生物能学和生物氧化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第九章、生物能学和生物氧化第九章、生物能学和生物氧化第1页主要内容主要内容v新陈代谢新陈代谢v生物能学生物能学v生物氧化生物氧化第2页9.1 9.1 新陈代谢新陈代谢v新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交换全过程，是生物体内一切化学改变总称，是生物换全过程，是生物体内一切化学改变总称，是生物体表现其生命活动主要特征之一。体表现其生命活动主要特征之一。第3页%新陈代谢研究方法新陈代谢研究方法 v体内研究法：生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调体内研究法：生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调整机制下研究代谢过程，为物质中间代谢过程明确提供了主整机制下研究代谢过程，为物质中间代谢过程明确提供了主要依据。比如，脂肪酸要依据。比如，脂肪酸-氧化学说提出。氧化学说提出。v体外研究法：用离体器官、组织切片、组织匀浆或体外培养体外研究法：用离体器官、组织切片、组织匀浆或体外培养细胞、细胞器及细胞抽提物来研究代谢过程。比如，三羧酸细胞、细胞器及细胞抽提物来研究代谢过程。比如，三羧酸循环、鸟氨酸循环等。循环、鸟氨酸循环等。v同位素示踪法。比如用同位素示踪法。比如用14C14C标识葡萄糖标识葡萄糖C1C1对磷酸戊糖路径发对磷酸戊糖路径发觉起了非常主要作用。觉起了非常主要作用。v代谢路径阻断法：在试验过程中加入阻断剂来阻断中间某一代谢路径阻断法：在试验过程中加入阻断剂来阻断中间某一代谢步骤，分析所得结果，推测代谢历程。比如代谢步骤，分析所得结果，推测代谢历程。比如KrebsKrebs等用等用丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶，造成琥珀酸积累，为三羧酸循环丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶，造成琥珀酸积累，为三羧酸循环确实认提供了主要依据。确实认提供了主要依据。第4页生物体内能量代谢基本规律生物体内能量代谢基本规律 v生物体和周围环境现有物质交换，又有能量交换，所以，它生物体和周围环境现有物质交换，又有能量交换，所以，它属于热力学开放体系。生物体内能量代谢服从热力学定律。属于热力学开放体系。生物体内能量代谢服从热力学定律。v热力学第一定律是能量守恒定律，即能量不能创造也不能毁热力学第一定律是能量守恒定律，即能量不能创造也不能毁灭，只能从一个形式转变成另一个形式。生物体内能量能够灭，只能从一个形式转变成另一个形式。生物体内能量能够相互转变，但生物体与环境总能量保持不变。相互转变，但生物体与环境总能量保持不变。v热力学第二定律关键是宇宙总是趋向于越来越无序，即向熵热力学第二定律关键是宇宙总是趋向于越来越无序，即向熵增大方向进行。生物体是开放体系，为了维持本身有序性，增大方向进行。生物体是开放体系，为了维持本身有序性，不停将生命活动中产生正熵释放至环境中，使环境熵值增加，不停将生命活动中产生正熵释放至环境中，使环境熵值增加，而本身保持低熵。尽管生物体是高度有序整体，但并没有偏而本身保持低熵。尽管生物体是高度有序整体，但并没有偏离热力学第二定律。离热力学第二定律。第5页第6页9.2 9.2 高能磷酸化合物高能磷酸化合物高能键及高能化合物高能键及高能化合物v在生物体中，水解每摩尔释放出自由能大于在生物体中，水解每摩尔释放出自由能大于21kJ21kJ者者称高能化合物，被水解化学键称为高能键（称高能化合物，被水解化学键称为高能键（energy-energy-rich bondrich bond），惯用符号），惯用符号“”“”表示。在生物化学中表示。