生物氧化——氧化磷酸化.pptx

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1、会计学1生物氧化生物氧化氧化磷酸化氧化磷酸化第一页，编辑于星期二：四点 三十四分。2、生物氧化的特点、生物氧化的特点（1）水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作用直接）水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作用直接参予了氧化反应。参予了氧化反应。（2）在生物氧化中，在生物氧化中，碳的氧化碳的氧化和和氢的氧化氢的氧化不是同步进行不是同步进行的。氧化过程中脱下来的氢和电子，通常各种传递体（传的。氧化过程中脱下来的氢和电子，通常各种传递体（传H体体和传电子体）传递给氧生成水，在这个过程中释放大量和传电子体）传递给氧生成水，在这个过程中释放大量的自由能，使的自由能，使ADP磷酸化为磷酸化为A

2、TP。（3）生物氧化是一个逐步氧化的过程。氧化反应伴随生物氧化是一个逐步氧化的过程。氧化反应伴随还原反应，每一步反应都由特定的酶催化，每一步反应还原反应，每一步反应都由特定的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。的产物都可以分离出来。逐步进行氧化逐步释放能量，能提高能量利用率逐步进行氧化逐步释放能量，能提高能量利用率,也不会使体温也不会使体温骤然升高骤然升高,损坏机体损坏机体.第1页/共50页第二页，编辑于星期二：四点 三十四分。2 脱脱H氧化：氧化：因为氢原子可分解为因为氢原子可分解为H+与与e，因此其本质也是因此其本质也是电子转移。电子转移。AH2+BA+BH21 失电子氧化：失电子氧化

3、：Fe2+Cu2+Fe3+Cu+3 与氧化合氧化：与氧化合氧化：因加氧时，常伴有氧接受质子和电子而因加氧时，常伴有氧接受质子和电子而被还原成水，其本质也是电子转移。被还原成水，其本质也是电子转移。RH+O2+2H+2eROH+H2O3、生物氧化的形式、生物氧化的形式生物氧化与非生物氧化的方式相同生物氧化与非生物氧化的方式相同第2页/共50页第三页，编辑于星期二：四点 三十四分。二二、生物氧化中、生物氧化中CO2的生成的生成（1 1）直接脱羧作用）直接脱羧作用糖、脂质和蛋白质经过一系列的氧化分解形成含羧基糖、脂质和蛋白质经过一系列的氧化分解形成含羧基的中间产物，然后在脱羧酶的催化下，的中间产物，

4、然后在脱羧酶的催化下，直接直接从含羧基的从含羧基的中间产物上脱去羧基。例如丙酮酸和草酰乙酸的脱羧。中间产物上脱去羧基。例如丙酮酸和草酰乙酸的脱羧。CH3CHO+CO2丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶（-脱羧）脱羧）COOH C=OCH3第3页/共50页第四页，编辑于星期二：四点 三十四分。丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶（-脱羧）脱羧）+CO2COOH C=OCH2COOHCOOH C=OCH3直接脱羧直接脱羧第4页/共50页第五页，编辑于星期二：四点 三十四分。NADP+NADPH+H+CH3CCOOH+CO2O苹果酸苹果酸（2）氧化脱羧作用）氧化脱羧作用含羧基的中间产物（主要是酮酸）在氧化脱羧酶系的催化下

5、，含羧基的中间产物（主要是酮酸）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。例如苹果酸的氧化在脱羧的同时，也发生氧化（脱氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。脱羧生成丙酮酸。COOHHO-C-HCH2COOH第5页/共50页第六页，编辑于星期二：四点 三十四分。（一）（一）呼吸链：呼吸链：代谢物上的氢原子代谢物上的氢原子,被脱被脱H酶激活脱落后酶激活脱落后,经经过一系列传递体的传递过一系列传递体的传递,最后传递给被激活的氧分子而生成水最后传递给被激活的氧分子而生成水的全部体系叫呼吸链的全部体系叫呼吸链(电子传递链电子传递链).2eMH2M递氢体递氢体递氢体递氢体H2 NA

6、D+、NADP+、FMN、FAD、COQ还原型还原型氧化型氧化型Cyt递电子体递电子体 b,c1,c,aa32H+O2O2-H2O脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶氧化酶氧化酶三、生物氧化中三、生物氧化中H2O的生成的生成呼吸链呼吸链第6页/共50页第七页，编辑于星期二：四点 三十四分。呼吸链主要是以呼吸链主要是以脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶、传递体传递体传递体传递体及及氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶组成生物氧化体组成生物氧化体系系,一般称为生物氧化还原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链。一般称为生物氧化还原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链。在具有线粒体的生物中在具有线粒体的生物中,典型的呼吸链有两种：典型的呼吸链有两

