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1、 第六章第六章 生物氧化生物氧化( (Biological oxidation)Biological oxidation)周代锋周代锋海南医学院生物化学教研室海南医学院生物化学教研室授课对象：本科授课对象：本科 目的要求：目的要求：4 4、熟悉、熟悉ATPATP生成方式、生成方式、ATPATP的贮存利用。的贮存利用。1、熟悉生物氧化的概念。熟悉生物氧化的概念。2 2、掌握呼吸链的主要组成成分及电子传递顺序、掌握呼吸链的主要组成成分及电子传递顺序、 线粒体外线粒体外NADHNADH转入线粒体的机制。转入线粒体的机制。3 3、掌握氧化磷酸化的概念，掌握氧化磷酸化偶联、掌握氧化磷酸化的概念，掌握氧化
2、磷酸化偶联 部位及影响因素。部位及影响因素。5 5、了解线粒体外生物氧化体系的主要场所及意义。、了解线粒体外生物氧化体系的主要场所及意义。6 6、了解其他不生成、了解其他不生成ATPATP的氧化体系。的氧化体系。概述：概述：生物氧化生物氧化：营养物质在生物体内氧化分解成营养物质在生物体内氧化分解成H2O和和 CO2并逐步释放能量形成并逐步释放能量形成ATP的过程称的过程称 为生物氧化（为生物氧化（biological oxidation）。）。糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 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 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP 生
3、物氧化的特点：生物氧化的特点：1、在细胞内由酶催化的氧化反应；、在细胞内由酶催化的氧化反应；2、在体温及近中性、在体温及近中性pH环境中即可进行；环境中即可进行；3、反应是逐步进行，能量是逐步释放，有相当一部分使、反应是逐步进行，能量是逐步释放，有相当一部分使 ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP；4、生物氧化中生成的、生物氧化中生成的H2O是由代谢物脱下的氢与氧结合产是由代谢物脱下的氢与氧结合产 生的，生的， CO2是由脱羧产生的。是由脱羧产生的。生物氧化的方式：生物氧化的方式：1、加氧反应；、加氧反应；2、脱氢反应；、脱氢反应；3、失电子反应。、失电子反应。体外氧化：能量是骤然释放，产生的体外
4、氧化：能量是骤然释放，产生的CO2 、 H2O是由物质中的是由物质中的 碳和氢直接与氧结合生成。碳和氢直接与氧结合生成。本章主要讲授两个问题：本章主要讲授两个问题：(1)(1)水是怎样生成的。水是怎样生成的。(2)(2)ATPATP是怎样合成的。是怎样合成的。 （注：（注：COCO2 2的生成均通过有机酸的脱羧生成）的生成均通过有机酸的脱羧生成）请看下列简图：请看下列简图：底物底物氧化产物氧化产物2 2H H递氢体递氢体 2 2H H2 2e e递电递电子体子体O O2 21 12 2O O= =H H2 2O O释放释放自由能自由能ADPADPPiPiATPATP第一节第一节 生成生成ATP
5、的氧化磷酸化体系的氧化磷酸化体系一、呼吸链一、呼吸链（一）呼吸链概念（一）呼吸链概念 代谢物脱下的代谢物脱下的2 2H H，经过一系列、按一定顺序排列经过一系列、按一定顺序排列在线粒体内膜上的在线粒体内膜上的酶和辅酶酶和辅酶（递氢体和递电子体）的（递氢体和递电子体）的传递，最后与氧结合为水，这一连锁反应体系，称为传递，最后与氧结合为水，这一连锁反应体系，称为呼吸链呼吸链( (respiratorychain)respiratorychain)或电子传递链（或电子传递链（electron electron transfer transfer chainchain）。）。能能传递氢的酶或辅酶传递氢
6、的酶或辅酶( (辅基辅基) )称为称为递氢体递氢体。能能传递电子的酶或辅酶传递电子的酶或辅酶( (辅基辅基) )称为称为电子传递体电子传递体。1 1、NADNAD+ +2 2、FADFAD、FMNFMN3 3、铁硫蛋白、铁硫蛋白4 4、CoQ(CoQ(泛醌）泛醌）5 5、细胞色素、细胞色素（二）（二）* * 泛醌泛醌 和和 Cyt c 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。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
7、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 人体呼吸链复合体的组成人体呼吸链复合体的组成 Cytcox NADH+H+ NAD+ 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧
