1、第七章生物氧化1、生物氧化(biologicaloxidation)：物質在體內進行氧化稱生物氧化.主要指營養物質在體內分解時逐步釋放能量,最終生成CO卸水的過程.生物氧化又稱組織呼吸或細胞呼吸.生物氧化釋放的能量：主要(40蛆上)用于ADP的磷酸化生成ATP,供生命活動之需.其余以熱能形式散發用于維持體溫.2、生物氧化內容(1)生物體內代謝物的氧化作用、代謝物脫下的氫與氧結合成水的過程.(2)生物體內二氧化碳的生成.(3)能量的釋放、儲存、利用(ATP的代謝一一ATP的生成與利用).3、生物氧化的方式遵循一般氧化復原規律.(1)失電子：代謝物的原子或離子在代謝中失去電子,其原子正價升高、負價

2、降低都是氧化.(2)脫氫：代謝物脫氫原子(H=H+e的同時失去電子.(3)加氧：向底物分子直接參加氧原子或氧分子的反響使代謝物價位升高,屬于氧化反響.向底物分子加水、脫氫反響的結果是向底物分子參加氧原子,也屬于氧化反響.4、生物氧化的特點(1)在溫和條件下進行(37C,中性pH等)；(2)在一系列酶催化下完成；(3)能量逐步釋放,局部儲存在ATP分子中；(4)廣泛以加水脫氫方式使物質間接獲得氧；(5)水的生成由脫下的氫與氧結合產生；(6)反響在有水環境進行；(7) CO獨有機酸脫竣方式產生.5、物質體外氧化(燃燒)與生物氧化的比擬(1)物質體內、體外氧化的相同點：物質在體內外氧化所消耗的氧量、

3、最終產物、和釋放的能量均相同.(2)物質體內、體外氧化的區別：體外氧化(燃燒)產生的二氧化碳、水由物質中的碳和氫直接與氧結合生成；能量的釋放是瞬間忽然釋放.5、營養物氧化的共同規律糖類、脂類和蛋白質這三大營養物的氧化分解都經歷三階段：分解成各自的構件分子(組成單位)、降解為乙酰CoA三竣酸循環.施肪后白fl脂懣%基酸、甘油斗脂酸f乙第I階段第II階段第ni階is第一節ATP生成的體系、呼吸鏈respiratorychain:代謝物脫下的氫原子2H通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反響逐步傳遞,最終與氧結合生成水.這一傳遞鏈稱呼吸鏈.又稱電子傳遞鏈electrontransportchain.呼吸鏈由

4、按一定順序排列在線粒體內膜上的遞氫體、遞電子體組成.一呼吸鏈的組成用膽酸或脫氧膽酸處理線粒體內膜,可將呼吸鏈別離為：四種具有遞電子功能的酶復合體：復合體I稱NADH-泛酶復原酶NADK氫酶：復合體口一一稱琥珀酸-泛酶復原酶琥珀酸脫氫酶：復合體W稱泛酶-細胞色素C復原酶：復合體IV稱細胞色素氧化酶細胞色素aa3:人線粒體呼吸鏈復合體復合體酶名稱多肽鏈數輔基復合體INADH-泛醍復原酶39FMN,FaS復合體【I琥珀酸泛醍復原酶4FAD?FeS復合體III泛顯細胞色素C復原酶1«鐵嚇啾,Fe-S復合體IV細胞色素鬲化酶二種游離成分：輔酶Q和細胞色素C不包含在復合體中.1、復合體I將電子從

5、NAD璃2CoQCONH1O-CH5COOHNADH-*NAD中的煙酰胺氮為5價,能接受電子成3價,而其對側碳原子能進行加氫反響僅1個氫原子NAD*(NADP+)coi(con)復合體I1naD尼克酰胺腺嗯吟二核昔酸和NADP尼克酰胺腺嗯吟二核昔酸磷酸氧化復原反響時變化發生在五價氮和三價氮之口2FMN的氧化與復原黃素單核甘酸FMN含有核黃素維生素B2,FMN發揮作用的是異咯嗪環.煙酸煙酰胺CONH?rA-coN1+H+H+eiKY-conh：NAD,或NADP*NADH或NADPHFMN;Fe-Swab；Fe'SN4；Fe'SN-3：R核黃素與酶的輔基的形成:CHiOHHpOH