7、种：NADH呼吸链呼吸链和和FADH2呼吸链。这两种呼吸链的区别在于接受氢的最初呼吸链。这两种呼吸链的区别在于接受氢的最初受体不同，其它基本是相同的受体不同，其它基本是相同的.在生物体中还有其它的呼吸链形式在生物体中还有其它的呼吸链形式.第7页/共50页第八页，编辑于星期二：四点 三十四分。在分离在分离NADH和和FADH2呼吸链各组分时呼吸链各组分时,从线粒体内膜中分从线粒体内膜中分离到离到四个不同的传递体复合物四个不同的传递体复合物和未组成复合物的和未组成复合物的辅酶辅酶Q（CoQ）及及细胞色素细胞色素c(Cytc)。四个不同的传递体复合物分别。四个不同的传递体复合物分别命名为复合物命名为

8、复合物、复合物、复合物、复合物、复合物和复合物和复合物。第8页/共50页第九页，编辑于星期二：四点 三十四分。NADH-Q还原酶还原酶（复合物（复合物）NADH NAD+2e-CoQ细胞色素还原酶细胞色素还原酶（复合物（复合物）细胞色素细胞色素 c 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶（复合物（复合物 ）1/2O2+2H+H2OE/0=-0.36VG/0=-69.5kJ/molE/0=+0.19VG/0=-36.7kJ/molE/0=+0.045VE/0=-0.315VE/0=+0.235VE/0=+0.58VG/0=-112kJ/molE/0=+0.815VFADH2琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸2H

9、FAD琥珀酸琥珀酸-Q还原酶还原酶(复合物复合物）（二）呼吸链类（二）呼吸链类型型ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP第9页/共50页第十页，编辑于星期二：四点 三十四分。第10页/共50页第十一页，编辑于星期二：四点 三十四分。（三）呼吸链的组成（三）呼吸链的组成n n复合物复合物INADH-Q还还原酶原酶n n复合物复合物II琥珀酸还原琥珀酸还原酶酶n n复合物复合物III细胞色素还细胞色素还原酶原酶n n复合物复合物IV细胞色素氧细胞色素氧化酶化酶n n未形成复合物的有未形成复合物的有CoQ和和细胞色素细胞色素c第11页/共50页第十二页，编辑于星期二：四点 三十四分。

10、结构与组成结构与组成（含（含42条多肽链）条多肽链）包括一个黄素蛋白（辅基为包括一个黄素蛋白（辅基为FMN）至少包含至少包含6个铁硫中心（或叫铁硫聚簇），个铁硫中心（或叫铁硫聚簇），用用Fe-S表示表示功能功能一是一是通过通过FMN将线粒体基质中将线粒体基质中NADH上的氢负离上的氢负离子和一个质子转移给辅酶子和一个质子转移给辅酶Q。是放能过程。是放能过程。二是二是从线粒体基质中转移从线粒体基质中转移4个质子个质子到线粒体内、外到线粒体内、外膜的间隙，是需能过程膜的间隙，是需能过程复合物复合物I1、复合物、复合物INADH-Q还原酶还原酶第12页/共50页第十三页，编辑于星期二：四点 三十四分

11、。FMN FMN是氢的载体，可携带一个氢，也可携带两个氢。是氢的载体，可携带一个氢，也可携带两个氢。是氢的载体，可携带一个氢，也可携带两个氢。是氢的载体，可携带一个氢，也可携带两个氢。铁硫聚簇铁硫聚簇铁硫聚簇铁硫聚簇(简写为简写为简写为简写为Fe-S)Fe-S)，与蛋白质结合后叫铁硫蛋白，与蛋白质结合后叫铁硫蛋白，与蛋白质结合后叫铁硫蛋白，与蛋白质结合后叫铁硫蛋白，又叫铁硫中心。又叫铁硫中心。又叫铁硫中心。又叫铁硫中心。铁硫聚簇有铁硫聚簇有铁硫聚簇有铁硫聚簇有3 3类类类类:1Fe-0S,:1Fe-0S,2 2Fe-2S,4Fe-4SFe-2S,4Fe-4S。主要以。主要以。主要以。主要以(2

12、(2Fe-2S)Fe-2S)或或或或 (4(4Fe-4S)Fe-4S)形式存在。形式存在。形式存在。形式存在。铁硫蛋白通过铁硫蛋白通过铁硫蛋白通过铁硫蛋白通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+变价进行电子传递。变价进行电子传递。变价进行电子传递。变价进行电子传递。1Fe,0S1Fe,0S2Fe,2S2Fe,2S4Fe,4S4Fe,4S第13页/共50页第十四页，编辑于星期二：四点 三十四分。辅酶辅酶Q Q（简写为（简写为Q或或CoQ）：）：是一种脂溶性醌类化合物，是一种脂溶性醌类化合物，因在自然界存在广泛又叫泛醌。它是电子传递链上唯一的因在自然界存在广泛又叫泛醌。它是电子传递链上唯一的非蛋白电

