新陳代謝總論與生物氧化課件(1)-2

1、生物氧化第八章本章教學(xué)目的要求1.掌握：（1）氧化磷酸化及底物水平磷酸化的概念；（2）氧化磷酸化偶聯(lián)部位及影響因素；（3）呼吸鏈的概念、組成及主要呼吸鏈的排列順序。2.熟悉：（1）ATP與能量轉(zhuǎn)換和利用。（2）胞液中NADH的氧化過(guò)程。（3）-磷酸甘油及蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制。3.了解：（1）體內(nèi)外生物氧化異同點(diǎn)。（2）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制。（3）線粒體內(nèi)膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及其他氧化體系的特點(diǎn)、作用。 新陳代謝 新陳代謝 合成代謝（同化作用） 分解代謝（異化作用）生物小分子合成為生物大分子需要能量釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝什么叫生物氧化？ 糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)氧化分

2、解，最終生成CO2和水并釋放能量的過(guò)程。又稱細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。生物氧化是在一系列氧化-還原酶催化下分步進(jìn)行的。每一步反應(yīng)，都由特定的酶催化.糖原 三酯酰甘油 蛋白質(zhì) 葡萄糖 脂肪酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA TAC 2H 呼吸鏈 H2O ADP+Pi ATP CO2 * 生物氧化的一般過(guò)程二氧化碳的生成細(xì)胞如何在酶的催化下將有機(jī)化合物中的C變成CO2：脫羧反應(yīng)水的生成在酶的作用下細(xì)胞怎樣利用分子氧將有機(jī)化合物中的H氧化成H2O：電子傳遞鏈ATP的生成當(dāng)有機(jī)物被氧化成CO2和H2O時(shí)，釋放的能量怎樣轉(zhuǎn)化成ATP：底物水平磷酸化，氧化磷酸化（電子傳遞體系磷酸化）生物氧化研究的內(nèi)容第一節(jié) 生物氧化

3、的方式、特點(diǎn)和酶類一、生物氧化中CO2生成的方式 生物體內(nèi)CO2的生成來(lái)源于有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楹然衔锏拿擊茸饔谩?脫羧的方式有四種 : 直接脫羧基作用 氧化脫羧基作用-直接脫羧 -氧化脫羧 -直接脫羧 -氧化脫羧(一)直接脫羧作用-脫羧：如丙酮酸、氨基酸脫羧-脫羧;如：草酰乙酸COOH C=O CH3+ CO2CHOCH3-酮酸脫羧酶TPPCOOH C=O CH3COOH C=O CH2COOH+ CO2丙酮酸羧化酶生物素ATP ADP + Pi草酰乙酸-氧化脫羧：如丙酮酸的氧化脫羧：-氧化脫羧：如蘋(píng)果酸的氧化脫羧：（二）氧化脫羧作用二、生物氧化中物質(zhì)氧化的方式(一). 失電子(二). 脫氫乙

4、醇乙醛CH3-CH2OH CH3CHO NAD+ NADH+H+醇脫氫酶 琥珀酸脫氫乳酸脫氫酶(三). 加氧(四). 加水酪氨酸O2CH2CHCOOH NH2H-CH2CHCOOH NH2HO-苯丙氨酸延胡索酸蘋(píng)果酸 CHCOOHHOOC-CH COOH CH-OH CH2COOHH2O延胡索酸水合酶羥化酶（五）加水脫氫酶催化的醛氧化成酸的反應(yīng)即屬于這一類。三、生物氧化的特點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。* 生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)； 是在細(xì)胞內(nèi)溫和的有水環(huán)境中（體溫，pH

