2010-电子传递与氧化磷酸化.ppt

第第1212章章 生物氧化生物氧化-电子传递与氧化磷酸化电子传递与氧化磷酸化 生物氧化概念生物氧化概念 C C6 6H H1212O O6 66O6O2 2 6CO 6CO2 2+6H+6H2 2O O 生物氧化的定义：有机分子在细胞内氧生物氧化的定义：有机分子在细胞内氧化分解成化分解成二氧化碳二氧化碳和和水水并释放出并释放出能量能量形形成成ATP的过程。的过程。需要耗氧并放出二氧化碳需要耗氧并放出二氧化碳和水，所以又称为细胞呼吸和细胞氧化。和水，所以又称为细胞呼吸和细胞氧化。C C6 6H H1212O O6 66H6H2 2O 6COO 6CO2 2+24H+24e+24H+24e 6O6O2 224H+24e 12H24H+24e 12H2 2O+O+能量能量+_n n生物氧化特点：生物氧化特点：在在活活细细胞胞内内进进行行,在在体体液液(水水)环环境境中中进进行行,体体温温、pHpH中中性性,在在一一系系列列酶酶和和传传递递体体的的作作用用下下逐逐步步进进行行,释释放放的的能能量量可可转转换换成成ATPATP等等高高能能化化合合物物的的各各种种形形式式,以以供供机机体体生生命命活活动动的的需需要要。（生生物物氧氧化化与与体体外外燃燃烧烧化化学学本本质质是是相相同的同的,释放的总能量也相等）释放的总能量也相等）n n主要部位：主要部位：真核细胞的线粒体内膜真核细胞的线粒体内膜 原核细胞的细胞质膜原核细胞的细胞质膜 生物氧化生物氧化COCO2 2 2 2的生成机制：脱羧的生成机制：脱羧（1 1）直接脱羧作用）直接脱羧作用 代谢的中间产物在脱羧酶的催化下代谢的中间产物在脱羧酶的催化下,直接从分直接从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。1 1直接脱羧直接脱羧 CHCH3 3-CO-COOH CH-CO-COOH CH3 3CHOCHOCOCO2 2 2 2直接脱羧直接脱羧 HOOC-CO-CHHOOC-CO-CH2 2-COOH HOOC-CO-CH-COOH HOOC-CO-CH3 3COCO2 2生物氧化生物氧化（2 2）氧化脱羧作用）氧化脱羧作用代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱羧酶系的催化下羧酶系的催化下,在脱羧的同时在脱羧的同时,也发生氧化（脱也发生氧化（脱氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。1 1氧化脱羧氧化脱羧 CHCH3 3-CO-COOH-CO-COOHCoASHCoASHNADNAD CHCH3 3-CO-SCoA-CO-SCoANADHNADHH HCOCO2 2 2 2氧化脱羧氧化脱羧 HOOC-CHOOC-CH H-CH-CH2 2-COOCOOH HNADPNADP HOOC-CO-CHHOOC-CO-CH3 3COCO2 2NADPNADPH HH H 丙酮酸氧化脱羧酶系丙酮酸氧化脱羧酶系丙酮酸氧化脱羧酶系丙酮酸氧化脱羧酶系苹果酸酶苹果酸酶苹果酸酶苹果酸酶O OH H掌握要点：掌握要点：1.1.电子传递、氧化磷酸化与线粒体膜结构的关系电子传递、氧化磷酸化与线粒体膜结构的关系2.2.电子沿呼吸链在酶复合体中的传递与质子跨膜转电子沿呼吸链在酶复合体中的传递与质子跨膜转移的关系；移的关系；3.3.电子在传递过程中所释放出来的能量是如何蕴藏电子在传递过程中所释放出来的能量是如何蕴藏在跨膜的电化学梯度中？在跨膜的电化学梯度中？4.4.蕴藏在跨膜的电化学梯度中的质子推动力是如何蕴藏在跨膜的电化学梯度中的质子推动力是如何推动推动ATPATP酶促合成的？酶促合成的？5.5.抑制剂在电子传递与氧化磷酸化研究中的作用抑制剂在电子传递与氧化磷酸化研究中的作用 生物氧化生物氧化结结结结第一节第一节:线粒体的结构与功能线粒体的结构与功能线粒体是真核生物重要的细胞器，含有线粒体是真核生物重要的细胞器，含有丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸循环的酶、丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸循环的酶、催化脂肪酸氧化的酶及电子传递和氧化催化脂肪酸氧化的酶及电子传递和氧化磷酸化所涉及的酶和氧化还原蛋白。