13、子载体非蛋白电子载体辅酶辅酶Q在线粒体中有两种存在形式：膜结合型、游离型在线粒体中有两种存在形式：膜结合型、游离型CoQCoQ含有一异戊二烯碳氢链，在不同生物中长度不同，哺乳含有一异戊二烯碳氢链，在不同生物中长度不同，哺乳动物最常见是含动物最常见是含1010个异戊二烯单位，非哺乳动物中可能含个异戊二烯单位，非哺乳动物中可能含6 68 8个异戊二烯单位，这链的作用是个异戊二烯单位，这链的作用是CoQCoQ成为非极性化合物，使其在线成为非极性化合物，使其在线粒体内膜中可迅速扩散。粒体内膜中可迅速扩散。2、辅酶辅酶Q（泛醌泛醌）第14页/共50页第十五页，编辑于星期二：四点 三十四分。辅酶辅酶-Q的

14、功能的功能CoQ的的活活性性部部分分是是它它的的醌醌环环结结构构，CoCoQ很很容容易易接接受受电电子子和和质质子子，生生成成还还原原型型辅辅酶酶（CoQH2）；CoCoQH2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氧氧化化型型Q（CoQ）。并并且且还还原原型型（CoQHCoQH2 2）转转化化为为氧氧化化型型辅辅酶酶QCoQQCoQ时时，把把2H2H分分解解为为2H2H+和和2e2e。它它在在线线粒粒体体呼呼吸吸链链中中主主要要功功能能是是氧氧化化-还还原原酶酶的的辅辅酶酶，它它可可以以接接受受NADH-QNADH-Q还还原原酶酶脱脱下下的的电电子子和和氢氢原原子子，也

15、也能能接接受受琥琥珀珀酸酸-Q-Q还还原原酶酶脱脱下下的的电电子子和和氢氢原原子子，在在呼呼吸吸链链中中处处于于中中心心地地位。位。CoQ也是也是NADH-Q还原酶的辅酶还原酶的辅酶第15页/共50页第十六页，编辑于星期二：四点 三十四分。氧还型氧还型CoQ或叫醌型或叫醌型半醌中间体（半醌中间体（Q-）还原型还原型CoQ（QH2）CoQ可以接受两个可以接受两个电子形成电子形成QH2，也可，也可接受一个电子，或由接受一个电子，或由QH2给出一个电子形给出一个电子形成稳定的半醌中间产成稳定的半醌中间产物。物。第16页/共50页第十七页，编辑于星期二：四点 三十四分。n n电子由电子由电子由电子由F

16、ADHFADH2 2转移到转移到转移到转移到CoQCoQ上释放的自由能不足以合成上释放的自由能不足以合成上释放的自由能不足以合成上释放的自由能不足以合成ATPATP，所以这步，所以这步，所以这步，所以这步反应无反应无反应无反应无ATPATP生成，这步反应的意义是：保证了生成，这步反应的意义是：保证了生成，这步反应的意义是：保证了生成，这步反应的意义是：保证了FADHFADH2 2上的具有相对较上的具有相对较上的具有相对较上的具有相对较高势能的电子绕过复合物高势能的电子绕过复合物高势能的电子绕过复合物高势能的电子绕过复合物I I进入电子传递链进入电子传递链进入电子传递链进入电子传递链结构结构含含

17、4种不同的蛋白质亚基，分别称为种不同的蛋白质亚基，分别称为A、B、C、D，每个亚，每个亚 都含血红素都含血红素 具有具有2种辅基：种辅基：Fe-S和和FAD具具2个结合位点：与泛醌的结合位点和与琥珀酸的结合位点个结合位点：与泛醌的结合位点和与琥珀酸的结合位点将电子从琥珀酸传到将电子从琥珀酸传到FAD，FAD再通过铁硫中心和细胞色素再通过铁硫中心和细胞色素b562传到传到CoQ功能功能3、复合物、复合物II琥珀酸琥珀酸-Q还原酶还原酶第17页/共50页第十八页，编辑于星期二：四点 三十四分。（1）结构：复合物）结构：复合物由由2个个相同的单体组成的同二聚体，每相同的单体组成的同二聚体，每个单体含

18、个单体含11个不同的亚基，每个单体含个不同的亚基，每个单体含1个功能核心，每个功能个功能核心，每个功能核心含核心含3种辅基。种辅基。3种辅基种辅基细胞色素细胞色素c1铁硫蛋白（铁硫蛋白（2Fe-2S)细胞色素细胞色素b562（cyt b562,或或bH）细胞色素细胞色素b566（cyt b566或或bL)细胞色素细胞色素b4、复合物、复合物细胞色素还原酶细胞色素还原酶第18页/共50页第十九页，编辑于星期二：四点 三十四分。（2）功能：在伸向线粒体基质部分有）功能：在伸向线粒体基质部分有2个个CoQ结合位点，分别结合位点，分别叫叫Q内内（近线粒体基质）；（近线粒体基质）；Q外外（近线粒体膜间隙

19、），复合物（近线粒体膜间隙），复合物以以Q 循环方式传递电子，它使循环方式传递电子，它使QH2上的两个电子分为两路传递，上的两个电子分为两路传递，一个一个QH2的的2个电子，其中一个电子通过细胞色素个电子，其中一个电子通过细胞色素C1，另一个电，另一个电子通过细胞色素子通过细胞色素b分别还原两个细胞色素分别还原两个细胞色素c，Q本身被氧化。本身被氧化。另一个另一个QH2的的2个电子，其中一个电子通过细胞色素个电子，其中一个电子通过细胞色素C1传到传到细胞色素细胞色素C，另一个电子通过细胞色素，另一个电子通过细胞色素b传给氧化型传给氧化型Q生成生成QH2。第19页/共50页第二十页，编辑于星期二