5、接近中性），經(jīng)一系列酶促反應(yīng)逐步緩慢進(jìn)行，能量逐步釋放，以ATP形式儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)，有利于機(jī)體捕獲能量，提高ATP生成的效率。 物質(zhì)的氧化方式是脫氫反應(yīng)，脫下的氫在酶、輔酶和電子傳遞系統(tǒng)參與下經(jīng)一系列傳遞與水結(jié)合生成H2O；二氧化碳（CO2 ）是由于糖、脂類和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物（有機(jī)酸）直接脫羧或氧化脫羧產(chǎn)生。* 生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn):生物氧化體外氧化 在高溫、高壓以及干燥的條件下進(jìn)行，是劇烈的自由基反應(yīng)，能量是突發(fā)式釋放的。產(chǎn)生的能量以光與熱的形式散發(fā)在環(huán)境中。 產(chǎn)生的CO2、H2O是由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成。場(chǎng)所：真核細(xì)胞在線粒體內(nèi)膜，原核細(xì)胞在質(zhì)膜上進(jìn)行。1. 條件溫和

6、生物氧化是在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的酶促氧化過(guò)程，反應(yīng)條件溫和（水溶液，中性pH和常溫）。2. 水的生成水的生成不是H直接與O作用生成,氧化過(guò)程中脫下來(lái)的氫，通常由各種載體，如NADH等傳遞到氧并生成水。水是生物氧化反應(yīng)的產(chǎn)物,又是生物氧化反應(yīng)的環(huán)境. 水是許多生物氧化反應(yīng)的氧供體。通過(guò)加水脫氫作用,直接參予了氧化反應(yīng)。3. CO2的生成CO2的生成不是C直接與O作用生成,而是通過(guò)脫羧作用生成。4. 能量的生成能量的生成不是暴發(fā)式的,而是逐步釋放,提高能量利用率。生物氧化釋放的能量，通過(guò)與ATP合成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用的生物能ATP?？偨Y(jié)：生物氧化的特點(diǎn)四、參與生物氧化的酶類（一）脫氫酶類

7、 使代謝物的氫活化、脫落、并將其傳遞給其他受氫體或中間傳遞體。 根據(jù)輔因子的不同，可分為： 1、以黃素核苷酸為輔基的脫氫酶 2、以煙酰胺核苷酸為輔酶的脫氫酶1 、黃素脫氫酶類（以黃素輔基做為H的受體的酶類） 直接從代謝物上獲H SH2+ FMN/FAD S+ FMNH2/FADH2（1）需氧黃酶 以氧為直接受氫體，即直接把H給O生成H2O2如AA氧化酶 AA+O2 +H2O 酮酸+H2O2+NH3（2）不需氧黃酶 不以氧為直接受氫體，即先把H傳給中間傳遞體，最后才傳給O生成H2O。NAD脫氫酶 NADH2+FMN NAD+FMNH2琥珀酸脫氫酶 COOHCH2CH2COOH+FAD COOHC

8、HCHCOOH+FADH2脂酰CoA脫氫酶 脂酰CoA+FAD 烯脂酰CoA+FADH2-磷酸甘油脫氫酶（線粒體） -磷酸甘油+FAD 磷酸二羥丙酮+FADH2傳遞體2、煙酰胺脫氫酶類（以煙酰胺輔酶作為受H體的酶類）這類酶以NAD（輔酶）和NADP （輔酶）為輔酶；直接從代謝物上接受氫；屬于不需氧脫氫酶；這類脫氫酶有200多種.(見(jiàn)P233表10-1)S-2HSNAD/NADP 中間體-2H O2NADH/NADPH 中間體 H2O（二）氧化酶（種類很多） 在生物氧化過(guò)程中，以O(shè)為直接受氫體的氧化還原酶類。 例：細(xì)胞色素氧化酶、抗壞血酸氧化酶（三）加氧酶 CH3CHO + 1/2O2 CH3C

