1、第六章生物氧化生物氧化Biological Oxidation主讲教师：王爱红主讲教师：王爱红延大医学院生物化学教研室延大医学院生物化学教研室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，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成时逐步释放能量，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n生物氧化的概念生物氧化的概念 氧化方式：氧化方式：加氧、脱氢、失去电子加氧、脱氢、失去电子氧化结果：氧化结
2、果：耗氧量、最耗氧量、最终产物（终产物（CO2和和H2O）和释放）和释放总能量均相同。总能量均相同。体外：体外：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+2876kJ/mol体内：体内：C6H12O6+6O2+32ADP+32Pi 6CO2+6H2O+32ATP+1900kJ/moln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生物氧化特点生物氧化特点:1.条件温和条件温和(体温、体温、pH近中性的体液环境中近中性的体液环境中)2.逐步释放能量逐步释放能量(化学能、热能化学能、热能)不会导致高热不会导致高热 3.H2O参与参与4.H2O、CO2的生成不同于体外的生成不同于体外n生物氧化
3、与体外氧化之不同点生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化中生物氧化中COCO2 2的生成的生成:有机酸的脱羧基作用有机酸的脱羧基作用单纯脱羧单纯脱羧:氧化脱羧氧化脱羧:R-CH-COOH?NH2R-CH2-NH2+CO2CH3-CO-COOH+HSCoA+NAD+CH3-COSCoA+CO2+NADH+H+生物氧化的一般过程（三个阶段）：生物氧化的一般过程（三个阶段）：糖原糖原 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂肪酸脂肪酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸乙酰辅酶乙酰辅酶A三羧酸循环三羧酸循环2H+2eO2辅酶辅酶AADP+PiADP+PiATPATPCO2第一节第一节 生成生成ATP的氧化磷酸化体系
4、的氧化磷酸化体系一、氧化呼吸链一、氧化呼吸链 代谢物脱下的成对氢原子通过代谢物脱下的成对氢原子通过线粒体线粒体内内膜上按一定顺序排列的酶和辅酶的逐步传递膜上按一定顺序排列的酶和辅酶的逐步传递（氧化还原反应），最终与氧结合生成水，（氧化还原反应），最终与氧结合生成水，此传递链称此传递链称氧化呼吸链氧化呼吸链（电子传递链）。（电子传递链）。组成：组成：递氢体（递氢体（2H2H+2e）、递电子体）、递电子体递氢体：递氢体：传递氢的酶或辅酶称为递氢体传递氢的酶或辅酶称为递氢体。递电子体：递电子体：传递电子的酶或辅酶称为递电子传递电子的酶或辅酶称为递电子体。体。线粒体内膜线粒体内膜超声波超声波胆酸、脱氧
5、胆酸胆酸、脱氧胆酸复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体与与Q连接连接Cytc连接连接呼吸链各组分在线粒体内膜上的位置呼吸链各组分在线粒体内膜上的位置 Cytc Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 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 e-e-e-e-e-（一）氧化呼吸链由（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力种具有传递电子能力的复合体组成的复合体组成呼吸链的组成：呼吸链的组成：复合体复合体 酶名称酶名称 多肽多肽 链数链数功能辅基功能辅基复合体复合体 NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶 39FMN、Fe-S复合体复合体 琥珀酸
6、琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶 4FAD、Fe-S复合体复合体 泛醌泛醌-细胞色细胞色 素素C还原酶还原酶 11铁卟啉铁卟啉、Fe-S复合体复合体 细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶 13铁卟啉铁卟啉、Cu 泛醌不包含在上述四种复合体中。泛醌不包含在上述四种复合体中。复合体复合体又称又称NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶。复合体复合体电子传递：电子传递：NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQ 每传递每传递2个电子个电子可将可将4个个H+从内膜基质侧泵到从内膜基质侧泵到胞浆侧，胞浆侧，复合体复合体有质子泵功能。有质子泵功能。1、复合体、复合体作用是将作用是将NADH+H+中的电子传递给中的电子传
7、递给泛醌泛醌(ubiquinone)NAD+、NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+NAD+（NADP+）和和NADH（NADPH）相互转变相互转变氧化还原反应时变化发生在氧化还原反应时变化发生在五价氮五价氮和和三价氮三价氮之间。之间。NADNAD+为双电子传递体为双电子传递体 FMN中发挥功能的部位是核黄素的异咯嗪中发挥功能的部位是核黄素的异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMNH 。异咯嗪环异咯嗪环H HFMNFMN为单、双电子传递体为单、双电子传递体 铁硫蛋白铁硫蛋白 无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫铁硫蛋白的结构（铁硫
