生物化学：第十一章 生物氧化.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一,章 生物氧化,biologic oxidation,营养物在生物体内氧化成,CO,2,和,H,2,O,，,并逐步释放出能量的过程。,生物氧化的概念,CO,2,和,H,2,O,O,2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,物质在体内和体外的氧化还原过程的比较,1.,都遵循同样的规律,2.,不同点,生物体内物质氧化方式是：加氧；,脱氢；,失电子。,相同点：终产物都是,CO,2,和,H,2,O,总能量变化相同,耗氧量相同,同时失去,H,+,和电子,在细胞内温和的环境（,37,C,，,pH,近中性），由酶催化进行,逐步释放能量，并贮存于,ATP,中,通过,加水脱氢,反应使物质能间接获得氧,并增加脱氢的机会；,脱下的氢与氧结合产生,H,2,O,，有机酸脱羧产生,CO,2,。,1.,呼吸链上的电子传递,-,电子传递链,2.,氧化磷酸化,-,机制和调节,3.,胞液中,NADH,的再氧化利用（胞液,Mit,）,教学,重,点,:,1.,复合体,电子传递过程,-,Q,循环,2.,化学渗透学说和结合变构学说,3.,胞液中,NADH,的再氧化利用（胞液,Mit,）,教学,难,点,:,部位：,线粒体,生物氧化的主要内容,1,、代谢物分子如何脱氢？（,NAD,+,、,FAD,）,2,、脱下的氢如何能与,O,2,结合生成水？（,电子传递链,）,3,、细胞如何在酶的催化下把代谢物分子中的碳变成,CO,2,4,、能量是如何释放的？（,ADP,ATP,）,ATP,合酶,真核生物电子传递和氧化磷酸化作用,1.,部位：线粒体内膜,2.,过程：,三羧酸循环（线粒体基质）,糖酵解（胞液）,脂肪酸氧化（线粒体基质）,NADH,NADH,、,FADH2,NADH,、,FADH2,再氧化,释放能量,ADP,ATP,第一节,氧化呼吸链是由具有电子传递,功能的复合体组成,生物体将,NADH+H,+,和,FADH,2,彻底氧化生成水和,ATP,的过程与细胞的呼吸有关，需要消耗氧，参与氧化还原反应的组分由含辅助因子的多种蛋白酶复合体组成，形成一个连续的传递链，因此称为氧化呼吸链（,oxidative respiratory chain,）。也称电子传递链,(electron transfer chain),。,氧化呼吸链的定义,一、,氧化呼吸链由,4,种具有传递电子能力的复合体组成,酶复合体,是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。,人线粒体呼吸链复合体,复合体,酶名称,质量,(kD),多肽链数,功能辅基,含结合位点,复合体,NADH-,泛醌还原酶,850,39,FMN,，,Fe-S,NADH,（基质侧）,CoQ,（脂质核心）,复合体,琥珀酸,-,泛醌还原酶,140,4,FAD,，,Fe-S,琥珀酸（基质侧）,CoQ,（脂质核心）,复合体,泛醌,-,细胞色素,C,还原酶,250,11,血红素,b,L,b,H,c,1,Fe-S,Cyt c,（膜间隙侧）,细胞色素,c,13,1,血红素,c,Cyt c,1,，,Cyt a,复合体,细胞色素,C,氧化酶,162,13,血红素,a,，,a,3,，,Cu,A,Cu,B,Cyt c,（膜间隙侧）,泛醌和细胞色素,C,不包含在上述四种复合体中。,复合体,全 称,e,传递方向,组成,功能,NADH,泛醌还原酶,NADHCoQ,FMN,、,FeS,、,Q,催化,NADH,氧化、,CoQ,还原,琥珀酸泛醌还原酶,琥珀酸,CoQ,FAD,、铁硫族、,Cytb,560,催化琥珀酸等的氧化、,CoQ,还原,泛醌,-,细胞色素,C,还原酶,CoQ Cytc,2,个,Cytb,、,1,个,Cytc,、,1,个铁硫族,使,Cytc,还原,细胞色素,C,氧化酶,Cytaa,3,O,2,Cytaa,3,、,2,个,Cu,（,1,和,2,价）,使分子,O,2,还原,泛醌,和,细胞色素,C,不包含在上述四种复合体中。