氧化磷酸化和光合磷酸化作用精选PPT.ppt

关于氧化磷酸化和光合磷酸化作用第1页，讲稿共118张，创作于星期二维持生命活动的能量来源维持生命活动的能量来源光光能能（太太阳阳能能）：植植物物和和某某些些藻藻类类，通通过过光光合作用将光能转变成生物能。合作用将光能转变成生物能。化化学学能能：动动物物和和多多数数微微生生物物，通通过过生生物物氧氧化化作作用用将将有有机机物物质质存存储储的的化化学学能能释释放放出出来来，并并转变成生物能（转变成生物能（ATPATP传递）。传递）。第2页，讲稿共118张，创作于星期二ATPATP生成形式：生成形式：1.1.光和磷酸化光和磷酸化2.2.非氧化磷酸化非氧化磷酸化3.3.氧化磷酸化氧化磷酸化 （呼吸链氧化磷酸化，呼吸链氧化磷酸化，底物氧化磷酸化底物氧化磷酸化）第3页，讲稿共118张，创作于星期二一、氧化磷酸化作用一、氧化磷酸化作用 氧化磷酸化作用：氧化磷酸化作用：是指在细胞内的有机分子经是指在细胞内的有机分子经氧化分解成氧化分解成COCO2 2和和H H2 2O O，并释放出能量，并释放出能量使使ADPADP和和PiPi合成合成ATPATP的过程。的过程。第4页，讲稿共118张，创作于星期二（一）和电子传递相关的氧化还原电势（一）和电子传递相关的氧化还原电势1.1.氧化氧化还原电势还原电势锌片溶解锌片溶解Zn2+进入溶液进入溶液铜沉积铜沉积Cu2+得电子得电子e提供电子提供电子（还原剂）（还原剂）负极负极得到电子得到电子（氧化剂）（氧化剂）正极正极第5页，讲稿共118张，创作于星期二 0=E0正极正极 E0负极负极电动势=正负极电极势之差 标准电动势标准电动势0 0：反应中各种物质各种物质的活度 均为1质量摩尔浓度时的电动势。标准电极势标准电极势E E0 0：电解质溶液活度为1质量 摩尔浓度时的电极势。第6页，讲稿共118张，创作于星期二每个电极都有自己的标准电极势，每个电极都有自己的标准电极势，有的为正，有的为负。有的为正，有的为负。锌电极为锌电极为 -0.76铜电极为铜电极为 +0.34第7页，讲稿共118张，创作于星期二 氧氧化化还还原原反反应应中中，失失去去电电子子的的物物质质称称为为还还原原剂剂，得得到到电电子子的的物物质质称称为为氧氧化化剂剂。还还原原剂剂失失去去电电子子的的倾倾向向（或或氧氧化化剂剂得得到到电电子子的的倾倾向向）的的大大小小，则则称称为氧化还原电势。为氧化还原电势。将将任任何何一一对对氧氧化化还还原原物物质质的的氧氧化化还还原原对对连连在在一一起起，都都有有氧氧化化还还原原电电位位的的产产生生。如如果果将将氧氧化化还还原原物物质质与与标标准准氢氢电电极极组组成成原原电电池池，即即可可测测出出氧氧化化还还原原电电势势。标标准准氧氧还还原原电电势势用用E表表示示。E值值愈愈大大，获获得得电电子子的的倾向愈大；倾向愈大；E愈小，失去电子的倾向愈大。愈小，失去电子的倾向愈大。第8页，讲稿共118张，创作于星期二（二）用标准还原势计算自由能变化（二）用标准还原势计算自由能变化 化学反应自由能的变化和氧化化学反应自由能的变化和氧化-还原电还原电势的关系势的关系 G=nFE第9页，讲稿共118张，创作于星期二NADH+HNADH+H+1/2O+1/2O2 2=NAD=NAD+H+H2 2O O正极反应：正极反应：1/2O1/2O2 2+2H+2H+2e+2e H H2 2O O E E+0.820.82负极反应：负极反应：NADNAD+H+H+2e+2e NADHNADH E E-0.3-0.3GG-nFE-nFE -2964850.82-(-0.32)-2964850.82-(-0.32)-220 KJmol-220 KJmol-1-1 第10页，讲稿共118张，创作于星期二（三）线粒体的电子传递链（三）线粒体的电子传递链1.1.线粒体的基本结构：线粒体的基本结构：第11页，讲稿共118张，创作于星期二第12页，讲稿共118张，创作于星期二线粒体线粒体第13页，讲稿共118张，创作于星期二线粒体膜的结构特点线粒体膜的结构特点两层膜结构：外膜和内膜两层膜结构：外膜和内膜 外外膜平滑、有弹性膜平滑、有弹性 内内膜有许多向内折叠的突起膜有许多向内折叠的突起（嵴嵴）外外膜脂质多、密度膜脂质多、密度小小 内内膜膜Pr含量高、密度稍含量高、密度稍大大 对代谢物的通透性不同、酶的分布不同对代谢物的通透性不同、酶的分布不同第14页，讲稿共118张，创作于星期二第15页，讲稿共118张，创作于星期二l头部含头部含5 5种不同的亚基种不同的亚基（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统与线粒体电子传递系统连接（质子通道）连接（质子通道）Movie ATP synthese第16页，讲稿共118张，创作于星期二 2.2.