8、中心）：铁硫蛋白的结构（铁硫中心）：Fe2+Fe3+eFe2S2、Fe4S4 单电子传递体单电子传递体是复合体是复合体、的辅的辅基基蛋白质蛋白质 Q不仅接受不仅接受NADH脱氢酶的脱氢酶的H，还接受线粒，还接受线粒体其他脱氢酶的体其他脱氢酶的H，如琥珀酸脱氢酶，脂酰，如琥珀酸脱氢酶，脂酰CoA脱氢酶及其他黄素脱氢酶脱下的脱氢酶及其他黄素脱氢酶脱下的H，在，在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。用。泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q）为）为醌类化合物。侧链长（异醌类化合物。侧链长（异戊二烯），呈脂溶性。但整个分子较小，在戊二烯），呈脂溶性。但整个分子较小，在线粒体内膜
9、线粒体内膜流动性大流动性大，可，可穿梭穿梭于呼吸链不同于呼吸链不同组分之间。组分之间。Q10 递氢体递氢体(递电子体递电子体)Q10H2泵泵2H+至线粒体内膜胞液侧至线粒体内膜胞液侧递递2e给细胞色素给细胞色素b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 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，又，又称称琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶。电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸FAD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。脂酰脂酰CoA脱氢酶、脱氢酶、-磷酸甘油脱氢酶、
10、胆碱脱磷酸甘油脱氢酶、胆碱脱氢酶氢酶2、复合体、复合体功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌。功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌。3 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电子从还原型泛醌传递给细胞色素胞色素c c。复合体复合体又叫又叫泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶，细胞色，细胞色素素b-c1复合体，含有细胞色素复合体，含有细胞色素b(b562,b566)、细胞色素细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白。和一种可移动的铁硫蛋白。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 bLC
11、yt bH)Fe-S Cytc1Cytc细胞色素细胞色素(cytochrome,Cyt)细胞色素是一类以细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。，根据它们吸收光谱不同而分类。Fe2+Fe3+e Cytc呈水溶性，与线粒体内膜外表面结合呈水溶性，与线粒体内膜外表面结合不紧密，极易与线粒体内膜分离，故不包不紧密，极易与线粒体内膜分离，故不包含在上述复合体中。含在上述复合体中。复合体复合体每传递每传递2 2个电子个电子向内膜胞浆侧释放向内膜胞浆侧释放4 4个个H H+，复合体，复合体也有也有质子泵作用质子泵作用。复合体复合体又称又
12、称细胞色素细胞色素C氧化酶。氧化酶。电子传递：电子传递：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO2 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个电子个电子传递过程使传递过程使2个个H+跨内膜向胞浆跨内膜向胞浆侧转移侧转移。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Cu+Cu2+e复复合合体体的的电电子子传传递递过过程程细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶CuB-Cyta3中心使中心使O2还原成还原成水的过程，有强氧化性中间物始终和双核中心紧密水的过程，有强氧化性中间物始终和双核中心紧密结合，不会引起细胞损伤。结合，不会
13、引起细胞损伤。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: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+0.22FMN/FMNH20.219Cyt c Fe3+/Fe2+0.254FAD/FADH20.219Cyt a Fe3
14、+/Fe2+0.29Cyt bL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyt a3 Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.8161.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(FADH2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O2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O2NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3CuACuCuBO2NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链
15、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ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP偶联偶联 氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是是代谢物代谢物脱下的氢经呼吸链传递给氧生成水的同时伴脱下的氢经呼吸链传递给氧生成水的同时伴ADPADP磷酸化成磷酸化成ATPATP的作用，也叫偶联磷酸化。的作用，也叫偶联磷酸化。(线粒体线粒体)底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)与脱氢反应偶联，将高能代谢物分子中能量转移与脱氢反应偶联，将高能代谢物分子中能量转移至至ADP(GDP)，生成，生成A
