1、1第六章第六章 糖代谢糖代谢26.1.1 代谢总论代谢总论 代谢的概念代谢的概念广义：生物体与外界进行物质交换的过程。广义：生物体与外界进行物质交换的过程。狭义：活细胞内所有化学变化的总称。狭义：活细胞内所有化学变化的总称。合成代谢：生物体利用小分子或大分子的结构元合成代谢：生物体利用小分子或大分子的结构元 件转变为自身大分子的过程。件转变为自身大分子的过程。分解代谢：有机营养物质通过一系列反应转变为分解代谢：有机营养物质通过一系列反应转变为 小分子的简单物质的过程。小分子的简单物质的过程。36.1.2 物质代谢与能量代谢物质代谢与能量代谢 物质代谢物质代谢：构成生物体组成成分的糖、脂、蛋白：
2、构成生物体组成成分的糖、脂、蛋白 质、核酸等的合成与分解代谢。质、核酸等的合成与分解代谢。能量代谢：能量代谢：伴随物质代谢产生的机械能、化学能、伴随物质代谢产生的机械能、化学能、热能以及光能、电能的相互转化。热能以及光能、电能的相互转化。46.1.3 物质代谢与能量代谢的关系物质代谢与能量代谢的关系56.1.4 新陈代谢的特点新陈代谢的特点 温和反应；温和反应；逐步进行；逐步进行；受到调控；受到调控；中间代谢中间代谢：新陈代谢中的个别环节、个别步骤称：新陈代谢中的个别环节、个别步骤称 中间代谢。（中间代谢。（本教材着重讨论的部分本教材着重讨论的部分）糖、脂和蛋白质经过一系列分解反应后都生成了酮
3、糖、脂和蛋白质经过一系列分解反应后都生成了酮酸并进入三羧酸循环，最后被氧化成酸并进入三羧酸循环，最后被氧化成CO2和和H2O。66.1.5 新陈代谢的研究方法新陈代谢的研究方法 实验对象的选择；实验对象的选择；体内（体内（in vivo）研究：）研究：同位素示踪法；同位素示踪法；苯环示踪法；苯环示踪法；利用拮抗物研究；利用拮抗物研究；突变型与野生型比较；突变型与野生型比较；体外（体外（in vitro）研究：）研究：7光能（太阳能）光能（太阳能）:植物和某植物和某些藻类，通过光合作用将些藻类，通过光合作用将光能转变成生物能。光能转变成生物能。化学能：化学能：通过生物氧化作用通过生物氧化作用将有
4、机物质存储的化学能释放将有机物质存储的化学能释放出来，并转变成生物能。出来，并转变成生物能。生命能量来源生命能量来源营养物质在生物体内经氧化分解，最营养物质在生物体内经氧化分解，最终生成终生成CO2 和和 H2O，并释放能量的过程称，并释放能量的过程称生物氧化生物氧化。*生物氧化的概念生物氧化的概念 8*生物氧化生物氧化与与体外氧化的相同点体外氧化的相同点 生物氧化中物质的氧化方式有加氧、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脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（最终产物（COCO
5、2 2，H H2 2O O）和释放能量均）和释放能量均相同。相同。9w是在细胞内温和的环境是在细胞内温和的环境中由酶催化进行的，能中由酶催化进行的，能量是逐步释放的，并储量是逐步释放的，并储存于存于ATP中。中。w代谢物脱下的氢与氧结代谢物脱下的氢与氧结合产生合产生H2O，有机酸脱，有机酸脱羧产生羧产生CO2。*生物氧化生物氧化与与体外氧化的不同点体外氧化的不同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的。的。wCO2、H2O由物质由物质中的碳和氢直接与中的碳和氢直接与氧结合生成。氧结合生成。10*生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程2HCO2ATP ADP+PiO2H2
6、O乙酰CoA CoASH葡萄糖 甘油、脂肪酸 氨基酸糖原 脂肪 蛋白质三羧酸循环第一阶段第二阶段第三阶段氧化磷酸化丙酮酸2H胞液线粒体111 1氢原子的转移氢原子的转移A A 脱氢脱氢 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地位。它是在生物氧化中，脱氢反应占有重要地位。它是许多有机物质生物氧化的重要步骤。催化脱氢许多有机物质生物氧化的重要步骤。催化脱氢反应的是各种类型的反应的是各种类型的脱氢酶脱氢酶。脱氢脱氢加水脱氢加水脱氢6.2 6.2 生物氧化的方式和特点生物氧化的方式和特点6.2.1 6.2.1 生物氧化的方生物氧化的方式式122 2有机还原剂直接加氧有机还原剂直接加氧加氧酶加氧酶 能够催化氧分
7、子直接加入到有机分子能够催化氧分子直接加入到有机分子中。例如，中。例如，甲烷单加氧酶 CH4+NADH +O2 CH3-OH +NAD+H2O氧化酶氧化酶 主要催化以氧分子为电子受体的氧化主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应，反应产物为水。在各种脱氢反应中产反应，反应产物为水。在各种脱氢反应中产生的氢质子和电子，最后都是以这种形式进生的氢质子和电子，最后都是以这种形式进行氧化的。行氧化的。133 3生成二氧化碳的氧化反应生成二氧化碳的氧化反应A A 直接脱羧作用直接脱羧作用 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直接从分子中脱去羧基。例如化下，直接从分子中脱