氧化呼吸链或电子传递链氧化呼吸链或电子传递链氧化呼吸链（电子传递链）氧化呼吸链（电子传递链）:代谢物上的氢原子被脱氢酶激活代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后脱落后,经过一系列的传递体经过一系列的传递体,最后传递给被激活的氧分子最后传递给被激活的氧分子,而生成水的全部体系称而生成水的全部体系称呼吸链呼吸链。第17页，讲稿共118张，创作于星期二3.3.体内主要呼吸链的类型：体内主要呼吸链的类型：根据接受氢的根据接受氢的初受体不同初受体不同，体内典型的呼吸链有两种：，体内典型的呼吸链有两种：NADHNADH呼吸链呼吸链和和FADHFADH呼吸链。呼吸链。(1)(1)、NADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链 【组成与作用组成与作用】脱氢酶（脱氢酶（CoICoI）、黄素蛋白、铁硫蛋白、）、黄素蛋白、铁硫蛋白、CoQCoQ和细胞色素。和细胞色素。(2)(2)、FADHFADH氧化呼吸链（氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）琥珀酸氧化呼吸链）【组成和作用组成和作用】脱氢酶（脱氢酶（FADFAD）、）、CoQCoQ、细胞色素、细胞色素【两种呼吸链的差异两种呼吸链的差异】脱下的脱下的2H2H不经过不经过NADNAD+传递传递,其余过程其余过程与与NADHNADH呼吸链相同。呼吸链相同。第18页，讲稿共118张，创作于星期二NADHFP(FMN)UQCyt bCyt C1Cyt cCyt aa3O2 (Fe-S)FP(FAD-Fe-S)第19页，讲稿共118张，创作于星期二第20页，讲稿共118张，创作于星期二线粒体呼吸链线粒体呼吸链第21页，讲稿共118张，创作于星期二第22页，讲稿共118张，创作于星期二、第23页，讲稿共118张，创作于星期二第24页，讲稿共118张，创作于星期二4.4.呼吸链的组成呼吸链的组成（1 1）NADH-QNADH-Q还原酶，又称还原酶，又称NADHNADH脱氢酶，简称脱氢酶，简称复合体复合体（2 2）琥珀酸）琥珀酸-Q-Q还原酶，又称琥珀酸脱氢酶，还原酶，又称琥珀酸脱氢酶，简称简称复合体复合体（3 3）细胞色素）细胞色素还原还原酶，又称酶，又称泛醌：细胞色素泛醌：细胞色素C C氧化还原酶氧化还原酶，简称，简称复合体复合体。（4 4）细胞色素）细胞色素氧化氧化酶，简称酶，简称复合体复合体。第25页，讲稿共118张，创作于星期二5.5.氧化呼吸链的各个成员氧化呼吸链的各个成员电子载体及其功能电子载体及其功能(1)(1)复合体复合体(NADH-Q(NADH-Q还原酶、还原酶、NADHNADH脱氢酶）脱氢酶）电子传递电子传递：NADH FMN Fe-S CoQ 烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类(NAD+NAD+和和NADP+NADP+为辅酶的脱氢为辅酶的脱氢酶组成成分酶组成成分:酶蛋白、尼克酰胺（酶蛋白、尼克酰胺（V Vpppp）、）、核核糖、磷酸与糖、磷酸与AMPAMP。作用作用:辅酶接受代谢物脱下的辅酶接受代谢物脱下的2 2H H，传递给黄素，传递给黄素蛋白。蛋白。第26页，讲稿共118张，创作于星期二Movie complex1第27页，讲稿共118张，创作于星期二NADHNADH：还原型辅酶：还原型辅酶 它是由它是由NADNAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。接受多种代谢产物脱氢得到的产物。NADHNADH所携带所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。第28页，讲稿共118张，创作于星期二第29页，讲稿共118张，创作于星期二.黄素酶黄素酶-黄素蛋白（黄素蛋白（FlavoproteinFlavoprotein）组成成分组成成分:酶蛋白、黄素单核苷酸（酶蛋白、黄素单核苷酸（FMNFMN）黄素腺）黄素腺嘌呤二核苷酸（嘌呤二核苷酸（FADFAD），它们由核黄素（），它们由核黄素（VBVB2 2）、）、磷酸、磷酸、AMPAMP组成。组成。作用作用:进行可逆的脱氢加氢反应。进行可逆的脱氢加氢反应。传递机制传递机制:异咯嗪的第异咯嗪的第1 1、1010位位N N上可加氢。上可加氢。主要形式主要形式:琥珀酸脱氢酶以琥珀酸脱氢酶以FADFAD为辅酶，将代谢为辅酶，将代谢物脱下的物脱下的H H传入呼吸链。