在生物化学中所谓所谓“高能键高能键”指是自由能高，而不是键能尤其高，指是自由能高，而不是键能尤其高，即指伴随水解反应或基团转移反应可放出大量自由即指伴随水解反应或基团转移反应可放出大量自由能键。能键。第7页含有高能键化合物类型含有高能键化合物类型 1 1磷氧键型（磷氧键型（-OP-OP）v酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物v焦磷酸化合物焦磷酸化合物v烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物第8页v2 2氮磷键型（氮磷键型（-NP-NP）v3 3硫酯键型硫酯键型v4 4甲硫键型甲硫键型第9页v上述高能化合物中含磷酸基团占绝大多数，但并不上述高能化合物中含磷酸基团占绝大多数，但并不是全部含磷酸基团化合物都是高能磷酸化合物。是全部含磷酸基团化合物都是高能磷酸化合物。第10页 ATPATP和其它高能磷酸化合物和其它高能磷酸化合物vATPATP分子结构：三个磷酸基团、两个高能键。分子结构：三个磷酸基团、两个高能键。v活性形式：活性形式：MgATPMgATP2-2-第11页ATPATP作用和储存作用和储存vATPATP为即时性能量载体。为即时性能量载体。vATPATP在细胞酶促磷酸基团转移中起在细胞酶促磷酸基团转移中起“中转站中转站”作用。作用。vATPATP不是能量贮存物质，而是能量携带者或传递者。不是能量贮存物质，而是能量携带者或传递者。它可将高能磷酸键转移给肌酸（它可将高能磷酸键转移给肌酸（C C）生成磷酸肌酸）生成磷酸肌酸（creatine phoshatecreatine phoshate，CPCP）。但磷酸肌酸所含高）。但磷酸肌酸所含高能磷酸键不能直接应用，需用时磷酸肌酸把高能磷能磷酸键不能直接应用，需用时磷酸肌酸把高能磷酸键转移给酸键转移给ADPADP生成生成ATPATP。v磷酸肌酸是磷酸肌酸是ATPATP高能磷酸基团贮存库。在骨骼肌、平高能磷酸基团贮存库。在骨骼肌、平滑肌、神经细胞内都存在，在肝脏、肾及其它组织滑肌、神经细胞内都存在，在肝脏、肾及其它组织中含量却极少。中含量却极少。第12页第13页其它作为能量直接起源三磷酸核苷酸其它作为能量直接起源三磷酸核苷酸vUTPUTP用于多糖合成。用于多糖合成。vCTPCTP用于磷脂合成。用于磷脂合成。vGTPGTP用于蛋白质合成。用于蛋白质合成。第14页能荷=ATP+0.5ADP ATP+ADP+AMP 能荷：高能状态腺苷酸与总腺苷酸浓度之能荷：高能状态腺苷酸与总腺苷酸浓度之比。比。能荷是细胞中能荷是细胞中ATP-ADP-AMPATP-ADP-AMP系统中高能磷酸系统中高能磷酸化状态一个量度。化状态一个量度。第15页9.3 9.3 生物氧化生物氧化vCO2和和H2O生成（物质代谢）生成（物质代谢）v物质代谢和能量生成偶联（电子传递链）物质代谢和能量生成偶联（电子传递链）v能量生成和能量生成和ATP生成（生成（ATP ase复合体）复合体）第16页 糖糖类类、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等有有机机物物质质在在细细胞胞中中进进行行氧氧化化分分解解生生成成CO2和和H2O并并释释放放出出能能量量过过程程称称为为生生物物氧氧化化（biological oxidation），又又叫叫细细胞胞氧氧化化或或细细胞胞呼呼吸吸。其其实实质质是是需需氧氧细细胞胞在在呼呼吸吸代代谢谢过过程程中中所所进行一系列氧化还原反应过程。进行一系列氧化还原反应过程。第17页脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同中分解成共同中间产物（如间产物（如丙丙酮酸、乙酰酮酸、乙酰CoA等）等）共同中间产物共同中间产物进入三羧酸循环进入三羧酸循环,氧化脱下氢由氧化脱下氢由电子传递链传递电子传递链传递生成生成H2O，释放，释放出大量能量，其出大量能量，其中一部分经过磷中一部分经过磷酸化储存在酸化储存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本结构成基本结构单位单位 生物氧化三个阶段生物氧化三个阶段第18页生物氧化特点生物氧化特点v生物氧化能量是逐步释放。