16、TP(GTP)的过程。的过程。(线粒体、线粒体、胞液胞液)nATP生成方式生成方式底物底物2H1/2 O2H2O2H+呼吸链呼吸链氧化氧化磷酸化磷酸化偶联偶联高能磷酸键的形成及转移高能磷酸键的形成及转移自由能自由能(供机体生理活动需要供机体生理活动需要)释放释放ADP+H3PO4 ATP能量能量（一）氧化磷酸化偶联部位在复合体（一）氧化磷酸化偶联部位在复合体、内内 根据根据P/O比值比值 自由能变化自由能变化:G=-nFE 氧化磷酸化偶联部位：氧化磷酸化偶联部位：复合体复合体、1、P/O 比值比值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所生所生成成ATP的摩尔数（
17、或一对电子通过氧化呼吸链传递的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成给氧所生成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/OP/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 可能生成可能生成的的ATP数数-羟丁酸羟丁酸NAD+复合体复合体CoQ 复合体复合体Cytc 复合体复合体 O22.42.82.5琥珀酸琥珀酸复合体复合体CoQ 复合体复合体 Cytc 复合体复合体 O21.71.5抗坏血酸抗坏血酸Cytc 复合体复合体 O20.881细胞色素细胞色素c复合体复合体 O20.610.6812 2、自由能变化、自由能变化根
18、据热力学公式，根据热力学公式，pH7.0时标准自由能变化时标准自由能变化(G0)与还原电位变化与还原电位变化(E0)之间有以下关系：之间有以下关系：n为传递电子数；为传递电子数；F为法拉第常数为法拉第常数(96.5kJ/molV)G0=-nFE0 电位差电位差 G(kJ/mol)从从NAD+到到CoQ 0.36V 69.5CoQ到到Cytc 0.21V 40.5Cytaa3到到O2 0.53V 102.3生成每摩尔生成每摩尔ATPATP需能约需能约30.5kJ。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NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀
19、酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2(二二)氧化磷酸化偶联机制是产生跨线氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度粒体内膜的质子梯度1、化学渗透假说、化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)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+)从线从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜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度梯度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O
20、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 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）质子顺梯度回流释放能量被（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶合酶利用催化利用催化ATP合成合成F1：亲水部分：亲水部分（动物：（动物：33亚基复合体，亚基复合体，OSCP、IF1 亚基），线粒体内膜的基质侧颗亚基），线粒体内膜的基质
21、侧颗粒状突起，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，动物还有其他辅助亚基，动物还有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质跨内膜质子通道子通道。nATP合酶结构组成合酶结构组成ATP合酶的工作机制合酶的工作机制当当H+顺浓度递度经顺浓度递度经F0中中a亚基和亚基和c亚基之间回流亚基之间回流时，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。氧化磷酸化机制氧化磷酸化机制电子传递电子传递 胞浆侧胞浆侧 线粒体内膜线粒体内膜 线粒体基质线粒体基质 +-高的高的H+低的低的H+H+H+ATP
22、合酶合酶 ADP+Pi ATP 三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响三、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1 1、呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递过程、呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递过程 复合体复合体抑制剂：鱼藤酮、粉蝶霉素抑制剂：鱼藤酮、粉蝶霉素A及异戊巴比妥及异戊巴比妥等等阻断传递电子到泛醌阻断传递电子到泛醌。复合体复合体的抑制剂：萎锈灵。的抑制剂：萎锈灵。复合体复合体抑制剂：抗霉素抑制剂：抗霉素A阻断阻断Cyt bH传递电子到泛传递电子到泛醌醌(QN)。复合体复合体 抑制剂：抑制剂：CN、N3紧密结合中氧化型紧密结合中
23、氧化型Cyt a3，阻断电子由，阻断电子由Cyt a到到CuB-Cyt a3间传递。间传递。CO与还与还原型原型Cyt a3结合，结合，阻断电子传递给阻断电子传递给O2。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萎秀灵萎秀灵三氟丙酮三氟丙酮 2 2、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度、解偶联剂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可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，基本作用机制是联相互分离，基本作