传入呼吸链。第30页，讲稿共118张，创作于星期二第31页，讲稿共118张，创作于星期二异咯嗪结构异咯嗪结构11010核核糖糖醇醇HH第32页，讲稿共118张，创作于星期二 铁硫蛋白与黄素蛋白形成复合物存在。铁硫蛋白与黄素蛋白形成复合物存在。组成成分组成成分:含等量的铁原子和硫原子（含等量的铁原子和硫原子（FeFe、FeFe2 2S S2 2、FeFe4 4S S4 4）铁原子与铁硫蛋白的半胱）铁原子与铁硫蛋白的半胱氨酸相连氨酸相连。作用作用:将将FMNFMN或或FADFAD中的电子传递给泛醌。中的电子传递给泛醌。传递机制传递机制:单电子传递单电子传递。.铁硫蛋白（铁硫蛋白（iron-sulfur protein,Fe-Siron-sulfur protein,Fe-S）第33页，讲稿共118张，创作于星期二铁硫蛋白铁硫蛋白 铁硫蛋白铁硫蛋白(简写为简写为Fe-S)Fe-S)是一种与电是一种与电子传递有关的蛋子传递有关的蛋白质，它与白质，它与NADHNADH Q Q还原酶的还原酶的其它蛋白质组分结其它蛋白质组分结合成复合物形式存合成复合物形式存在。在。第34页，讲稿共118张，创作于星期二 铁硫蛋白铁硫蛋白 它主要以它主要以 (2Fe-2S)(2Fe-2S)或或 (4Fe-4S)(4Fe-4S)形式存在。形式存在。(2Fe-2S)(2Fe-2S)含含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。有两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过铁硫蛋白通过FeFe3+3+FeFe2+2+变化起传递电子的作用。变化起传递电子的作用。第35页，讲稿共118张，创作于星期二Different types of iron-sulfur centersIron atoms cycle between Fe2+(reduced)and Fe3+(oxidized).第36页，讲稿共118张，创作于星期二.泛醌泛醌 （简简写写为为Q Q）或或辅辅酶酶-Q-Q（CoQCoQ）:它它是是电电子子传传递递链链中中唯唯一一的的非非蛋蛋白白电电子子载载体体。为为一一种种脂脂溶溶性性醌类化合物。醌类化合物。第37页，讲稿共118张，创作于星期二 泛泛醌醌(辅辅酶酶-Q)-Q)的的功功能能:Q Q(醌醌型型结结构构)很很容容易易接接受受电电子子和和质质子子，还还原原成成QHQH2 2（还还原原型型）；QHQH2 2也也容容易易给给出出电电子子和和质质子子，重重新新氧氧化化成成Q Q。因因此此，它它在在线线粒粒体体呼呼吸吸链链中中作作为为电电子子和和质质子子的的传传递体。递体。第38页，讲稿共118张，创作于星期二（2 2）复合体）复合体（琥珀酸（琥珀酸-Q-Q还原酶）还原酶）它是嵌在线粒体内膜的酶蛋白它是嵌在线粒体内膜的酶蛋白（包括琥珀酸脱（包括琥珀酸脱氢酶）氢酶）,该复合体具有该复合体具有5 5个个,包括两种类型的辅基包括两种类型的辅基和和4 4种不同的蛋白质亚基种不同的蛋白质亚基,分别为分别为A A、B B、C C、D D 电子传递：琥珀酸电子传递：琥珀酸 FADHFADH2 2 Fe-SFe-S 细胞色素细胞色素b b560 560 CoQCoQ琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶-2H第39页，讲稿共118张，创作于星期二Ubiquinone(Q)accepts electronsfrom both NADHand FADH2 in therespiratory chainMovie complex2第40页，讲稿共118张，创作于星期二(3)(3)、复合体复合体（辅酶辅酶Q-Q-细胞色素细胞色素c c氧化还原酶、氧化还原酶、细胞色素细胞色素bcbc1 1复合体、复合体、泛醌：细胞色素泛醌：细胞色素c c氧化还原酶、氧化还原酶、细胞色素还原酶）细胞色素还原酶）cytochrome,Cytcytochrome,Cyt 是含铁的蛋白质是含铁的蛋白质 以血红素为辅基以血红素为辅基 电子传递蛋白电子传递蛋白 还原型还原型CytCyt有光谱吸收现象有光谱吸收现象 通过通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+互变起传递电子的作用互变起传递电子的作用 功能功能:电子传递：电子传递：CoQ Cytc;CoQ Cytc;详细的电子传递过程（详细的电子传递过程（Q Q循环）见教材循环）见教材P254P254图图21-421-4。