生物氧化与氧化磷酸化课件.ppt

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1、第五章第五章生物氧化与氧化磷酸化 Biologicaloxidationandoxidativephosphorylation第一节生物氧化反应及氧化还原酶基本类型ReactionsandOxidative-ReductiveEnzymesinBiologicalOxidation 一、生物氧化泛指在生物体内发生的任何氧化还原反应，也包括营养物和生物分子在生物体（细胞）内进行的氧化还原作用。营养物和生物分子经历氧化还原反应被彻底分解，产生H2O、CO2，并伴有ATP的生成，或转化为其它分子,此过程需耗氧、排出CO2。生物氧化（biological oxidation）与体外燃烧不同的是:生物体

2、内的生物氧化过程是在37；近于中性的含水环境中；由酶催化进行的；反应逐步释放出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。生物氧化过程：代谢物分子脱氢，并解离成氢离子和电子；还原当量（reducing equivalent）一般是指以氢原子或氢离子形式存在的一个电子或一个电子当量。电子经过中间载体传给氧分子，激活氧；H+和O2-结合成H2O，并释放能量。二、很多氧化酶直接以氧为受氢/电子体氧化酶类是一大类酶的统称，泛指催化涉及氧分子（O2）的反应。分为4组：氧化酶（oxidases）需氧脱氢酶(aero

3、bicdehydrogenases)加氧酶(oxygenases)氢过氧化物酶（hydroperoxidases）特点：分别存在于不同亚细胞结构中，多数催化物质转化，与ATP的生成无关。（一）某些氧化酶辅基含铜或铁卟啉 催化的反应可以O2为直接受氢体，产物为H2O。其辅基主要成分是Cu2+或铁卟啉，主要存在于线粒体。如细胞色素C氧化酶、抗坏血酸氧化酶。（二）需氧脱氢酶直接还原氧生成过氧化氢 它们催化的反应以O2为直接受氢体，产物为H2O2。属于黄素酶(flavoenzyme)，辅基成分为FAD或FMN.如醛脱氢酶、黄嘌呤氧化酶、L-氨基酸氧化酶等。黄嘌呤氧化酶(xanthineoxidase)

4、辅基还含有钼（Mo）和铁-硫蛋白。各种加氧酶以及氢过氧化物酶(包括过氧化氢酶、过氧化物酶。)主要存在于微粒体，参与某些代谢物、药物、毒物的转化或清除。（三）加氧酶和氢过氧化物酶三、不需氧脱氢酶不需氧脱氢酶（anaerobicdehydrogenases）：指能催化底物脱氢而又不以氧为直接受氢体的酶。此类酶不是将氢（H+e-）直接传递给O2，而是使H活化并由辅酶或辅基接受，产生还原型辅酶或辅基。主要功能：（1）作为呼吸链/电子传递链中氢或电子载体，间接将氢或电子传递给O2，生成H2O，与产生ATP相关。（2）催化不涉及呼吸链的氧化还原反应，促进代谢物之间氢的交换。（3）通过催化可逆的反应促进还原

5、当量在细胞内的自由运转或穿梭。（一）很多不需氧脱氢酶以尼克酰胺腺嘌呤核苷酸为受氢体维生素PP 包括尼克酸和尼克酰胺。NAD+（辅酶I，coenzyme I，Co I）与NADP+（辅酶II，coenzyme II，Co II）是烟酰胺脱氢酶类的辅酶。是维生素PP的活性形式。NAD 或NADP 分子中烟酰胺的氮为五价，能接受电子成为三价氮。此时其对侧的碳原子可进行加氢反应，在加氢反应时只能接受1个氢原子和1个电子,将另一个 质子游离出来,NADH(H+)结构如下：NAD+和NADP+的分子结构NADPNADP+NADPNADP+（二）某些不需氧脱氢酶以黄素核苷酸为受氢体维生素B2是核醇与异咯嗪的

6、缩合物。具黄色，又叫核黄素。维生素B2在黄素激酶作用下生成FMN。FMN在焦磷酸化酶作用下生成FAD。FMN和FAD是维生素B2的活性形式。琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶、NADH-Q氧化还原酶和琥珀酸-Q还原酶等分别以黄素单核苷酸（flavinmononucleotide，FMN）、黄素腺嘌呤二核苷酸（flavinadeninedinucleotide，FAD为辅酶。其辅酶中含有核黄素而呈黄色，故又称黄酶。FMN的加氢和脱氢反应 FMN结构中含核黄素，功能部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMNH。FAD（三）某些氧化还原酶以血红素为电子载体 Q-细胞色素c氧化还原酶以血红素bH