磷酸化所涉及的酶和氧化还原蛋白。线粒体是需氧细胞产生线粒体是需氧细胞产生ATPATP的主要部位的主要部位因此，被称为因此，被称为“细胞的动力车间细胞的动力车间”一、线粒体的形态与结构一、线粒体的形态与结构线粒体是由双层膜包围的细胞器线粒体是由双层膜包围的细胞器。外膜和内外膜和内膜中间为膜间隙膜中间为膜间隙,线粒体内部为基质。内膜向线粒体内部为基质。内膜向基质内折叠为基质内折叠为嵴嵴,嵴的存在嵴的存在大大增加了内大大增加了内膜的面积。膜的面积。线粒体内膜的功能有线粒体内膜的功能有3 3个方面：个方面：1.1.氧化脱羧生成氧化脱羧生成COCO2 2的同时，的同时，NADNAD、FADFAD还原为还原为 2.2.NADHNADH和和FADHFADH2 2,这发生在线粒体基质或面向这发生在线粒体基质或面向基质的内膜蛋白质上；基质的内膜蛋白质上；2.2.电子从电子从NADHNADH和和FADHFADH2 2传至线粒体内膜上传至线粒体内膜上,并同并同时形成跨膜质子泵；时形成跨膜质子泵；3.3.将储存在电化学质子梯度的能量由内膜上的将储存在电化学质子梯度的能量由内膜上的ATPATP合成酶合成酶合成合成ATPATP。二、线粒体的跨膜转运系统二、线粒体的跨膜转运系统（一）（一）细胞溶质还原当量的跨膜转运细胞溶质还原当量的跨膜转运在胞液中代谢产生的在胞液中代谢产生的NADH上的电子可上的电子可通过一定的穿梭系统转运进入线粒体内通过一定的穿梭系统转运进入线粒体内膜的电子传递系统中膜的电子传递系统中穿梭系统：穿梭系统：苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭1.苹果酸穿梭苹果酸穿梭线粒体膜线粒体膜胞液胞液基质基质苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 谷氨酸谷氨酸 天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸 NADNADNADH+HNADH+HGOT电子传递链电子传递链苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶二羧酸移位酶二羧酸移位酶 谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸移位酶天冬氨酸移位酶e_+2.2.磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭胞液胞液 NAD 3-3-磷酸甘油磷酸甘油NADH 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮+H3-3-磷酸甘油磷酸甘油 FAD 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 FADH2磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶 辅酶辅酶 NAD+NAD+磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶 辅酶辅酶 FADFAD线粒体内膜线粒体内膜CoQ+（二）（二）ADP-ATPADP-ATP转运蛋白转运蛋白由两个相同的、由两个相同的、分子量为分子量为30KD30KD的亚基组成，的亚基组成，含有一个含有一个ADPADP和和ATPATP竞争结竞争结合的部位合的部位,以以两种构象存在两种构象存在位位于于线线粒粒体体内内膜膜第二节第二节 电子传递电子传递 电子传递过程中的一系列氧化还原反应电子传递过程中的一系列氧化还原反应是由许多电子传递体所组成的电子传递是由许多电子传递体所组成的电子传递链（即呼吸链）完成的。链（即呼吸链）完成的。一、电子传递链及其组成一、电子传递链及其组成 M 氧化型氧化型 H2O 一个或几个中间传递体一个或几个中间传递体 MH2 还原型还原型 1/2O2具有严格排列顺序的电子载体所构成的体系具有严格排列顺序的电子载体所构成的体系称为称为电子传递链或呼吸链。