8、线粒体内膜线粒体内膜 QH2 Q 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 QH2 Q 4H+4H+4H+4H+Cytcox Cytcred Cytcred 2H+2H+电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置1 1、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADNAD+ +）：）：在生物氧化中在生物氧化中 起递氢的作用。起递氢的作用。 NADNAD和和NADPNADP+ +在生物氧化中递氢机制：在生物氧化中递氢机制： 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
9、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。2、复合体、复合体复合体复合体作用作用:是将是将NADH+H+中的电子传递给泛醌中的电子传递给泛醌1)1)黄素蛋白及其辅基黄素蛋白及其辅基FMNFMN：在生物氧化中起递氢的作用。在生物氧化中起递氢的作用。 作用：作用：N1,N10可逆性传递二个氢原子。可逆性传递二个氢原子。2)2)铁硫蛋白（铁硫中心）及其辅基铁硫簇（铁硫蛋白（铁硫中心）及其辅基铁硫簇（Fe-SFe-S）：在生物氧在生物氧化中起递电子的作用。化中起递电子的作用。铁硫蛋白中辅基铁硫蛋白中辅基铁硫中心铁硫中心(
10、Fe-S)含有等量铁原子和硫含有等量铁原子和硫原子，其中一个铁原子可进行原子，其中一个铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。反应传递电子。属于单电子传递体属于单电子传递体。 表示无机硫表示无机硫 铁硫蛋白的结构铁硫蛋白的结构无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫3、辅酶、辅酶Q（CoQ），又称泛醌，又称泛醌u是一种脂溶性醌类化合物，可在线粒体内膜自由是一种脂溶性醌类化合物，可在线粒体内膜自由 扩散扩散, ,在生物氧化中是一种递氢体。在生物氧化中是一种递氢体。4、复合体复合体，琥珀酸泛醌还原酶琥珀酸泛醌还原酶 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
11、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。复合体复合体功能功能:是将电子从琥珀酸传递到泛醌。是将电子从琥珀酸传递到泛醌。复合体复合体的组成：的组成： 1)1)黄素蛋白及其辅基黄素蛋白及其辅基FADFAD：在生物氧化中起递氢的作用。在生物氧化中起递氢的作用。FADHFADH2 2或或FMNHFMNH2 2FADFAD或或FMNFMNNHON=ONNRH3CH3C1357910+2H-2HNHON=ONHNRH3CH3C667H1102)2)铁硫蛋白（铁硫中心）及其辅基铁硫簇（铁硫蛋白（铁硫中心）及
12、其辅基铁硫簇（Fe-SFe-S）：在在 生物氧化中起递电子的作用。生物氧化中起递电子的作用。5 5、复合体、复合体 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，细胞色素，细胞色素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、细胞色素色素c1和一种可移动的铁硫蛋白和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。 电子传递过程：电子传递过程：CoQH2(Cyt b566(L)Cyt b562(H) Fe-S Cytc1Cytc复合体复合体功能功能: :是将电子从泛醌传递给细胞色素是将电子从泛醌传递给细胞色素c c。每传递每传递2个电子个
13、电子可将可将4个个H+从内膜基质侧泵到胞浆从内膜基质侧泵到胞浆侧，侧，复合体复合体有质子泵功能有质子泵功能。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。呼吸链中细胞色素的排列及电子传递过程：呼吸链中细胞色素的排列及电子传递过程：2e2Fe2+2Fe3+2e2Fe3+2Fe2+b(L)b(H)2ec c1 12Fe2+2Fe3+c c2e2Fe3+2Fe2+aaaa3 32e12O2O2-H2O2H+ Cyt c是是呼吸链唯一水溶性球
14、状蛋白呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体合体中。将获得的电子传递到复合体。6、细胞色素、细胞色素C（CytCCytC）：）：为电子传递体为电子传递体 复合体复合体又称又称细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶(cytochrome c oxidase)。 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。7、复合体、复合体复合体复合体功能功能: :将电子从细胞色素将电子从细胞色素C传递给氧传递给氧每传递每传递2个电子个电子可将可将2个个H+从内膜基质侧泵
15、到胞浆从内膜基质侧泵到胞浆侧，侧，复合体复合体有质子泵功能。有质子泵功能。复复合合体体的的电电子子传传递递过过程程表表6-2 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+ /Fe2+0.29Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyt a3 Fe3+ /Fe2+0.35Q10 /Q1