8、去羧基。例如丙丙酮酸的脱羧。酮酸的脱羧。B B 氧化脱羧作用氧化脱羧作用 氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧酸）在氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧的同时，也发生氧化（脱氢）作用。例的同时，也发生氧化（脱氢）作用。例如如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。146.2.2 6.2.2 生物氧化的特点生物氧化的特点1 1，反应条件温和，反应条件温和2 2，伴随生物还原反应的发生，伴随生物还原反应的发生3 3，水是许多生物氧化反应的氧供体，水是许多生物氧化反应的氧供体 4 4，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。，碳的氧化
9、和氢的氧化是非同步进行的。5 5，分步进行的过程，分步进行的过程6 6，生物氧化释放的能量，通过与，生物氧化释放的能量，通过与ATPATP合成相偶联，转换合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能成生物体能够直接利用的生物能ATPATP。15糖是有机体重要的能源和碳源。糖是有机体重要的能源和碳源。糖的磷酸衍生物可以形成重要的生物活性物质。糖的磷酸衍生物可以形成重要的生物活性物质。如：NAD+、FAD、DNA、RNA、ATP等。糖蛋白、糖脂与细胞的免疫反应、识别作用有关糖蛋白、糖脂与细胞的免疫反应、识别作用有关。糖代谢糖代谢糖分解代谢糖分解代谢糖的合成糖的合成糖酵解糖酵解（糖的共同分解途径）三
10、羧酸循环三羧酸循环（糖的最后氧化途径）糖原异生糖原异生（非糖物质形成糖）糖原合成糖原合成结构多糖的合成结构多糖的合成1617左旋异构体(levorotary,L)或L型异构体。右旋型异构体(dextrorotary)，或D型异构体。第一节第一节 糖的基本知识糖的基本知识18D-葡萄糖葡萄糖(D-glucose)CHOCCCCCH2OHHOHOHHHOHHOH123456D-果糖果糖(D-fructose)CH2OHCCCCCH2OHOOHHHOHHOH123456一、单糖一、单糖19 二、双糖二、双糖OCH2OHHHO HHHO HHO HOOHOH2CHOHHO HHHO HH14麦芽糖麦芽
11、糖-D-葡萄糖苷葡萄糖苷-（14）-D-葡萄糖葡萄糖-葡萄糖葡萄糖 -葡萄糖葡萄糖-果糖果糖 -果糖果糖20蔗糖蔗糖(sucrose)HCH2OHHOHOHHCH2OHOOOHOH2CHOHHOHHHOHH112-D-葡萄糖苷葡萄糖苷-（12）-D-果糖果糖乳糖乳糖(lactose)OOCH2OHHOHHOHHHOHHOCH2OHHHOHHHOHOHH14-D-半乳糖苷半乳糖苷-（14）-D-葡萄糖葡萄糖21三、多糖三、多糖 1、淀粉淀粉OHHOCH2OHCH2OHOOOOCH2CH2OHOOOOHOOOO直链淀粉直链淀粉(amylose)支链淀粉支链淀粉(amylopectin)蓝色蓝色:-
12、1,4-糖苷键糖苷键紫红色紫红色:-1,6-糖苷键糖苷键22232、纤维、纤维是世界上最丰富的有机化合物-1,4-糖苷键糖苷键243、糖原、糖原又称动物淀粉。贮存于动物的肝脏与肌肉中。非还原端非还原端还原端还原端人体内糖原的贮存量人体内糖原的贮存量有限，一般不超过有限，一般不超过500500g.g.2526淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖 +麦芽三糖麦芽三糖 +少量含有少量含有4-94-9个葡萄糖基的寡糖个葡萄糖基的寡糖唾液淀粉酶唾液淀粉酶一、淀粉、糖类的吸收及转运一、淀粉、糖类的吸收及转运1 1、口腔消化、口腔消化 次要次要第二节第二节 糖的分解代谢糖的分解代谢2728淀粉淀粉 麦芽糖麦芽糖+麦芽寡糖
13、麦芽寡糖(65%)+异麦芽糖异麦芽糖+-极限糊精极限糊精(35%)胰淀粉酶胰淀粉酶2 2、小肠内消化、小肠内消化 主主要要 小肠粘膜小肠粘膜各种水解酶各种水解酶各种单糖各种单糖29小肠中各种糖类水解酶的作用小肠中各种糖类水解酶的作用蔗蔗 糖糖 葡萄糖葡萄糖+果糖果糖 蔗蔗 糖糖 酶酶麦芽糖麦芽糖 2 葡萄糖葡萄糖麦麦 芽芽 糖糖 酶酶乳乳 糖糖 葡萄糖葡萄糖+半乳糖半乳糖 乳乳 糖糖 酶酶303、糖的吸收部位部位：小肠微绒毛小肠微绒毛31血液血液小肠微小肠微绒毛绒毛单糖单糖淀粉淀粉二、糖酵解途径（糖的无氧酵解）二、糖酵解途径（糖的无氧酵解）是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。1
14、 1、糖酵解、糖酵解糖酵解过程发生在细胞质中。细胞细胞酶水解肝脏肝脏糖原糖原32Mg2+Mg2+336-6-磷酸葡萄糖的意义磷酸葡萄糖的意义1 1、葡萄糖磷酸化后容易参与反应、葡萄糖磷酸化后容易参与反应2 2、磷酸化后的葡萄糖带负电荷，不能透过细胞质膜，因此、磷酸化后的葡萄糖带负电荷，不能透过细胞质膜，因此是细胞的一种保糖机制是细胞的一种保糖机制激酶激酶 （限速酶限速酶/关键酶）关键酶）是一类把是一类把ATPATP的的 磷酸传递给其他生物分子完成磷酸化或它磷酸传递给其他生物分子完成磷酸化或它的逆反应的酶，所有激酶工作时都要的逆反应的酶，所有激酶工作时都要MgMg2+2+、MnMn2+2+。特点