20、：四点 三十四分。（3 3）细胞色素类）细胞色素类）细胞色素类）细胞色素类1 1）细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素(cyt)(cyt)类是以血红素为辅基的红色或褐色的蛋白类是以血红素为辅基的红色或褐色的蛋白类是以血红素为辅基的红色或褐色的蛋白类是以血红素为辅基的红色或褐色的蛋白质，是呼吸链的电子传递体，生物体中的细胞色素约质，是呼吸链的电子传递体，生物体中的细胞色素约质，是呼吸链的电子传递体，生物体中的细胞色素约质，是呼吸链的电子传递体，生物体中的细胞色素约有有有有3030多种多种多种多种,线粒体的电子传递链至少含有线粒体的电子传递链至少含有线粒体的电子传递链至少含有线粒体的电子传递链至少含有

21、5 5种：种：种：种：2 2）还原型细胞色素对可见光具有吸收现象还原型细胞色素对可见光具有吸收现象还原型细胞色素对可见光具有吸收现象还原型细胞色素对可见光具有吸收现象,可看到可看到可看到可看到、和和和和 三个光谱吸收峰，这是区别不同细胞色素的重要标志，根据吸三个光谱吸收峰，这是区别不同细胞色素的重要标志，根据吸三个光谱吸收峰，这是区别不同细胞色素的重要标志，根据吸三个光谱吸收峰，这是区别不同细胞色素的重要标志，根据吸收光谱不同将细胞色素分为收光谱不同将细胞色素分为收光谱不同将细胞色素分为收光谱不同将细胞色素分为a a、b b、c c三类，哺乳动物的线粒三类，哺乳动物的线粒三类，哺乳动物的线粒三

22、类，哺乳动物的线粒体中至少有体中至少有体中至少有体中至少有b b、c c、c1c1、a a和和和和a3a3五种，五种，五种，五种，a a和和和和a a3 3以复合物的形以复合物的形以复合物的形以复合物的形式存在呼吸链的末端式存在呼吸链的末端式存在呼吸链的末端式存在呼吸链的末端n n氧化型细胞色素没有吸收峰的存在。氧化型细胞色素没有吸收峰的存在。氧化型细胞色素没有吸收峰的存在。氧化型细胞色素没有吸收峰的存在。第20页/共50页第二十一页，编辑于星期二：四点 三十四分。3）不同种类的细胞色素）不同种类的细胞色素-吸收峰的波长和位置有所不同，如细吸收峰的波长和位置有所不同，如细胞色素胞色素b中，一种

23、最大吸收光谱为中，一种最大吸收光谱为562nm，用，用b 562nm或或b560或或bH表示；另一种最大吸收光谱为表示；另一种最大吸收光谱为566nm，用，用b566或或bL表示。表示。第21页/共50页第二十二页，编辑于星期二：四点 三十四分。4）不同细胞色素的辅基不同细胞色素的辅基血红素血红素是有区别的是有区别的.n n 细胞色素细胞色素b、c、c 1的辅基是血红的辅基是血红素素(含铁原卟啉含铁原卟啉)，与血红蛋白和肌，与血红蛋白和肌红蛋白的血红素是相同的；细胞色红蛋白的血红素是相同的；细胞色素素a和和a3的辅基是血红素是的辅基是血红素是A。血红。血红素素A 是血红素经修饰形成的，所以是血

24、红素经修饰形成的，所以血红素和血红素血红素和血红素A在结构上略有不在结构上略有不同同.第22页/共50页第二十三页，编辑于星期二：四点 三十四分。5）不同的细胞色素的的辅基不同的细胞色素的的辅基血血红素中铁原子与卟啉环和蛋白质结红素中铁原子与卟啉环和蛋白质结合形成的化学键数不同：合形成的化学键数不同：细胞色素细胞色素a3形成形成5个配位键，其余的个配位键，其余的细胞色素形成细胞色素形成6个共价键和配位键。个共价键和配位键。所以只有所以只有a3能与能与O2结合，也可与结合，也可与CO、CN-等结合。等结合。第23页/共50页第二十四页，编辑于星期二：四点 三十四分。5 5、细胞色素细胞色素细胞色

25、素细胞色素c c（cyt.ccyt.c）n n是唯一可溶性的细胞色素，是当前了解最清楚的细胞色素。由是唯一可溶性的细胞色素，是当前了解最清楚的细胞色素。由是唯一可溶性的细胞色素，是当前了解最清楚的细胞色素。由是唯一可溶性的细胞色素，是当前了解最清楚的细胞色素。由104104个氨基酸残基组成，一条多肽链，同源性很强，可作为研究个氨基酸残基组成，一条多肽链，同源性很强，可作为研究个氨基酸残基组成，一条多肽链，同源性很强，可作为研究个氨基酸残基组成，一条多肽链，同源性很强，可作为研究生物系统进化的一个指标。生物系统进化的一个指标。生物系统进化的一个指标。生物系统进化的一个指标。n n细胞色素细胞色素