9、OOH（四）傳遞體：是指生物氧化過(guò)程中，起著中間傳遞氫或傳遞電子作用的物質(zhì)。 遞氫體：黃酶、煙酰胺輔酶和CoQ 遞電子體：細(xì)胞色素及鐵硫蛋白VitC氧化酶脫氫抗壞血酸抗壞血酸O2H2O第二節(jié) 線粒體氧化體系一.呼吸鏈的概念 呼吸鏈又叫電子傳遞體系或電子傳遞鏈，它是代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)過(guò)一系列的傳遞體，最后傳遞給被激活的氧原子，而生成水的全部體系。 在真核生物細(xì)胞內(nèi)，它位于線粒體內(nèi)膜上，原核生物中，它位于細(xì)胞膜上。線粒體呼吸鏈呼吸鏈的作用 接受還原性輔酶上的氫原子對(duì)(2H+2e)，使輔酶分子氧化，并將電子對(duì)順序傳遞，直至激活分子氧，使氧負(fù)離子(O2-)與質(zhì)子對(duì)(2H+)結(jié)合，生

10、成水。電子對(duì)在傳遞過(guò)程中逐步氧化放能，所釋放的能量驅(qū)動(dòng)ADP和無(wú)機(jī)磷發(fā)生磷酸化反應(yīng)，生成ATP。細(xì)胞內(nèi)的線粒體是生物氧化的主要場(chǎng)所。線粒體的結(jié)構(gòu)呼吸鏈生物體主要以脫氫酶、傳遞體及氧化酶組成生物氧化體系，以促進(jìn)水的生成。MH2M遞氫體遞氫體H2 NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ還原型氧化型Cyt遞電子體 b, c1, c, aa32H+2e O2O2-H2O脫氫酶氧化酶二.呼吸鏈分組成成分1.煙酰胺脫氫酶2.黃素脫氫酶 3.鐵硫蛋白4.細(xì)胞色素5.輔酶Q-泛醌 NADH-Q還原酶（復(fù)合體I）琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合體 ）細(xì)胞色素還原酶（復(fù)合體 III ）細(xì)胞色素氧化酶（復(fù)合體）電子傳遞

11、中有四個(gè)復(fù)合體參與典型的呼吸鏈（根據(jù)最初受氫體的不同分）：（一）NADH呼吸鏈（線粒體內(nèi)），是細(xì)胞內(nèi)最主要的呼吸鏈（二）FADH2呼吸鏈（又叫琥珀酸氧化呼吸鏈，線粒體內(nèi)）NADH 氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置（一）NADH-Q還原酶（復(fù)合體1） 由FMN + 鐵硫蛋白組成的黃素蛋白功能：先與NADH結(jié)合并將NADH上的兩個(gè)高勢(shì)能電子轉(zhuǎn)移到FMN輔基上，使NADH氧化，并使FMN還原。它的活性部分含有輔基FMN和鐵硫蛋白。NADH+H+FMN FMNH2+NAD+NADH-CoQ脫氫酶它的作用是催化NADH的氧化脫氫以及CoQ的還原。NADHQ還原酶, 850KD

12、,由42條肽鏈構(gòu)成。它的活性部分有含輔基FMN的黃素蛋白和鐵硫蛋白。FMN的作用是接受脫氫酶脫下來(lái)的電子和質(zhì)子，形成還原型FMNH2。還原型FMNH2可以進(jìn)一步將電子轉(zhuǎn)移給CoQ。 NADHQ還原酶 NADH + CoQ + H+ = NAD+ + CoQH2NAD+、NADP+ 氧化還原反應(yīng)發(fā)生時(shí)，變化發(fā)生在五價(jià)氮和三價(jià)氮之間FMNFe-S 鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇（FeS）含有等量鐵原子和硫原子，基中鐵原子可進(jìn)行Fe2+ Fe3+e反應(yīng)傳遞電子 鐵硫聚簇有幾種不同的類型，有的只含有一個(gè)鐵原子FeS，有的只含有兩個(gè)鐵原子2Fe-2S，有的含有4個(gè)鐵原子4Fe-4S鐵硫蛋白類泛醌（ubiquino