15、特点:1 1、催化非平衡反应、催化非平衡反应2 2、催化效率低、催化效率低3 3、受激素或代谢物的调节、受激素或代谢物的调节4 4、常是在整条途径中催化初始反应的酶，可影响整个反应、常是在整条途径中催化初始反应的酶，可影响整个反应体系的速度和方向。体系的速度和方向。34磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(phosphofructokinase)磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1是糖酵解三个限速酶中是糖酵解三个限速酶中催化效率最低的酶催化效率最低的酶,也是糖酵解作用也是糖酵解作用最最重要的限速酶。重要的限速酶。变构激活剂：变构激活剂：AMPAMP、ADPADP、1,6-1,6-二磷酸果糖、二磷酸果糖、2,6
16、-2,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 变构抑制剂：变构抑制剂：ATPATP、柠檬酸、柠檬酸、长链脂肪酸长链脂肪酸3536丙酮酸丙酮酸还原还原为为乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸(pyruvate)OCH3COOHCNADH+H+乳酸乳酸(lactate)HHOCH3COOHC乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NAD+CH3CH2OHCO2酵母菌酵母菌丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶反应的条件：反应的条件：无氧或缺氧无氧或缺氧反应的部位：反应的部位：细胞的胞浆细胞的胞浆乳酸是糖酵解的最终产物乳酸是糖酵解的最终产物37啤酒酵母（正在裂殖）面包酵母（长有芽孢）38乳酸菌能有效抑制肠内有害菌群的繁殖，调节肠道微生态平衡，促进胃肠蠕动，防止便
17、秘发生。乳酸菌能消除致病原，大大地减少亚硝胺类物质和腐败菌对癌的诱发，增强人体免疫力。乳酸菌能促进人体对钙、铁等微量元素的吸收。乳酸菌可修复已损坏的胃肠道黏膜，对食欲不振、消化不良、慢性肠炎、慢性腹泻、便秘有辅助治疗作用。39剧烈运动要消耗ATP，使细胞外液体及肌肉中产生大量乳酸。人在100米短跑后，可在30min内恢复，氧的消耗使血液中乳酸含量达到正常值，那么鳄鱼需要数小时。40糖酵解的全过程糖酵解的全过程GG-6-PF-6-PF-1,6-BP磷酸二羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸PEP丙酮酸乳酸ATP ADPATP ADPNADH+H+NAD+H2O醛缩酶Pi异构酶P
18、FK-13-磷酸甘油 醛脱氢酶ATP ADP磷酸甘油 酸激酶变位酶烯醇化酶ADP ATP丙酮酸激酶LDH己糖激酶异构酶3-磷酸甘油醛41糖酵解过程的限速酶糖酵解过程的限速酶酶酶 的的 名名 称称已糖激酶已糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶（关键限速酶）（关键限速酶）丙酮酸激酶丙酮酸激酶变构激活剂变构激活剂Mg2+,Mn2+Mg2+,AMP,ADP,F-1,6-2P,F-2,6-2P Mg2+,K+,F-1,6-2P变构抑制剂变构抑制剂G-6-PATP，柠檬酸，柠檬酸，长链脂肪酸长链脂肪酸ATP2 2、糖酵解过程小结、糖酵解过程小结42葡萄糖葡萄糖 +2NAD+2NAD+2ADP+2Pi+2ADP+
19、2Pi 2 2（丙酮酸丙酮酸+ATPATP +NADH+HNADH+H+）2 2、糖酵解过程小结、糖酵解过程小结ATP的生成：的生成：糖无氧酵解时，糖无氧酵解时，1mol葡萄糖共生成葡萄糖共生成4molATP，净生成净生成2molATP43糖酵解意义1 1、（微生物）在无氧条件下迅速提供、（微生物）在无氧条件下迅速提供能量能量,供机体需要供机体需要 如如:肌肉收缩肌肉收缩、人到高原、酵母发人到高原、酵母发酵产生乙醇酵产生乙醇2 2、一分子葡萄糖转化为两分子丙酮酸，一分子葡萄糖转化为两分子丙酮酸，产生两分子产生两分子ATPATP和一分子和一分子NADHNADH3 3、糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代
20、谢糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径相联系的途径2 2、糖酵解过程小结、糖酵解过程小结44其它单糖的酵解其它单糖的酵解45 葡萄糖在葡萄糖在有氧条件有氧条件下，彻底氧化成下，彻底氧化成水和水和CO2的反应过程称为的反应过程称为有氧氧化有氧氧化。这是糖。这是糖氧化的主要方式。氧化的主要方式。三、糖的有氧分解三、糖的有氧分解46葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoACO2+H2O+ATP三羧酸循环三羧酸循环糖的有氧氧化糖的有氧氧化糖酵解糖酵解线粒体内线粒体内胞浆胞浆线粒体膜线粒体膜47NAD+NADH+H+CH3COSCoAOCH3CCOOH丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA+C
