生物化学第五章生物氧化第三节氧化磷酸化.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,*,第八章 生物氧化,Biological,Oxidation,8.1,生物氧化概述,8.2,电子传递链,8.3,氧化磷酸化,代谢物的氧化（脱氢）作用与,ADP,的磷酸化反应偶联生成,ATP,的过程。,部位：线粒体内膜（真核）,胞浆膜（原核细胞）,数目、形状因细胞而异,第三节 氧化磷酸化,是指电子从,NADH,或,FADH,2,经电子传递链传递给分子氧生成水,并偶联,ADP,和,Pi,生成,ATP,的过程。,它是需氧生物合成,ATP,的主要途径。,1.,体内,ATP,生成的方式：,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 phos-phorylation),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。,2.,氧化磷酸化偶联部位,即,ATP,生成的部位。,P/O,比值,：是指物质氧化时，每消耗,1,摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成,ATP,的摩尔数。,-,物质氧化时，每消耗,1mol,氧原子所消耗无机磷的,mol,数（或,ADP mol,数），或每消耗,1mol,氧所生成的,ATP,的,mol,数,.,三个偶联部位：,NADH,与,CoQ,之间；,CoQ,与,Cyt c,之间；,Cyt aa,3,与氧之间。,3.,氧化磷酸化的机制,有关氧化磷酸化机理的几种假说,化学偶联假说,构象偶联假说,化学渗透假说,（,1,）化学偶联假说（,1953,年）,chemical 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成,高能共价中间物,，最后将其能量转移到,ADP,中形成,ATP,。,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,3-,磷酸甘油醛,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油醛脱氢酶,（,2,）构象偶联假说（,1964,）,conformational coupling hypothesis,认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过,ATP,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蛋白质组分的构象变化还是存在的。,(3),化学渗透假说：,线粒体内膜的电子传递链是,质子泵,电子由,高能,状态传递到,低能,状态时释放出来的能量，用于驱动,膜内侧的,H,+,迁移到膜外侧,（内膜对,H,+,是不通透的），,在膜内外侧产生了跨膜质子梯度和电位梯度,在膜内外势能差的驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道,（,ATP,合酶组成部分），,跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动,ADP,和磷酸合成,ATP,复合体,、,、,均有质子泵作用,4 H,+,4 H,+,4 H,+,4 H,+,2 H,+,2 H,+,内膜表面,基质,NADH,H,NAD,琥珀酸,延胡索酸,O,2,2H,+,H,2,O,Q,循环,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,化学渗透假说,4.ATP,合成机制,ATP,合酶即复合体,。位于线粒体内膜的基质侧。,ATP,合成酶在线粒体中的位置,ATP,合酶,F,0,：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。,F,1,：为亲水蛋白质，由,3,3,亚基组成，催化生成,ATP,。,OSCP,：寡霉素敏感相关蛋白，位于,F,0,与,F,1,之间，使,ATP,合酶在寡霉素存在时不能生成,ATP,。,ATP,合成酶由疏水的,F,0,(a,1,b,2,c,9,12,),和亲水的,F,1,(,3,3,),组成,.,质子穿过,a,时,推动,c,环象水车一样转动,连带,F,1,转动,.,质子流过,ATP,合酶时同时释放出结合的,ATP,分子,ATP,合酶结构模式图,ATP,合酶的工作机制,ATP,合酶的作用力是由质子动力所驱动的,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-,3H,+,3H,+,H,+,H,+,H,2,PO,4,-,H,2,PO,4,-,ADP,3-,ADP,3-,每分子,ATP,在线粒体中生成并转运到胞浆需,4,个,H,回流进入线粒体基质中,5.,氧化磷酸化的解偶联和抑制,呼吸链抑制剂,:,阻断呼吸链中某些部位电子传递。,解偶联剂,:,使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白,如,2,，,4-,二硝基苯酚,(DNP),氧化磷酸化抑制剂,:,对电子传递及,ADP,磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素,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,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,ADP+Pi,ATP+H,2,O,解偶联蛋白,解偶联作用机制,热,寡霉素,(oligomycin),可阻止质子从,F,0,质子通道回流，抑制,ATP,生成,寡霉素,6.,通过线粒体内膜的物质转运,线粒体外膜孔蛋白，,10kDa,的物质通过,线粒体内膜不同的,转运体,对物质有选择性,两种机制,:,-,磷酸甘油穿梭,(,glycerophosphate,shuttle),苹果酸,-,天冬氨酸穿梭,(,malate-asparate,shuttle),胞质中,NADH,的氧化,(,线粒体外,NADH,的