,人线粒体呼吸链复合体,Cytc,ox,NAD,H,+,H,+,NAD,+,1/2O,2,+,2H,+,H,2,O,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,QH2,Q,延胡索酸,琥珀酸,4H,+,4H,+,4H,+,4H,+,Cytc,ox,Cytc,red,Cytc,red,4H,+,4H,+,电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置,Cytc,Q,NAD,H,+,H,+,NAD,+,延胡索酸,琥珀酸,1/2O,2,+,2H,+,H,2,O,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置,1,、复合体,又称,NADH-,泛醌还原酶或,NADH,脱氢酶，接受来自,NADH+H,+,的电子并转移给泛醌（,ubiquinone,）。,2,、复合体,可催化两个同时进行的过程：,电子传递,：,NADHFMNFe-S CoQ,质子的泵出,：复合体,有质子泵功能，每传递,2,个电子可将,4,个,H,+,从内膜基质侧泵到胞浆侧。,（一）复合体,将,NADH+H,+,中的电子传递给泛醌,NAD,+,和,NADP,+,的结构,R=H:NAD,+,;R=H,2,PO,3,:NADP,+,NAD,+,（,NADP,+,）和,NADH,（,NADPH,）相互转变,氧化还原反应时变化发生在,五价氮,和,三价氮,之间。,FMN,结构中含,核黄素,，发挥功能的部位是,异咯嗪环,，氧化还原反应时不稳定中间产物是,FMN,。在可逆的氧化还原反应中显示,3,种分子状态，属于,单、双电子传递体,。,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,Fe,2+,Fe,3+,+e,反应传递电子。属于,单电子传递体,。,表示无机硫,铁硫蛋白,S,S,无机硫,半胱氨酸硫,泛醌（辅酶,Q,CoQ,Q,）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人,CoQ,10,），氧化还原反应时可生成中间产物,半醌型泛醌,。内膜中,可移动电子载体,，在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。在,电子传递和质子移动,的偶联中起着核心作用。,复合体,的功能：,NADH+H,+,NAD,+,FMN,FMNH,2,还原型,Fe-S,氧化型,Fe-S,Q,QH,2,将,NADH+H,+,中的电子传递给泛醌,1,、复合体,是三羧酸循环中的,琥珀酸脱氢酶,，又称,琥珀酸,-,泛醌还原酶,。,2,、电子传递,：琥珀酸,FAD,几种,Fe-S CoQ,3,、复合体,没有,H,+,泵的功能,。,（二）复合体,将电子从琥珀酸传递到泛醌,（三）复合体,将电子从还原型泛醌传递给细胞色素,c,1,、复合体,又叫,泛醌,-,细胞色素,C,还原酶,。人复合体,含有细胞色素,b(b,562,b,566,),、细胞色素,c,1,和一种可移动的铁硫蛋白,(Rieske protein),。,2,、泛醌,从复合体,、,募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体,。,3,、电子传递过程,：,CoQH,2,(Cyt b,L,Cyt b,H,)Fe-S Cytc,1,Cytc,细胞色素,(cytochrome,Cyt),细胞色素是一类,以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类,，根据它们吸收光谱不同而分类。,复合体,的电子传递通过,“,Q,循环,”,实现,。,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,。,Cyt c,是,呼吸链唯一水溶性球状蛋白,，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体,。,1,、人复合体,又称,细胞色素,C,氧化酶,(cytochrome c oxidase),。,2,、电子传递,：,Cyt cCuACyt aCyt a,3,CuBO,2,3,、,Cyt a,3,CuB,形成,活性双核中心,，将电子传递给,O,2,。