21、oA-SH辅酶辅酶A+C O2COO丙酮酸丙酮酸脱氢酶系脱氢酶系1 1、丙酮酸氧化脱羧（在线粒体中进行）、丙酮酸氧化脱羧（在线粒体中进行）不可逆过程不可逆过程48丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系3 3 种种 酶酶：丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶(TPP、Mg2+)二氢硫辛酸乙酰基转移酶二氢硫辛酸乙酰基转移酶(硫辛酸、辅酶硫辛酸、辅酶A)二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)6 6种辅助因子种辅助因子：焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素(TPP)、Mg2+、硫辛酸硫辛酸、辅酶辅酶A、FAD、NAD+（含（含B1、泛酸、泛酸、B2、PP四种维生素）四种维生素）49丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系催化的反应催
22、化的反应CH3HNHOSSSHSCH3HNHOCCH3OFADFADH2NAD+NADH+H+SHSHCH3HNHOHSCoACH3COSCoAOHCH3CHTPPTPPCO2OCH3CCOOH丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶Mg2+二氢硫辛酸二氢硫辛酸脱氢酶脱氢酶硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰转移酶转移酶502 2、三羧酸循环（在线粒体内进行）、三羧酸循环（在线粒体内进行）三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TAC)又又称称柠檬酸循环柠檬酸循环(citric acid cycle)由乙酰由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经反复脱氢、脱羧再生
23、成草酰乙酸的循环经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程。又称柠檬酸循环和反应过程。又称柠檬酸循环和Krebs循环。循环。部位：线粒体基质部位：线粒体基质51 乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸与草酰乙酸 缩合形成柠檬酸缩合形成柠檬酸TCA循环循环柠檬酸合酶柠檬酸合酶草酰乙酸草酰乙酸OCOOHCCH2COOHCH3COSCoA乙酰辅酶乙酰辅酶A(acetyl CoA)COOHCH2OHCOOHCCH2COOH柠檬酸柠檬酸(citrate)HSCoA乙酰乙酰CoACoA+草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸+CoACoA-SH-SH关键酶关键酶52异柠檬酸异柠檬酸(isocitrate)HOHCOOH
24、COOHCH2CCOOHCHH2O 柠檬酸柠檬酸异构化生成异构化生成异柠檬酸异柠檬酸 TCA循环循环柠檬酸柠檬酸(citrate)HOHCOOHCOOHCH2CCOOHCH顺乌头酸顺乌头酸COOHCOOHCH2CCOOHCH乌头酸酶乌头酸酶柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸53CO2NAD+HHOCOOHCOOHCH2CHCOOHC异柠檬酸异柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸氧化脱羧氧化脱羧 生成生成-酮戊二酸酮戊二酸TCA循环循环-酮戊二酸酮戊二酸OCOOHCH2CH2COOHC草酰琥珀酸草酰琥珀酸OCOOHCOOHCH2CHCOOHCNADH+H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸异柠檬酸+NAD+-
25、酮戊二酸酮戊二酸+CO2+NADH+H+关键酶关键酶54C O2 -酮戊二酸酮戊二酸氧化脱羧氧化脱羧 生成生成琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系HSCoANAD+NADH+H+TCA循环循环OCOOHCH2CH2COOHCOCOOHCH2CH2SCoAC琥珀酰琥珀酰CoA(succinyl CoA)-酮戊二酸酮戊二酸(-ketoglutarate)-酮戊二酸酮戊二酸+CoA-SH+NAD+琥珀酰琥珀酰CoA+C O2+NADH+H+关键酶关键酶55 琥珀酰琥珀酰CoA转变为转变为琥珀琥珀酸酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶TCA循环循环OCOOHCH2CH2SCoAC琥珀酰