同时将质子定向地从基质转移到膜间隙。同时将质子定向地从基质转移到膜间隙。第41页，讲稿共118张，创作于星期二细胞色素还原酶的组成（细胞色素还原酶的组成（CoQ-CoQ-细胞色素细胞色素c c还还原酶）原酶）:Cytb Cytb562562/b/bH H Cytb Cytb566566/b/bL L Cytc Cytc1 1 Rieske Rieske铁硫蛋白铁硫蛋白CytbCytb硫醚键硫醚键c型型Cytb型型Cyt为乙烯基为乙烯基所处多肽环境不同所处多肽环境不同第42页，讲稿共118张，创作于星期二Movie complex3第43页，讲稿共118张，创作于星期二Q Q循环循环第44页，讲稿共118张，创作于星期二CytaCyta：辅基是血红素：辅基是血红素A ACytbCytb：辅基是血红素：辅基是血红素B BCytcCytc：辅基是血红素：辅基是血红素C C卟啉的侧链基团不同卟啉的侧链基团不同CytCyt的铁卟啉一般以非共价键与酶蛋白结合的铁卟啉一般以非共价键与酶蛋白结合CytcCytc例外，以硫醚键共价结合例外，以硫醚键共价结合第45页，讲稿共118张，创作于星期二Reduced cytochromeshas three absorptionbands in the visible wavelengthsCyt a:600 nmCyt b:560 nmCyt c:550 nm第46页，讲稿共118张，创作于星期二(4)(4)细胞色素细胞色素c c（cytccytc）:单一多肽链单一多肽链易溶于水易溶于水位于线粒体膜间隙位于线粒体膜间隙与与CytcCytc1 1含相同辅基，含相同辅基，但蛋白组成不同但蛋白组成不同第47页，讲稿共118张，创作于星期二第48页，讲稿共118张，创作于星期二无血红素无血红素Cytc（细胞溶胶）内外膜间隙（内外膜间隙（CytcCytc合成酶）合成酶）成熟成熟CytcCytc（构象变化）（构象变化）线粒体外膜通道CytcCytc功能：功能：传递电子由传递电子由复合体复合体 复合体复合体第49页，讲稿共118张，创作于星期二Cytochrome bc1 complex(complex III)第50页，讲稿共118张，创作于星期二（5 5）、复合体）、复合体（细胞色素（细胞色素c c氧化酶、细胞色素氧化酶）氧化酶、细胞色素氧化酶）l位于线粒体呼吸位于线粒体呼吸链链末端末端的蛋白复的蛋白复合物合物l活性部分主要包活性部分主要包括括cytacyta和和a a3 3l功能：功能：是将电子是将电子从从细胞色素细胞色素c c传递传递到到O O2 2第51页，讲稿共118张，创作于星期二Cytaa3复合体(细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶)除含2个铁卟啉，还含2个铜原子(CuCu+Cu Cu2+2+)第52页，讲稿共118张，创作于星期二The three critical subunits of cytochrome oxidase Cu第53页，讲稿共118张，创作于星期二a-CuA聚族a3-CuB聚族4H+做为底物做为底物4H+泵出到膜间隙泵出到膜间隙复合体复合体的电子传递途径的电子传递途径Fe-Cu中心中心第54页，讲稿共118张，创作于星期二Movie complex 4第55页，讲稿共118张，创作于星期二Movie as whole第56页，讲稿共118张，创作于星期二(四）氧化磷酸化作用机制四）氧化磷酸化作用机制1.1.生物氧化的共性生物氧化的共性:有机物质在有机物质在生物体内生物体内的氧化作用的氧化作用在在组织细胞中组织细胞中进行进行通常需要消耗氧，生成通常需要消耗氧，生成COCO2 2,呼吸作用。呼吸作用。有机物质最终被氧化成有机物质最终被氧化成COCO2 2和水。和水。释放出能量释放出能量第57页，讲稿共118张，创作于星期二脂肪脂肪葡萄糖、其葡萄糖、其它单糖它单糖三羧酸循三羧酸循环环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物分小分子化合物分解成共同的中间产解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙物（如丙酮酸、乙酰酰CoA等）等）共同中间物进入三共同中间物进入三羧酸循环羧酸循环,氧化脱下氧化脱下的氢由电子传递链的氢由电子传递链传递生成传递生成H2O，释，释放出大量能量，其放出大量能量，其中一部分通过磷酸中一部分通过磷酸化储存在化储存在ATP中。中。大分子降解成基大分子降解成基本结构单位本结构单位 生物体内能量产生的三个生物体内能量产生的三个阶段阶段机体内物质的生物氧化机体内物质的生物氧化第58页，讲稿共118张，创作于星期二2.2.