,复合体,也有质子泵功能,，,每传递,2,个电子使,2,个,H,+,跨内膜向胞浆侧转移,。,（四）复合体,将电子从细胞色素,C,传递给氧,复合体,的电子传递过程,细胞色素,c,氧化酶,CuB-Cyta3,中心使,O,2,还原成水的过程，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。,1,、,NADH,氧化呼吸链,NADH,复合体,CoQ ,复合体,Cyt c,复合体,O,2,2,、琥珀酸氧化呼吸链,琥珀酸 复合体,CoQ,复合体,Cyt c,复合体,O,2,二、,NADH,和,FADH,2,是氧化呼吸链的电子供体,根据电子供体及其传递过程，目前认为，氧化呼吸链有两条途径：,NADH,FMN,(Fe-S),琥珀酸,FAD,(Fe-S),CoQ,Cyt bCyt cCyt c,Cyt aa,3,O,2,呼吸链各组分的电子传递顺序，要牢记。,定位,:,真核生物细胞的线粒体内膜,组成,:,四种复合体,(),及游离的,CoQ,和,Cytc,主要功能,:,通过氧化磷酸化产生,ATP,由以下实验确定,:,标准氧化还原电位,拆开和重组,特异抑制剂阻断,还原状态呼吸链缓慢给氧,氧化呼吸链各组分的顺序排列是,由以下实验,确定的,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,E,0,(V),氧化还原对,E,0,(V),NAD,+,/NADN+H,+,0.32,Cyt c1 Fe,3+,/Fe,2+,0.22,FMN/FMNH,2,0.219,Cyt c Fe,3+,/Fe,2+,0.254,FAD/FADH,2,0.219,Cyt a Fe,3+,/Fe,2+,0.29,Cyt b,L,(b,H,)Fe,3+,/Fe,2+,0.05(0.10),Cyt a3 Fe,3+,/Fe,2+,0.35,Q,10,/Q,10,H,2,0.06,1/2O,2,/H,2,O,0.816,呼吸链的成员按一定的顺序传递氢或电子即由其还原电位决定的，电子从还原电位低向高的方向传递,NADH,氧化呼吸链：,为体内最常见的一条重要的呼吸链。传递苹,果酸、乳酸,等脱下的氢。催化这些脱氢反应的脱氢酶的辅酶为,NAD,+,。此条呼吸链由复合体,、,、,组成。,在线粒体内，主要的呼吸链有两条，即：,琥珀酸氧化呼吸链（,FADH,2,氧化呼吸链）：,传递琥珀酸、脂酰,CoA,和,-,磷酸甘油等脱下的氢。催化这些脱氢反应的脱氢酶的,辅酶为,FAD,。此条呼吸链由复合体,、,、,组成。,线粒体内重要代谢物氧化的途径,第二节 氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与,ADP,磷酸化偶联生成,ATP,1,、底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation),是底物分子内部能量重新分布,例如与脱氢反应偶联,生成底物分子的高能键，使,ADP(GDP),磷酸化生成,ATP(GTP),的过程。不经电子传递。,2,、氧化磷酸化,(oxidative phosphorylation),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。,两层含义,:,体内,ATP,生成方式,:,一是,:,电子在呼吸链上传递时必然发生氧化磷酸化,二是,:,只有发生氧化磷酸化,电子才可能在呼吸链上进行传递,底物,O,2,能量,ADP+H,3,PO,4,ATP,氧化,磷酸化,偶联,自由能（供生理活动、生化反应需要）,呼吸链,一、氧化磷酸化偶联部位在复合体,、,、,内,1,、根据,P/O,比值,2,、自由能变化,:G,=-nFE,氧化磷酸化偶联部位：,复合体,、,、,线粒体离体实验测得的一些底物的,P/O,比值,底,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,2.5,2.5,Cyt,c,复,合,体,O,2,琥,珀,酸,复,合,体,CoQ,复,合,体,1.5 