氧化,),NADH,两种氧化途径的比较,氧化途径,主要存在的组织,主要承担酶,胞液中主要承担酶的辅基,线粒体内主要承担酶的辅基,被完全氧化时经过的呼吸链,完全氧化时产生的,ATP,量,-,磷酸甘油穿梭,骨骼肌、神经细胞,-,磷酸甘油脱氢酶,NAD,+,FAD,琥珀酸氧化呼吸链,1.5ATP,苹果酸穿梭,肝、心肌组织,苹果酸脱氢酶,NAD,+,NAD,+,NADH,氧化呼吸链,2.5ATP,-,磷酸甘油穿梭示意图,NADH+H,+,NAD,+,-,磷酸甘油脱氢酶,-,磷酸甘油脱氢酶,FAD,FADH,2,呼吸链,苹果酸,-,天冬氨酸,穿梭,3ATP,(1),、脱氢酶和氧化酶,受氢体,辅酶或辅基,产物,举例,不需氧脱氢酶,辅酶,NADH,脱氢酶,需氧脱氢酶,O,2,FMN(FAD),H,2,O,2,氨基酸氧化酶、,单胺氧化酶、黄嘌呤氧化酶,氧化酶,O,2,含,Cu,H,2,O,细胞色素,c,氧化酶、酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶,7.,其他氧化体系,末端氧化酶,：能将底物所脱下的电子最后传给,O,2,，,并形成,H,2,O,或,H,2,O,2,的酶类。,种类：,细胞色素氧化酶,：主要的末端氧化酶，,与,O,的亲和力最高，,4/5,的耗氧量由此酶承担,酚氧化酶,:,组织受伤，将酚氧化成醌（红褐色），抑制微生物活性,抗坏血酸氧化酶,乙醇酸氧化酶,(2),、过氧化酶体中的酶类,过氧化氢酶,catalase,催化反应,:1,分子,H,2,O,2,提供电子,另,1,分子,H,2,O,2,接受电子,辅基,:4,个血红素,作用：分布广,可消除需氧脱氢酶催化,反应产生的有毒的,H,2,O,2,催化反应,:,催化,H,2,O,2,直接氧化酚类,/,胺类化合物,辅基：血红素,谷胱甘肽过氧化物酶对机体起保护作用,过氧化物酶（,peroxidase,）,(3),、,超氧化物歧化酶,（,superoxide dimutase,SOD,）,呼吸链电子传递过程中产生超氧离子,(O,2,-.,),O,2,-.,H,2,O,2,+,.,OH,损伤生物膜,2O,2,-.,+2H,+,H,2,O,2,+O,2,超氧化物歧化酶,SOD,辅基含,Cu,、,Zn(,胞液,),或,Mn(,线粒体,),。,过氧化氢酶,H,2,O+O,2,1.,呼吸链存在于（）,A,细胞膜,B,线粒体外膜,C,线粒体内膜,D,微粒体,E,过氧化物酶体,本章选择题练习,2.,下列哪种物质不是,NADH,氧化呼吸链的组分？,A.FMN,B.FAD,C.,泛醌,D.,铁硫蛋白,E.,细胞色素,c,3.ATP,生成的主要方式是（）,A,肌酸磷酸化,B,氧化磷酸化,C,糖的磷酸化,D,底物水平磷酸化,E,高能化合物之间的转化,5.,下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是,A,所有高能键都是磷酸键,B,高能磷酸键只存在于,ATP,C,高能磷酸键仅在呼吸链中偶联,D,有,ATP,参与的反应也可逆向进行,E,所有的生化转变都需要,ATP,参与,6.,下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？,A,丙酮酸脱氢酶,B,琥珀酸脱氢酶,C,黄嘌呤氧化酶,D,细胞色素,c,氧化酶,E SOD,7.,关于线粒体内膜外,H,+,浓度叙述正确的是,A,浓度高于线粒体内,B,浓度低于线粒体内,C,可自由进入线粒体,D,进入线粒体需主动转运,E,进入线粒体需载体转运,8.,参与呼吸链电子传递的金属离子是,(),A,铁离子,B,钴离子,C,镁离子,D,锌离子,E,以上都不是,9.,呼吸链中,不具有质子泵功能的是,A,复合体,B,复合体,C,复合体,D,复合体,E,以上都不是,10.,关于超氧化物歧化酶,哪项是不正确的,(),A,可催化产生超氧离子,B,可消除超氧离子,C,可催化产生过氧化氢,D,含金属离子辅基,E,存在于胞液和线粒体中,11.Except iron,Cyt aa,3,contain()ion.,A Zn,B Mg,C Cu,D Mn,E K,12.Which one can be inhibited by CO in respiratory chain?,A FAD,B FMN,C Fe-S,D Cyt aa,3,E Cyt c,13.Which one is uncoupler?,A CO,B piericidin A,C KCN,D,2,4-,dinitrophenol,E H,2,S,14.The right electron tansferation sequence is(),A bcc,1,aa,3,O,2,B c,1,cbaa,3,O,2,C cc,1,baa,3,O,2,D cbc,1,aa,3,O,2,E bc,1,caa,3,O,2,15.,关于,ATP,合成酶，叙述正确的是,A,位于线粒体内膜，又称复合体,B,由,F,1,和,F,0,两部分组成,C F,0,是质子通道,D,生成,ATP,的催化部位在,F,1,的,亚基上,E F,1,呈疏水性，嵌在线粒体内膜中,16.,关于辅酶,Q,哪些叙述是正确的,?,A,是一种水溶性化合物,B,其属醌类化合物,C,可在线粒体内膜中迅速扩散,D,不参与呼吸链复合体,E,是,NADH,呼吸链与琥珀酸呼吸链的交汇点,17.,关于细胞色素,叙述正确的是,(),A,均以铁卟啉为辅基,B,有色,C,均为电子传递体,D,均可被氰化物抑制,E,本质是蛋白质,18.,下列物质属于高能化合物的是（）,A,乙酰辅酶,A,B GTP,C,磷酸肌酸,D,磷酸二羟丙酮,E,磷酸烯醇式丙酮酸,19.Which make Fe-S as prosthetic group in the respiratory chain?,A Complex,B Complex,C Complex,D Complex,E Cyt c,20.Where does the phosphorylation couple with the oxidation and can produce ATP?,A NADHCoQ,B CoQCyt b,C CoQCyt c,D FADH,2,CoQ,E Cyt aa,3,O,2,