13、ne , Q） 亦稱輔酶Qoenzyme Q , CoQ）輔酶Q（CoQ）是脂溶性輔酶。在線粒體內(nèi)膜中是一種均一的流動(dòng)庫(kù)，可以結(jié)合到膜上，也可以游離狀態(tài)存在。 CoQ和FMN都是NADH-Q還原酶的輔酶。 CoQ和FMN一樣，都能夠接受或給出一個(gè)或兩個(gè)電子，因?yàn)樗鼈兌加蟹€(wěn)定的半醌形式。（二）琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合體 ） 琥珀酸脫氫酶，它是嵌在線粒體內(nèi)膜的酶蛋白。也是此復(fù)合體的一部分，其輔基包括FAD和Fe-S聚簇。功能 ：將電子從琥珀酸傳遞給泛醌琥珀酸是生物代謝過(guò)程（三羧酸循環(huán)）中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，它在琥珀酸脫氫酶（復(fù)合物II）催化下，將兩個(gè)高能電子傳遞給CoQ。再將電子傳遞到Cyt.b 。復(fù)合

14、物II比NADH-Q還原酶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，140KD,由4個(gè)不同的多肽亞基組成。其活性部分含有輔基FAD和鐵硫蛋白。琥珀酸脫氫酶的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和CoQ的還原。 （3） 細(xì)胞色素還原酶（復(fù)合物 ）2Cytb + Cytc1 +（Fe-S）細(xì)胞色素細(xì)胞色素是一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白質(zhì)的總稱。 （有顏色） 根據(jù)吸收光譜的不同將細(xì)胞色素分為a,b,c三類分類: Cyta: Cytaa3 Cytb: Cytb562 、Cytb566、 Cytb560 Cytc: Cytc 、 c1這是一類以鐵卟啉為輔基的蛋白質(zhì)。在生物氧化反應(yīng)中，其鐵離子可為+2價(jià)亞鐵離子，也可為+3價(jià)高鐵離子。通過(guò)這

15、種轉(zhuǎn)變而傳遞電子。細(xì)胞色素為單電子傳遞體。細(xì)胞色素存在于線粒體內(nèi)膜，也存在于微粒體。存在于線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素有Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1；而存在于微粒體的細(xì)胞色素有CytP450和Cytb5。 甲?；嗑郛愇於╅L(zhǎng)鏈區(qū)別： 鐵卜啉輔基側(cè)鏈不同 鐵卜啉輔基與酶蛋白連接方式不同 復(fù)合物III是線粒體內(nèi)膜上的一種跨膜蛋白復(fù)合物，其作用是催化還原型CoQH2的氧化和細(xì)胞色素c的還原。 復(fù)合物III由11肽鏈組成，250KD.。活性部分主要包括細(xì)胞色素b 和c1，以及鐵硫蛋白（2Fe-2S）。QH2+2Cyt.c1(氧化型)+2H+(基質(zhì)內(nèi)) -Q+2

16、Cyt.c1(還原型)+4H+Q循環(huán)細(xì)胞色素c（cytc）它是電子傳遞鏈中一個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)電子載體，.124KD,位于線粒體內(nèi)膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細(xì)胞色素c1含有相同的輔基，但是蛋白組成則有所不同。在電子傳遞過(guò)程中，cytc通過(guò)Fe3+ Fe2+ 的互變起電子傳遞中間體作用,將電子傳遞給細(xì)胞色素c 氧化酶。（4） Cytc 氧化酶（復(fù)合物）Cyta + Cyta3簡(jiǎn)寫(xiě)為cyt. c 氧化酶，即復(fù)合物IV，它是位于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物，由13個(gè)多肽亞基組成。活性部分主要包括cyt. a和a3。（4） Cytc 氧化酶（復(fù)合物）cyt. a和a3組成一個(gè)復(fù)合體，除了含有鐵卟