1.5,Cyt,c,复,合,体,O,2,抗,坏,血,酸,Cyt,c,复,合,体,O,2,0.88,1,细,胞,色,素,c(Fe,2+,),复,合,体,O,2,0.61,-,0.68,1,、,P/O,比值,1,指电子传递过程中,每,消耗,1,摩尔,O,原子,所,消耗的无机磷酸,的摩尔数,2,、自由能变化,根据热力学公式，,pH7.0,时标准自由能变化,(G0),与还原电位变化,(E0),之间有以下关系：,n,为传递电子数；,F,为法拉第常数,(96.5kJ/mol,V),G0=-nFE0,2.,自由能变化,(G,0,),：,G,0,nFE,0,69.5kJ/mol,40.5kJ/mol,102.3kJ/mol,大于,30.5kJ,即可,生成,1,摩尔,ATP,电子传递链自由能变化,区段,电位变化,(,E,),自由能变化,G,=,-,nF,E,能否生成,ATP,(,G,是否大于,30.5KJ),Cyt,aa,3,O,2,0.53V 102.3KJ/mol,能,NAD,+,CoQ,0.36V 69.5KJ/mol,能,CoQCyt,c,0.21V 40.5KJ/mol,能,偶联部位：,根据计算自由能变化和测定,P/O,比值可知，氧化磷酸化的偶,联部位在复合体,（,NADH,和,CoQ,之间）、,（,CoQ,和,Cytc,之间）,和,（,Cytaa3,和,O2,之间）。,故,NADH,氧化呼吸链有三个偶联部位,，,P/O 3,，可,产生,2.5,分子,ATP,。而,琥珀酸氧化呼吸链只有两个偶联部位,，,P/O 2,，,可,产生,1.5,分子,ATP,。,ATP,ATP,ATP,氧化磷酸化偶联部位,NADH,FMN,(Fe-S),琥珀酸,FAD,(Fe-S),CoQ,Cyt bCyt cCyt c,Cyt aa,3,O,2,三个偶联部位：,、,、,NADH,氧化呼吸链有三个偶联部位，,P/O 3,，产生,2.5,分子,ATP,琥珀酸氧化呼吸链有两个偶联部位，,P/O 2,，产生,1.5,分子,ATP,1.,电子传递：,电子传递链,（化学渗透学说）,2.ATP,合成：,ATP,合酶,（结合变构学说）,(,二,),氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度,质子梯度形成,1.,化学渗透假说,(chemiosmotic hypothesis),电子经呼吸链传递时，可将质子（,H,+,）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学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动,ADP,与,Pi,生成,ATP,。,电化学势能,:,化学势能,-,质子的浓度差,电势能,-,内负外正,质子驱动力,内膜,1,、氧化磷酸化的进行需要完整封闭的线粒体内膜的存在,2,、线粒体内膜对,H,+,、,OH,、,K,、,Cl,离子是不通透的,3,、使用精确的,pH,计可检测到跨线粒体内膜的质子梯度,4,、破坏质子驱动力的化学试剂能抑制,ATP,的合成,例如缬氨霉素,5,、从线粒体内膜纯化得到一种酶能够直接利用质子梯度合成,ATP,此酶称为,F,1,F,0,-ATP,合酶,化学渗透假说已经得到广泛的实验支持,线粒体基质,线粒体膜,+,-,H,+,O,2,H,2,O,H,+,e,-,ADP,+,Pi,ATP,化学渗透假说简单示意图,内膜对质子不通透,F,0,F,1,Cyt c,Q,NAD,H,+,H,+,NAD,+,延胡索酸,琥珀酸,H,+,1/2O,2,+,2H,+,H,2,O,ADP+Pi,ATP,4H,+,2H,+,4H,+,胞液侧,基质侧,+,-,电子传递过程,复合体,(4H,+,),、,(4H,+,),和,(2H,+,),有质子泵功能,。,化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响,（三）质子顺梯度回流释放能量被,ATP,合酶利用催化,ATP,合成,ATP,合酶结构组成：,F,0,：疏水部分,（,ab,2,c,912,亚基，动物还有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成,跨内膜质子通道,。,F,1,：亲水部分,（动物,3,3,亚基复合体，,OSCP,、,IF1,亚基），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，,催化,ATP,合成,。