26、细胞色素细胞色素c c是呼吸链中一个是呼吸链中一个是呼吸链中一个是呼吸链中一个独立的蛋白质电子载体独立的蛋白质电子载体独立的蛋白质电子载体独立的蛋白质电子载体，位于，位于，位于，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它能交线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它能交线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它能交线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它能交互地与细胞色素还原酶（复合物互地与细胞色素还原酶（复合物互地与细胞色素还原酶（复合物互地与细胞色素还原酶（复合物IIIIII）的细胞色素）的细胞色素）的细胞色素）的细胞色素c1c1和细和细和细和细胞色素氧化酶（复合物胞色素氧化酶（复合

27、物胞色素氧化酶（复合物胞色素氧化酶（复合物IVIV）接触，）接触，）接触，）接触，作用是在复合物作用是在复合物作用是在复合物作用是在复合物IIIIII和复合和复合和复合和复合物物物物IVIV之间传递电子。之间传递电子。之间传递电子。之间传递电子。第24页/共50页第二十五页，编辑于星期二：四点 三十四分。功能是把细胞色素功能是把细胞色素功能是把细胞色素功能是把细胞色素c c的电子传递给氧。所以叫细胞色素氧化酶。的电子传递给氧。所以叫细胞色素氧化酶。的电子传递给氧。所以叫细胞色素氧化酶。的电子传递给氧。所以叫细胞色素氧化酶。6、复合物、复合物细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶结构：哺乳动物的结构：哺

28、乳动物的复合物复合物含含13个亚基，细菌含个亚基，细菌含34个亚个亚基，该复合物共有基，该复合物共有4个氧化还原中心个氧化还原中心cyt a cyt a3铜原子铜原子A 中心（中心（CuA）铜原子铜原子B中心（中心（CuB)4个个氧化还原中心氧化还原中心第25页/共50页第二十六页，编辑于星期二：四点 三十四分。（四）（四）呼吸链各传递体的顺序呼吸链各传递体的顺序1、呼吸链各传递体的顺序、呼吸链各传递体的顺序2、呼吸链各传递体的顺序的证据呼吸链各传递体的顺序的证据第26页/共50页第二十七页，编辑于星期二：四点 三十四分。MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.045b+0.07c

29、1+0.215c+0.235aa3+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E E/0 0第27页/共50页第二十八页，编辑于星期二：四点 三十四分。2、呼吸链各传递体顺序的证据、呼吸链各传递体顺序的证据呼吸链中呼吸链中H和电子的传递有着严格的顺序和方向，呼吸和电子的传递有着严格的顺序和方向，呼吸链中各传递体的顺序主要有以下证据。链中各传递体的顺序主要有以下证据。（1）根据呼吸链中各标准氧化还原电对（）根据呼吸链中各标准氧化还原电对（E/0）的数值确）的数值确定，已知各传递体的顺序与得失电子的能力有

30、关，电子总是定，已知各传递体的顺序与得失电子的能力有关，电子总是从低从低E/0向高向高E/0流动流动 ，氧化还原电对越低，所具有的能量越高，氧化还原电对越低，所具有的能量越高，越易失电子而位于呼吸链前面。电子从电负性流向电正性伴随越易失电子而位于呼吸链前面。电子从电负性流向电正性伴随着自由能的降低，在两个氧还电对之间，当电子从电负性电对着自由能的降低，在两个氧还电对之间，当电子从电负性电对流向电正性电对时，标准电势之差越大自由能丢失也越多。流向电正性电对时，标准电势之差越大自由能丢失也越多。如果一对电子从如果一对电子从NADH转移到氧，它的标准自由能变化可根转移到氧，它的标准自由能变化可根据公

31、式据公式 G0/=-nF E/0 求得。求得。第28页/共50页第二十九页，编辑于星期二：四点 三十四分。（2 2）用特异性电子传递抑制剂来选择性地阻断呼吸链中某传）用特异性电子传递抑制剂来选择性地阻断呼吸链中某传）用特异性电子传递抑制剂来选择性地阻断呼吸链中某传）用特异性电子传递抑制剂来选择性地阻断呼吸链中某传递体的传递递体的传递递体的传递递体的传递,再测定呼吸链中各组分的氧化再测定呼吸链中各组分的氧化再测定呼吸链中各组分的氧化再测定呼吸链中各组分的氧化-还原状态，来还原状态，来还原状态，来还原状态，来证明传递体的顺序。在阻断环节之前，因证明传递体的顺序。在阻断环节之前，因证明传递体的顺序。