17、啉外，還含有銅原子。cyt. aa3可以直接以O(shè)2為電子受體。在電子傳遞過(guò)程中，分子中的銅離子可以發(fā)生Cu+ Cu2+ 的互變，將cyt.c所攜帶的電子傳遞給O2。NADH氧化呼吸鏈NADH復(fù)合體I 復(fù)合體II Q 復(fù)合體 cyt C復(fù)合體 O2 FADH2氧化呼吸鏈(琥珀酸氧化呼吸鏈）FADH2Q 復(fù)合體 cyt C復(fù)合體 O2 三、電子傳遞鏈的電子傳遞順序 呼吸鏈的各組分在線粒體內(nèi)膜上是按一定順序排列的，在線粒體內(nèi)膜上主要有兩條呼吸鏈：電子傳遞鏈 其他末端氧化酶系統(tǒng)是指除細(xì)胞色素系統(tǒng)之外的氧化體系，又稱非線粒體氧化體系，與ATP生成無(wú)關(guān)。1. 微粒體氧化體系2.多酚氧化酶 體系3.抗壞血酸

18、氧化酶體系4.超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫 酶和過(guò)氧化物酶體系第三節(jié) 非線粒體氧化體系該體系在細(xì)胞微粒體中發(fā)生，不產(chǎn)生能量即與ATP合成無(wú)關(guān)，但具有重要生理功能。過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD），都是抗氧化酶（防衰老）酚類無(wú)顏色，氧化成醌（褐色），故土豆、蘋(píng)果、梨等的切口處，放了一會(huì)兒變成褐色（酚類、胺類被氧化成醌）。 1、加雙氧酶類（直接把氧加到底物分子上）： 色氨酸吡咯酶一、微粒體氧化體系（加氧體系）3-羥鄰氨基苯二甲酸加雙氧酶-胡蘿卜素加雙氧酶尼克酸3-羥基鄰氨基苯甲酸脫羧酶CO2+H2O加雙氧酶O22、加單氧酶類（一個(gè)氧原子進(jìn)入底物分子中，另一個(gè)氧原子還

19、原成水），又稱混合功能氧化酶。此酶并非一種單酶，而是一個(gè)酶體系。 RH+NADPH2+O2 ROH+NADP+H2OP450-Fe3+-RHP450-Fe2+-RHP450-Fe2+-RHO2P450-Fe3+-ROH+H2O例：NADPH-P450還原酶二.過(guò)氧化體氧化體系過(guò)氧化體也稱過(guò)氧化物酶體(peroxisome),即微體（microbody）含過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化物酶。1.過(guò)氧化氫的生成COOH COOHCHNH2 C=O + NH3 + H2O2R RO2黃嘌呤氧化酶H2O + O2黃嘌呤尿酸氨基酸氧化酶2.過(guò)氧化氫的處理與利用（1)過(guò)氧化氫酶H2O2H2O + O2過(guò)氧化氫酶(2)

20、.過(guò)氧化物酶R-2H + H2O2R + H2O過(guò)氧化物酶酚類和胺類三.植物細(xì)胞中的生物氧化體系1.多酚氧化酶體系組成：脫氫酶、醌還原酶、酚氧化酶生物學(xué)意義：此酶與植物組織受傷反應(yīng)有關(guān)，植物組織受傷后多酚氧化酶活力增高，呼吸作用增強(qiáng)；植物受病菌侵害時(shí)，多酚氧化酶活力也增高，有利于把酚類化合物氧化為醌，醌對(duì)病菌有毒害而起抗 病作用。2.VitC氧化酶體系3.乙醇酸氧化酶體系四、超氧化物歧化酶（SOD)自由能（G）是指在一個(gè)反應(yīng)體系的總能量中，在恒溫恒壓條件下能夠用以作功的那一部分能量。即生物體中進(jìn)行生物氧化所提供的能。 恒溫恒壓條件下自由能變化公式為G =H T S意義：1)用其判斷一個(gè)反應(yīng)是否

21、能發(fā)生；2)生物體用以作功的能為體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)放出的自由能；3)生物氧化所提供的能是機(jī)體可利用的自由能。一、生化反應(yīng)中的自由能及自由能的變化第四節(jié) 生物氧化過(guò)程中 能量的轉(zhuǎn)移和利用G與反應(yīng)途徑、反應(yīng)機(jī)理無(wú)關(guān)。任何反應(yīng)，當(dāng)： G0 反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，為放能反應(yīng)； G 0 反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，為吸能反應(yīng)； G 0 體系處于平衡狀態(tài)，反應(yīng)可逆。自由能和化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系自由能變化（G）: A B G= GB GAG是衡量反應(yīng)自發(fā)性的標(biāo)準(zhǔn)。 化學(xué)反應(yīng)：AB自由能的變化：G G0 RTlnB/A R-氣體常數(shù)（8.315J/mol.K） T-熱力學(xué)溫度（絕對(duì)溫度）標(biāo)準(zhǔn)自由能變化G0 ： 標(biāo)準(zhǔn)狀況下（ pH=7時(shí)）