16、0H20.061/2O2 /H2O0.816 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- 呼吸链的组分实际上以呼吸链的组分实际上以4个复合体及个复合体及2种分离存在的传递体的种分离存在的传递体的形式传递氢与电子。形式传递氢与电子。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O2 每每2H通过通过NADH氧化呼吸链传递可生成氧化呼吸链传递可生成2.5分子分子ATP。2. 琥珀酸氧化呼吸链（亦称为琥珀酸氧化呼吸链（亦称
17、为FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链）: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 每每2H通过通过FADH2氧化呼吸链传递可生成氧化呼吸链传递可生成1.5分子分子ATP。NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链 二、二、 ATP的生成的生成 底物水平磷酸化底物水平磷酸化ATP生成方式生成方式 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation ): 底底物脱氢使分子内部能量
18、重新分布，生成的高能键，物脱氢使分子内部能量重新分布，生成的高能键，直接转给直接转给ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程。的过程。 底物水平磷酸化仅见于下列底物水平磷酸化仅见于下列三个反应三个反应： 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 琥珀酰琥珀酰CoA合成合成酶酶 琥珀酰琥珀酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸琥珀酸+CoA+GTP 氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) :底物脱下的氢底
19、物脱下的氢,经呼吸链的传递释放能量，偶联经呼吸链的传递释放能量，偶联ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程，又称为偶联磷酸化。是生成的过程，又称为偶联磷酸化。是生成ATP的主的主要方式。要方式。呼呼吸吸链链AH2 2H(2H+2e)A能能ADP+PiATPO212氧化氧化磷酸化磷酸化偶偶联联H2O 1. P / O比值：比值：氧化磷酸化过程中，每消耗氧化磷酸化过程中，每消耗1摩尔氧原子所消摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数耗的无机磷的摩尔数(合成合成ATP的克分子数的克分子数)。（一）氧化磷酸化偶联部位（一）氧化磷酸化偶联部位（ATP生成部位）生成部位）线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得的的一
20、一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链链的的组组成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP数数 -羟羟丁丁酸酸NAD+复复合合体体CoQ复复合合体体2.5 2.5Cyt c复复合合体体O2琥琥珀珀酸酸复复合合体体CoQ复复合合体体1.5 1.5Cyt c复复合合体体O2抗抗坏坏血血酸酸Cyt c复复合合体体O20.88 1细细胞胞色色素素c (Fe2+) 复复合合体体O20.61-0.68 1ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位复合体复合体、2.2.电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化区段区段电位变化电位变化(E)自由能变化自由能变化G=-nFE能否
21、生成能否生成ATP(G是否大于是否大于30.5KJ) Cyt aa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能( (二二) ) 氧化磷酸化偶联机制氧化磷酸化偶联机制 1 1、 化学渗透学说化学渗透学说(chemiosmotic hypothesis)(chemiosmotic hypothesis) ： 氢原子经呼吸链传递时，质子（氢原子经呼吸链传递时，质子（H H+ +）被从线粒体）被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内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电