6、HCOH1HCOHHCH核黃素+ATP>FMN焦磷酸化酶FMN+ATPFAD核黃素氧化復原機制:異咯嗪H-C-OHtH-C-OHiH-C-OHFMN3鐵硫蛋白與鐵硫中央Fe-SFe-S含有等量各4的鐵原子與硫原子；通過鐵原子與鐵硫蛋白中的半胱氨酸殘基的硫相連.其鐵原子可以進行氧化復原反響傳遞電子4復合體I的功能NADH+H*vFMNy復原型FeSQNAD*人FMNHs氧化型Fe-S人QH217JJIOQCNADH復合體I的功能輔酶Q是一種脂溶性醍類化合物；含有一個較長的側鏈R,疏水性強.其側鏈由多個異戊間二烯組成,人的CoQ由10個異戊間二烯組成Q10泛醍可以接受或脫去1個電子和1個質子

7、參與氧化復原.泛醍參與氧化復原機制：O'oOH泛醍泛醍H,醍型或氧化型半配型氫注：R為異戊間二烯側鏈R=l-CHrCH=CCH3-CH2、復合體口將電子從琥珀酸傳遞給CoQ含如下成分：含黃素蛋白以FAD為輔基、鐵硫蛋白Fe-S、細胞色素b560琥珀酸fFe-S.;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S,-CoQ細胞色素是一類催化電子傳遞的酶,以鐵葉琳為輔基,均有特殊的吸收光譜而呈顏色.根據吸收光譜的不同,參與呼吸鏈的Cyt有3類：Cyta、Cytb、Cytc；根據最大吸收峰的差異分為假設干亞類.細胞色索吸收峰6006035kailin發現而命名562b566bt與換能作用有關而命名56

8、6550胞液側基質側NADHNAD.琥珀酸3、復合體W將電子從泛醍傳遞給細胞色素復合體III2種細胞色素bCytb562、Cytb566、細胞色素ci、鐵硫蛋白細胞色素c呈水溶性,與線粒體內膜外外表結合不緊密而極易于別離,不屬于任何復合體成分胞液側Cyt656IorIICytc4、復合體IV將電子從細胞色素C傳遞給氧.復合體IV復原型Cytc_CuAaa3CuB-O2含如下成分：細胞色素a、a3和2個鐵嚇啾輔基及與之相連的Cu.Cyta和Cyta3很難分開,合稱為Cytaa3.其中2個銅原子分別連接2個鐵葉琳輔基,銅原子可以進行氧化復原反響傳遞電子.Cu+-e氧化+e復原Cu2+(Fe2>

9、;)基質側2H2O呼吸鏈各復合體位置示意圖內要胞液的線苞體內履NADHFAD叫；k胞液側Cytc二呼吸鏈成分的排列順序一一確定呼吸鏈排列順序的方法：1、根據各組分的EO從低到高排列一一電位低容易失去電子見下表呼吸鏈中各種氧化復原對的標準氧化復原電位氧化復原對EtVNAD+/NADH+H+-032FMN/FMNH2FAD/FADH2CvtbFe/Fe2+.Qio/QioH2Cvtc.Fe+ZFe2+CvtcCe升/Fe升CvtaFe/Fe2+.Cvta,Fe3+/Fe2+1/2OJH2O-030-0.060*4或0.100.070.220.250.290.550,822、在體外將呼吸鏈拆開重組一

10、一鑒定4種復合體的組成與排列順序.3、利用呼吸鏈特異阻斷劑阻斷電子傳遞一一阻斷部位以前的處于復原狀態,后面的組分處于氧化狀態,根據吸收光譜的改變檢測.4、以離體線粒體的復原態無氧對照一一緩慢給氧,通過光譜觀察各組分的氧化順序.1氧化-復原對一一參加氧化復原反響的每種物質都有氧化型和復原型兩種形式：如：AH十B-A十BH;式中AH/或BH是復原型劑J,A和B是氧化型劑J.一物質的氧化型/復原型如A/AH或B/BH等構成氧化復原對簡稱氧-還對,氧化復原對是共扼的.氧-還對供出電子趨勢的大小,可用標準氧化復原電位Eo表示.2標準氧化復原電位E成對的氧化型/復原型物質的濃度為1摩爾,在PH7.0,25

11、c時組成半電池,以生物化學規定的標準氫電極做參比測得的電位伏特/摩爾.Eo值表示的是同H+/H2相比,某氧-還對氧化復原水平的大小：1） E0是負值,表示此氧-還對易供出電子而被氧化,是復原劑;2） Eo是正值,表示此氧-還對易獲得電子而被復原,是氧化劑.3標準氫電極與生物化學規定的標準氫電極1標準氫電極：白金電極放入氫離子濃度為1摩爾/升的溶液,與1大氣壓的氫氣平衡,此電極電位定為0伏特,作為參比電極Eo2生物化學上規定：參加pH=7.0的條件,將氫電極濃度定為10-7mol/L,測得的電位是E°'.4電位測定裝置XH?LX+2H+2e1大氣壓的平衡2NAD+2H2NADH