7、、bL及c1为辅基，传递电子。血红素b血红素C第二节 线粒体氧化体系与氧化磷酸化Mitochondrialoxidativesystemandoxidativephosphorylation 真核细胞ATP的生成主要发生在线粒体中。营养物经氧化脱氢、电子传递、质子泵流和ATP合成等过程结合偶联成一个整体,高效完成线粒体的呼吸作用。在线粒体内膜中，由一系列具有氢和/或电子传递功能的酶复合体按一定顺序排列，组 成 的 氧 化 还 原 体 系 称 为 呼 吸 链（respiratory chain）因为传递氢相当于传递质子和电子（2H+2e-），所以呼吸链又称电子传递链(electron trans

8、port chain)。一、呼吸链线粒体的结构（一）电子传递体是酶复合体的辅酶或辅基 电子传递体：就是组成呼吸链的几种酶复合体的辅酶或辅基。有的直接传递氢，有的传递电子。电子传递体具有不同的氧化还原电位（redox potential），决定了它们在呼吸链中的排列次序。泛醌（ubiquinone，Q）泛醌是一种黄色脂溶性醌类化合物，以往曾以为它是一种辅酶，称为辅酶Q（coenzyme Q，Co Q）。后来发现它是呼吸链中唯一不与蛋白质结合的电子载体，故称为泛醌更为恰当。人和哺乳动物组织中的泛醌其侧链有10个异戊二烯单位（n=10），以Q10表示。泛醌接受一个电子和一个质子还原成半醌，再接受一个

9、电子和一个质子还原成二氢泛醌，后者又可脱去电子和质子而被氧化为泛醌。将氢解离成氢离子和电子分别传递。铁硫蛋白铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中一个铁原子可进行Fe2+Fe3+e-反应传递电子。属于单电子传递体。铁硫蛋白在线粒体内膜上常与其他递氢体或递电子体（黄素蛋白或细胞色素）构成复合物存在。铁硫蛋白的分子结构 铁硫蛋白分子中含有由半胱氨酸残基硫原子与铁离子形成的铁硫中心，一次可传递一个电子。细胞色素 这是一类血红素为辅基的催化电子传递的蛋白质。细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体。在生物氧化反应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可为+3价高铁离子。通过这种

10、转变而传递电子。细胞色素为单电子传递体。各种细胞色素的主要差别在于铁卟啉辅基的侧链以及铁卟啉与蛋白质部分的连接方式。参与呼吸链组成的细胞色素有细胞色素a、b、c，每一类中又因其最大吸收峰的微小差别再分为几种亚类。存在于线粒体内膜的细胞色素有Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1；而存在于微粒体的细胞色素有CytP450和Cytb5。在典型的线粒体呼吸链中，其传递顺序是：b c1 c aa3 O2（二）复合体、和在电子传递中有质子泵作用 采用胆酸、脱氧胆酸处理线粒体内膜，经硫酸铵分级分离，可纯化出呼吸链成分，得到4种酶复合体（complex）。复合体、和完全

11、镶嵌在线粒体内膜中，跨膜。参与电子传递过程，同时驱动产生跨线粒体内膜的质子梯度。复合体镶嵌在内膜的内侧，只参与电子传递。F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸 琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP 4H+2H+4H+胞液侧 基质侧+-电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置1.复合体将NADH+H+中的两个质子/电子传递给泛醌（ubiquinone）1）复合体又称NADH-泛醌氧化还原酶。是呼吸链的主要入口，含亚基最多，分别由核基因和线粒体基因编码，辅基为FMN和多个铁硫中心。2）复合体电子传递：NADHFMNFe-SCoQ3）每传递2个电子可将4个H+

12、从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体有质子泵功能复合体的功能 NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH21）又称琥珀酸-泛醌还原酶,4个亚基组成。以FAD、Fe-S和血红素b（heme b566）为辅基。2）复合体镶嵌在内膜的内侧。黄素蛋白、铁硫蛋白突入基质；两个疏水跨膜蛋白结合细胞色素将复合物锚定于内膜。只参与电子传递。催化电子从琥珀酸至CoQ。2.复合体 3）电子传递：琥珀酸FAD几种Fe-S血红素b CoQ。）复合体催化电子传递释放的自由能较少，因此没有H+泵的功能，不产生跨线粒体内膜的质子梯度。3复合体）复合体又叫泛醌-细胞色素c氧化还原酶或细胞色素复合