生物氧化能量是逐步释放。v生物氧化过程产生能量储存在高能化合物中生物氧化过程产生能量储存在高能化合物中主要主要是是ATP。ATP中能量能够经过水解而被释放出来，中能量能够经过水解而被释放出来，供给生物体需能反应。供给生物体需能反应。v生物氧化含有严格细胞内定位。生物氧化含有严格细胞内定位。原核生物生物氧化是在细胞膜上进行，真核生原核生物生物氧化是在细胞膜上进行，真核生物生物氧化是在线粒体中进行。物生物氧化是在线粒体中进行。第19页生物氧化方式生物氧化方式 v失电子氧化反应失电子氧化反应v加氧氧化反应加氧氧化反应v脱氢氧化反应脱氢氧化反应 v（琥珀酸生成延胡索酸）（琥珀酸生成延胡索酸）v加水脱氢氧化反应加水脱氢氧化反应（延胡索酸生成苹果酸）（延胡索酸生成苹果酸）在生物氧化中，脱氢氧化在生物氧化中，脱氢氧化和加水脱氢氧化反应是物质和加水脱氢氧化反应是物质氧化主要形式。氧化主要形式。第20页COCO2 2生成生成 方方式式：糖糖、脂脂、蛋蛋白白质质等等有有机机物物转转变变成成含含羧羧基基中中间间化化合合物物，然然后后在在酶酶催催化化下下脱脱羧羧而而生生成成COCO2 2。类型类型：-脱羧和脱羧和-脱羧脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧氧化脱羧和单纯脱羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶CH2-NH2R第21页H2O生成生成 代代谢谢物物在在脱脱氢氢酶酶催催化化下下脱脱下下氢氢由由对对应应氢氢载载体体所所接接收收，再再经经过过一一系系列列递递氢氢体体或或递递电电子子体体传传递递给给氧氧而而生成生成H H2 2O O。从底物直接脱水。从底物直接脱水。CH3CH2OHCH3CHONAD+NADH+H+乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶例：例：12 O2NAD+电子传递链电子传递链 H2O2eO=2H+第22页一、线粒体结构特点一、线粒体结构特点二、二、电子传递呼吸链概念电子传递呼吸链概念三、呼吸链组成三、呼吸链组成四、机体内两条主要呼吸链及其功效四、机体内两条主要呼吸链及其功效ATP产生产生电子传递体系（呼吸链）电子传递体系（呼吸链）第23页一、线粒体结构一、线粒体结构第24页线粒体功效特点线粒体功效特点v外膜对大多数小分子物质和离子可通透，外膜对大多数小分子物质和离子可通透，v内膜须依赖膜上特殊载体选择性地运载物质进出。内膜须依赖膜上特殊载体选择性地运载物质进出。v基质中含有全部与有机酸氧化分解相关酶。基质中含有全部与有机酸氧化分解相关酶。v内膜上存在着各种酶与辅酶组成电子传递链，或内膜上存在着各种酶与辅酶组成电子传递链，或称呼吸链。称呼吸链。v内膜上内膜上ATPATP合成酶利用电子传递过程释放能量合合成酶利用电子传递过程释放能量合成成ATPATP，完成线粒体供能作用。，完成线粒体供能作用。第25页二、线粒体呼吸链概念二、线粒体呼吸链概念v呼吸链（呼吸链（respiratatory respiratatory chainchain）由供氢体、传递体、）由供氢体、传递体、受氢体以及对应酶系统所组成受氢体以及对应酶系统所组成这种代谢路径普通称为生物氧这种代谢路径普通称为生物氧化还原链。假如受氢体是氧，化还原链。假如受氢体是氧，则称为呼吸链。则称为呼吸链。v线粒体基质是呼吸底物氧化线粒体基质是呼吸底物氧化场所，底物在这里氧化所产生场所，底物在这里氧化所产生NADHNADH和和FADHFADH2 2将质子和电子转将质子和电子转移到内膜载体上，经过一系列移到内膜载体上，经过一系列氢载体和电子载体传递，最终氢载体和电子载体传递，最终传递给传递给O O2 2生成生成H H2 2O O。