,ATP,合酶,即复合体,。位于线粒体内膜的基质侧。,ATP,合酶组成可旋转的发动机样结构,1,、,F,0,的,2,个,b,亚基的一端锚定,F,0,的,a,亚基，另一端通过,和,3,3,稳固结合，使,a,、,b,2,和,3,3,、,亚基组成稳定的,定子部分,。,2,、部分,和,亚基共同形成穿过,3,3,间中轴，,还与,1,个,亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的,c,亚基环紧密结合。,c,亚基环、,和,亚基组成,转子部分,:,。,3,、质子,顺梯度向基质,回流,时，转子部分相对定子部分旋转，使,ATP,合酶利用,释放的能量,合成,ATP,。,ATP,合酶（,ATP synthase,）：,分布：,线粒体内膜的基质侧,组成：,F,0,（疏水部分）和,F,1,（亲水部分）,功能：,F,0,将质子梯度产生的能量导向,F,1,（镶嵌于内膜中的质子通道）,F,1,的功能是结合,ADP,、,Pi,，并利用质子梯度的能量合成,ATP,。,当,H,+,顺浓度梯度经,F,0,回流时，,F,1,催化,ADP,和,Pi,，生成并释放,ATP,当,H,+,顺浓度梯度经,F,0,中,a,亚基和,c,亚基之间回流时，,亚基发生旋转,，,3,个,亚基的构象发生改变,。,ATP,合酶的工作机制,ATP,合成的结合变构机制,(binding change mechanism)-,1977,年,Paul Boyer,提出,四、,ATP,在能量代谢中起核心作用,1,、细胞内代谢反应都是依序进行、能量逐步得失。,2,、,ATP,称之为,高能磷酸化合物,，可直接为细胞的各种生理活动提供能量，同时也有利于细胞对能量代谢进行严格调控。,生物体能量代谢有其明显的特点：,1,、高能磷酸键,水解时释放的能量大于,21kJ/mol,的磷酸酯键，常表示为,P,。,2,、高能磷酸化合物,含有高能磷酸键的化合物,ATP,是人体内能量的,直接供给者,。,化合物,E,0,kJ/mol,(kcal/mol),磷酸烯醇式丙酮酸,61.9,(,14.8),氨基甲酰磷酸,51.4,(,12.3),1,，,3-,二磷酸甘油酸,49.3,(,11.8),磷酸肌酸,43.1,(,10.3),ATP ADP,Pi,30.5,(,7.3),乙酰辅酶,A,31.5,(,7.5),ADP AMP,Pi,27.6,(,6.6),焦磷酸,27.6,(,6.6),1-,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）,ATP,是体内能量捕获和释放利用的重要分子,2,、,ATP,在生物能学上最重要的,意义,在于，通过其水解反应释放大量自由能和需要供能的反应偶联，使这些反应在生理条件下完成。,1,、,ATP,是体内最重要的高能磷酸化合物，是,细胞可直接利用的能量形式,核苷二磷酸激酶的作用,ATP+UDP ADP+UTP,ATP+CDP ADP+CTP,ATP+GDP ADP+GTP,（二）,ATP,是体内能量转移和磷酸核苷化合物相互转变的核心,腺苷酸激酶的作用,ADP+ADP ATP+AMP,（三）,ATP,通过转移自身基团提供能量,因为,ATP,分子中的高能磷酸键水解释放能量多，易,释放,Pi,、,PPi,基团，很多酶促反应由,ATP,通过共价键与,底物或酶分子相连，将,ATP,分子中的,Pi,、,PPi,或者,AMP,基团转移到底物或酶蛋白上而形成中间产物，经过化,学转变后再将这些基团水解而形成终产物。,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。,（四）磷酸肌酸是高能键能量的储存形式,1.,高能磷酸键,磷酸胍类 磷酸肌酸磷酸烯醇丙酮酸,PEP,混合酸酐,1,，,3,二磷酸甘油酸磷酸酐,ATPGTPUTPCTP,2,高能硫酯键,：乙酰,CoA,，琥珀酰,CoA,ATP,ADP,肌酸,磷酸,肌酸,氧化磷酸化,底物水平磷酸化,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。