第八章電子傳遞體系與氧化磷酸化

第八章 電子傳遞體系與氧化磷酸化主要內(nèi)容 ： 重點討論線粒體電子傳遞體系的組成、電子傳遞機理和氧化磷酸化機理。對非線粒體氧化體系作一般介紹 。思考 目錄第一節(jié) 生物氧化的特點 和方式第二節(jié) 線粒體電子傳遞體系第三節(jié) 氧化磷酸化作用第四節(jié) 其它氧化體系 （自學）第一節(jié) 生物氧化的特點和方式一、生物氧化的 特點二、生物氧化過程中 CO2的生成三 、 生物氧化過程中 H2O的生成四 、 有機物在體內(nèi)氧化釋能的 三個階段糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)在細胞中進行氧化分解生成 CO2和 H2O并釋放出能量的過程稱為生物氧化（ biological oxidation）， 其實質(zhì)是需氧細胞在呼吸代謝過程中所進行的一系列 氧化還原反應(yīng) 過程。生物氧化的特點在活的細胞中（ pH接近中性、體溫條件下），有機物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與下進行，其途徑迂回曲折，有條不紊。 氧化過程中能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP） 截獲，再供給機體所需。在此過程中既不會因氧化過程中能量驟然釋放而傷害機體，又能使釋放的能量盡可得到有效的利用。CO2的生成方式 ：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物轉(zhuǎn)變成含羧基的中間化合物，然后在酶催化下 脫羧 而生成CO2。類型 ： - 脫羧和 - 脫羧氧化脫羧和單純脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOHO丙酮酸脫氫酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶 CH2-NH2RH2O的生成代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（ NAD+、 NADP+、 FAD、 FMN等）所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成 H2O 。CH3CH2OH CH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脫氫酶例：12 O2NAD+電子傳遞鏈H2O2eO=2H+脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰 CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中間產(chǎn)物進入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成 H2O， 釋放出大量能量，其中一部分通過磷酸化儲存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位生物氧化的三個階段第二節(jié) 線粒體電子傳遞體系 一、線粒體 結(jié)構(gòu)特點二、 電子傳遞呼吸鏈的 概念三、 呼吸鏈的組成四、機體內(nèi) 兩條主要的呼吸鏈 及其 能量變化五、 電子傳遞抑制劑線粒體結(jié)構(gòu)線粒體呼吸鏈線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化的場所，底物在這里氧化所產(chǎn)生的 NADH和FADH2將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給 O2生成H2O。 這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞鏈（ eclctron transfer chain),因為其功能和呼吸作用直接相關(guān)，亦稱為呼吸鏈 。呼吸鏈的組成1. 黃素蛋白酶類（ flavoproteins, FP）2. 鐵 -硫蛋白類（ ironsulfur proteins)3. 輔酶（ ubiquinone,亦寫作 CoQ）4. 細胞色素類（ cytochromes）NADH輔 酶 Q（ CoQ）Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等黃素蛋白（ F AD）黃素蛋白（ FMN）細胞色素類鐵硫蛋白（ Fe-S）鐵硫蛋白（ Fe-S）NADH呼吸鏈NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFAD Fe-S琥珀酸 等復合物 II復合物 IV復合體 I復合物 IIINADH脫氫酶細胞色素還原酶細胞色素氧化酶琥珀酸 -輔酶 Q還原酶FADH2呼吸鏈NADH呼吸鏈電子傳遞和水的生成H2O12O2O2-MH2還原型代 謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+細胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代 謝底物FADH2呼吸鏈電子傳遞和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸Fe S2Fe2+2Fe3+細胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ 12O2O2-2H+延胡索酸 