26、琥珀酰CoA(succinyl CoA)GDP+PiGTPATPADPCOOHCH2CH2COOH琥珀酸琥珀酸(succinate)HSCoA琥珀酰琥珀酰CoA+GDP +Pi 琥珀酸琥珀酸+GTP+CoA-SH56FAD 琥珀酸琥珀酸氧化脱氢生成氧化脱氢生成延胡索酸延胡索酸TCA循环循环HHCOOHCHCH COOH琥珀酸琥珀酸(succinate)琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶HOOCCHCHCOOH延胡索酸延胡索酸(fumarate)FADH2琥珀酸琥珀酸+FAD 延延胡索酸胡索酸+FADH257 延胡索延胡索酸酸水化水化生成生成苹果苹果酸酸TCA循环循环延胡索酸延胡索酸(fumarate)H
27、OOCCHCHCOOH延胡索酸酶延胡索酸酶OHCOOHCH2CH COOH苹果酸苹果酸(malate)H2O延延胡索酸胡索酸+H2O 苹果酸苹果酸58 苹果酸苹果酸脱氢生成脱氢生成草酰乙草酰乙酸酸 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶TCA循环循环HOHCOOHCH2CCOOH 草酰乙酸草酰乙酸(oxaloacetate)OCOOHCH2CCOOH苹果酸苹果酸(malate)NAD+NADH+H+苹果酸苹果酸 +NADNAD+草酰乙酸草酰乙酸+NADH+HNADH+H+593 3、糖的有氧分解中化学物质变化的结算、糖的有氧分解中化学物质变化的结算NAD+FADGDPCO2NADHFADH2GTP+434-
28、OCH3C COOH60三羧酸三羧酸循环特点循环特点v 一次底物水平磷酸化一次底物水平磷酸化v 二次脱羧二次脱羧v 三个不可逆反应三个不可逆反应v 四次脱氢四次脱氢614 4、三羧酸循环的生理意义、三羧酸循环的生理意义(1)(1)高效率产生能量。高效率产生能量。2424个个ATPATP来自三羧酸循环来自三羧酸循环(2)(2)三羧酸循环是三大类有机物质在体内氧化三羧酸循环是三大类有机物质在体内氧化供能互相转化的枢钮。乙酰供能互相转化的枢钮。乙酰CoACoA和和-酮戊二酸酮戊二酸及草酰乙酸等不仅可以糖代谢中生成，也可由及草酰乙酸等不仅可以糖代谢中生成，也可由脂肪、蛋白质代谢中产生。脂肪、蛋白质代谢
29、中产生。62四、氧化磷酸化四、氧化磷酸化它是它是NADHNADH和和FADHFADH2 2把电子传递给氧，在此过程中把电子传递给氧，在此过程中释放能量使释放能量使ADPADP磷酸化并同时伴随生成磷酸化并同时伴随生成ATPATP的过的过程。程。1分子葡萄糖转化成CO2和H2O所产生的38个ATP中，有34个是在氧化磷酸化过程中合成的。在呼吸链上每个NADH转变成NAD产生三个ATP，而每个FADH2氧化成FAD产生2个ATP。氧化磷酸化发生在线粒体内膜的呼吸链呼吸链上，又称电子传递链电子传递链。63定义定义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）通过多种酶和辅酶所催化
30、的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生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成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链呼吸链(respiratory chain)又称又称电子传递链电子传递链(electron transfer chain)。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）一、呼吸链一、呼吸链64（一）呼吸链的组成（一）呼吸链的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复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原
31、酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 黄素（黄素（flavin)、铁硫复合物、醌和血红素，、铁硫复合物、醌和血红素，这些载体除了醌外都是蛋白质的辅基
32、。这些载体除了醌外都是蛋白质的辅基。65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66四种复合体的排列关系四种复合体的排列关系NADHsuccinate FMN（Fe-S）FAD（Fe-S）Cyt b,（Fe-S）CoQ Cyt aa3O2Cyt ccompex Icompex IIcompex IIIcompex IVc1671.烟酰胺核苷酸烟酰胺核苷酸 NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide)，又叫，又叫Co，主要作为呼，主要作为呼吸链的一个组分，起递氢体作用；吸链的一个组分，起递氢