生物氧化的特点：生物氧化的特点：（1 1）酶促氧化过程、反应条件温和）酶促氧化过程、反应条件温和（2 2）氧化与还原相偶联）氧化与还原相偶联（3 3）质子和电子由载体传递到氧生成水）质子和电子由载体传递到氧生成水（4 4）分步进行：有利于提高能量利用率）分步进行：有利于提高能量利用率（5 5）氧化磷酸化）氧化磷酸化第59页，讲稿共118张，创作于星期二生物氧化与体外燃烧的区别生物氧化与体外燃烧的区别第60页，讲稿共118张，创作于星期二-氧化脱羧氧化脱羧 氧化脱羧基作用：同时发生氧化氧化脱羧基作用：同时发生氧化/脱氢作用脱氢作用 丙酮酸丙酮酸 CO2+NADH+H+-氧化脱羧氧化脱羧 异柠檬酸氧化形成异柠檬酸氧化形成酮戊二酸酮戊二酸氧化脱羧酶系氧化脱羧酶系3.3.生物氧化中生物氧化中COCO2 2的生成方式的生成方式(1)(1)源于有机酸的脱羧作用（源于有机酸的脱羧作用（、-脱羧）脱羧）第61页，讲稿共118张，创作于星期二(2)(2)单纯脱羧：有机酸不经氧化作用单纯脱羧：有机酸不经氧化作用-单纯脱羧单纯脱羧-单纯脱羧单纯脱羧 -氨基酸氨基酸 胺胺 +CO2+CO2 脱羧酶脱羧酶第62页，讲稿共118张，创作于星期二2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶烯醇化酶 4.4.生物氧化中水的生成方式生物氧化中水的生成方式(1)(1)底物脱水底物脱水第63页，讲稿共118张，创作于星期二 代谢脱下的成对氢原子代谢脱下的成对氢原子（2H2H）通过多种通过多种酶和辅酶酶和辅酶 所催化的连锁反应逐步传递，最终与所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧氧结合生成结合生成 水，在此过程中有水，在此过程中有ATPATP的产生（狭义的生物氧化）；的产生（狭义的生物氧化）；酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜；酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜；传递氢的酶和辅酶传递氢的酶和辅酶递氢体递氢体 传递电子的酶和辅酶传递电子的酶和辅酶递电子体递电子体 此过程与细胞呼吸有关，此传递链称为此过程与细胞呼吸有关，此传递链称为呼吸链呼吸链。递氢体、递电子体都起传递电子的作用，又称递氢体、递电子体都起传递电子的作用，又称电电 子传递体。子传递体。(2)(2)由呼吸链生成水由呼吸链生成水第64页，讲稿共118张，创作于星期二5.5.生物氧化反应类型生物氧化反应类型 (1)(1)脱氢脱氢 生物氧化中，脱氢反应占有重要地位生物氧化中，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。它是许多有机物质生物氧化的重要步骤。催化脱氢反应的是催化脱氢反应的是各种类型各种类型的的脱氢酶脱氢酶。第65页，讲稿共118张，创作于星期二琥珀酸脱氢琥珀酸脱氢 直接脱氢直接脱氢第66页，讲稿共118张，创作于星期二乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶第67页，讲稿共118张，创作于星期二 加水脱氢加水脱氢酶催化醛氧化成酸的反应即属于这一类。酶催化醛氧化成酸的反应即属于这一类。第68页，讲稿共118张，创作于星期二加水脱氢方式为代谢物提供了更多的脱加水脱氢方式为代谢物提供了更多的脱氢机会，使生物获取更多的能量。氢机会，使生物获取更多的能量。C6H12O6 脱6次 每2个氢原子氧化成水生成2.5分子ATP 糖代谢生成30/32个ATP第69页，讲稿共118张，创作于星期二 加氧酶催化的加氧反应加氧酶催化的加氧反应 加氧酶催化氧分子直接加入到有机分子中加氧酶催化氧分子直接加入到有机分子中 如：甲烷单加氧酶如：甲烷单加氧酶 CHCH4 4 +NADH+H+NADH+H+O+O2 2 CHCH3 3-OH-OH+NAD+NAD+H+H2 2O O 氧化酶催化的生成水的反应氧化酶催化的生成水的反应 氧氧化化酶酶主主要要催催化化以以氧氧分分子子为为电电子子受受体体的的氧氧化化反反应应，反反应应产产物物为为水水。脱脱氢氢反反应应中中产产生生的的氢氢质质子子和和电电子子，最最后后以以这种形式进行氧化。这种形式进行氧化。（2 2）氧直接参加的氧化反应）氧直接参加的氧化反应（3 3）只有电子得失的反应，也是氧化还原反应。）只有电子得失的反应，也是氧化还原反应。