32、在阻断环节之前，因证明传递体的顺序。在阻断环节之前，因HH（e)e)不能传递不能传递不能传递不能传递下去而处于还原状态，在阻断环节之后，因不能得到下去而处于还原状态，在阻断环节之后，因不能得到下去而处于还原状态，在阻断环节之后，因不能得到下去而处于还原状态，在阻断环节之后，因不能得到H(e)H(e)而而而而处于氧化状态。处于氧化状态。处于氧化状态。处于氧化状态。（3）在体外重新组装呼吸链。）在体外重新组装呼吸链。第29页/共50页第三十页，编辑于星期二：四点 三十四分。四、氧化磷酸化作用四、氧化磷酸化作用氧化磷酸化氧化磷酸化:伴随着生物氧化而进行的磷酸化作用。伴随着生物氧化而进行的磷酸化作用。

33、体内体内95%的的ATP来自体内的氧化磷酸化来自体内的氧化磷酸化,只有少量的只有少量的ATP是是通过非磷酸化产生的通过非磷酸化产生的,(由于脱水引起分子内能量的重新分布由于脱水引起分子内能量的重新分布,如甘油酸如甘油酸2-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸）。烯醇式丙酮酸）。ADP+Pi+能量能量 ATP AMP+PPi+能量能量 ATP根据氧化的方式可分为，底物水平磷酸化和电子传根据氧化的方式可分为，底物水平磷酸化和电子传递体系磷酸化递体系磷酸化第30页/共50页第三十一页，编辑于星期二：四点 三十四分。（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化底物水平磷酸化作用：是指在被氧化的底物发生磷酸化作用。底物水平

34、磷酸化作用：是指在被氧化的底物发生磷酸化作用。也就是说也就是说ATP的形成直接与一个代谢中间物（如的形成直接与一个代谢中间物（如PEP）上的上的磷酸基团转移相偶联。糖酵解中磷酸基团转移相偶联。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸、琥珀酰二磷酸甘油酸、琥珀酰CoACoA、磷酸烯醇丙酮酸的生成都是在被氧化的底物上发生了磷酸化、磷酸烯醇丙酮酸的生成都是在被氧化的底物上发生了磷酸化,然后把能量转移到然后把能量转移到ADPADP上生成上生成ATP.ATP.+NADH+H+CHOCHOHCH2OP+NAD+Pi甘油醛甘油醛-3-P 甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶COCHOHCH2OPPO第31页/共50页

35、第三十二页，编辑于星期二：四点 三十四分。（二）电子传递体系磷酸化（二）电子传递体系磷酸化电子沿传递链传递到电子沿传递链传递到O2是一个高度放能的过程，产生的能量，是一个高度放能的过程，产生的能量，主要用于转移质子，即将质子从线粒体基质泵到线粒体内、外主要用于转移质子，即将质子从线粒体基质泵到线粒体内、外膜间隙。每对电子从膜间隙。每对电子从NADH传递到传递到O2的过程中，共泵出的过程中，共泵出10个质个质子，其中子，其中4个质子由复合物个质子由复合物泵出，泵出，4个质子由复合物个质子由复合物泵出，泵出，2个质子由复合物个质子由复合物泵出。可表示为：泵出。可表示为：NADH+11H+内内+1/

36、2O2NAD+10H+外外+H2O质子不能自由返回到线粒体基质中，在返回时要通过质子不能自由返回到线粒体基质中，在返回时要通过ATP合酶，合酶，ATP合酶利用质子返回时释放的自由能合成合酶利用质子返回时释放的自由能合成ATP。第32页/共50页第三十三页，编辑于星期二：四点 三十四分。1 1、P/OP/O比值比值比值比值P/OP/O是在电子传递体系磷酸化中，每是在电子传递体系磷酸化中，每是在电子传递体系磷酸化中，每是在电子传递体系磷酸化中，每2 2个电子经电子传递链传递给氧所个电子经电子传递链传递给氧所个电子经电子传递链传递给氧所个电子经电子传递链传递给氧所产生的产生的产生的产生的ATPATP

37、分子数（或每消耗的一摩尔氧所消耗的无机磷酸摩尔数。分子数（或每消耗的一摩尔氧所消耗的无机磷酸摩尔数。分子数（或每消耗的一摩尔氧所消耗的无机磷酸摩尔数。分子数（或每消耗的一摩尔氧所消耗的无机磷酸摩尔数。研究线粒体中研究线粒体中研究线粒体中研究线粒体中ATPATP的生成量最常用的方法是测定线粒体的的生成量最常用的方法是测定线粒体的的生成量最常用的方法是测定线粒体的的生成量最常用的方法是测定线粒体的P/OP/O第33页/共50页第三十四页，编辑于星期二：四点 三十四分。2、氧化磷酸化的机制、氧化磷酸化的机制电子传递过程中产生的能量如何驱动电子传递过程中产生的能量如何驱动ATP的合成，一直是能量的合成

38、，一直是能量代谢的研究热点，先后有许多假说提出，如有化学偶联学代谢的研究热点，先后有许多假说提出，如有化学偶联学说、结构偶联学说和化学渗透学说。支持者最多的是化学说、结构偶联学说和化学渗透学说。支持者最多的是化学渗透学说。渗透学说。第34页/共50页第三十五页，编辑于星期二：四点 三十四分。化学渗透假说的要点是化学渗透假说的要点是这个学说是英国学者这个学说是英国学者P.MitchellP.Mitchell于于19611961年提出的年提出的(1)(1)在在电电子子传传递递和和ATPATP形形成成之之间间起起偶偶联联作作用用的的是是电电化化学学梯梯度度，线线粒粒体体内内膜膜必必须须是是完完整整的