24、用机制是破坏破坏电子传递过程建电子传递过程建立的跨内膜的立的跨内膜的质子电化学梯度质子电化学梯度，使电化学梯度储存，使电化学梯度储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：二硝基苯酚如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶；解偶联蛋白联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。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 寡霉素寡霉素(oligomycin)寡霉素寡霉素ATP合酶结构模式图合酶
25、结构模式图可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回质子通道回流，抑制流，抑制ATP生生成。成。3、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ADPATP升高，氧化磷酸化速率加快升高，氧化磷酸化速率加快。ADPATP降低，氧化磷酸化速率减慢降低，氧化磷酸化速率减慢。（二）（二）ADP ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素率的主要因素 诱导诱导Na+-K+ATP酶合成酶合成，ADP,氧化磷酸氧化磷酸化加快，耗氧量增加。化加快，耗氧量增加。促进解偶联蛋白基因表达，产热增加。促进解偶联蛋白基因表达，产热增加。(三三)甲状腺素：甲状
26、腺素：线粒体线粒体DNA是是裸露裸露的环状双螺旋结构，的环状双螺旋结构，突变率高突变率高(10-20倍倍)。(四四)线粒体线粒体DNA突变：突变：四、四、ATP在能量的生成、利用、转移在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用和储存中起核心作用n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。n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化合物化合物E0kJ/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
27、甘油酸二磷酸甘油酸49.3(11.8)磷酸肌酸磷酸肌酸43.1(10.3)ATP ADPPi30.5(7.3)乙酰辅酶乙酰辅酶A31.5(7.5)ADP AMPPi27.6(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)一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能 ATP的作用的作用NDP+ATPNTP+ADP1.提供物质代谢中所需能量。提供物质代谢中所需能量。2.补充其他核苷三磷酸。补充其他核苷三磷酸。两个高能磷酸键，两个高能磷酸键，末端磷酸酯键末端磷酸酯键水解最重要水解最重要UTP-糖原合成糖原合成CTP-磷脂合成磷
28、脂合成GTP-蛋白质合成蛋白质合成NTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶 NH2 C=NH N-CH3 CH2 COOH 肌酸肌酸ATPADPH2PO3 NH2 C=NH N-CH3 CH2 COOH 磷酸磷酸肌酸肌酸CK心、脑、骨骼肌心、脑、骨骼肌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。ATP的生成和利用的生成和利用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 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
29、(维持体温维持体温)生物体内能量的储存和生物体内能量的储存和利用都以利用都以ATP为中心。为中心。五、线粒体内膜对各种物质五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运进行选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内膜中不同转运蛋白过的选择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。转运蛋白转运蛋白进入线粒体进入线粒体出线粒体出线粒体ATP-ADP转位酶转位酶ADP3-ATP4-磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4-+H+二羧酸转运蛋白二羧酸转运蛋白HPO42-苹果酸苹果酸-酮戊二酸转运蛋白酮戊二
30、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单羧酸转运蛋白单羧酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-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线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运（一）胞浆中（一）胞浆中NADH通过穿梭机制进通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链入线粒体氧化呼吸链胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。线粒体，再
31、经呼吸链进行氧化磷酸化。-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)n转运机制：转运机制：NADH+H+FADH2 NAD+FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH1 1、-磷酸甘油穿梭（脑和骨骼肌）
32、磷酸甘油穿梭（脑和骨骼肌）NADH+H+NAD+-OOC-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH+H+NAD+谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮酮 戊二酸转运体戊二酸转运体 -OOC-CH2-C-COO-OHH苹果酸苹果酸-OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 线线粒粒体体内内膜膜 基质基质 呼吸链呼吸链-OOC