第70页，讲稿共118张，创作于星期二 1 1、脱氢酶、脱氢酶 使代谢物的氢活化、脱落，传递给受氢体或中间传递体 显著特点：体外实验中以甲烯蓝甲烯蓝为受氢体 氧化型甲烯蓝：兰色 还原型甲烯蓝：无色6.6.参与生物氧化的酶类参与生物氧化的酶类第71页，讲稿共118张，创作于星期二根据脱氢酶所含辅助因子的不同分为：（1）以黄素核苷酸为辅助因子的脱氢酶）以黄素核苷酸为辅助因子的脱氢酶 （又称为黄素酶）（又称为黄素酶）根据受氢体不同又分为根据受氢体不同又分为需氧黄酶：需氧黄酶：以氧为直接受氢体生成以氧为直接受氢体生成H2O2不需氧黄酶：不需氧黄酶：氢先传递给中间传递体，氢先传递给中间传递体，最后才给分子氧生成最后才给分子氧生成H2O氧化态氧化态FAM/FADFAM/FAD：黄色，：黄色，450nm450nm处吸收峰处吸收峰还原态还原态FAMHFAMH2 2/FADH/FADH2 2：无色：无色第72页，讲稿共118张，创作于星期二代谢物-2H FMN H2O2 FAD代谢物 FMNH2 O2 FADH22H2H需氧黄酶：需氧黄酶：第73页，讲稿共118张，创作于星期二代谢物-2H FMN 传递体-2H 1/2O2 FAD代谢物 FMNH2 传递体 H2O FADH22H2H2H不需氧黄酶不需氧黄酶第74页，讲稿共118张，创作于星期二（2 2）以烟酰胺核苷酸为辅助因子的）以烟酰胺核苷酸为辅助因子的脱氢酶脱氢酶 NADNAD（CoCo）、）、NADPNADP（CoCo）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸第75页，讲稿共118张，创作于星期二代谢物-2H NAD+传递体-2H 1/2O2 NADP+代谢物 NADH+H+传递体 H2O NADPH+H+2H2H2H第76页，讲稿共118张，创作于星期二(2)(2)氧化酶：氧化酶：以氧为直接受氢体，一般含以氧为直接受氢体，一般含CuCu(3)(3)加氧酶：加氧酶：催化加氧反应催化加氧反应(4)(4)传递体：传递体：传递传递H H或电子或电子 递氢体、递电子体递氢体、递电子体 不能使底物脱氢，不能使底物脱氢，也不能使氧活化。也不能使氧活化。狭义的生物氧化过程是一系列的氧化还原反应，狭义的生物氧化过程是一系列的氧化还原反应，且是放能的氧化还原反应。且是放能的氧化还原反应。第77页，讲稿共118张，创作于星期二7.7.生物氧化过程中磷酸化类型（生物氧化过程中磷酸化类型（ATPATP的生成）的生成）ATP ATP主要由主要由ADTADT磷酸化所生成，少数情况下，可磷酸化所生成，少数情况下，可由由AMPAMP焦磷酸化而生成。焦磷酸化而生成。ADP+Pi +ADP+Pi +能量能量 ATPATP AMP+PPi+AMP+PPi+能量能量 ATPATP(1)(1)底物磷酸化：是指在被氧化的底物上发生磷酸底物磷酸化：是指在被氧化的底物上发生磷酸化作用。化作用。其特点为没有氧的参与，分子内部所含能量重新分配，其特点为没有氧的参与，分子内部所含能量重新分配，生成高能磷酸键，也称代谢物水平磷酸化。生成高能磷酸键，也称代谢物水平磷酸化。XP +ADP ATP +X第78页，讲稿共118张，创作于星期二（2 2）电子传递体系磷酸化）电子传递体系磷酸化:电子从电子从NADHNADH或或FADHFADH2 2经过经过电子传递体系电子传递体系(呼吸链呼吸链)传递给氧形成水，同时伴有传递给氧形成水，同时伴有ADPADP磷酸化为磷酸化为ATPATP的过程。的过程。NADHFMNCoQbc1caa3O2PPP2.5ADP2.5ATPP/O比值：比值：在电子传递体系磷酸化中，在一定时间内所在电子传递体系磷酸化中，在一定时间内所消耗的氧（以克原子计）与所产生的消耗的氧（以克原子计）与所产生的ATP数目的比值。数目的比值。NADH的的P/O=2.5FADH2的的P/O=1.5第79页，讲稿共118张，创作于星期二ATPATP的合成部位的合成部位NADH氧化过程中有三个反应G 值大于30.5kJ/molNADH NADH FMNFMN cytb cytb cytc cytc1 1 cytaa cytaa3 3 O O2 2-55.6kJ/mol -34.7 kJ/mol -102.1kJ/mol复合物复合物Cytc氧化酶复合物复合物泛醌Cytc还原酶 复合物复合物NADH脱氢酶第80页，讲稿共118张，创作于星期二 8.8.