电子传递链或呼吸链。电子载体存在于电子载体存在于线粒体内膜线粒体内膜,它们在内膜上的排列顺序与它它们在内膜上的排列顺序与它们各自氧化还原电势的高低相关们各自氧化还原电势的高低相关。脱氢酶脱氢酶 氧化酶氧化酶E0 -0.32 -0.22 0.045 0.07 0.22 0.235 0.58 0.815底物底物NADHFMNCoQCytbCytC1 CytCCytaa31/2O2(丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 FADH-0.22苹果酸）苹果酸）底物底物 （琥珀酸（琥珀酸,脂酰脂酰CoA）电子总是从低电位向高电位流动电子总是从低电位向高电位流动 低电位低电位低电位低电位 高电位高电位高电位高电位高自由能高自由能高自由能高自由能 低自由能低自由能低自由能低自由能 电子的传递过程是一个放能的过程电子的传递过程是一个放能的过程电子从氧还电势较低的载体氧还电势较高的载体电子从氧还电势较低的载体氧还电势较高的载体在电子传递过程中伴随有质子的释放和在电子传递过程中伴随有质子的释放和结合结合,通过这种方式使质子能定向移动通过这种方式使质子能定向移动,并通过质子的跨膜电势来推动并通过质子的跨膜电势来推动ATPATP的合成。的合成。电子传递链电子传递链的组成：的组成：由蛋白质复合体构成。电子传递链存在于真由蛋白质复合体构成。电子传递链存在于真核细胞的线粒体内膜上核细胞的线粒体内膜上,原核细胞的质膜上。原核细胞的质膜上。电子传递酶复合体的辅基有：黄素类、铁硫电子传递酶复合体的辅基有：黄素类、铁硫中心、血红素和铜离子中心、血红素和铜离子,这些辅基都是电子这些辅基都是电子载体载体,电子传递通过这些辅基来完成。电子传递通过这些辅基来完成。电子传递链图解如下：电子传递链图解如下：细胞色素还原酶细胞色素还原酶细胞色素细胞色素c细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶O2NADH-Q还原酶还原酶FADH2琥珀酸琥珀酸-Q还原酶还原酶NADH辅酶辅酶QFMN、Fe-SFAD、Fe-S 血红素血红素b-562 血红素血红素b-566 血红素血红素c1 血红素血红素a血红素血红素a3CuA和 CuB Fe-SNADHNADH呼吸链呼吸链 与与 FADFAD呼吸链呼吸链 NADH呼吸链呼吸链体体内内大大多多数数代代谢谢中中间间物物(如如乳乳酸酸、丙丙酮酮酸酸、苹苹果果酸酸等等)的的生生物物氧氧化化都都是是以以NADNAD为为辅辅酶酶的的脱脱氢氢酶酶催催化化而而脱脱氢氢,电电子子经经呼呼吸吸链链传传递递,最最终终传传给给氧氧生成水。生成水。FAD呼吸链呼吸链少部分脱氢酶少部分脱氢酶(琥珀酸琥珀酸,脂酰脂酰CoACoA脱氢酶脱氢酶)的辅基的辅基是是FAD,FADHFAD,FADH将氢传给将氢传给CoQCoQ,呼吸链较短呼吸链较短,释放能释放能量也较少。量也较少。呼吸链复合体呼吸链复合体 n n呼吸链中的各种传递体多数是紧密镶嵌在线粒呼吸链中的各种传递体多数是紧密镶嵌在线粒体内膜中体内膜中,这些功能上相关的传递体结合成四这些功能上相关的传递体结合成四种脂溶性的复合物种脂溶性的复合物,称为呼吸链复合物。称为呼吸链复合物。I FMN(Fe-S)FAD(Fe-S)Cytb C1(Fe-S)Cyt aa3底底物物 底物底物NADHCoQCyt.c O2二、呼吸链的组织结构及电子传递顺序二、呼吸链的组织结构及电子传递顺序在呼吸链中电子的流动有着严格的顺序在呼吸链中电子的流动有着严格的顺序,不能超于其间的第二个载体流向而第三个不能超于其间的第二个载体流向而第三个载体载体,这表明构成呼吸链的电子载体在膜这表明构成呼吸链的电子载体在膜结构上有着严格的组织顺序和定位关系结构上有着严格的组织顺序和定位关系。电子呼吸链成员电子呼吸链成员1.NADH-CoQ 1.NADH-CoQ 还原酶还原酶NADHNADH CoQCoQ氧化还原酶氧化还原酶*简写为简写为NADHNADH Q Q还原酶还原酶,即复合物即复合物I I,是一种黄是一种黄素蛋白。它的作用是催化素蛋白。它的作用是催化NADHNADH的氧化脱氢以的氧化脱氢以及及Q Q的还原。