33、-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H2 2、苹果酸、苹果酸-天冬氨酸穿梭（肝和心肌）天冬氨酸穿梭（肝和心肌）胞浆侧胞浆侧H2PO4-H2PO4-H+H+ADP3-ADP3-ATP4-ATP4-基质侧基质侧内膜内膜H2O（二）（二）ATP-ADP转位酶促进转位酶促进ADP进入和进入和ATP移出紧密偶联移出紧密偶联磷酸盐转磷酸盐转运蛋白运蛋白腺苷酸转腺苷酸转运蛋白运蛋白第二节第二节 其他不生成其他不生成ATP的氧化体系的氧化体系一、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类一、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的
34、功能的功能n反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen species,ROS)O2e-O-2e-+2H+H2O2e-+H+OHH2Oe-+H+H2O反应活性氧类反应活性氧类nROS主要来源主要来源 线粒体：线粒体：超氧阴离子超氧阴离子O-2，是体内，是体内O-2的主要来的主要来源；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将从脂肪酸等底物获得的电子交给子交给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（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成化生成O-2。细菌感
35、染、组织缺氧等病理过程，环境、药物细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等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。不需氧脱氢酶、需氧脱氢酶、氧化酶不需氧脱氢酶、需氧脱氢酶、氧化酶 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 NAD+或或NADP+FMN或或FAD 需氧脱氢酶需氧脱氢酶 O2 FMN或或FAD H2O2氧化酶氧化酶 O2 含含Cu H2On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
36、酶 H2O2作用作用杀菌杀菌2I-I2酪氨酸碘化酪氨酸碘化T3H2O2毒性毒性氧化氧化-SH酶、酶、-SH蛋白蛋白氧化氧化PL中不饱和中不饱和FA脂质过氧化脂质过氧化膜膜损伤损伤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的酶体内防止活性氧类损伤主要的酶。2、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)H2O2+2GSH 2 H2O+GS-SG2GSH+R-O-OH GS-SG+H2O+R-OH 谷胱甘肽过谷胱甘肽过氧化物酶氧化物酶 H2O2(ROOH)H2O(
37、ROH+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。谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶 含硒的谷胱甘肽过氧化物酶含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 3、超氧化物歧化酶、超氧化物歧化酶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)SOD已被提取用于临床延缓人体衰老、慢性多已被提取用于临床延缓人体衰老、慢性多发性关节炎、放射治疗后的炎症等，是很好发性关节炎、放射治疗后的炎症等，是很好的治疗酶制剂。含有的治疗酶制剂。含
38、有SOD的化妆护肤品的化妆护肤品,对对抗衰老及去除面部雀斑等也有显著作用。抗衰老及去除面部雀斑等也有显著作用。反应氧族反应氧族（O2、H2O2、OH）：氧化）：氧化PL中不饱和中不饱和FA过氧化过氧化脂质脂质与蛋白质形成与蛋白质形成脂褐素脂褐素.二、微粒体细胞色素二、微粒体细胞色素P450P450单加氧酶催化单加氧酶催化底物分子羟基化底物分子羟基化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。n细胞色素细胞色素P450单加氧酶单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase)，又称混合功
39、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)细胞色素细胞色素P450单加氧酶作用机制单加氧酶作用机制 加双氧酶：加双氧酶：催化氧分子中的两个氧原子分别加在底催化氧分子中的两个氧原子分别加在底物带双键的两个碳原子上物带双键的两个碳原子上.例如，例如，-胡萝卜素加双氧酶催化胡萝卜素加双氧酶催化-胡萝胡萝卜素变成视黄醛的反应如下：卜素变成视黄醛的反应如下：C C1010H H1212-CHCHO O2 2加双氧酶加双氧酶C C1010H H1212-CH=HCCH=HCC C1010H H1212 复习题复习题名词解释：名词解
40、释：生物氧化、呼吸链、氧化磷酸化生物氧化、呼吸链、氧化磷酸化 、P/OP/O比值、比值、ATPATP合酶、解偶联剂、苹果酸合酶、解偶联剂、苹果酸-天冬氨酸穿梭、天冬氨酸穿梭、加单氧酶加单氧酶 论述题：论述题：1.1.物质在体内外氧化有哪些主要异同点？物质在体内外氧化有哪些主要异同点？2.2.如何理解体内能量代谢是以如何理解体内能量代谢是以ATPATP为中心的？为中心的？3、底物充足时，在呼吸链反应系统中加入抗霉素底物充足时，在呼吸链反应系统中加入抗霉素A，组分辅酶，组分辅酶和和Cyta的氧化还原状态如何？的氧化还原状态如何？4、呼吸链组成是什么？呼吸链组成是什么？5、两个穿梭系统是什么？两个穿梭系统是什么？6、简要小结细胞色素类的主要特点。简要小结细胞色素类的主要特点。7、需氧脱氢酶和不需氧脱氢酶有何异同点？需氧脱氢酶和不需氧脱氢酶有何异同点？8、氧化磷酸化偶联的部位是什么？氧化磷酸化偶联的部位是什么？