22、化学梯度学梯度（包括（包括H H+ +浓度梯度和跨膜电位差）浓度梯度和跨膜电位差），以此储存，以此储存能量，当质子顺浓度梯度回流时驱动能量，当质子顺浓度梯度回流时驱动ADPADP与与PiPi生成生成ATPATP。 线粒体基质线粒体基质 线粒体内膜线粒体内膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 线线粒粒体体外外膜膜线线粒粒体体内内外外膜膜间间隙隙 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 + + +
23、 + + + + + + + - - - - - - - - - 化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图2、ATP合酶（合酶（ATP synthase）：）：复合体复合体 在在F0和和F1之间的柄部有一个寡霉素敏感蛋白（之间的柄部有一个寡霉素敏感蛋白（oligomycin-sensitity-conferring protein, OSCP）, 寡霉素能与之结合抑制寡霉素能与之结合抑制ATP的合成。的合成。ATP合酶合酶F0（疏水部分疏水部分）：由）：由a1b2c912亚基组成，是镶嵌亚基组成，是镶嵌 在线粒体内膜中的质子通道在线粒体内膜中的质子通道F1（亲水部分亲水部分）：由）：由 3
24、 3 3 3亚基组成，其功能是亚基组成，其功能是 催化催化ATP的生成，的生成，催化部位在催化部位在 亚基中亚基中ATP合酶结构模式图合酶结构模式图当当H+顺浓度递度经顺浓度递度经F0中中a亚基和亚基和c亚基之间亚基之间回流时，回流时，亚基发生旋转，亚基发生旋转，3个个亚基的构象发生亚基的构象发生改变。改变。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制三、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（一）抑制剂（一）抑制剂1、呼吸链抑制剂：能阻断呼吸链中某些部位电子传递。、呼吸链抑制剂：能阻断呼吸链中某些部位电子传
25、递。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萎锈灵萎锈灵2、解偶联剂（、解偶联剂（uncoupler） 解偶联剂不抑制呼吸链，而是使氧化释放的自由能不能合成解偶联剂不抑制呼吸链，而是使氧化释放的自由能不能合成ATPATP，使氧化和磷酸化解离。使氧化和磷酸化解离。 常见的解偶联剂是常见的解偶联剂是2 2，4 4二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNPDNP）。）。NADHNADHH HFADHFADH2 21 12 2O O2 2ADPADPPiPi-2-2H H产物产
26、物S S酶酶NADNAD+ +FADFADH H2 2O O释放释放能量能量ATPATPH H2 2O O底物底物SHSH2 2以热能释放以热能释放 人（尤其是新生儿）含有大量的棕色脂肪组织，该组织中人（尤其是新生儿）含有大量的棕色脂肪组织，该组织中有解偶联蛋白（有解偶联蛋白（ uncoupling protein）。）。早产儿缺乏棕色脂肪组织，易患新生儿硬肿症。早产儿缺乏棕色脂肪组织，易患新生儿硬肿症。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 3、氧化磷酸化抑制
27、剂：这类抑制剂对电子传递和、氧化磷酸化抑制剂：这类抑制剂对电子传递和ADP磷酸化都磷酸化都 有抑制作用。有抑制作用。 如：如：寡霉素寡霉素能与寡霉素敏感蛋白结合，能与寡霉素敏感蛋白结合，二环己基碳二亚胺二环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP)共价结合共价结合F0的的c亚基谷氨酸亚基谷氨酸残基，阻断质子从残基，阻断质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP合酶活性。合酶活性。（二）（二）ADP调节作用调节作用NADHNADHH H氧化磷酸化氧化磷酸化H H2 2O ONADNADADPADPPiPiATPATP三羧酸循环三羧酸循环(+)(+)(
28、-)(-)O O2 21 12 2 氧化磷酸化的底物是氧化磷酸化的底物是NADHNADHH H，O O2 2，ADPADP和和PiPi，由于由于 O O2 2和和PiPi一般是不会缺乏的，所以主要是调节一般是不会缺乏的，所以主要是调节ADPADP的水平。的水平。 当当ADP ADP 时，即能量消耗增加时，氧化磷酸化时，即能量消耗增加时，氧化磷酸化 ， NAD NAD增多，从而间接促进三羧酸循环。反之，当增多，从而间接促进三羧酸循环。反之，当ADP ADP 、 ATP ATP ，氧化磷酸化氧化磷酸化 , , 三羧酸循环速度减慢，营养物质三羧酸循环速度减慢，营养物质 分解速度分解速度 ，以节省能源