13、体）人体细胞的复合体III中含有种细胞色素b（ytb，b）、细胞色素和铁硫蛋白。ytb血红素辅基亲和力高，b血红素辅基亲和力低。细胞色素b、细胞色素和铁硫蛋白的作用是进行泛醌氧化、电子传递、细胞色素还原。）泛醌是双电子载体，细胞色素是单电子载体，复合体III电子传递需经循环。）复合体每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体也有质子泵作用。）复合体III将电子从泛醌传递给细胞色素。Cytc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，故不包含在上述复合体中。ADP ATPCoQ FeScytbcytC1eH+cytC复合体QH2Cytcb562;b566;Fe-S;c14.

14、复合体将电子从细胞色素c传递给氧1）复合体又称细胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase)人体细胞中的复合体IV中含有Cyta和Cyta3。由于两者结合紧密，很难分离，故合称为细胞色素c氧化酶（Cytaa3）。）复合体有13个亚基。其中SU1SU3构成复合体核心，负责细胞色素氧化、电子传递、氧气的还原。由线粒体基因编码，含铁和铜离子位点。其它10个亚基起调节作用。SU2含两个铜离子与SH结合组成双核中心CuA中心。SU1含血红素a和a3及一个铜离子，铜离子和血红素a3形成第二个双核中心，叫血红素a3-CuB中心。将电子传递给O2。3）细胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2

15、还原成水的过程中，有强氧化性中间物-超氧离子生成。但它们始终和双核中心紧密结合，被束缚在表面而不释放到周围介质，不会引起细胞损伤。）复合体有质子泵作用，有两个质子通道。一个使基质中质子能到达氧气；另一个使质子跨内膜转移到胞质侧。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移）电子传递：CytcCuACytaCyta3CuBO2复合体的电子传递过程（三）体内有两条重要的呼吸链 按标准氧还电位递增值确定的呼吸链各传递体的排列顺序是目前一致认可的方法。在生物化学中，以（E0）值来表示氧化还原剂对电子的亲和力。根据氧化还原原理（E0）值愈低的氧还对释出电子的倾向愈大，愈容易成为还原剂，因而排列于呼吸链

16、的前面。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E0(V)氧化还原对E0(V)NAD+/NADN+H+0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH20.219Cyt cFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH20.219CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.816NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链1NADH氧化呼吸链：NADH呼吸链是细胞内的主要呼吸链，因为生物氧化过程中大多数脱氢酶都是以NAD+为辅酶，代谢物脱下的氢使辅酶

17、由氧化型（NAD+）转变为还原型（NADH）。NADH通过这条呼吸链将氢最终传递给氧而生成水。NADH呼吸链各组分的排列顺序见图：2.琥珀酸氧化呼吸链：也叫FADH2氧化呼吸链。FAD呼吸链由黄素蛋白、泛醌、细胞色素体系、铁硫蛋白所组成，FAD呼吸链各组分的排列顺序见图：二、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ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。底 物 水 平 磷 酸 化(substrate level phosphorylation)是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。底物水平磷

18、酸化仅见于下列三个反应：3-磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP 丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸+ADP烯醇式丙酮酸+ATP 琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酸+CoA+GTP琥珀酸硫激酶（一）氧化磷酸化的偶联部位：.根据P/O比值确定偶联部位 通过测定在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无机磷酸消耗之间的比例关系，可以反映底物脱氢氧化与ATP生成之间的比例关系。每消耗1/2摩尔氧气所生成的ATP摩尔数称为P/O比值。故在NADH氧化呼吸链中有2.5个ATP生成，而在琥珀酸氧化呼吸链中，只有1.5个ATP生成。1.根据P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位底

19、物 呼吸链的组成 P/O比值 可能生成的 ATP数-羟丁酸 NAD+复合体CoQ复合体 2.5 2.5Cyt c复合体O2琥珀酸 复合体CoQ复合体1.5 1.5Cyt c复合体O2抗坏血酸 Cyt c复合体O20.88 1细胞色素c(Fe2+)复合体O20.610.68 12.根据电子传递时自由能变化确定偶联部位合成1molATP时，需要提供的能量至少为G0=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原电位差E0=0.2V电子传递链自由能变化 ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位（二）氧化磷酸化的偶联机制：1.呼吸链氧化驱动产生跨线粒体内膜的质子梯度 目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是1961年