12、2、兩條氧化呼吸鏈及其排列順序3、呼吸鏈電子傳遞過程二、氧化磷酸化ATP是機體主要供能物質.ATP的另外形成方式是底物水平磷酸化：直接將代謝物分子中的能量轉移到ADPGDP生成ATPGTP一氧化磷酸化的偶聯部位一一ATP生成的部位偶聯部位確實定方法如下:1、P/O比值：物質氧化過程中每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機磷或ADP的摩爾數.此數值代表ATP的生成數.P/O的測定方法:將底物、ADPHPO、Mg+和別離較為完整的線粒體在模擬細胞內液的環境中相互作用；測定Q和HPOATP形成的主要方式是氧化磷酸化：呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯ADP磷酸化生成ATP或ADP的消耗量,可以計算P/O,確定偶聯部位

13、.琥用服復合體口miNADHT4、重要代謝物進入呼吸鏈的途徑宜合體m562,b骷&Fc-StCETP電子轉遞黃素蛋白,輔基EFAD一脂肪酰CoA革果酸B與生酰CoA8-羥丁酸谷氨酸異檸檬酸FRINNADJIFADIf硫辛酸琥珀酸a磷酸LT油a酮戊二酸FMNrFe*%j岫陞頰？Fc-S1,FADFc品Fc鳥atefoFc-Ssj底物呼吸鏈組成B羥丁酸琥珀酸抗壞血酸NAD+fFMNfCoQfCytcCytaa3O2FAD*CoQ*Cytc-*Cytaa3*O2CvcCyta%f.?Cytaa3O2Cytc(Fe2+)偶聯部位分另4在：NAD-FMN-CoQ-CytcJj-:_*2、自由能變

14、化G'=-nFAEo,30.5kJ可合成ATP,心表示pH7寸的標準自由能變化,n=2個氧還對反響時傳遞電子的數目2,F是法拉第常數96.5kJ/mol?V,王.為電位變化.自由能變化的計算舉例一一NADHH+的氧化反響：NADHH+"l/2O2、守=+0,82E°'=0.32E.=受電子的高電位給電子的低電位=+0.82-0.32=1.14G°'="nFAEG,="2X96.5X1.14=-220.02kJ/mol從電位差AE°計算的,如果與足以到達合成ATP釋放的自由能30.5kJ/mol那么存在偶聯部位.

15、30.5kJ是合成1molATP所需的能量標準狀態,體內條件G=-51.6kJ/mol二氧化磷酸化偶聯機制一一化學滲透學說化學滲透學說要點：1、呼吸鏈中遞氫體與遞電子體交替排列,并在膜中有固定位置,催化的反響是定向的,取決于電子走向.2、電子經呼吸鏈傳遞時可將質子從線粒體內膜的基質泵到內膜外側,產生膜內外質子電化學梯度氫離子濃度梯度和跨膜電位差,以此儲存能量.3、當質子順濃度梯度回流時驅動ATP合酶,利用ADP和Pi合成ATR說明：電子傳遞鏈在線粒體內膜中共構成3個回路,即形成3個氧化復原神,每個回路均有質子泵.化學滲透假說NADH+H+線粒體內膜丙膜外側(1)(2)(3)注：蘭色箭頭示電子傳

16、遞方向呼吸鏈模式化學滲透假說詳細示意圖ARE+EIATP,H+(三)AT哈酶(復合體V)ATP合酶(ATPsynthase)三聯體:Fi：親水局部,位于線粒體內膜的基質側,含有5種肽鏈、9個甲基8&丫6.功能是催化ATP的生成.催化部位在0亞基,但必須與a亞基結合才有活性.F.：疏水局部,鑲嵌在線粒體內膜中的H+通道.當H+順濃度梯度經F0回流時,Fi催化ADP和Pi合成并釋放ATP,Fo和Fi之間有寡霉素敏感蛋白OSCP,OSCP!ATP合酶在寡霉素存在時無作用線粒體結構1、ATP合酶的結構模式2、ATP的作用機制一一誘導契合-結合變化0亞基有ORT三種構型AM小ATP合酶的工作機制