39、的封封闭闭的的，氧氧化化磷磷酸酸化化才才能能进进行。行。(2)(2)呼呼吸吸链链中中递递H H体体与与递递e e体体是是间间隔隔交交错错排排列列的的，并并且且在在线线粒粒体体内内膜上都有特定的位置。膜上都有特定的位置。(3)(3)传传H H体体有有H H泵泵的的作作用用，传传H H体体所所传传递递的的H H不不是是从从前前一一个个传传H H体体接接过过来来的的，而而是是从从线线粒粒体体内内膜膜基基质质中中直直接接吸吸取取的的，当当传传H H体体从从内内膜膜内内侧侧接接H H后后，可可将将其其中中的的2e2e传传给给其其后后的的传传e e体体，将将H H+泵出线粒体膜间隙。泵出线粒体膜间隙。(4

40、)H+不不能能自自由由返返回回线线粒粒体体基基质质中中，形形成成线线粒粒体体内内膜膜外外侧侧H+内内侧侧。在在线线粒粒体体内内膜膜内内、外外两两侧侧产产生生了了跨跨膜膜质质子子梯梯度度。这种内负外正的电位差，蕴含着一定的能量。这种内负外正的电位差，蕴含着一定的能量。第35页/共50页第三十六页，编辑于星期二：四点 三十四分。(5)(5)线粒体膜间隙线粒体膜间隙线粒体膜间隙线粒体膜间隙HH+有顺浓度差返回基质的倾向有顺浓度差返回基质的倾向有顺浓度差返回基质的倾向有顺浓度差返回基质的倾向,H,H+只能通过只能通过只能通过只能通过F F1 1F Fo oATPATP酶（酶（酶（酶（ATPATP合酶）

41、返回，合酶）返回，合酶）返回，合酶）返回，ATPATP合酶利用合酶利用合酶利用合酶利用HH+返回到线返回到线返回到线返回到线粒体膜内侧所释放的自由能来合成粒体膜内侧所释放的自由能来合成粒体膜内侧所释放的自由能来合成粒体膜内侧所释放的自由能来合成ATPATP。(6)(6)每对电子通过每对电子通过每对电子通过每对电子通过NADHNADH呼吸链传递给呼吸链传递给呼吸链传递给呼吸链传递给OO2 2时，共有时，共有时，共有时，共有1010个个个个HH+从线从线从线从线粒体基质泵出到内膜外侧。粒体基质泵出到内膜外侧。粒体基质泵出到内膜外侧。粒体基质泵出到内膜外侧。(7)(7)每合成每合成每合成每合成1mo

42、lATP1molATP需需需需3 3个质子通过个质子通过个质子通过个质子通过ATPATP合酶，将产生的合酶，将产生的合酶，将产生的合酶，将产生的ATPATP从从从从在线粒体基质运送到胞质中要消耗在线粒体基质运送到胞质中要消耗在线粒体基质运送到胞质中要消耗在线粒体基质运送到胞质中要消耗1 1个个个个HH+，即每形成一个，即每形成一个，即每形成一个，即每形成一个ATPATP消耗消耗消耗消耗4 4个个个个HH+，这样一对电子从，这样一对电子从，这样一对电子从，这样一对电子从NADHNADH传递到氧将产生传递到氧将产生传递到氧将产生传递到氧将产生2.5molATP2.5molATP，P/OP/O是是是

43、是2.52.5；一对从；一对从；一对从；一对从FADHFADH传递到氧将产生传递到氧将产生传递到氧将产生传递到氧将产生1.5molATP1.5molATP。P/OP/O是是是是1.51.5第36页/共50页第三十七页，编辑于星期二：四点 三十四分。MFeS2eCoQ2H+FMN4H+Cytb2H+2e2H+Cytc1X-+IO-XHIOHH2OXIXIXI 头部头部ATP合成酶合成酶ADP+PiX-+IO-CytcCytaa32e O2MH2NAD+4H+O2-ATP2H+H2O第37页/共50页第三十八页，编辑于星期二：四点 三十四分。3 3、ATPATP合酶（或称合酶（或称合酶（或称合酶（

44、或称F F1 1F Fo oATPATP酶）酶）酶）酶）（1 1）ATPATP酶结构酶结构酶结构酶结构线粒体内膜上催化合成线粒体内膜上催化合成线粒体内膜上催化合成线粒体内膜上催化合成ATPATP的酶叫的酶叫的酶叫的酶叫ATPATP合酶，是由合酶，是由合酶，是由合酶，是由F F1 1和和和和F Fo o及及及及柄柄柄柄三部分组成的复合物，所以又叫三部分组成的复合物，所以又叫三部分组成的复合物，所以又叫三部分组成的复合物，所以又叫F F1 1F Fo o-ATP-ATP合酶，位于线合酶，位于线合酶，位于线合酶，位于线粒体内膜的棒状小颗粒上。粒体内膜的棒状小颗粒上。粒体内膜的棒状小颗粒上。粒体内膜的