所以它既是一种脱氢酶的还原。所以它既是一种脱氢酶,也是一也是一种还原酶。种还原酶。*NADHNADH Q Q还原酶含有还原酶含有4343个个 多肽链。它的活性部分多肽链。它的活性部分 含有辅含有辅基基FMNFMN和和5-75-7个个铁铁 硫簇硫簇。NADH +H+FMN FMNH2+NAD+辅基辅基FMN *FMNFMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子,形成还原型形成还原型FMNHFMNH2 2。还原型还原型FMNHFMNH2 2通过铁硫簇进通过铁硫簇进一步将电子转移给一步将电子转移给CoQCoQ。p261铁硫蛋白铁硫蛋白 分子中含铁硫中心分子中含铁硫中心(非血红素铁和硫构成活非血红素铁和硫构成活性中心性中心),),铁与硫一般等量存在，位于线粒体铁与硫一般等量存在，位于线粒体内膜上内膜上,通过通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+变化传递电子变化传递电子铁硫蛋白主要以铁硫蛋白主要以(2Fe-2S2Fe-2S)或或(4Fe-4S4Fe-4S)的形式的形式存在。存在。(2Fe-2S)2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和两含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁与其蛋白分子中的个铁原子。铁与其蛋白分子中的CysCys残基中残基中的的-SH-SH结合。结合。复合物复合物I I 传递电子时的能量变化传递电子时的能量变化 NADH +NADH +H H+CoQ NAD+CoQ NAD+CoQHCoQH2 2电子呼吸链成员电子呼吸链成员NADHNADH QQ还原酶还原酶还原酶还原酶该反应由两个半反应组成该反应由两个半反应组成 NADH+H+NAD+2H+2e-0.315VCoQ+2H+2e-CoQH2 +0.045V 电子呼吸链成员电子呼吸链成员 复合物复合物I I在传递电子的同时伴随有在传递电子的同时伴随有H H质子的转移质子的转移复复合物合物I I蛋白蛋白 氧化态氧化态 还原态还原态构象的改变构象的改变complex2 2、琥珀酸、琥珀酸Q Q 还原酶还原酶电子呼吸链成员电子呼吸链成员复合物复合物IIII存在于线粒体内膜存在于线粒体内膜,包括琥珀酸脱包括琥珀酸脱氢酶和氢酶和3 3个小亚基和个小亚基和Fe-SFe-S簇、簇、CybCyb560560。琥珀酸琥珀酸脱氢酶的脱氢酶的辅基是辅基是FADFAD，FADFAD接受氢生成接受氢生成FADHFADH2 2。FADHFADH2 2中的两个电子经中的两个电子经Fe-SFe-S中心传递给中心传递给CoQCoQ,从而进入电子传递链。从而进入电子传递链。电子呼吸链成员电子呼吸链成员琥琥 珀珀 酸酸 FAD 2FeFAD 2Fe延胡索酸延胡索酸 FADHFADH2 2 2Fe 2Fe琥珀酸琥珀酸2+2+3+2H2H+琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 +2H +2e 0.031V+2H +2e 0.031VCoQ+2H +2e CoQHCoQ+2H +2e CoQH2 2 0.045V0.045V琥珀酸琥珀酸 +CoQ +CoQ 延胡索酸延胡索酸 +CoQH+CoQH2 2 +-+-产生的自由能：产生的自由能：-4.6KJ-4.6KJmolmol不够合成不够合成ATPATP -13 3、CoQCoQ n泛泛醌醌(简简写写为为Q)Q)或或辅辅酶酶Q(CoQQ(CoQ)：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。是是一一种种脂脂溶溶性性醌醌类类化化合合物物。人人和和哺哺乳乳动动物物CoQCoQ的的侧侧链链有有1010个个异异戊戊二二烯烯单位（单位（n n1010）以）以Q Q1010表示表示 电子呼吸链成员电子呼吸链成员辅酶辅酶Q Q的的功能功能 CoQCoQCoQCoQ(醌型结构醌型结构醌型结构醌型结构)很容易很容易很容易很容易接受电子和质子接受电子和质子接受电子和质子接受电子和质子,还原还原还原还原成成成成CoQHCoQHCoQHCoQH2 2 2 2(还原型还原型还原型还原型)；CoQHCoQHCoQHCoQH2 2 2 2给出电子和质子给出电子和质子给出电子和质子给出电子和质子还原成还原成还原成还原成CoQCoQCoQCoQ。