呼吸链中传递体呼吸链中传递体(氢和电子氢和电子)的顺序的顺序MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1+0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥抑制剂：抑制剂：抗霉素抗霉素A氰化物，氰化物，CO，叠氮化合物叠氮化合物排列原则：排列原则：1 氧化还原电势由氧化还原电势由 低低 高高2传递阻断剂实验结果传递阻断剂实验结果第81页，讲稿共118张，创作于星期二OxidizedReducedReducedOxidizedReduced第82页，讲稿共118张，创作于星期二Electron carriers may have an order of increasing E0从从NADHNADH到分子氧到分子氧每一电子传递体得电子的倾向逐渐增大每一电子传递体得电子的倾向逐渐增大第83页，讲稿共118张，创作于星期二NADH+H+O2 H2O+NAD+G=-220kJ/mol第84页，讲稿共118张，创作于星期二9.9.氧化磷酸化作用的机制氧化磷酸化作用的机制 氧氧化化磷磷酸酸化化偶偶联联:代代谢谢物物的的氧氧化化（脱脱氢氢）作作用用与与ADPADP的的磷磷酸酸化化反应偶联生成反应偶联生成ATPATP的过程。的过程。反应部位：反应部位：线粒体内膜（真核）、胞浆膜（原核细胞）线粒体内膜（真核）、胞浆膜（原核细胞）电电子子沿沿上上述述传传递递链链传传递递到到O O2 2是是一一个个高高度度放放能能过过程程,产产生生的的能能量量,主主要要用用于于转转移移质质子子,即即将将质质子子从从线线粒粒体体基基质质泵泵出出到到膜膜间间隙隙。每每一一对对电电子子从从NADHNADH传传到到O O2 2的的过过程程中中，有有4 4个个质质子子由由复复合合体体泵泵出出，4 4个个质质子子由由复复合合体体泵泵出出，2 2个个质质子子由由复复合合体体泵泵出出，总共为总共为1010个质子，上述过程的总反应方程式如下：个质子，上述过程的总反应方程式如下：NADH+11HNADH+11H内内 +O+O2 2 NAD NAD+10H +10H外外 +H+H2 2O O 12+第85页，讲稿共118张，创作于星期二（1 1）、有关氧化磷酸化机理的几种假说）、有关氧化磷酸化机理的几种假说 化学偶联假说化学偶联假说 构象偶联假说构象偶联假说 化学渗透假说化学渗透假说第86页，讲稿共118张，创作于星期二 化学偶联假说（化学偶联假说（19531953年）年）chemical coupling hypothesischemical coupling hypothesis 认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成成高能共价中间物高能共价中间物，最后将其能量转移到，最后将其能量转移到ADPADP中形成中形成ATPATP。AHAH2 2+B+B+I I-OH A -OH A I I+BH+BH2 2+OH+OH-A A I I+X X-H+OH-H+OH-X X I I+A+H+A+H2 2O O X IX I+P P-OH -OH X P X P+I I-OH-OH X PX P+ADP ATP+ADP ATP+X X-H-H AH AH2 2+B+ADP+P-OH A+BH+B+ADP+P-OH A+BH2 2+ATP+H+ATP+H2 2O O第87页，讲稿共118张，创作于星期二 构象偶联假说（构象偶联假说（19641964）conformational conformational coupling hypothesiscoupling hypothesis 认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白质组分蛋白质组分发生了构象变化，形成一种发生了构象变化，形成一种高能构象高能构象，这种高能形式通这种高能形式通过过ATPATP的合成而恢复其原来的构象。的合成而恢复其原来的构象。迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。蛋白质组分的构象变化还是存在的。第88页，讲稿共118张，创作于星期二第89页，讲稿共118张，创作于星期二 化学渗透假说：化学渗透假说：a.a.线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵。线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵。b.b.电电子子由由高高能能状状态态传传递递到到低低能能状状态态时时释释放放出出来来的的能能量量，用用于于驱驱动动膜膜内内侧侧的的H H+迁迁移移到到膜膜外外侧侧（内内膜膜对对H H+是是不不通通透透的的），在在膜膜内内外外侧侧产产生生了跨膜质子梯度了跨膜质子梯度 和电位梯度。和电位梯度。c.c.