第26页机体中两条主要呼吸链机体中两条主要呼吸链vNADH氧化呼吸链氧化呼吸链v琥珀酸（琥珀酸（FADHFADH2 2)氧化呼吸链氧化呼吸链第27页NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 是细胞内最主要呼吸链，因为生物氧化过程中绝大多是细胞内最主要呼吸链，因为生物氧化过程中绝大多数脱氢酶都是以数脱氢酶都是以NADNAD+为辅酶，当这些酶催化代谢物脱氢为辅酶，当这些酶催化代谢物脱氢后，脱下来氢使后，脱下来氢使NADNAD+转变为转变为NADHNADH，后者经过这条呼吸链，后者经过这条呼吸链将氢最终传给氧而生成水。将氢最终传给氧而生成水。NADHNADH呼吸链各组员排列见图呼吸链各组员排列见图第28页琥珀酸(FADH2）氧化呼吸链 这个呼吸链由琥珀酸脱氢酶复合体、这个呼吸链由琥珀酸脱氢酶复合体、CoQCoQ和细胞色素和细胞色素组成。其中琥珀酸脱氢酶复合体包含组成。其中琥珀酸脱氢酶复合体包含FADFAD、铁硫中心和、铁硫中心和另一个细胞色素另一个细胞色素b b（称为（称为b b558558）。琥珀酸氧化呼吸链电子）。琥珀酸氧化呼吸链电子传递路径如图：传递路径如图：第29页三、呼吸链组成三、呼吸链组成v复合物复合物：NADH-CoQNADH-CoQ还原酶（还原酶（NADHNADH脱氢酶）脱氢酶）v复合物复合物：琥珀酸：琥珀酸-CoQ-CoQ还原酶（琥珀酸脱氢酶）还原酶（琥珀酸脱氢酶）v复合物复合物：CoQ-CoQ-细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶v复合物复合物细胞色素氧化酶其中细胞色素氧化酶其中NADHNADH呼吸链由复合物呼吸链由复合物I I、复合物复合物、复合物、复合物、泛醌、细胞色素、泛醌、细胞色素c c组成；组成；FADH2FADH2呼吸链是由复合物呼吸链是由复合物、复合物、复合物、复合物、复合物、泛醌、细胞色素泛醌、细胞色素c c组成。组成。第30页电电子子传传递递链链标标准准氧氧化化还还原原自自由由能能改改变变NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFADFe-S琥珀酸琥珀酸等等复合物复合物 II复合物复合物 IV复合体复合体 I复合物复合物 IIINADH脱氢酶脱氢酶细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶琥珀酸琥珀酸-辅酶辅酶Q还原酶还原酶-0.2-0.400.20.40.60.8E0/V第31页复合物复合物vNADHNADH Q Q还原酶还原酶,即复合物即复合物I I，它作用是催化，它作用是催化NADHNADH氧化脱氢以氧化脱氢以及及Q Q还原，在电子传递链中共有还原，在电子传递链中共有3 3个质子泵，该酶是第一个质个质子泵，该酶是第一个质子泵。子泵。vv黄素酶：黄素酶：黄素酶：黄素酶：辅基为辅基为FMNFMN、FADFAD，均能脱氢和加氢，为递氢体和电，均能脱氢和加氢，为递氢体和电子传递体，能传递子传递体，能传递2 2个个H+H+和和2 2个个e-e-。v铁硫蛋白是一个与电子传递相关蛋白质，它与铁硫蛋白是一个与电子传递相关蛋白质，它与NADHNADH Q Q还原还原酶其它蛋白质组分结合成复合物形式存在，经过酶其它蛋白质组分结合成复合物形式存在，经过Fe3+Fe3+Fe2+Fe2+改变起传递电子作用。改变起传递电子作用。v泛醌是电子传递链中唯一非蛋白电子载体。为一个脂溶性醌泛醌是电子传递链中唯一非蛋白电子载体。为一个脂溶性醌类化合物。很轻易接收电子和质子，还原成类化合物。很轻易接收电子和质子，还原成QH2QH2（还原型）；（还原型）；QH2QH2也轻易给出电子和质子，重新氧化成也轻易给出电子和质子，重新氧化成Q Q。所以，它在线粒。所以，它在线粒体呼吸链中作为电子和质子传递体。