22、，產(chǎn)物自由能與反應(yīng)物自由能之差。單位：kJ/mol 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)：G 0G0 RTlnB/A= -2.303RT lgK G0的大小依賴于反應(yīng)的平衡常數(shù)K 每一化學(xué)反應(yīng)有其特定的G0自由能變化與反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系氧化還原電位：指氧化還原反應(yīng)中，反應(yīng)物得失電子的能力。用E表示。氧化還原反應(yīng)指反應(yīng)過(guò)程中凡是有電子從一物質(zhì)（還原劑）轉(zhuǎn)移到另一物質(zhì)氧化劑）的化學(xué)反應(yīng)都屬于氧化還原反應(yīng)。通常所說(shuō)某一物質(zhì)的氧化還原電位都是和標(biāo)準(zhǔn)氫電極比較得到的。參與氧化還原反應(yīng)的每種物質(zhì)都有氧化態(tài)和還原態(tài)，稱為氧還對(duì)；每一氧還對(duì)轉(zhuǎn)移電子的勢(shì)能（即失去或獲得電子趨勢(shì)的高低）叫做氧化還原電位.標(biāo)準(zhǔn)氫電極是指在25C、一個(gè)

23、大氣壓下，將鉑電極放入氫離子活度為1質(zhì)量摩爾濃度的溶液中（其pH=0）形成的。規(guī)定其電極電位E0為o。 所以待測(cè)物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成的原電池的電動(dòng)勢(shì)即為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)得的為標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0；生化反應(yīng)是在pH=7.0條件下進(jìn)行的，故此時(shí)測(cè)得的氧化還原電位為生化氧化還原電位 E0生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E0）：生化標(biāo)準(zhǔn)條件下（ 25C、一個(gè)大氣壓、 pH=7.0 、電子供體和電子受體的濃度都是1mol/L），發(fā)生氧化還原反應(yīng)的每一氧還對(duì)的電子轉(zhuǎn)移勢(shì)能。二、氧化還原電位與自由能變化一般E0 值越小，表示該氧還對(duì)的還原態(tài)失電子能力越大，即還原能力越強(qiáng)，是強(qiáng)還原劑。越處于呼吸鏈

24、的前面E0值越大，表示該氧還對(duì)的氧化態(tài)得電子能力越大，即氧化能力越強(qiáng)，是強(qiáng)氧化劑。越處于呼吸鏈的后面。在氧化還原反應(yīng)中，電子總是從E0值較小的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到E0值較大的物質(zhì)，即從還原劑流向氧化劑。 G0 nF E0 n=轉(zhuǎn)移電子數(shù) F:法拉第常數(shù)（96.496kJ/V.mol)氧化還原電位與自由能的關(guān)系 對(duì)于一個(gè)氧化還原反應(yīng)，通過(guò)氧化還原電位差即可計(jì)算出該反應(yīng)自由能的變化。丙酮酸NADHH乳酸 NADNAD/NADH: E0 0.32V， 丙酮酸/乳酸: E0 0.185V G0296.4960.185 (0.32) 25.1kJ/mol第四節(jié) 生物氧化過(guò)程中 能量的轉(zhuǎn)移和利用三、高能磷酸鍵的生成