33、体作用；NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amide Adenine Dinucleotide Phosphate)，又叫，又叫Co，主要在还原性生物合成中作为供氢体。，主要在还原性生物合成中作为供氢体。二者的递氢部位是二者的递氢部位是烟酰胺烟酰胺部分，为部分，为Vit PP。68R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+NAD+和和NADP+的结构的结构69NAD+（NADP+）的递氢机制）的递氢机制（氧化型）（氧化型）NHCONH2R+H+H+eNHCONH2RH+H+NAD+/NADP+NADH/NADPH（还原型）（还原型）702.黄素辅
34、基黄素辅基 FMN：黄素单核苷酸：黄素单核苷酸(Flavin Mononucleotide)FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸：黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine Dinucleotide)FMN和和FAD中中异咯嗪环异咯嗪环起起递氢体递氢体作用。作用。异咯嗪及核醇部分为异咯嗪及核醇部分为Vit B2（核黄素）。（核黄素）。71 FMN结构结构CH2OHOPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C1458910异咯嗪异咯嗪核醇核醇72 CH2OOOHOHHHHCH2HOPOHONNNNNH2OPOHOCCHOHCHOHHOHCHHNHNNNOOH3CH3C14589
35、10FAD结构结构73FMN和和FAD递氢机制递氢机制 RNHNNNOOH3CH3CFMN/FAD1458910RNHNHHNNOOH3CH3C1458910+2HFMNH2/FADH2（氧化型）（氧化型）（还原型）（还原型）743.铁硫蛋白铁硫蛋白(Iron-sulfur protein,Fe-S)又叫铁硫中心或铁硫簇。又叫铁硫中心或铁硫簇。含有等量铁原子和硫原子。含有等量铁原子和硫原子。铁除与硫连接外，还与肽链中铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残基的巯残基的巯基连接。基连接。铁原子可进行铁原子可进行Fe2+Fe3+e 反应传递电子，反应传递电子，为为单电子传递体单电子传递体。75FeFeS
36、SSFeFeSSSSSCysCysCysCysSFeSFeSSSSCysCysCysCys76774.泛醌泛醌(ubiquinone,UQ)即辅酶即辅酶Q（Coenzyme Q，CoQ），属于脂），属于脂溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中分离出来，因此不包含在四种复合内膜中分离出来，因此不包含在四种复合体中。体中。分子中的苯醌结构能可逆地结合分子中的苯醌结构能可逆地结合2个个H，为，为递氢体递氢体。78 OOH3COH3COCH3(CH2CHCCH3CH2)nHCoQ iso
37、prene H2CCCCH2CH3H79 OOCH3OCH3CH3OROHOHCH3OCH3CH3OR+2H 泛泛醌醌（氧氧化化型型）二二氢氢泛泛醌醌（还还原原型型）805.细胞色素类（细胞色素类（Cytochrome,Cyt）是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。呼吸链中主要有呼吸链中主要有a、b、c、三类。差别在于铁卟、三类。差别在于铁卟啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式不同。啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式不同。Cyt b、c的铁卟啉与血红素相同；的铁卟啉与血红素相同；Cyt a的铁卟的铁卟啉为血红素啉为血红素A。分子中的分子中的铁铁通过氧化还
38、原而传递电子，为通过氧化还原而传递电子，为单电子单电子传递体传递体。818283NADH+H+NAD+FMN FMNH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2 复合体复合体NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2 84 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S3 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 FAD FADH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH285 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c186 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 87 由以