20、由Mitchell提出的化学渗透学说。这一学说认为氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧化反应进行时，H+通过氢泵作用被排斥到线粒体内膜外侧（膜间腔），从而形成跨膜pH梯度和跨膜电位差。这种形式的“势能”，可以被存在于线粒体内膜上的ATP合酶利用，生成高能磷酸基团，并与ADP结合而合成ATP。1）氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；2）线粒体内膜对H+、OH、K、Cl离子是不通透的；3）电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的跨内膜电化学梯度；4）增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成；而线粒体内膜如果加入可使质子通过物质就可减少内膜质子梯度。结果电子虽可以传递，但ATP生成减少。化学渗透假

21、说已经得到广泛的实验支持质子梯度的形成 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸 琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP 4H+2H+4H+胞液侧 基质侧+-电子传递过程复合体(4H+)、(4 H+)和(2H+)有质子泵功能 ATP合酶 ATP合酶（ATP synthase）位于线粒体内膜的基质侧，形成许多颗粒状突起。该酶主要由F0（疏水部分）和F1（亲水部分）组成。F0含有较多的亮氨酸、丙氨酸等，是疏水蛋白，因此可以进入膜脂质，贯穿整个膜。F0构成H+通道，允许H+通过并不需要载体。F1主要由33亚基组成，其功能是催化生成ATP。亚基有催化活性，但亚基必

22、须与亚基结合才有活性；亚基控制质子通过。当H+顺浓度梯度经F0回流时，F1催化ADP和Pi，生成并释放ATP。ATP合酶利用质子顺梯度回流释能合成ATPATP合酶的分子结构三、ATP在能量捕获、转移、储存和利用过程中起核心作用（一）高能磷酸键的类型：生物化学中常将水解时释放的能量20kJ/mol的磷酸键称为高能磷酸键。生物体内的高能磷酸键主要有以下几种类型：1磷酸胍键：见于磷酸肌酸中，水解后可释放出43.9kJ/mol的自由能。2烯醇磷酸键：见于磷酸烯醇式丙酮酸中，水解后可释放出61.9kJ/mol的自由能。3混合酐键：由磷酸与羧酸脱水后形成的酐键，主要有1,3-二磷酸甘油酸等化合物。在标准条

23、件下水解可释放出49.3kJ/mol的自由能。4磷酸酐键：包括各种多磷酸核苷类化合物，如ADP，ATP，GDP，GTP，CDP，CTP，GDP，GTP及PPi等，水解后可释放出30.5kJ/mol的自由能。（二）多磷酸核苷间的能量转移：在生物体内，除了可直接使用ATP供能外，还可使用其他形式的高能磷酸键供能，如UTP用于糖原的合成，CTP用于磷脂的合成，GTP用于蛋白质的合成等。核苷单磷酸激酶NMP+ATPNDP+ADP核苷二磷酸激酶NDP+ATPNTP+ADP（三）磷酸肌酸磷酸肌酸（CP）是肌肉和脑组织中能量的贮存形式。但磷酸肌酸中的高能磷酸键不能被直接利用，而必须先将其高能磷酸键转移给AT

24、P，才能供生理活动之需。这一反应过程由肌酸磷酸激酶（CPK）催化完成。CPK CP+ADP C+ATP（四）ATP循环 ATP是生物界普遍使用的供能物质，有“通用货币”之称。ATP分子中含有两个高能磷酸酐键，均可以水解供能。ATP水解为ADP并供出能量之后，又可通过氧化磷酸化重新合成，从而形成ATP循环。体内ATP含量不多，但ATP循环量大。ATP ADP 肌酸 磷酸肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 P P P P 机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心四、线粒体内膜选择性地转运代谢物线粒体基质与胞浆之间

25、有线粒体内、外膜相隔，外膜对物质通透的选择性不强，内膜依赖各种跨膜转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。线粒体内膜中的一些转运蛋白对代谢物转运（一）胞质中NADH通过两个穿梭机制进入线粒体转运机制主要有两条:-磷酸甘油穿梭(-glycerophosphateshuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)1、磷酸甘油穿梭系统：-磷酸甘油穿梭作用主要存在于脑和骨骼肌中。线粒体外的NADH在胞液中磷酸甘油脱氢酶的催化下，使磷酸二羟丙酮还原成-磷酸甘油。后者通过线粒体外膜，再经位于线粒体内膜近胞液侧的磷酸甘油脱氢酶催化下氧化生成磷酸二羟丙酮和FADH