25、機(jī)制一）.高能鍵與高能化合物高能鍵物理化學(xué)解釋：當(dāng)某一化學(xué)鍵斷裂時(shí)，需要大量的能量的化學(xué)鍵，如P-O;O-O鍵。這里高能鍵式指含有這種化學(xué)鍵的化合物水解反應(yīng)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)所釋放的能量大于或等于5Kcal/mol（20.9KJ/mol），這種鍵就稱為高能鍵，用“”表示。高能化合物當(dāng)某一化合物分解時(shí)所釋放的能量大于或等于ATP水解成ADP時(shí)放出的能量（ 30.5kJ /mol7.3K cal/mol)，則稱此化合物為高能化合物。 磷氧鍵型磷氮鍵型硫酯鍵型甲硫鍵型高能化合物的類型 （1）磷氧鍵型（O-P:335kJ/mol)(A)?；姿峄衔?,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸11.8千卡/摩爾10.1千

26、卡/摩爾氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账?B) 焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸 ATP是生物體通用的能量貨幣。 ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體。 ATP在傳遞能量方面起著轉(zhuǎn)運(yùn)站的作用，它是能量的攜帶者和轉(zhuǎn)運(yùn)者，但不是能量的貯存者。 ATP在能量轉(zhuǎn)化中的作用(C)烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾(2) 氮磷鍵型磷酸肌酸磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲(chǔ)存能量的作用10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸酰基輔酶A(3) 硫酯鍵型S-腺苷甲硫氨酸(4) 甲硫鍵型1、呼吸鏈磷酸化（電子傳遞體系磷酸化） 電子從NADH或FADH2經(jīng)過(guò)電子傳遞體系

27、傳遞給氧形成水，同時(shí)伴有ADP磷酸化為ATP 這種方式生成的高能鍵最多，是生理活動(dòng)所需能量的主要來(lái)源。 （一）氧化磷酸化作用（偶聯(lián)磷酸化作用）在代謝物的氧化過(guò)程中，物質(zhì)的氧化作用與ADP磷酸化作用偶聯(lián)生成ATP的過(guò)程（伴隨著放能的氧化作用而進(jìn)行的磷酸化）二）.ATP生成方式化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)（1953） 認(rèn)為電子傳遞過(guò)程產(chǎn)生一種活潑的高能共價(jià)中間物。它隨后的裂解驅(qū)動(dòng)氧化磷酸化作用。.構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)（1964） 認(rèn)為電子沿電子傳遞傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能形式。這種高能形式通過(guò)ATP的合成而恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。2、氧化磷酸化的機(jī)制化學(xué)滲透假說(shuō)的要點(diǎn)是（ Mitchell 196

28、1）：線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€(gè)質(zhì)子泵；線粒體內(nèi)膜是完整封閉的;電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時(shí)釋放出來(lái)的能量，用于驅(qū)動(dòng)膜內(nèi)側(cè)的H+遷移到膜外側(cè)（膜對(duì)H+是不通透的）。在膜的內(nèi)側(cè)與外側(cè)產(chǎn)生了跨膜質(zhì)子梯度 (pH) 和電位梯度（）；在膜內(nèi)外勢(shì)能差（pH 和）的驅(qū)動(dòng)下，膜外高能質(zhì)子沿著F0F1-ATP酶特殊通道，跨膜返回到膜內(nèi)側(cè)。質(zhì)子跨膜過(guò)程中釋放的能量，直接驅(qū)動(dòng)ADP和磷酸合成ATP。 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP H+ H+ H+ 胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè) + + + + + + + + + + - - -

29、 - - - - - - 化學(xué)滲透假說(shuō)詳細(xì)示意圖 形成膜化學(xué)梯度 H+濃度 pH下降 跨膜電位差 能量?jī)?chǔ)存 H+順電化學(xué)梯度回流 ADP ATP F1-F0復(fù)合體 ATP合酶能量 線粒體膜上的ATP合酶是受質(zhì)子動(dòng)力推動(dòng)的酶?？纱呋疉TP水解放能；又可從質(zhì)子動(dòng)力獲能，合成ATP。（F1-F0復(fù)合體） ATP合酶F1- 球狀頭部： 柄 ：F0-埋于內(nèi)膜底部 含催化ATP合成的活性中心調(diào)節(jié)質(zhì)子流動(dòng)及ATP合成的作用含質(zhì)子通道ATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)：由親水部分 F1（33亞基 ）和疏水部分 F0（a1b2c912亞基）組成。Mitchell外側(cè)內(nèi)側(cè)ATP合酶的工作機(jī)制3個(gè)亞基構(gòu)象不同 O開(kāi)放型；T緊