因此。因此。因此。因此,它它它它在线粒体呼吸链中是在线粒体呼吸链中是在线粒体呼吸链中是在线粒体呼吸链中是电子和质子的传递体。电子和质子的传递体。电子和质子的传递体。电子和质子的传递体。不能从底物接受氢不能从底物接受氢不能从底物接受氢不能从底物接受氢 CoQCoQ在在线粒体内膜中有结合到膜上的线粒体内膜中有结合到膜上的,也有游离的。也有游离的。CoQCoQ不仅接受不仅接受NADHNADH脱氢酶催化脱下的氢脱氢酶催化脱下的氢,还接受线粒体还接受线粒体其它脱氢酶催化脱下的其它脱氢酶催化脱下的氢氢,如琥珀酸脱氢酶、脂如琥珀酸脱氢酶、脂酰辅酶酰辅酶A A脱氢酶及黄素酶脱氢酶及黄素酶类脱下的氢。所以类脱下的氢。所以,CoQCoQ在在电子传递链中处于中电子传递链中处于中心地位。在黄素蛋白类心地位。在黄素蛋白类和细胞色素类之间作为和细胞色素类之间作为一种特殊灵活的载体而一种特殊灵活的载体而起作用。起作用。琥珀酸琥珀酸4 4、CoQ-CoQ-细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶complex细胞色素还原酶：细胞色素还原酶：ISPISP（Fe-SFe-S蛋白）蛋白）铁卟啉铁卟啉,Cytb,Cytc,Cytb,Cytc1 1作用作用：催化电子从：催化电子从CoQCoQ转移到细胞色素转移到细胞色素c-c-Q Q循环循环电子呼吸链成员电子呼吸链成员细胞色素还原酶是细胞色素还原酶是含铁卟啉辅基的结合蛋白含铁卟啉辅基的结合蛋白含铁卟啉辅基的结合蛋白含铁卟啉辅基的结合蛋白(简写为简写为简写为简写为Cyt)Cyt)Cyt)Cyt)，铁卟啉辅基的铁原子处于卟啉环的中心，铁卟啉辅基的铁原子处于卟啉环的中心，铁卟啉辅基的铁原子处于卟啉环的中心，铁卟啉辅基的铁原子处于卟啉环的中心,构成构成构成构成血红素。血红素。血红素。血红素。各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中主要含有细胞色素主要含有细胞色素主要含有细胞色素主要含有细胞色素a,b,ca,b,ca,b,ca,b,c和和和和c c c c1 1 1 1等等等等,组成它们的辅基分别组成它们的辅基分别组成它们的辅基分别组成它们的辅基分别为血红素为血红素为血红素为血红素A A A A、B B B B和和和和C C C C。细胞色素。细胞色素。细胞色素。细胞色素a,b,ca,b,ca,b,ca,b,c可以通过它们的可以通过它们的可以通过它们的可以通过它们的紫外紫外紫外紫外-可见吸收光谱来鉴别。可见吸收光谱来鉴别。可见吸收光谱来鉴别。可见吸收光谱来鉴别。细胞色素主要通过血红素中细胞色素主要通过血红素中细胞色素主要通过血红素中细胞色素主要通过血红素中 FeFeFeFe3+3+3+3+Fe Fe Fe Fe2+2+2+2+的互变起传的互变起传的互变起传的互变起传递电子的作用。递电子的作用。递电子的作用。递电子的作用。氧化型细胞色素：无光谱吸收氧化型细胞色素：无光谱吸收细胞色素细胞色素 还原型细胞色素：有还原型细胞色素：有、三个吸收三个吸收 峰峰,峰随峰随细胞色素类型不同而有变化细胞色素类型不同而有变化细胞色素细胞色素b、c、c1、a和和aa3-膜结合蛋白膜结合蛋白但细胞色素但细胞色素b中血红素与蛋白是非共价键结合中血红素与蛋白是非共价键结合,并并有两个血红素结合部位：有两个血红素结合部位：bH和和bLb bH H-靠近基质靠近基质 b bL L-靠近膜间空间靠近膜间空间Q Q循环循环 p337p337电子呼吸链成员电子呼吸链成员5 5、细胞色素、细胞色素C C细胞色素细胞色素C C：球形蛋白球形蛋白,104,104个个AAAA组成组成,溶于水溶于水作用：在复合体作用：在复合体IIIIII和和IVIV之间传递电子之间传递电子细胞色素细胞色素c c（CytcCytc）它它它它是是是是电电电电子子子子传传传传递递递递链链链链中中中中一一一一个个个个独独独独立立立立的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质电电电电子子子子载载载载体体体体，位位位位于于于于线线线线粒粒粒粒体体体体内内内内膜膜膜膜外外外外表表表表，属属属属于于于于膜膜膜膜周周周周蛋蛋蛋蛋白白白白，易易易易溶溶溶溶于于于于水水水水。