29、物质。，以节省能源物质。（三）甲状腺激素的调节作用（三）甲状腺激素的调节作用 甲状腺激素能诱导细胞膜上甲状腺激素能诱导细胞膜上Na+，K+-ATP酶的酶的合成，使合成，使ATP加速分解为加速分解为ADP和和Pi，而而ADP的增多的增多，再促进氧化磷酸化，故甲状腺激素促进，再促进氧化磷酸化，故甲状腺激素促进ATP的合的合成，又促进成，又促进ATP的分解。的分解。 此外，甲状腺激素（此外，甲状腺激素（T3）还能使解偶联蛋白基因还能使解偶联蛋白基因表达增加，使耗氧和产热均增加，因此，甲状腺表达增加，使耗氧和产热均增加，因此，甲状腺功能亢进者基础代谢率增高。功能亢进者基础代谢率增高。（四）线粒体（四）
30、线粒体DNA突变突变 线粒体线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）呈裸露的环呈裸露的环状双螺旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤修复系统，易受到自身状双螺旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤修复系统，易受到自身氧化磷酸化过程中产生的氧自由基的损伤而发生突变，其突变氧化磷酸化过程中产生的氧自由基的损伤而发生突变，其突变率是核率是核DNA的的1020倍。倍。 mtDNA突变可影响氧化磷酸化的功能，使突变可影响氧化磷酸化的功能，使ATP生成减少而生成减少而致病，称为致病，称为mtDNA病。常见的症状有盲、聋、痴呆、肌无力、病。常见的症状有盲、聋、痴呆、肌无力、糖尿病等，以母系遗传居多，老年人
31、常见。糖尿病等，以母系遗传居多，老年人常见。四、四、ATP在能量的生成、利用、在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用转移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的磷酸的磷酸酯键，常表示为酯键，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 磷酸肌酸是体内高能磷酸化合物储存形式，磷酸肌酸是体内高能磷酸化合物储存形式，在肌肉及脑组织中储存最多。在肌肉及脑组织中储存最多。NH2CNHNCH3CH2COOH ATPNHC=NHN-CH3CH2COOH+ADP肌酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸P肌酸激酶肌酸激酶（
32、CK） 肌酸和磷酸肌酸的代谢终产物是肌酐，是肾功能肌酸和磷酸肌酸的代谢终产物是肌酐，是肾功能化验指标之一。化验指标之一。 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 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( (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、通过线粒体内膜的物质转运五、通过线粒体内膜的物质转运 线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同的转运载线粒体对物质通过的
33、选择性主要依赖于内膜中不同的转运载体对不同物质进行转运以保证生物氧化的顺利进行。体对不同物质进行转运以保证生物氧化的顺利进行。 线粒体内膜的主要转运蛋白线粒体内膜的主要转运蛋白 胞胞 浆浆线线粒粒体体基基质质磷磷酸酸盐盐转转运运蛋蛋白白H2PO4H+H2PO4H+酸酸性性氨氨基基酸酸转转运运蛋蛋白白谷谷氨氨酸酸天天冬冬氨氨酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸转转运运蛋蛋白白苹苹果果酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸腺腺苷苷酸酸转转运运蛋蛋白白ADPATP 丙丙酮酮酸酸转转运运蛋蛋白白丙丙酮酮酸酸OH-三三羧羧酸酸转转运运蛋蛋白白苹苹果果酸酸柠柠檬檬酸酸碱碱性性氨氨基基酸酸转转运运蛋蛋白白鸟鸟氨氨酸酸瓜瓜氨氨酸酸肉肉
34、碱碱转转运运蛋蛋白白脂脂酰酰肉肉碱碱肉肉碱碱胞胞 浆浆线线粒粒体体基基质质磷磷酸酸盐盐转转运运蛋蛋白白H2PO4H+H2PO4H+磷磷酸酸盐盐转转运运蛋蛋白白H2PO4H+H2PO4H+酸酸性性氨氨基基酸酸转转运运蛋蛋白白谷谷氨氨酸酸天天冬冬氨氨酸酸酸酸性性氨氨基基酸酸转转运运蛋蛋白白谷谷氨氨酸酸天天冬冬氨氨酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸转转运运蛋蛋白白苹苹果果酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸转转运运蛋蛋白白苹苹果果酸酸 -酮酮戊戊二二酸酸腺腺苷苷酸酸转转运运蛋蛋白白ADPATP 腺腺苷苷酸酸转转运运蛋蛋白白ADPATP 丙丙酮酮酸酸转转运运蛋蛋白白丙丙酮酮酸酸OH-丙丙酮酮酸酸转转运运
35、蛋蛋白白丙丙酮酮酸酸OH-三三羧羧酸酸转转运运蛋蛋白白苹苹果果酸酸柠柠檬檬酸酸三三羧羧酸酸转转运运蛋蛋白白苹苹果果酸酸柠柠檬檬酸酸碱碱性性氨氨基基酸酸转转运运蛋蛋白白鸟鸟氨氨酸酸瓜瓜氨氨酸酸碱碱性性氨氨基基酸酸转转运运蛋蛋白白鸟鸟氨氨酸酸瓜瓜氨氨酸酸肉肉碱碱转转运运蛋蛋白白脂脂酰酰肉肉碱碱肉肉碱碱肉肉碱碱转转运运蛋蛋白白脂脂酰酰肉肉碱碱肉肉碱碱转转运运蛋蛋白白功功 能能（一）胞液中（一）胞液中NADHNADH的氧化的氧化 在胞液中生成的在胞液中生成的NADH（ 如如3-磷酸甘油醛脱氢反应生成磷酸甘油醛脱氢反应生成的的NADH ）不能自由通过线粒体内膜，它必须先通过某种转不能自由通过线粒体内膜，