45、棒状小颗粒上。第38页/共50页第三十九页，编辑于星期二：四点 三十四分。F F1 1是突出于线粒体内膜上的球状结构，由是突出于线粒体内膜上的球状结构，由是突出于线粒体内膜上的球状结构，由是突出于线粒体内膜上的球状结构，由9 9个（个（个（个（5 5种）亚基组种）亚基组种）亚基组种）亚基组成，分别表示为成，分别表示为成，分别表示为成，分别表示为 3 3 3 3，F F1 1单独存在时催化单独存在时催化单独存在时催化单独存在时催化ATPATP水解，具水解，具水解，具水解，具有有有有ATPATP酶的活性。以酶的活性。以酶的活性。以酶的活性。以 ATPATP酶复合物形式存在时才能催化酶复合物形式存在

46、时才能催化酶复合物形式存在时才能催化酶复合物形式存在时才能催化ATPATP合成。合成。合成。合成。F1第39页/共50页第四十页，编辑于星期二：四点 三十四分。Fo镶嵌在线粒体内膜并横跨内膜，由镶嵌在线粒体内膜并横跨内膜，由1012个个C亚基、亚基、1个个a亚亚基和基和2个个b亚基组成，亚基组成，有质子穿过膜到达有质子穿过膜到达F1的通道的通道柄：连接柄：连接F1和和Fo的部位，由的部位，由亚基构成，是质子由亚基构成，是质子由Fo到到F1的的通道。通道。含两种蛋白质。其中一种能使酶复合体对含两种蛋白质。其中一种能使酶复合体对寡霉素产生敏感性，寡霉素产生敏感性，当寡霉素与当寡霉素与Fo的亚基结合

47、时，会抑制的亚基结合时，会抑制H+通过通过Fo，所以有控，所以有控制质子流的作用。制质子流的作用。当质子通过当质子通过Fo返回线粒体基质时，触发返回线粒体基质时，触发c亚基旋转，亚基旋转，C亚基亚基带动带动、和（和（）3复合物一起旋转，使复合物一起旋转，使和和亚基的构象发生亚基的构象发生变化，导致变化，导致ATP合成。合成。第40页/共50页第四十一页，编辑于星期二：四点 三十四分。（2 2）质子流通过）质子流通过）质子流通过）质子流通过ATPATP合酶催化合酶催化合酶催化合酶催化ATPATP合成合成合成合成Paul BoyerPaul Boyer（保罗博耶（保罗博耶（保罗博耶（保罗博耶 ）提

48、出）提出）提出）提出ATPATP合酶催化合酶催化合酶催化合酶催化ATPATP合成的合成的合成的合成的“结合变化机制结合变化机制结合变化机制结合变化机制”。9797年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖结合变化机制认为：结合变化机制认为：结合变化机制认为：结合变化机制认为：在在在在ATPATP合酶合酶合酶合酶F F1 1上的上的上的上的-亚基上有三个相互作用亚基上有三个相互作用亚基上有三个相互作用亚基上有三个相互作用的催化原体，每个原体以不同的构象存在。的催化原体，每个原体以不同的构象存在。的催化原体，每个原体以不同的构象存在。的催化原体，每个原体以不同的构象存在。一种叫一种叫一种叫一

49、种叫L L态（或松散态或态（或松散态或态（或松散态或态（或松散态或-ADP-ADP构象），构象），构象），构象），只能与底物和产只能与底物和产只能与底物和产只能与底物和产物松散结合，对底物没有催化能力。物松散结合，对底物没有催化能力。物松散结合，对底物没有催化能力。物松散结合，对底物没有催化能力。另一种叫另一种叫另一种叫另一种叫T T态（或紧密态或态（或紧密态或态（或紧密态或态（或紧密态或-ATP-ATP构象），构象），构象），构象），能与底物和产物能与底物和产物能与底物和产物能与底物和产物紧密结合，有催化功能，催化紧密结合，有催化功能，催化紧密结合，有催化功能，催化紧密结合，有催化功能，催化

50、ATPATP合成。合成。合成。合成。第三种是第三种是第三种是第三种是OO态（或开放态或态（或开放态或态（或开放态或态（或开放态或-空构象），空构象），空构象），空构象），不能与底物和产物不能与底物和产物不能与底物和产物不能与底物和产物结合。结合。结合。结合。第41页/共50页第四十二页，编辑于星期二：四点 三十四分。LTOLTTOLO在在L部位结合一个部位结合一个ADP和和Pi，在，在T部位结合一个部位结合一个ATP，当质子，当质子通过通过Fo返回线粒体内基质时，质子流驱动三种构象态相互转换，返回线粒体内基质时，质子流驱动三种构象态相互转换，T位位O位位L位位T位；进入位；进入T位的位的ADP