它它它它与与与与细细细细胞色素胞色素胞色素胞色素c c c c1 1 1 1含有相同的辅含有相同的辅含有相同的辅含有相同的辅 基，但是蛋白组成则有基，但是蛋白组成则有基，但是蛋白组成则有基，但是蛋白组成则有 所不同。在电子传递过所不同。在电子传递过所不同。在电子传递过所不同。在电子传递过 程中，程中，程中，程中，CytcCytcCytcCytc 也是通过也是通过也是通过也是通过 FeFe3+3+Fe Fe2+2+的互变起的互变起的互变起的互变起 电子传递中间体作用。电子传递中间体作用。电子传递中间体作用。电子传递中间体作用。电子呼吸链成员电子呼吸链成员6.6.细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶complex细胞色素氧化酶：细胞色素氧化酶：1313个亚基组成个亚基组成,核心是核心是3 3个最大的疏水性亚基个最大的疏水性亚基有有4 4个氧化还原活性中心：血红素个氧化还原活性中心：血红素a,aa,a3 3,CuA,CuB,CuA,CuB作用：将电子传递给作用：将电子传递给O O2 2，最终生成最终生成 2H2H2 2O O线粒体基质线粒体基质内膜空间内膜空间Cyta,aCyta,a3 3:结构相同结构相同,所处位置不同所处位置不同,性质亦不同性质亦不同CuACuA 、CuBCuB：所处位置不同：所处位置不同,结合的蛋白不同结合的蛋白不同,势能不同势能不同电子传递的抑制剂电子传递的抑制剂呼吸毒物阻断电子传递呼吸毒物阻断电子传递某些物质能抑制呼吸链传递氧和电子某些物质能抑制呼吸链传递氧和电子某些物质能抑制呼吸链传递氧和电子某些物质能抑制呼吸链传递氧和电子,使氧化作用使氧化作用使氧化作用使氧化作用受阻受阻受阻受阻,自由能释放减少自由能释放减少自由能释放减少自由能释放减少,不能合成分子不能合成分子不能合成分子不能合成分子ATPATPATPATP。呼吸毒物：阿米妥、鱼藤酮、抗霉素呼吸毒物：阿米妥、鱼藤酮、抗霉素呼吸毒物：阿米妥、鱼藤酮、抗霉素呼吸毒物：阿米妥、鱼藤酮、抗霉素A A A A、COCOCOCO、CNCNCNCN-等。等。等。等。抑制部位抑制部位 ATPATP ATP ATP ATP ATP FMN FMN代谢物代谢物NADH Fe-S CoQCytbCytcNADH Fe-S CoQCytbCytc1 1caacaa3 3OO2 2 阿的平阿的平 阿米妥阿米妥(麻醉药麻醉药)抗霉素抗霉素A CO CNA CO CN-鱼藤酮鱼藤酮(杀虫药杀虫药)N)N3 3-NADH CoQ Cytc-Fe O2 2+4HNAD CoQH2 2 Cytc-Fe 2H2 2O 3+3+2+2+NADH-QNADH-Q还原还原还原还原酶酶酶酶CoQ-CytcCoQ-Cytc还原酶还原酶还原酶还原酶Cytc Cytc 氧化氧化氧化氧化酶酶酶酶4H 4H 2H4H 4H 2H+第三节、第三节、氧化磷酸化氧化磷酸化 O O2 2HHe e 氧化磷酸化氧化磷酸化营养物分解营养物分解肌肉收缩肌肉收缩,物质转运物质转运信息传递信息传递,腺体分泌腺体分泌ADPATP电子传递与氧化磷酸化电子传递与氧化磷酸化的实质的实质需氧细胞内需氧细胞内糖类、脂类、蛋白质等通过各自的分解途径所糖类、脂类、蛋白质等通过各自的分解途径所形成的还原型辅酶，包括形成的还原型辅酶，包括NADHNADH和和FADH2FADH2通过电通过电子传递链被重新氧化。还原型辅酶上的氢原子子传递链被重新氧化。还原型辅酶上的氢原子以质子的形式脱下，其电子沿着一系列的电子以质子的形式脱下，其电子沿着一系列的电子载体传递，最后转移给分子氧。而质子和负离载体传递，最后转移给分子氧。而质子和负离子型氧结合成水。子型氧结合成水。在电子传递过程中释放出的在电子传递过程中释放出的大量自由能使大量自由能使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP。在传递过程在传递过程中，电子的传递仅发生在相邻的电子载体之间。中，电子的传递仅发生在相邻的电子载体之间。线粒体内膜与氧化磷酸化线粒体内膜与氧化磷酸化线粒体是生物氧化和能量转换的主要场所。是组线粒体是生物氧化和能量转换的主要场所。是组线粒体是生物氧化和能量转换的主要场所。是组线粒体是生物氧化和能量转换的主要场所。是组织细胞的织细胞的织细胞的织细胞的“发电厂发电厂发电厂发电厂”。线粒体内膜，外膜的化学组成有显著的区别线粒体内膜，外膜的化学组成有显著的区别：外膜外膜外膜外膜：磷脂，胆固醇含量高，：磷脂，胆固醇含量高，：磷脂，胆固醇含量高，：磷脂，胆固醇含量高，ProProProPro含量低含量低含量低含量低内外膜间隙内外膜间隙内外膜间隙内外膜间隙：腺苷酸激酶，核苷酸激酶等：腺苷酸激酶，核苷酸激酶等：腺苷酸激酶，核苷酸激酶等：腺苷酸激酶，核苷酸激酶等内膜内膜内膜内膜：一些脱氢酶：一些脱氢酶：一些脱氢酶：一些脱氢酶,氧化呼吸链有关的酶氧化呼吸链有关的酶氧化呼吸链有关的酶氧化呼吸链有关的酶,ATP,ATP,ATP,ATP合成酶合成酶合成酶合成酶基质基质基质基质：催化糖有氧分解，脂肪酸氧化，氨基酸分解：催化糖有氧分解，脂肪酸氧化，氨基酸分解：催化糖有氧分解，脂肪酸氧化，氨基酸分解：催化糖有氧分解，脂肪酸氧化，氨基酸分解 和和和和ProProProPro生物合成的酶生物合成的酶生物合成的酶生物合成的酶 ATPATP的形成的形成 底物磷酸化底物磷酸化 ATPATP形成方式形成方式 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物磷酸化底物磷酸化 n底物水平磷酸化底物水平磷酸化 当底物代谢时当底物代谢时,因脱氢、脱水等作用使分子因脱氢、脱水等作用使分子内部发生能量重新分布而形成高能磷酸化合内部发生能量重新分布而形成高能磷酸化合物，然后将高能磷酸基团转给物，然后将高能磷酸基团转给ADPADP形成形成ATPATP的的方式。方式。是生物体在缺氧条件下是生物体在缺氧条件下-如剧烈运动，如剧烈运动，厌氧微生物获取能量的主要方式。厌氧微生物获取能量的主要方式。底物底物水平水平磷酸化磷酸化 ADPATP 氧化磷酸化氧化磷酸化在生物氧化过程中在生物氧化过程中,底物脱出的氢或电子沿呼底物脱出的氢或电子沿呼吸链向氧传递吸链向氧传递,同时同时形成膜外的质子形成膜外的质子(H+)(H+)梯度梯度,该浓度梯度的解消与该浓度梯度的解消与ADPADP、PiPi载获能量合成载获能量合成ATPATP相偶联相偶联,这种氧化的过程称为这种氧化的过程称为氧化磷酸化氧化磷酸化。呼吸链呼吸链底物底物 H H+e O+e O2 2 氧化氧化 能量能量 偶联偶联 ADP+HADP+H3 3POPO4 4 ATP ATP 磷酸化磷酸化 供生命活动，生化反应需要供生命活动，生化反应需要 NADH CoQ Cytc-Fe O2 2+4HNAD CoQH2 2 Cytc-Fe 2H2 2O 3+3+2+2+NADH-QNADH-Q还原还原还原还原酶酶酶酶CoQ-CytcCoQ-Cytc还原酶还原酶还原酶还原酶Cytc Cytc 氧化氧化氧化氧化酶酶酶酶4H 4H 2H4H 4H 2H+ADP ATP一、化学渗透学说一、化学渗透学说19611961年年Peter.MitchellPeter.Mitchell：呼吸链存在于线粒体内膜呼吸链存在于线粒体内膜,当氧化进行时当氧化进行时,电子传递电子传递的自由能起质子泵的作用的自由能起质子泵的作用,质子从线粒体的基质部位质子从线粒体的基质部位被泵到线粒体的膜间空隙被泵到线粒体的膜间空隙,形成了质子浓度内低外高形成了质子浓度内低外高的浓度梯度的浓度梯度(PH(PH差差1.4),1.4),从从而产生了跨膜的化学电位而产生了跨膜的化学电位差，此质子推动力可用来差，此质子推动力可用来推动推动ATPATP的酶促合成。的酶促合成。质子梯度的形成质子梯度的形成n n质子转移的机制假说质子转移的机制假说 质子泵机制质子泵机制 复合体酶的构象变化复合体酶的构象变化,使转移质子的氨基酸交使转移质子的氨基酸交替暴露在膜的两侧替暴露在膜的两侧,实现质子的移位。实现质子的移位。