17、誘導契合結合變化三、影響氧化磷酸化的因素氧化磷酸化的影響因素有：呼吸鏈抑制劑、解偶聯劑、氧化磷酸化抑制劑；ADP的調節作用、甲狀腺素的作用、線粒體DNA突變一呼吸鏈抑制劑,阻斷電子傳遞.此抑制劑可以停止細胞內呼吸,引起死亡.1魚藤酮、粉蝶霉素A、異戊巴比妥一一與復合體I的鐵硫蛋白結合而阻斷電子傳遞.2抗霉素A、二疏基丙醇BAL抑制復合體W中Cytb與Cytci間的電子傳遞.3COCNrN-、H2S抑制復合體IV細胞色素氧化酶,使電子不能傳遞給氧.呼吸鏈抑制劑及部位琥珀酸丙二酸一粉蝶毒素A阿妥毒素|復合物H|FADIF的|二疏基丙醇抗琴素A-二解偶聯劑多屬于能通過膜的陽離子ATPADP+Pi偶聯

18、部位2復合物IV*(Cu)ATPADP+Pi偶聯部位5載體,使氧化與磷酸化過程脫離.作用機制：使呼吸鏈電子傳遞過程泵出的氫離子不經過ATP合酶的Fo質子通道回流,而經其他途徑返回線粒體基質.破壞膜兩側的電化學梯度,電化學梯度儲存的能量以熱能形式散發.解偶聯蛋白作用機制標色脂肪組織線粒體1、解偶聯蛋白質子通道釋放熱能存在于動物棕色脂肪組織;2、FFA促進質子經解偶聯蛋白反流至基質.3、二硝基苯酚DNP結合質子在膜內移動.4、其他：游離脂肪酸、水楊酸鹽、雙香豆素.解偶聯劑作用一破壞質子梯度琥珀酸非琦質子通道返回,釋放熱能三氧化磷酸化抑制劑一一對電子彳遞與ADP的磷酸化均抑制.如寡霉素可與AT哈酶E

19、、Fo之間柄部的寡霉素敏感蛋白OSCP結合,阻止質子從FC®道內流合成ATR質子不能內流導致膜兩側電化學梯度增高,影響質子泵的功能,進而抑制電子傳遞.演疫的如蒼術背酸：特異抑制ATP/ADP載體腺普酸轉位酶各種抑制劑對線粒體耗氧量的影響一一實驗過程：&>超一O一時間用氧電極測定氧濃度觀察離體線粒體的耗軍二ADP勺調節作用正常機體氧化磷酸化的速率主要受ADP的調節:機體利用ATPTfADPT-ADP®入線粒體T-氧化磷酸化K反之ADPF足-氧化磷酸化K這種調節可使ATP的生成適應生理需要.用極譜法氧電極系統測量游離線粒體的呼吸過程(1) ADP底物線粒體氧濃度(

20、微摩爾/毫升)(2) ADP(3) ADP(4)底物時間min)三甲狀腺素甲狀腺素的作用有兩個方面：1、促進氧化磷酸化：甲狀腺素誘導膜上Na+-K+-ATP酶的合成,促進ATP分解為ADP而促進氧化磷酸化.2、甲狀腺素Ta可以增加解偶聯蛋白的表達,引起耗氧合產熱均增加,即根底代謝率增加.四線粒體DN除變mtDNAt裸露的環狀雙螺旋,缺乏蛋白質的保護和損傷修復系統,容易受本身氧化磷酸化過程產生的氧自由基的損傷而發生突變.突變率是核內DNA勺1020倍.mtDNA碼的基因：呼吸鏈中13條肽鏈、線粒體蛋白合成所需要的22個tRNA、蛋白合成所需要的2個rRNA=mtDN娛變可以降低線粒體的功能.mt

21、DNA病的主要問題是ATP生成減少引起的病癥,耗能較多的器官先受累,且隨年齡的增長而嚴重.四、ATP-能量的儲存的形式生物氧化過程釋放的能量有約40蛆化學能的形式儲存于特殊的有機磷酸化合物中,形成磷酸酯磷酸酊.磷酸酯鍵水解放能較多大于21kJ/mol,稱為高能磷酸鍵",用P表示.在所有高能磷酸化合物中,以ATP分子末端的丫磷酸鍵最為重要.一常見的高能磷酸化合物通式舉例AGG,kJ11NHR-CNHPOU磷酸肌酸CHRC-O-PO3H2磷酸肌醇式丙酮酸-6LSORC-OPOjH2乙酰磷酸-41JOOrrII_公“P-OP-OHATP、GTP、UTP、CTP-30OHOHO乙酰CoA-3