,ATP,的生成、储存和利用,第三节 氧化磷酸化的影响因素,一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率,氧化磷酸化,是机体合成能量载体,ATP,的最主要的途,径，因此机体根据能量需求调节氧化磷酸化速率，从,而调节,ATP,的生成量。,二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程,（一）呼吸链抑制剂阻断电子传递过程,（二）解偶联剂阻断,ADP,的磷酸化过程,（三）,ATP,合酶抑制剂同时抑制电子传递和,ATP,的生成,1,、复合体,抑制剂：鱼藤酮,(rotenone),、粉蝶霉素,A(piericidin A),及异戊巴比妥,(amobarbital),等,阻断传递电子到泛醌,2,、复合体,的抑制剂：萎锈灵,(carboxin),（一）呼吸链抑制剂阻断电子传递过程,3,、复合体,抑制剂：抗霉素,A(antimycin A),阻断,Cyt bH,传递电子到泛醌,(Q,N,),；粘噻唑菌醇则作用,Q,P,位点,。,4,、复合体,抑制剂：,CN,、,N,3,紧密结合其中氧化型,Cyta,3,，阻断电子由,Cyta,到,CuB-Cyta,3,间传递。,CO,与还原型,Cyta,3,结合，,阻断电子传递给,O,2,。,NADH,FMN,(Fe-S),琥珀酸,FAD,(Fe-S),CoQ,Cyt bCyt cCyt c,Cyt aa,3,O,2,鱼藤酮,粉蝶霉素,A,异戊巴比妥,抗霉素,A,二巯基丙醇,CO,、,CN,-,、,N,3,-,及,H,2,S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,(,二,),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,(uncoupler),可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，,基本作用机制是,它们能够快速消耗跨膜质子梯度,使得质子难以通过,F,1,F,0,-ATP,合酶上的质子通道来合成,ATP,从而使储存在质子梯度中的电化学势能转变成热，,ATP,的生成受到抑制。,如：二硝基苯酚,(dinitrophenol,DNP),；解偶联蛋白,(uncoupling protein,，,UCP1),。,（二）解偶联剂阻断,ADP,的磷酸化过程,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,F,0,F,1,Cyt c,Q,胞液侧,基质侧,解偶联,蛋白,热能,H,+,H,+,ADP+Pi,ATP,DNP,作用机制,F,0,F,1,Cyt c,Q,胞液侧,基质侧,DNP,热能,H,+,H,+,ADP+Pi,ATP,问题,:,1.,受试大鼠注射,DNP(,二硝基苯酚,),可引起什么现象,?,试解释其原因,或,:,现在已不再使用的减肥药,2,4-,二硝基苯酚，其减肥原理是什么？,DNP,是呼吸链解偶联剂，使呼吸链传递电子过程中泵出的,H,+,不,经,ATP,合酶的,F,0,质子通道回流，而通过与,DNP,结合返回线粒体基质，,从而破坏内膜两侧的电化学梯度，使,ATP,生成受抑制，由电化学梯,度储存的能量以热能形式释放。,在解耦联剂存在下，增加呼吸链的活性就需要更多额外燃料的降,解。生成同样量的,ATP,，就要消耗包括脂肪在内的大量的燃料，这,样可以达到减肥的目的。,当,P/O,比接近零时，会导致生命危险。,（三）,ATP,合酶抑制剂同时抑制电子传递和,ATP,的生成,这类抑制剂对电子传递及,ADP,磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素,(oligomycin),可结合,F,0,单位，二环己基碳二亚胺,(dicyclohexyl carbodiimide,DCCP),共价结合,F,0,的,c,亚基谷氨酸残基,，阻断质子从,F,0,质子半通道回流，抑制,ATP,合酶活性。,由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能,继而抑制电子传递,。,寡霉素,(oligomycin),寡霉素,ATP,合酶结构模式图,可阻止质子从,F0,质子通道回流，抑制,ATP,生成。