39、下实验确定由以下实验确定 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）呼吸链成分的排列顺序（二）呼吸链成分的排列顺序88氧氧化化还还原原对对E(V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/FMNH2-0.30FAD/FADH2-0.06Cyt b Fe3+/Fe2+0.04（或或0.10）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a Fe3+/Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+/Fe2+0.551/2 O2/H2O 0.82呼呼
40、吸吸链链中中各各种种氧氧化化还还原原对对的的标标准准氧氧化化还还原原电电位位89抑制剂抑制剂901.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链2.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链 NADHFMN（Fe-S）CoQCyt b c1 caa3O2CoQCyt b c1 caa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸91线粒体内重要代谢物氧化的途径线粒体内重要代谢物氧化的途径NADHFMN（Fe-S）c1 caa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸-磷酸甘油CoQCyt b苹果酸-羟脂酰CoA-羟丁酸异柠檬酸谷氨酸FAD硫辛酸 丙酮酸-酮戊二酸FAD 脂酰CoA92 二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化体内体内ATP生成的方式：生成
41、的方式：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，磷酸化，生成生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phos-phorylation)是底物分子内部能量重新分布，是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使生成高能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程。的过程。93 底物水平磷酸化底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：仅见于下列三个反应：3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ADP 3-磷
42、酸甘油酸磷酸甘油酸+ATP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸+ATP 琥珀酰硫激酶琥珀酰硫激酶 琥珀琥珀酰酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸琥珀酸+CoA+GTP94（一）氧化磷酸化偶联部位（一）氧化磷酸化偶联部位即即ATP生成的部位。生成的部位。P/O比值比值：是指物质氧化时，每消耗：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成即生成ATP的摩尔数。的摩尔数。95线粒体离体实验线粒体离体实验测得的一些底物的测得的一些底物的P/O比值比值底底 物物呼吸链的组成呼吸链的组成P/O比值比
43、值生成生成ATP数数-羟丁酸羟丁酸NAD+O22.42.83琥珀酸琥珀酸FAD O21.72抗坏血酸抗坏血酸Cyt cO20.881细胞色素细胞色素CCyt aa3O20.610.68196三个偶联部位：三个偶联部位：ATPATP ATP NADH与与CoQ之间；之间；CoQ与与Cyt c之间；之间；Cyt aa3与氧之间。与氧之间。972.自由能变化自由能变化(G0)：大于大于30.5kJ即可生成即可生成1摩尔摩尔ATP。G0nFE0NADHFMN（Fe-S）CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸能量ADP+PiATP能量ADP+PiATP能量AD
44、P+PiATP-0.32-0.22+0.04+0.08+0.23+0.25+0.29+0.820.36V0.21V0.53V69.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol98 NADH氧化呼吸链存在氧化呼吸链存在3个个偶联部位，偶联部位，P/O比值等于比值等于3，即产生，即产生3molATP。FADH2（琥珀酸氧化）呼吸链存在（琥珀酸氧化）呼吸链存在2个个偶联偶联部位，部位，P/O比值等于比值等于2，即产生，即产生2molATP。99（二）（二）氧化磷酸化的偶联机制氧化磷酸化的偶联机制1.化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电子经呼吸链传递