22、1,二各種核甘酸之間的轉變1、UTP、CTP、GTP的生成：二磷酸核甘激酶催化,反響如下UDPATPADPHTPCDP*CTPGDPGTP2、體內ATP消耗過多、ADP積累EADP+ADP腺甘酸激醒ATP+J三磷酸肌酸1、ATP可以將P轉移給肌酸生成磷酸肌酸.反響可逆.過程如下:2、磷酸肌酸是肌肉和腦組織能量的一種儲存形式.四ATP的生成和利用一一生物體能量的生成和利用都是以ATP為中央.體外pH7.0、25c條件下,1摩爾ATP水解為ADP+Pi時釋放的能量為30.5kJ,體內生理條件下為50kJ/mol人體每日經ADP/ATP相互轉變的量ATP轉換率非常可觀.靜臥24小時消耗ATP40kg

23、運動時0.5kg/min.1、ATP的利用一一ATPW環細胞能量循環1末端磷酸基的分裂與轉移,生成ADP和新的磷酸化物.如激酶催化的反響.此時ATP的磷酸基和局部能量同時轉給新的磷酸化物.2ATP水解為ADP+Pi,能量供機體利用.離子轉運、肌肉收縮、竣化反響.3利用ATP的另一個高能磷酸鍵.生成焦磷酸.如脂酸活化反響.2、ATP生成、儲存和利用氧化磷底物水平磷酸化官自冒械透學能能機滲化電熱7ADPy五、通過線粒體內膜的物質轉運線粒體基質與細胞液之間有線粒體內外膜相隔.線粒體外膜通透性好,允許分子量在1000以內的物質自由通過普通生物膜.線粒體內膜對各種物質的通過有嚴格選擇性.幾乎所有的離子、

24、不帶電荷的小分子有機化合物都不能自由通過,必須依賴內膜上特殊的蛋白.此蛋白少數是酶,多數是載體也稱為轉位酶.載體對物質具有嚴格的選擇性.內膜載體對物質的轉運規律：一種離子或帶電荷的化合物順濃度梯度向內膜一側轉運時,必須伴有對應離子或帶電物質逆濃度梯度反向轉運.通常是對一交換"A-入B-出或A-出B-入.膜間腔線粒體內膜線粒體基質線粒體內膜的運載體重要的線粒體轉位酶載體功能胞液線粒U-酮戊二酸載體蘋果酸0用酸性氨基酸載體谷氨酸天名腺昔酸載體ADPAT磷酸鹽載體PiPi丙酮酸載體丙酮酸OH三較酸載體革果酸檸橫堿性氨基酸載體鳥氨酸瓜佞肉毒堿載體脂酰肉毒堿肉d底物平衡離子抑制劑LADPATP

25、蒼術酸Z+磷酸鹽、種酸鹽、醋酸鹽OH-對-氟耒苯甲酸3琥珀酸.蘋果酸、丙二酸Pi氯琥珀酸,2-丁基丙二酸4+檸檬酸,異檸檬酸、順烏頭酸蘋果酸2-丁基丙二酸、笨三工Q津戊二酸革果酸、丙二酸2-丁基丙二酸.R甲胃弓L6*谷氨酸OH4-羥谷氨酸、2-氨基己二.天冬氨酸谷氨酸、2-氨基己二酸S3-磷酸甘油磷酸二羥丙配單向,.丙腿酸*4氮4羥肉桂酸、茉丙第占四種轉位酶的協同作用外側內側一胞液中NADH勺氧化一一如何進入線粒體胞液脫氫產生的復原當量H+e必須進入線粒體氧化,但NADM能自由透過線粒體內膜.必須借助于其他轉運機制完成.有兩種機制可以使NADHS入線粒體：生磷酸甘油穿梭和蘋果酸-天冬氨酸穿梭1

26、、紡磷酸甘油穿梭一一存在于腦和骨骼肌NADH+H+NAD+'胞液側CH20HC=O-ch2oP甘油脫氫BECH.OHRhoh-Clho.4P二羥丙第基質側P甘油脫氫前甘油fadh2FAD外膜膜間腔內膜線粒體外膜胞液側NADt蘋果酸c=oCHOHCH2O-內膜NADH+1T載體悍果酸脫氫3!載體I草酰乙酸口第戊二酸,物質氧化CHZO-CH20HPi基質側莘果酸脫氫型I一.第戊二酸草戢乙酸/二腺昔酸載體一一又稱ATP-ADpii或ATP-ADP轉位酶.2個亞基組成的二聚體,每個亞基3.0kDoATP與ADP經此載體反向交換；同時胞液中的H2PO經磷酸鹽載體與H同向轉運入線粒體ATRADRPi的轉運內膜h2po4>H2PO4H