体呼吸链中作为电子和质子传递体。第32页复合物复合物IIIIv琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶（复合物还原酶（复合物IIII）作用是催化琥）作用是催化琥珀酸脱氢氧化和珀酸脱氢氧化和Q Q还原。还原。第33页复合物复合物IIIIIIv简写为简写为QH2-cyt.cQH2-cyt.c还原酶还原酶,即复合物即复合物III,III,它是线粒它是线粒体内膜上一个跨膜蛋白复合物，其作用是催化还原体内膜上一个跨膜蛋白复合物，其作用是催化还原型型QH2QH2氧化和细胞色素氧化和细胞色素c c（cyt.ccyt.c）还原。）还原。v QH2-cyt.c QH2-cyt.c还原酶由还原酶由9 9个多肽亚基组成。活性部分主要个多肽亚基组成。活性部分主要包含细胞色素包含细胞色素b b 和和c1c1，以及铁硫蛋白（，以及铁硫蛋白（2Fe-2S2Fe-2S）。）。第34页复合物复合物IVIV 细胞色素属于色蛋白类结合蛋白质，辅基是细胞色素属于色蛋白类结合蛋白质，辅基是铁卟啉衍生物，因其有颜色又普遍存在于细铁卟啉衍生物，因其有颜色又普遍存在于细胞内，故称为细胞色素。依据其结构与吸收胞内，故称为细胞色素。依据其结构与吸收光谱不一样可将细胞色素分为光谱不一样可将细胞色素分为a a、b b和和c c三类。三类。细胞色素属于电子传递体。细胞色素属于电子传递体。细胞色素细胞色素c 结构示意图结构示意图第35页ATPATP生成与调整生成与调整v底物水平磷酸化底物水平磷酸化v电子传递氧化磷酸化电子传递氧化磷酸化v线粒体外线粒体外NADHNADH氧化磷酸化氧化磷酸化 第36页底物水平磷酸化底物水平磷酸化 底底物物水水平平磷磷酸酸化化是是指指代代谢谢物物在在氧氧化化分分解解过过程程中中，有有少少数数反反应应步步骤骤因因为为脱脱氢氢或或脱脱水水而而引引发发分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，形形成成了了一一些些高高能能磷磷酸酸键键，它可转移给它可转移给ADPADP形成形成ATPATP过程。过程。第37页氧化磷酸化氧化磷酸化 代谢物在生物氧化过程中释放出自由能用于合代谢物在生物氧化过程中释放出自由能用于合成成ATPATP（即（即ADP+PADP+Pi iATPATP）,这种氧化放能和这种氧化放能和ATPATP生成生成（磷酸化）相偶联过程称氧化磷酸化。（磷酸化）相偶联过程称氧化磷酸化。ADP+Pi ATP+H ATP+H2 2O O生物氧化过程中生物氧化过程中释放出自由能释放出自由能第38页第39页磷氧比（磷氧比（P/O）呼呼吸吸过过程程中中无无机机磷磷酸酸（P Pi i）消消耗耗量量和和分分子子氧氧（O O2 2）消消耗耗量量比值称为磷氧比。比值称为磷氧比。P/OP/O数数值值相相当当于于一一对对电电子子经经呼呼吸吸链链传传递递至至分分子子氧氧所所产产生生ATPATP分子数。分子数。NADHNADHFADHFADH2 2O O2 212H H2 2O OH H2 2O O例例 NADHNADH呼吸链呼吸链：P/O 3（2.5）ADP+ADP+PiPi ATP ATPFADHFADH2 2呼吸链呼吸链：P/O 2（1.5）O O2 2122e-2e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATP第40页氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位 注意：生物氧化能量是经过氢离子转换注意：生物氧化能量是经过氢离子转换 在在NADHNADH呼呼吸吸链链，经经过过氧氧化化磷磷酸酸化化产产生生能能量量有有3 3个个部部位位（见见图图）。从从NADHNADH来来一一对对电电子子传传递递到到氧氧上上，经经过过这这3 3个个偶联部位，生成偶联部位，生成3 3分子分子ATPATP（复合物复合物1 1、2 2、3 3）。）