45、时，可将质子（电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外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储存能量。当质子顺浓度梯度回质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。100101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102化学渗透假说化学渗透假说103复合体复合体、均有质子泵作用均有质子泵作用4 H+4 H+4 H+4 H+2 H+2 H+内膜表面基质NADHHNAD琥珀酸 延胡索酸 O22H
46、+H2O104105Q循环循环106Q循环循环107108复合体复合体 1092.ATP合酶合酶即复合体即复合体。位于线粒体内膜的基质侧。位于线粒体内膜的基质侧。110ATP合酶合酶 F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。中的质子通道。F1：为亲水蛋白质，由：为亲水蛋白质，由 3 3亚基组成，亚基组成，催化生成催化生成ATP。OSCP：寡霉素敏感相关蛋白，位于：寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与与F1之间，使之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生合酶在寡霉素存在时不能生成成ATP。111ATP合酶结构模式图合酶结构模式图112化学计算估计每生成化学计
47、算估计每生成1分子分子ATP需需3个个H从从线粒体内膜外侧回流进入基质中。线粒体内膜外侧回流进入基质中。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制113ATP4-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-每分子每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆在线粒体中生成并转运到胞浆需需4个个H回流进入线粒体基质中回流进入线粒体基质中114 NADH氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H仅生成仅生成 2.5分子分子ATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。FADH2氧
48、化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H仅生成仅生成 1.5分子分子ATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。115三、影响氧化磷酸化的因素三、影响氧化磷酸化的因素1.呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。阻断呼吸链中某些部位电子传递。2.解偶联剂解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白如：解偶联蛋白 3.氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素如：寡霉素 （一）抑制剂（一）抑制剂116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
49、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117不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响118 寡霉素寡霉素(oligomycin)可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成寡霉素寡霉素119（二）（二）ADP的调节作用的调节作用是主要调节因素。是主要调节因素。ADP，氧化磷酸化，氧化磷酸化。（三）甲状腺激素（三）甲状腺激素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。（四）线粒体（四）线粒体DNA突变突变 与线粒体与线粒体DNA病及衰老有关。病及衰老有关。120四、四、ATPu高能磷酸键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/mol的磷的磷酸酯键，常表示为酸酯键，常表示为 P。u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。121 ATP是人体内能量的是人体内能量的直接供给者直接供给者。NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO-OOPOO-OPO-OO一磷酸腺苷（AMP）二磷酸腺苷（ADP）三磷酸腺苷（ATP）122123 ATP的生成和利用的生成和利用磷酸肌酸肌酸 ATPPADPP 氧化磷酸化底物水平 磷酸化机械能渗透能化学能电能热能