26、2。磷酸二羟丙酮可穿出线粒体外膜至胞液，继续进行穿梭。而FADH2则直接把两个氢传递给泛醌进入呼吸链，生成1.5分子ATP。NADH通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，只产生1.5分子ATP。-磷酸甘油穿梭主要存在于骨骼肌和脑中2、苹果酸穿梭系统：苹果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中。胞液中的NADH在苹果酸脱氢酶的作用下，使草酰乙酸还原成苹果酸，后者通过线粒体内膜上的-酮戊二酸载体进入线粒体。在线粒体内苹果酸脱氢酶的作用下重新生成草酰乙酸和NADH。线粒体内生成的草酰乙酸经谷草转氨酶的作用生成天冬氨酸，后者经酸性氨基酸载体转运出线粒体再转变成草酰乙酸，继续进行穿梭。胞液中NADHH+的

27、一对氢原子经此穿梭系统带入一对氢原子可生成2.5分子ATP。因此在这些组织糖酵解过程中3-磷酸甘油醛脱氢产生的NADHH+可通过苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体。1分子葡萄糖彻底氧化可生成32分子ATP。苹果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于心肌和肝中（二）ATP-ADP转位酶促进ADP进入和ATP移出的偶联 ATP-ADP转位酶（ATP-ADP translocase）又称腺苷酸移位酶（adenine nucleotide translocase）第三节呼吸链功能调节及线粒体功能失调FunctionalRegulationofRespiratoryChainandMitochondrialDysfun

28、ction一、氧化磷酸化的影响因素（一）抑制剂1呼吸链的抑制剂：能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为呼吸链的抑制剂。能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮等；(复合体I)能够抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇；(复合体III)能够抑制第三位点的有CO、H2S和CN-。其中，CN-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而CO和H2S主要抑制还原型Cytaa3-Fe2+。(复合体IV)2解偶联剂：不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于ADP磷酸化的药物或毒物称为解偶联剂。其基本作用机制是使呼吸链传递电子过程中泵出的质子不经ATP合酶的F0质子通道回流，

29、而通过线粒体内膜中其他的途径返回线粒体基质,破坏质子梯度。抑制ATP生成，组成的能量以热能的方式释放。主要的解偶联剂有2,4-二硝基苯酚(DNP)。脂溶性物质，进入基质侧时释出质子，返回胞浆侧时，结合质子，破坏质子梯度。棕色脂肪组织线粒体内膜有丰富的解偶联蛋白。由两个相同的亚基组成，每个亚基存在6次跨膜结构。在内膜上形成质子通道，质子可以通过该通道返回线粒体基质中，消耗质子梯度，同时以热能方式释放。解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）F F0 0 F F1 1 CytcQ胞液侧 基质侧 解偶联 蛋白热能 HH+HH+ADP+Pi ATP3ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成：对电

30、子传递和ADP磷酸化均有抑制作用的药物和毒物称为氧化磷酸化的抑制剂，如寡霉素。可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。寡霉素(oligomycin)可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。ATP合酶结构模式图（二）ATP/ADP比值：ATP/ADP比值是调节氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，当ATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。（三）甲状腺激素：甲状腺激素可间接影响氧化磷酸化的速度。其原因是甲状腺激素可以激活细胞膜上的Na+,K+-ATP酶，使ATP水解增加，因而使ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加快。同时可使解偶联蛋

31、白基因表达增加。因而引起耗氧和产热均增加。所以甲状腺功能亢进症患者基础代谢率增高。二、DNA突变影响氧化磷酸化并导致多种疾病（一）线粒体功能蛋白质由核基因组/线粒体基因组编码线粒体功能蛋白有1000多种，大部分由核基因编码，部分由线粒体基因组编码。线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）：约17 kb,编码13种重要的呼吸链复合体亚单位、22种tRNA和2种rRNA。（二）线粒体基因突变可导致线粒体病线粒体DNA缺陷能导致氧化磷酸化功能损伤和能量代谢障碍，引起细胞结构、功能的病理改变，发生线粒体病（mitochondrial diseases）。mtDNA高突变致病原因：

32、1）其基因不含内含子且常有部分区域重叠,各种点突变都可能累及重要功能域；2）mtDNA缺乏组蛋白的保护；3）DNA合成始终活跃，但DNA聚合酶不具校读功能，及缺乏有效的损伤修复系统；4）线粒体内膜是活性氧产生主要部位,mtDNA更容易受氧自由基攻击而发生突变,使其突变频率约为核基因的1020倍。线粒体疾病有以下特点：）mtDNA只来源于卵子，原发性mtDNA突变导致的线粒体疾病呈现典型的母系遗传特征,也是线粒体疾病诊断的重要依据；）体细胞mtDNA突变数量会随着年龄增长而积累。只有当mtDNA突变超过一定阈值,野生型mtDNA的数量不足维持呼吸链的正常功能时,组织或器官异常才可表现临床表型；）