。第41页氧化磷酸化偶联机理氧化磷酸化偶联机理 化学偶联假说：在化学偶联假说：在19531953年提出，认为在电子传递过程年提出，认为在电子传递过程中生成高能中间物，再由高能中间物裂解释放能量驱动中生成高能中间物，再由高能中间物裂解释放能量驱动ATPATP合成。合成。构象偶联假说：于构象偶联假说：于19641964年提出，认为电子传递使线粒年提出，认为电子传递使线粒体内膜蛋白质构象发生改变，推进了体内膜蛋白质构象发生改变，推进了ATPATP生成。生成。化学渗透假说得到广泛试验支持，荣获了化学渗透假说得到广泛试验支持，荣获了19781978年诺贝年诺贝尔化学奖。但化学渗透假说未能处理尔化学奖。但化学渗透假说未能处理H+H+被泵到膜间机制被泵到膜间机制和和ATPATP合成机制。合成机制。第42页内膜内膜F F0 0F F1 1 ATPATP酶酶e e-ADP+PiADP+Pi底物底物H H+ATPATPH H+H H+H H+基质基质膜间隙膜间隙电子传递链电子传递链 电子传递自由能驱电子传递自由能驱动动H H+从线粒体基质跨从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，过内膜进入到膜间隙，从而形成从而形成H H+跨线粒体跨线粒体内膜电化学梯度，这内膜电化学梯度，这个梯度电化学势个梯度电化学势(H H+)驱动驱动ATPATP合合成。成。化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothasis(chemiosmotic hypothasis)第43页化学渗透假说原理示意图化学渗透假说原理示意图4H+2H+2H+4H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高高质质子子浓浓度度H2O2e-+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _质子流质子流线粒体内膜线粒体内膜磷酸化磷酸化 氧化氧化 第44页线粒体电子传递和线粒体电子传递和H+排出数目和路径排出数目和路径H H2 2O O2 2H H+CytcCytcCytcCytcCytcCytcQ QFMNFMNFeSFeSFeSFeSCytcCytc1 1CytbCytbK KCytbCytbr rCytaCytaFeSFeSCytaCyta3 32 2e e-2 2e e-NADH+HNADH+H+NADNAD+O O2 2+2H+2H+H H2 2O O4 4H H+4 4H H+2 2H H+复合物复合物 III12第45页v以以P/O值为依据计算氧化磷酸化产生值为依据计算氧化磷酸化产生ATP分子数并不准确，分子数并不准确，而应考虑一对电子经过呼吸链到而应考虑一对电子经过呼吸链到O2，有多少质子从线粒体，有多少质子从线粒体基质泵出，因为基质泵出，因为ATP生成与泵出质子数有定量关系。生成与泵出质子数有定量关系。v每对电子经过复合物每对电子经过复合物有有4个质子从基质泵出，经过复合物个质子从基质泵出，经过复合物有有2个质子从基质泵出，经过复合物个质子从基质泵出，经过复合物有有4个质子从基质泵个质子从基质泵出。出。v合成合成1分子分子ATP需要需要3个质子经过个质子经过ATP合成酶返回基质来驱动，合成酶返回基质来驱动，同时，生成同时，生成ATP从线粒体基质进入胞质还需要消耗从线粒体基质进入胞质还需要消耗1个质子个质子来运输，所以，每产生来运输，所以，每产生1分子分子ATP需要需要4个质子。个质子。v所以，一对电子从所以，一对电子从NADH到到O2将产生将产生2.5分子分子ATP，而一对，而一对电子从电子从FADH2到到O2将产生将产生1.5分子分子ATP。第46页合成ATP酶系 镶嵌在线粒体内膜上合成镶嵌在线粒体内膜上合成ATPATP酶系是一个复合物，称酶系是一个复合物，称为为ATPATP合成酶或称合成酶或称F F0 0F F1 1ATPATP酶。