36、它必须先通过某种转运机制转运入线粒体才能氧化，运机制转运入线粒体才能氧化，在胞液中生成的在胞液中生成的NADH进入进入线粒体的转运机制主要有以下两种：线粒体的转运机制主要有以下两种：2、苹果酸、苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)1、-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle) 胞液中的胞液中的1 1分子分子NADHNADH通过通过 - -磷酸甘油穿梭进入磷酸甘油穿梭进入线粒体氧化可线粒体氧化可生成生成1.51.5分子分子ATPATP。 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒
37、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. - -磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 胞液中的胞液中的1 1分子分子NADHNADH通过通过苹果酸苹果酸天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭进入进入线粒体氧线粒体氧化可生成化可生成2.52.5分子分子ATPATP。2. 苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制第二节第二节 其他不生成其他不生成ATP的氧化体系的氧
38、化体系The Others Oxidative Enzyme Systems without ATP Producing一、需氧脱氢酶和氧化酶一、需氧脱氢酶和氧化酶 受受氢氢体体辅辅酶酶（辅辅基基）产产物物不不需需氧氧脱脱氢氢酶酶辅辅酶酶需需氧氧脱脱氢氢酶酶O2 FMN或或FAD H2O2氧氧化化酶酶O2 含含Cu H2O受受氢氢体体辅辅酶酶（辅辅基基）产产物物不不需需氧氧脱脱氢氢酶酶辅辅酶酶需需氧氧脱脱氢氢酶酶O2 FMN或或FAD H2O2氧氧化化酶酶O2 含含Cu H2O二、过氧化物酶体中的酶类二、过氧化物酶体中的酶类 （一）过氧化氢酶（一）过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基
39、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 （二）过氧化物酶（二）过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化直接氧化酚类或胺类化合物酚类或胺类化合物 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 谷胱甘肽谷胱甘肽过氧化物酶过氧化物酶 H2O2(ROOH) H2O(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
40、甘谷胱甘肽还原酶肽还原酶 （三）含硒的谷胱甘肽过氧化物酶（三）含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 反应氧族反应氧族超氧离子超氧离子(O2)、H2O2、羟自由基、羟自由基(OH)的的统称。统称。 三、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)四、微粒体中的酶类四、微粒体中的酶类 （一）加单氧酶（一）加单氧酶(monoxygenase)* 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故又称混合功
41、能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)。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。目目 录录（二）加双氧酶（二）加双氧酶 此酶催化氧分子中的此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底个氧原子加到底物中带双键的物中带双键的2个碳原子上。个碳原子上。ONH2NHNHOCOOHNH2CHO例例 如：如： (O2) 色氨酸吡咯酶色氨酸吡咯酶 思考题思考题1、名词解释：生物氧化，底物水平磷酸化，氧化磷、名词解释：生物氧化，底物水平磷酸化，氧化磷 酸化，酸化， P/O比值。比值。2、何谓呼吸链？有哪些组分构成？、何谓呼吸链？有哪些组分构成？3、试述、试述NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链中各氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链中各 传递体的排列顺序。传递体的排列顺序。4、试述体内、试述体内ATP如何生成？如何生成？5、线粒体外、线粒体外NADH如何氧化？如何氧化？