33、能量需求高的组织如骨骼肌、脑、心、肾等更易受突变影响。*mtDNA突变类型 包括点突变、重排、缺失和重复。（三）核基因突变也能造成线粒体功能障碍核基因编码900多种线粒体功能必需的酶和蛋白质，还包括聚合酶、装配因子、转运蛋白、代谢酶等。需在胞质合成后转运到线粒体内。目前已鉴定出导致线粒体疾病的致病核基因突变约40种。第四节 细胞抗氧化体系和非线粒体氧化-还原反应体系 CellularAntioxidativeSystemandNon-MitochondrialRedoxReactionSystem 一、抗氧化体系具有清除反应活性氧功能反应活性氧类(reactiveoxygenspecies，R

34、OS)主要指O2的单电子还原产物，是一类强氧化剂。包括超氧阴离子（O2-）、羟自由基（OH）和过氧化氢（H2O2）及其衍生的HO2和单线态氧（1O2）等。O2 O2-H2O2 OH H2Oe-e-+2H+e-+H+e-+H+H2O自由基（freeradical）是指带未成对电子的原子、分子或基团。H2O2不是自由基，但在细胞内Fe2+或Cu+的存在下可通过芬顿（Fenton）或哈伯-韦斯（Haber-Weiss）反应转变成羟自由基。Fe2+H2O2 Fe3+OH+OHFenton反应 Haber-Weiss反应O2+H2O2H+O2+H2O+OH（一）线粒体呼吸链是体内ROS的最主要来源线粒体

35、是ROS产生的主要部位，又是自由基的主要攻击靶点。95%以上活性氧来自线粒体。线粒体内膜面积大；富含蛋白质；呼吸链电子漏出提供生成自由基的单电子。线粒体内产生：（1）超氧阴离子（O2-）主要在呼吸链酶复合体（20）和复合体（80）中生成。（）线粒体膜间隙的氧还蛋白p66，外膜中的Cytb5还原酶、单胺氧化酶、二氢乳清酸脱氢酶等也可产生ROS。*线粒体外产生（1）微粒体加单氧酶系中Cyt P450还原酶可产生O2-；（2）细胞过氧化酶体中，FADH2将电子交给O2生成H2O2和羟自由基OH；（3）质膜的NADPH氧化酶、胞质需氧脱氢酶可催化生成O2-、H2O2；（4）巨噬细胞、中性粒细胞等受炎症

36、刺激时可生成O2-和H2O2，可杀死细菌；（5）外源因素也可导致细胞产生反应活性氧类。SOD：超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)超氧化物歧化酶有三种同工酶，细胞外和胞质中含Cu/Zn是Cu/ZnSOD，线粒体含Mn是MnSOD。2O2+2H+SODH2O2+O2H2O+O2过氧化氢酶(catalase)（二）机体抗氧化酶和抗氧化物体系2.过氧化氢酶(catalase)又称触酶，存在于细胞过氧化酶体中，4个亚基，每个亚基各含一个辅基血红素。2H2O22H2O+O2过氧化氢酶3.过氧化物酶(peroxidase)存在于动物红细胞、白细胞中以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化

37、酚类或胺类等底物 R+H2O2 RO+H2ORH2+H2O2R+2H2O过氧化物酶过氧化物酶 谷胱甘肽过氧化物酶 H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2GSHGSSGNADP+NADPH+H+谷胱甘肽还原酶 4.谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase），它可消除H2O2和过氧化物（R-OOH）二、细胞微粒体中存在加氧酶类（一）微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟化RH+NADPH+H+O2ROH+NADP+H2O 这类酶催化O2中的一个氧原子加入底物(RH)分子，另一个氧原子被NADPH提供的氢还原成H2O，又称为混合功能氧化酶(mixed function oxidase)或羟化酶(hydroxylase)。辅酶CytP450属于Cytb类，与CO结合后在波长450nm处出现最大吸收峰。还有NADPH、黄素蛋白、铁氧还蛋白参与电子传递。（二）加双氧酶(Dioxygenase)催化向底物双键中加入两个氧原子例 如：(O2)色氨酸吡咯酶