它由两个主要部分酶。它由两个主要部分F F0 0和和F F1 1再加柄连接而组成。再加柄连接而组成。F F1 1即偶联因子，呈球形，经过一即偶联因子，呈球形，经过一个柄（由蛋白质组成）接到包埋在线粒体内膜柄底个柄（由蛋白质组成）接到包埋在线粒体内膜柄底F F0 0上，故又称三联体。上，故又称三联体。第47页线粒体线粒体ATP合酶合酶第48页氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂v一些化合物对氧化磷酸化有抑制作用，依据其作用一些化合物对氧化磷酸化有抑制作用，依据其作用机制不一样，分为解偶联剂、磷酸化抑制剂和电子机制不一样，分为解偶联剂、磷酸化抑制剂和电子传递抑制剂。传递抑制剂。第49页解偶联剂解偶联剂v解偶联剂是指使氧化磷酸化电子传递过程和解偶联剂是指使氧化磷酸化电子传递过程和ADPADP磷酸磷酸化为化为ATPATP过程不能发生偶联反应物质。过程不能发生偶联反应物质。v对电子传递过程没有抑制作用，但抑制对电子传递过程没有抑制作用，但抑制ADPADP磷酸化生磷酸化生成成ATPATP作用，使产能过程和贮能过程相脱离，使电子作用，使产能过程和贮能过程相脱离，使电子传递产生自由能都变为热能。传递产生自由能都变为热能。v当前已发觉了各种解偶联剂，如当前已发觉了各种解偶联剂，如2 2，4-4-二硝基苯酚二硝基苯酚（2,4-DNP2,4-DNP）、双香豆素等。）、双香豆素等。第50页氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂v作用特点抑制氧利用又抑制作用特点抑制氧利用又抑制ATPATP形成，但不直接抑制形成，但不直接抑制电子传递链上载体作用。氧化磷酸化抑制剂作用是电子传递链上载体作用。氧化磷酸化抑制剂作用是直接干扰直接干扰ATPATP生成过程，结果使电子传递不能进行。生成过程，结果使电子传递不能进行。v寡霉素属于这类抑制剂。试验表明：当在线粒体悬寡霉素属于这类抑制剂。试验表明：当在线粒体悬浮液中，加入寡霉素后，再加入浮液中，加入寡霉素后，再加入ADPADP，不见有刺激活，不见有刺激活性作用发生，这时若加入性作用发生，这时若加入DNPDNP解偶联试剂，则可看到解偶联试剂，则可看到呼吸作用马上加紧，表明寡霉素对利用氧抑制作用呼吸作用马上加紧，表明寡霉素对利用氧抑制作用可被解偶联试剂解除。可被解偶联试剂解除。第51页电子传递抑制剂电子传递抑制剂v阻断电子传递链上某一部位电子传递物质。因为电阻断电子传递链上某一部位电子传递物质。因为电子传递阻断使物质氧化过程中止，磷酸化则无法进子传递阻断使物质氧化过程中止，磷酸化则无法进行，故电子传递抑制剂一样也可抑制氧化磷酸化。行，故电子传递抑制剂一样也可抑制氧化磷酸化。v鱼藤酮、阿密妥、粉蝶霉素鱼藤酮、阿密妥、粉蝶霉素A A等，该类抑制剂专一结等，该类抑制剂专一结合于合于NADH-CoQNADH-CoQ还原酶中铁硫蛋白上，从而阻断电子还原酶中铁硫蛋白上，从而阻断电子传递。传递。v抗霉素抗霉素A A含有阻断电子从细胞色素含有阻断电子从细胞色素b b到细胞色素到细胞色素c1c1传传递作用。递作用。v氰化物（氰化物（CNCN）、）、COCO及及N3N3等，该类抑制剂可与氧等，该类抑制剂可与氧化型细胞色素氧化酶牢靠地结合，阻断电子传至氧化型细胞色素氧化酶牢靠地结合，阻断电子传至氧作用。作用。