质子流质子流支持化学渗透学说的实验结果支持化学渗透学说的实验结果 A A氧化磷酸化在膜完整的线粒体体系才能进行氧化磷酸化在膜完整的线粒体体系才能进行B BH H+（OHOH、K K+、ClCl ）不能自由通过内膜不能自由通过内膜C C通过测定通过测定,线粒体内膜两侧存在电化学梯度线粒体内膜两侧存在电化学梯度D D当把一当把一pHpH梯度强加于线粒体内膜梯度强加于线粒体内膜,在没有电在没有电 子传递的情况下也有子传递的情况下也有ATPATP合成合成E E加入携带加入携带H H+穿过线粒体内膜的物质穿过线粒体内膜的物质(如如2.42.4 二硝基苯酚二硝基苯酚),),能使氧化作用与磷酸化作用解能使氧化作用与磷酸化作用解 偶联偶联 二、二、ATPATP合成酶合成酶F F1 1单元单元 F FO O单元结构单元结构 线线粒粒体体内内膜膜的的球球状状小小体体分分头头、柄柄、基基底底三三部部分分,称称ATPATP合成酶合成酶(F(F0 0F F1 1ATPATP酶酶)系系 F F1 1 1 1：3 33 3 多亚基多亚基 柄柄：是能量转换的通道是能量转换的通道 F Fo o o o：疏水跨膜蛋白：疏水跨膜蛋白,C,C亚基亚基 是是H H+通道通道,是与线粒体电子是与线粒体电子 传递系统连接的部位传递系统连接的部位质子流通过质子流通过ATPATP合酶合酶释出与酶结合释出与酶结合的的ATPATP分子分子L LT TO OL LL LT TT TO OO O三、三、P/O P/O 比比在一定时间内在一定时间内,每消耗每消耗1mol1mol氧原子使无机磷酸氧原子使无机磷酸参入到参入到ATPATP中的摩尔数中的摩尔数,称为称为P/OP/O比比 n nNADH NADH 呼吸链呼吸链 P/OP/O3 3n nFADH FADH 呼吸链呼吸链 P/OP/O2 2NADHNADH经呼吸链完全氧化经呼吸链完全氧化,放出能量放出能量,一部分能一部分能量转变为量转变为ATPATP4242能量被利用能量被利用,一半以上的自由能以热的形一半以上的自由能以热的形式散发。式散发。p344p344ATPATP形成部位形成部位3 3个磷酸化部位：个磷酸化部位：n n NADHNADH（FMNFMN）CoQCoQ GG00-296.5-296.5(-0.03)-(-0.32)(-0.03)-(-0.32)-55.6-55.6 KJ/mol KJ/moln n CytbCytCCytbCytC GG00=-296.5(0.25)-(0.07)=-296.5(0.25)-(0.07)-34.7 KJ/mol-34.7 KJ/moln n CytaaCytaa3 3OO2 2 GG00=-296.5(0.82)-(0.29)=-102.1 KJ/mol=-296.5(0.82)-(0.29)=-102.1 KJ/mol 1.1.解偶联剂破坏呼吸链释放的能量用于解偶联剂破坏呼吸链释放的能量用于ATPATP合成合成 有些化合物并不抑制呼吸链中的电子传递有些化合物并不抑制呼吸链中的电子传递,但能但能拆开氧化过程和磷酸化之间的能量偶联作用。拆开氧化过程和磷酸化之间的能量偶联作用。如：如：2,4-2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚(DNP)(DNP)n n解解偶偶联联剂剂并并不不抑抑制制电电子子传传递递，能能携携带带质质子子穿穿过过线粒体内膜，破坏内膜两侧的线粒体内膜，破坏内膜两侧的H H+梯度梯度.n n但对底物水平磷酸化没有影响。但对底物水平磷酸化没有影响。四、氧化磷酸化的解偶联作用和抑制四、氧化磷酸化的解偶联作用和抑制2.2.氧化磷酸化抑制剂寡霉素氧化磷酸化抑制剂寡霉素抑止氧的利用，不抑制电子传递链。抑止氧的利用，不抑制电子传递链。即干扰即干扰ATPATP的合成，又阻止电子传递。的合成，又阻止电子传递。3 3.离子载体抑制剂离子载体抑制剂脂溶性物质脂溶性物质,作为一价阳离子的载体穿过膜作为一价阳离子的载体穿过膜,破坏氧化磷酸化过程。破坏氧化磷酸化过程。五、氧化磷酸化的调控五、氧化磷酸化的调控1.1.ATPATP/ADPADPPiPi2.2.调节电子传递速度调节电子传递速度 3.3.调节还原型辅酶的积累和氧化调节还原型辅酶的积累和氧化