,抑制类型 抑制剂名称 作用位点和作用机制,呼吸链抑制剂 鱼藤酮、安米妥、杀粉菌素 复合体,萎锈灵 复合体,抗霉素,A,复合体,氰化物、,CO,、,H,2,S,、叠氮化物 复合体,F,1,F,0,-ATP,合酶抑制剂 寡霉素 抑制,F,0,DCCD,阻止质子通过质子,F,0,通道,解偶联剂,DNP,脂溶性质子载体,缬氨霉素 钾离子载体,破坏电势能,产热素 质子通道,ATP/ADP,交换体抑制剂 苍术苷、米酵菌酸 抑制线粒体基质内的,ATP,与细胞液中的,ADP,间交换,氧化磷酸化的抑制剂,ADP,是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素,氧化磷酸化的速率主要受,ADP,的调节,ADP,或,ADP/ATP,比率是调节氧化磷酸化最基本的机制,线粒体内,ADP,浓度,F,1,F,0,-ATP,合酶活性,耗氧率,质子梯度,细胞呼吸,电子传递速率,O,2,作为呼吸链的最终电子受体,它的消耗程度直接反映电子传递和氧化磷酸化的效率,ADP,调节的意义：,这一机制保证，只有当需要,ATP,时，电子才沿呼吸链往下流动。如果,ATP,水平高，而,ADP,水平低，则不发生电子传递，,NADH,和,FADH,2,堆积，于是,TCA,循环和糖酵解作用被抑制。,Na,+,，,K,+,ATP,酶和解偶联蛋白基因表达均增加,1.,诱导细胞膜上,Na,+,K,+,-ATP,酶生成，使,ATP,加速分解为,ADP,和,Pi,，从而促进氧化磷酸化,2.,增加解偶联蛋白基因表达，引起耗氧和产热均增加,甲亢病人的基础代谢率,三、甲状腺激素可促进氧化磷酸化和产热,（四）线粒体,DNA,突变可影响机体氧化磷酸化功能,影响氧化磷酸化的功能，使,ATP,生成,与线粒体,DNA,病及衰老有关,线粒体,DNA,（,mtDNA,）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，容易受到损伤而发生突变，其突变率远高于核内的基因组,DNA,。,氧化磷酸化作用的条件：,底物（,NADH,和,FADH,2,）、完整的呼吸链、,ADP,、氧、无机磷酸,H,+,跨膜质子电化学梯度；,H,+,m,内膜基质侧,H,+,；,H,+,c,内膜胞液侧,H,+,电子传递链及氧化磷酸化系统概貌,五、线粒体的内膜选择性协调转运,氧化磷酸化相关代谢物,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,(transporter),对各种物质的转运。,转运蛋白,进入线粒体,出线粒体,ATP-ADP,转位酶,ADP,3-,ATP,4-,磷酸盐转运蛋白,H,2,PO,4,-,+H,+,二羧酸转运蛋白,HPO,4,2-,苹果酸,-,酮戊二酸转运蛋白,苹果酸,-,酮戊二酸,天冬氨酸,-,谷氨酸转运蛋白,谷氨酸,天冬氨酸,单羧酸转运蛋白,丙酮酸,OH,-,三羧酸转运蛋白,苹果酸,柠檬酸,碱性氨基酸转运蛋白,鸟氨酸,瓜氨酸,肉碱转运蛋白,脂酰肉碱,肉碱,线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运,不可通过物质：,H,+,、,NADPH,、,NADP,、草酰乙酸、乙酰,CoA,（一）胞浆中,NADH,通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸,胞浆中,NADH,必须经一定,转运机制,进入线粒体,再经呼吸链进行氧化磷酸化。,-,磷酸甘油穿梭,(-glycerophosphate shuttle),苹果酸,-,天冬氨酸穿梭,(malate-asparate shuttle),转运机制：,1,、,-,磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中,通过此种穿梭作用，,1,对氢,可生成,1.5,分子,ATP,。