚼式害虫以及螨类的防效优异，具有新的作用方式，且嚼式害虫
19、以及螨类的防效优异，具有新的作用方式，且与其它杀虫剂无交互抗性，对抗性害虫防效卓越，对作与其它杀虫剂无交互抗性，对抗性害虫防效卓越，对作物安全，是一个极具特色的高效杀虫杀螨剂新品种。溴物安全，是一个极具特色的高效杀虫杀螨剂新品种。溴虫腈属中毒农药。虫腈属中毒农药。作用机理：作用机理：溴虫腈是一个呼吸作用抑制剂，为氧化磷溴虫腈是一个呼吸作用抑制剂，为氧化磷酸化解偶联剂，主要作用于昆虫细胞线粒体膜而阻断酸化解偶联剂，主要作用于昆虫细胞线粒体膜而阻断质子穿过线粒体膜，使线粒体产生质子穿过线粒体膜，使线粒体产生ATPATP的能力减弱，的能力减弱，导致细胞受损，最终死亡。导致细胞受损，最终死亡。进一步研
20、究表明，溴虫腈进一步研究表明，溴虫腈实际上是在昆虫体内被微粒体氧化酶和谷胱甘肽转移实际上是在昆虫体内被微粒体氧化酶和谷胱甘肽转移酶氧化代谢为毒力更高的化合物而起作用的。酶氧化代谢为毒力更高的化合物而起作用的。3.2 3.2 吡咯类化合物吡咯类化合物 化合物前体亲脂性强，但跨膜运输时酸性不够，化合物前体亲脂性强，但跨膜运输时酸性不够，因此在昆虫体内代谢成酸性较强的产物。因此在昆虫体内代谢成酸性较强的产物。H+线粒体内膜线粒体内膜内内外外 氧化磷酸化抑制剂（氧化磷酸化抑制剂（oxidative phosphory-lation inhibitor）主要是指直接作用于线粒体）主要是指直接作用于线粒体
21、F F0 0F Fl lATPATP合酶合酶复合体中的复合体中的FlFl组分而抑制组分而抑制ATPATP合成的一类化合物。寡霉合成的一类化合物。寡霉素（素（oligomycinoligomycin）是这类抑制剂的一个重要例子，它）是这类抑制剂的一个重要例子，它与与F F0 0的一个亚基结合而抑制的一个亚基结合而抑制FlFl；另一个例子是；另一个例子是双环己双环己基碳二亚胺基碳二亚胺（dicyclohexylcarbodiimide，DCC），它），它阻断阻断F F0 0的质子通道。的质子通道。4 能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂能量转移系统（磷酸化作用）抑制剂l头部含头部含5 5种不同的亚基种
22、不同的亚基（3 3、3 3、1 1、1 1 、1 1 ）lOSCPOSCP是能量转换通道是能量转换通道lF F0 0与线粒体电子传递系与线粒体电子传递系统连接（质子通道）统连接（质子通道）质子跨膜运动推动质子跨膜运动推动FoFo的的a a亚基绕亚基绕C12C12的转动的转动1994年发现F1的晶体结构结合变化机制（结合变化机制（binding-change mechanism）O：开放形式，对底物亲和力极低：开放形式，对底物亲和力极低L：与底物结合松弛，无催化能力：与底物结合松弛，无催化能力T：与底物结合紧密，有催化活性：与底物结合紧密，有催化活性ATP4-F0 F1 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 腺苷酸腺苷酸转运蛋白转运蛋白磷酸磷酸转运蛋白转运蛋白 ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需在线粒体中生成并转运到胞浆需4个个H回流进入线粒体基质中。回流进入线粒体基质中。ATP合酶结构模式图合酶结构模式图