30、密結(jié)合型；L疏松型Paul Boyer提出：結(jié)合變化機(jī)制（1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）氧的消耗與無(wú)機(jī)磷酸消耗之間的比例關(guān)系，可以反映底物脫氫氧化與ATP生成之間的比例關(guān)系。每消耗一摩爾氧原子所消耗的無(wú)機(jī)磷的摩爾數(shù)稱為P/O比值。 NADH或琥珀酸所攜帶的高能電子通過(guò)線粒體呼吸鏈傳遞到O2的過(guò)程中，釋放出大量的能量。這種高能電子傳遞過(guò)程的釋能反應(yīng)與ADP和磷酸合成ATP的需能反應(yīng)相偶聯(lián)，是ATP形成的基本機(jī)制。3、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位：P/O比值在生物氧化反應(yīng)中，氧化與還原總是相互偶聯(lián)的。在線粒體呼吸鏈中，推動(dòng)電子從NADH傳遞到O2的力，是由于NAD+ / NADH + H+ 和1/2 O2 /

31、H2O兩個(gè)反應(yīng)之間存在很大的電勢(shì)差。(a) O2 + 2 H+ + 2 e- H2O E0 = +0.82 V(b) NAD+ + H+ + 2 e- NADH E0 = -0.32 V 將 (a) 減去 (b)，即得 (c) 式：(c) O2 + NADH + H+ H2O + NAD+ E0 = +1.14 V G =-nF E0 =-2 96500 1.14 = -220 kJ / mol 呼吸鏈中生成ATP的部位NADH呼吸鏈FADH呼吸鏈2.5ADP+Pi2.5ATP0.5FADH2 CoQ b c1 c aa3 1/2O2 1ATP 0.5ATP 1.5ADP +Pi 1.5ATP

32、實(shí)驗(yàn)測(cè)得:NADH的P/O2.5FADH2的P/O1.5作用物 呼吸鏈的組成 P/O比值 ATP數(shù)-羥丁酸 NADH 1/2O2 2.8 2.5琥珀酸 FAD 1/2O2 1.7 1.5抗壞血酸 cytC 1/2O2 0.88 1cytC cytaa3 1/2O2 0.610.68 0.5X + ADP ATP + XP（二）、底物磷酸化：被氧化的底物上直接進(jìn)行 的磷酸化作用。 3-磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸 + ADP 3-磷酸甘油酸 + ATP 丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP 烯醇式丙酮酸 + ATP 琥珀酰硫激酶琥珀酰CoA+H3PO4 + GDP 琥珀酸 + CoA +

33、 GTP 高能磷酸鍵通過(guò)非氧化性而生成。這種磷酸化作用，既沒(méi)有脫氫，也沒(méi)有氧參與。例：2磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸（三）非氧化性磷酸化非氧化性磷酸化及底物磷酸化是生物體在缺氧情況下，特別是厭氧微生物進(jìn)行糖類中間代謝時(shí)獲取能量的重要方式；而呼吸鏈磷酸化則是所有生物在有氧存在下獲取能量的主要方式。第四節(jié) 生物氧化過(guò)程中 能量的轉(zhuǎn)移和利用四、線粒體外的氧化磷酸化（細(xì)胞質(zhì)生成的NADH進(jìn)入線粒體）異檸檬酸的穿梭作用磷酸甘油的穿梭作用 蘋(píng)果酸的穿梭作用 （1）異檸檬酸穿梭作用NADP+NADPH+ H+異檸檬酸a-酮戊二酸a-酮戊二酸異檸檬酸NAD+NADH+ H+異檸檬酸脫氫酶胞液線粒體線粒體膜1.胞