第52页电子传递电子传递 抑制剂抑制剂NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 III鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥抗霉素抗霉素A氰化物氰化物CO抗霉素抗霉素 A抑抑制部位制部位NAD FP Q b c aa3NAD FP Q b c aa3呼吸链比拟图解呼吸链比拟图解第53页线粒体外线粒体外NADH氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用l苹果酸苹果酸天冬氨酸穿梭系统天冬氨酸穿梭系统l异柠檬酸穿梭系统异柠檬酸穿梭系统l磷酸甘油穿梭系统磷酸甘油穿梭系统 酵解酵解（细胞质（细胞质）氧化磷酸化氧化磷酸化 （线粒体）（线粒体）第54页磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用v胞液中胞液中NADHNADH在在磷酸甘油脱氢酶（辅酶为磷酸甘油脱氢酶（辅酶为NAD+NAD+）催化下，）催化下，将磷酸二羟丙酮还原生成将磷酸二羟丙酮还原生成-磷酸甘油，后者能够轻易地进磷酸甘油，后者能够轻易地进入线粒体内膜，在线粒体内膜上入线粒体内膜，在线粒体内膜上磷酸甘油脱氢酶（其辅磷酸甘油脱氢酶（其辅酶为酶为FADFAD）催化下重新生成磷酸二羟丙酮和）催化下重新生成磷酸二羟丙酮和FADH2FADH2。磷酸二羟。磷酸二羟丙酮穿出线粒体参加下一轮穿梭，而丙酮穿出线粒体参加下一轮穿梭，而FADH2FADH2经呼吸链氧化生经呼吸链氧化生成成ATPATP。v经过这种穿梭作用，线粒体外经过这种穿梭作用，线粒体外NADH+H+NADH+H+只能产生两个只能产生两个ATPATP，比，比线粒体内线粒体内NADH+H+NADH+H+氧化少产生一个氧化少产生一个ATPATP。v磷酸甘油穿梭作用存在于肌肉组织和神经组织。磷酸甘油穿梭作用存在于肌肉组织和神经组织。第55页线粒体基质线粒体基质磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油FADFADH2NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2NADHNAD+线线粒粒体体内内膜膜细胞液细胞液第56页苹果酸穿梭作用苹果酸穿梭作用v胞液中生成胞液中生成NADH+H+NADH+H+在苹果酸脱氢酶催化下，与草酰在苹果酸脱氢酶催化下，与草酰乙酸反应生成苹果酸。苹果酸可透入线粒体内膜，乙酸反应生成苹果酸。苹果酸可透入线粒体内膜，再由苹果酸脱氢酶作用重新生成再由苹果酸脱氢酶作用重新生成NADH+H+NADH+H+，进入呼吸，进入呼吸链氧化生成链氧化生成ATPATP。v经过这种穿梭作用，线粒体外经过这种穿梭作用，线粒体外NADH+HNADH+H+能产生能产生3 3个个ATPATP。v苹果酸穿梭主要存在于肝脏和心肌等组织。只有当苹果酸穿梭主要存在于肝脏和心肌等组织。只有当细胞液中细胞液中NADHNADH和和NAD+NAD+之比值比线粒体基质内比值高之比值比线粒体基质内比值高时，时，NADHNADH才经过这条路径进入线粒体。才经过这条路径进入线粒体。第57页细胞液细胞液线粒体内膜体线粒体内膜体天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酮戊二酸酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+线粒体基质线粒体基质苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+H+苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶（、为膜上转运载体）为膜上转运载体）呼吸链呼吸链第58页v名词解释：生物氧化名词解释：生物氧化 、电子传递链、呼吸链、电子传递链、呼吸链 、底、底物水平磷酸化、氧化磷酸化物水平磷酸化、氧化磷酸化 、P/O P/O、穿梭作用、穿梭作用、能荷、电子传递抑制剂、解偶联剂、氧化磷酸化抑能荷、电子传递抑制剂、解偶联剂、氧化磷酸化抑制剂制剂v生物氧化特点和方式是什么？生物氧化特点和方式是什么？vCO2CO2与与H2OH2O以哪些方式生成？以哪些方式生成？v简述化学渗透学说。简述化学渗透学说。v生物体中呼吸链有哪两种？叙述呼吸链主要物质组生物体中呼吸链有哪两种？叙述呼吸链主要物质组成及其作用。成及其作用。第59页