,NADH,H,FADH,2,1.5ATP,(,胞液,),（,Mit,）,NADH+H,+,FAD,H,2,NAD,+,FAD,线粒体,内膜,线粒体,外膜,膜间隙,线粒体,基质,-,磷酸甘油,脱氢酶,呼吸链,磷酸二羟丙酮,-,磷酸甘油,2,、苹果酸,-,天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中,通过此种穿梭作用，,1,对氢,可生成,2.5,分子,ATP,NADH,H,NADH,H,2.5ATP,(,胞液,),（,Mit,）,NADH,+H,+,NAD,+,NADH,+H,+,NAD,+,谷氨酸,-,天冬氨酸,转运体,苹果酸,-,-,酮,戊二酸转运体,苹果酸,草酰乙酸,-,酮戊二酸,谷氨酸,苹果酸,脱氢酶,谷草转,氨酶,胞液,线,粒,体,内,膜,基质,呼吸链,天冬氨酸,入：,ADP,、,Pi,、,H,+,出：,ATP,（二）,ATP-ADP,转位酶协调转运,ADP,进入和,ATP,移出线粒体,有氧氧化生成的,ATP,计算,?,ATP,4-,F,0,F,1,胞液侧,基质侧,腺苷酸,转运蛋白,磷酸,转运蛋白,ADP,3-,H,2,PO,4,-,ATP,4-,H,+,H,+,H,+,H,+,H,2,PO,4,-,H,2,PO,4,-,ADP,3-,ADP,3-,每分子,ATP,4-,和,ADP,3-,反向转运时，向内膜外净转移,1,个负电荷，相当于多,1,个,H,+,转入线粒体基质。,第四节 其他氧化与抗氧化体系,反应活性氧类,(reactive oxygen species,ROS),O,2,e,-,O,-,2,e,-,+2H,+,H,2,O,2,e,-,+H,+,OH,H,2,O,e,-,+H,+,H,2,O,反应活性氧类,一、线粒体氧化呼吸链也可产生活性氧,ROS,主,要来源,1,、线粒体：,超氧阴离子,O,-2,是体内,O,-2,的主要来源,;O,-2,在线粒体中再生成,H,2,O,2,和,OH,2,、过氧化酶体：,FAD,将从脂酸等底物获得的电子交给,O,2,生成,H,2,O,2,和羟自由基,OH,3,、胞浆,需氧脱氢酶,（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成,O,-2,4,、细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等,外源因素,也可导致细胞产生活性氧类,需氧脱氢酶和氧化酶,二、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能,抗氧化酶体系,1,、过氧化氢酶,(catalase),又称触酶，是一种含铁卟啉的结合蛋白质。,2H,2,O,2,2H,2,O,+,O,2,过氧化氢酶,H,2,O,2,的毒性作用,H,2,O,1.,氧化蛋白质,-SH,，使蛋白质活性丧失。,2.,自由基使细胞膜的磷脂的不饱和脂酸氧化生成过氧化,脂质（脂褐素），损伤细胞膜。,3.,自由基使,DNA,蛋白质交联引起肿瘤发生。,可去除细胞生长和代谢产生的,H,2,O,2,和过氧化物,(R-O-OH),，是,体内防止活性氧类损伤主要的酶,。,2,、谷胱甘肽过氧化物酶,(glutathione peroxidase,，,GPx),H,2,O,2,+2GSH 2 H,2,O+GS-SG,2GSH+R-O-OH GS-SG+H,2,O+R-OH,谷胱甘肽过氧化物酶,H,2,O,2,(,ROOH),H,2,O,(ROH+H,2,O),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。,谷胱甘肽还原酶,含硒的谷胱甘肽过氧化物酶,是一种金属酶，是人体防御内、外环境中超氧离,子损伤的重要的酶。,反应氧族,超氧离子,(O,2,),、,H,2,O,2,、羟自由基,(,OH),的统称,2O,2,+2H,+,SOD,H,2,O,2,+O,2,H,2,O,+,O,2,SOD,：超氧化物歧化酶,(superoxide dismutase),3,、超氧化物歧化酶,过氧化氢酶,三、微粒体细胞色素,P450,单加氧酶催化底物分子羟基化,RH+NADPH+H,+,+O,2,ROH+NADP,+,+H,2,O,上述反应需要细胞色素,P450(Cyt P450),参与。,细胞色素,P450,单加氧酶,(cytochrome P450 monooxygenase),，又称混合功能氧化酶,(mixed-function oxidase),或羟化酶,(hydroxylase),细胞色素,P450,单加氧酶作用机制,