2e呼吸鏈中電子傳遞時自由能的下降FADH22e-NADH電子傳遞鏈標準氧化還原自由能變化NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMN Fe-S琥珀酸 等復合物 II復合物 IV復合體 I復合物 IIINADH脫氫酶細胞色素C還原酶細胞色素 C氧化酶琥珀酸 -輔酶 Q還原酶-0.2-0.400.20.40.60.8E0/V細胞色素還原酶部分結(jié)構(gòu)模式細胞色素氧化酶結(jié)構(gòu)示意圖線粒體基質(zhì)17KCyt c36KIII21K23K ,12K8K, 4K ,4K線粒體基質(zhì)(bH)(b566)(bL)(b562)2Fe-2Sc1鐵 -硫 蛋白Cyt bNADH呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化總反應(yīng) : NADH+H+1/2O2NAD +H2O G=- nFE =-296.50.82-(-0.32)=-220.07千焦 mol-1總反應(yīng) ： FADH2+1/2O2FAD+H 2OG=-nFE= -296.50.82-(-0.18)=-193.0千焦 mol-1FADH2呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化煙酰胺脫氫酶類特點 ：以 NAD+ 或 NADP+為輔酶，存在于線粒體、基質(zhì)或胞液中。傳遞氫機理 : NAD(P) + + 2H+ +2e NAD(P)H + H+黃素蛋白酶類特點 ： 以 FAD或 FMN為輔基，酶蛋白為細胞膜組成蛋白類別 ： 黃素脫氫酶類（如 NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶）需氧脫氫酶類（如 L 氨基酸氧化酶）加單氧酶（如賴氨酸羥化酶）遞氫機理： FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2鐵硫蛋白+e傳遞電子機理 ： Fe3+ Fe2+-e特點 ： 含有 Fe和對酸不穩(wěn)定的 S原子， Fe和S常以等摩爾量存在（ Fe2S2, Fe4S4 )， 構(gòu)成 FeS 中心， Fe與蛋白質(zhì)分子中的 4個 Cys殘基的巰基與蛋白質(zhì)相連結(jié)。CoQ特點 ： 帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動 。+2H傳遞氫機理 ： CoQ CoQH2 2H細胞色素傳遞電子機理 ：+e +eFe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特點 ： 以血紅素（ heme） 為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。類別 : 根據(jù)吸收光譜分成 a、 b、 c三類，呼吸鏈中含5種（ b、 c、 c1、 a和 a3)， cyt b和 cytc1、 cytc在呼吸鏈中的中為電子傳遞體， a和 a3以復合物物存在，稱細胞色素氧化酶 ，其分子中除含 Fe外還含有 Cu ，可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為 末端氧化酶 。CoQ的結(jié)構(gòu)和遞氫原理CoQ+2H CoQH2鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)及遞電子機理S Fe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys傳遞電子機理 ： Fe3+ Fe2+-e+e細胞色素血紅素的 結(jié)構(gòu)傳遞電子機理 ： Fe3+ Fe2+-e+e波長 /nm還原型 Cytc的吸收光譜電子傳遞 抑制劑 NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMN Fe-S琥珀酸復合物 II復合物 IV復合物 I復合物 III魚藤酮安密妥抗霉素 A氰化物CO抗霉素 A的抑制部位NAD FP Q b c aa3 NAD FP Q b c aa3呼吸鏈的比擬圖解第三節(jié) 氧化磷酸化作用一、 氧化磷酸化 和 磷氧比（ P/O） 的概念二、 氧化磷酸化的偶聯(lián)機理三 、 氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制四、 線粒體外 NADH的氧化磷酸化作用五、 葡萄糖徹底氧化生成 ATP的總結(jié)算六、 能荷氧化磷酸化代謝物在生物氧化過程中釋放出的自由能用于合成 ATP（ 即 ADP+PiATP ） ,這種氧化放能和 ATP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化 。類別 ： 底物水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化ADP + Pi ATP + H2O生物氧化過程中釋放出的自由能磷氧比（ P/O ）呼吸過程中無機磷酸（ Pi） 消耗量和分子氧（ O2） 消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個氧原子，而每生成一分子 ATP消耗一分子 Pi ，因此 P/O的數(shù)值相當于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的 ATP分子數(shù)。NADHFADH2O212H2OH2O例 實測得 NADH呼吸鏈 ： P/O 3ADP+Pi ATP實測得 FADH2呼吸鏈 ： P/O 2O2122e-2e-ADP+Pi ATPADP+Pi A