在在膜膜内内外外势势能能差差的的驱驱动动下下，膜膜外外高高能能质质子子沿沿着着一一个个特特殊殊通通道道（ATPATP合合酶酶组组成成部部分分），跨跨膜膜回回到到膜膜内内侧侧。质质子子跨跨膜膜过过程程中中释释放放的的能能量量，直接驱动直接驱动ADPADP和磷酸合成和磷酸合成ATPATP。第90页，讲稿共118张，创作于星期二第91页，讲稿共118张，创作于星期二第92页，讲稿共118张，创作于星期二质子梯度破坏引起氧化磷酸化解偶联质子梯度破坏引起氧化磷酸化解偶联第93页，讲稿共118张，创作于星期二The artificiallyimposed protongradient alone was found to driveATP synthesis!第94页，讲稿共118张，创作于星期二v支持化学渗透假说的实验证据：支持化学渗透假说的实验证据：(1)(1)氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。(2)(2)线粒体内膜对线粒体内膜对H H+OH OH-K K+Cl Cl-都是不通透的。都是不通透的。(3)(3)破坏破坏H H+浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）必然破坏氧化磷酸化作用的进行。必然破坏氧化磷酸化作用的进行。(4)(4)线粒体的电子传递所形成的电子流能够将线粒体的电子传递所形成的电子流能够将H H+从线粒体内膜从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙。逐出到线粒体膜间隙。(5)(5)大量直接或间接的实验证明膜表面能够滞留大量质子，大量直接或间接的实验证明膜表面能够滞留大量质子，并且在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。并且在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。(6)(6)迄今未能在电子传递过程中分离出一个与迄今未能在电子传递过程中分离出一个与ATPATP形成有关的形成有关的高能中间化合物，亦未能分离出电子传递体的高能存在形式。高能中间化合物，亦未能分离出电子传递体的高能存在形式。(7)(7)H H+如何通过电子传递链如何通过电子传递链“泵泵”出的？出的？第95页，讲稿共118张，创作于星期二 质子梯度的形成（耗能过程）质子梯度的形成（耗能过程）第96页，讲稿共118张，创作于星期二MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e O2O2-X-+IO-XHIOHH2OXIXIXIATP合成合成酶头部酶头部ADP+PiATP2H+X-+IO-H2O化学渗透学说图解化学渗透学说图解线线粒粒体体内内膜膜外外侧侧线线粒粒体体内内膜膜内内侧侧线粒体内膜线粒体内膜第97页，讲稿共118张，创作于星期二（2 2）ATPATP合成机制合成机制ATPATP酶复合体酶复合体 ATPATP合成部位合成部位:线粒体内膜表面有一层规则地间线粒体内膜表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为隔排列着的球状颗粒，称为ATPATP酶复合体酶复合体/ATP/ATP合成酶合成酶，是，是ATPATP合成的场所。合成的场所。ATPATP合成酶结构：合成酶结构：头部：头部：ATPATP合成酶（合成酶（F1F1）柄部：柄部：棒状棒状PrPr，对寡霉素敏感（，对寡霉素敏感（OSCPOSCP）基底部：基底部：疏水疏水PrPr，与内膜连接，与内膜连接（F FO O）第98页，讲稿共118张，创作于星期二lF F1 1头部含头部含5 5种不同的亚基种不同的亚基（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有许多有许多c c亚基亚基,1,1个个a a和和2 2个个b b亚基亚基,还有一个还有一个 亚基构亚基构成的质子通道。成的质子通道。F F0 0与线与线粒体电子传递系统连接粒体电子传递系统连接（质子通道）（质子通道）Movie ATP synthese第99页，讲稿共118张，创作于星期二超声波处理超声波处理嵴重新封闭嵴重新封闭形成亚线粒体泡形成亚线粒体泡内膜外翻内膜外翻保留电子传递功能保留电子传递功能丧失合成丧失合成ATP功能功能 氧化磷酸化恢复（氧化磷酸化恢复（线粒体内膜组份完整）线粒体内膜组份完整）F F1 1和和F F0 0在在ATPATP合成中合成中作用的实验作用的实验尿素尿素 胰蛋白酶胰蛋白酶第100页，讲稿共118张，