醫(yī)學(xué)生物化學(xué)-06課件

第六章生物氧化第一節(jié)ATP與其他高能化合物第二節(jié)氧化磷酸化第三節(jié)還原當(dāng)量與ATP的轉(zhuǎn)運(yùn)第四節(jié)其它的氧化體系自由能(G)：指一個(gè)反應(yīng)體系中能夠做功的那部分能量。自由能的變化(ΔG)：產(chǎn)物的自由能與反應(yīng)物的自由能之差，與反應(yīng)轉(zhuǎn)變過程無關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化(ΔG0)：298K（250C），101.3KPa，反應(yīng)物濃度為1mol/L。生化反應(yīng)中標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化(ΔG0’)：298K，101.3KPa，反應(yīng)物濃度為1mol/L，pH=7。如A+BC+DΔG=(GC+GD)-(GA+GB)ΔG=ΔG0+RTln[C][D]/[A][B]ΔG<0ΔG=0ΔG>0反應(yīng)達(dá)到平衡反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行R=氣體常數(shù)（8.314焦耳/升?摩爾），T=250C或298K的絕對(duì)溫度糖原脂肪蛋白質(zhì)葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰CoAⅠⅡⅢTCA營(yíng)養(yǎng)物分解代謝的三個(gè)階段ATP與高能磷酸鍵高能磷酸鍵ATP+H2OADP+PiΔG0’=-30.5KJ/molADP+H2OAMP+PiΔG0’=-30.5KJ/molAMP+H2O腺苷+PiΔG0’=-14.2KJ/mol高能磷酸鍵：生化中把磷酸化合物水解時(shí)釋出的能量＞20KJ/mol者所含的磷酸鍵稱高能磷酸鍵，常用~P表示，含有高能鍵的化合物稱為高能化合物。磷酸酐烯醇磷酸PEP混合酐（酰基磷酸）1,3-BP-甘油酸磷酸胍類磷酸肌酸高能硫酯鍵乙酰CoA提供合成代謝或分解代謝

初始階段所需的能量G+ATPG-6-P+ADP脂酸+CoA+ATP脂酰~CoA+AMP+PPi氨基酸+ATP氨基酰~AMP+PPi供給機(jī)體生命活動(dòng)所需的能量生成核苷三磷酸（NTP）將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給肌酸以

磷酸肌酸形式儲(chǔ)存ATP的生成方式底物水平磷酸化：代謝物脫氫與ADP（或GDP）的磷酸化相偶聯(lián)。共3個(gè)反應(yīng)。氧化磷酸化：代謝物脫下的氫經(jīng)電子傳遞鏈與氧結(jié)合成水的同時(shí)，逐步釋放出能量，使ADP磷酸化為ATP的過程。底物水平磷酸化它們都通過底物脫H、H2O、CO2形成高能鍵，并直接轉(zhuǎn)移給ADP或GDP形成ATP或GTP（沒有經(jīng)過呼吸鏈）線粒體主要功能：氧化營(yíng)養(yǎng)物，生成ATP。結(jié)構(gòu)外膜：通透性較高內(nèi)膜：對(duì)物質(zhì)的通過有嚴(yán)格選擇性內(nèi)膜高度折疊形成嵴膜間腔基質(zhì)線粒體結(jié)構(gòu)線粒體結(jié)構(gòu)模式圖線粒體嵴的分子組成氧化磷酸化的基本機(jī)制來自中間代謝物的還原當(dāng)量(NADH或FADH2)經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給氧生成水時(shí)，釋放出大量的能量(NADH：ΔG0’=-221.5KJ/mol，F(xiàn)ADH2：ΔG0’=-171.4KJ/mol)，這部分能量可推動(dòng)ADP與Pi合成ATP。電子傳遞鏈（呼吸鏈）概念：線粒體內(nèi)膜上存在由多種酶和輔基組成的傳遞H和電子的反應(yīng)鏈，它們按一定順序排列，稱電子傳遞鏈(或呼吸鏈)（electrontransferchain或respiratorychain）。電子傳遞鏈的組成電子傳遞鏈的順序電子傳遞鏈中生成ATP的部位質(zhì)子梯度的形成機(jī)制一、電子傳遞鏈的組成從線粒體內(nèi)膜上分離到四種酶復(fù)合體及輔酶Q(CoQ)和細(xì)胞色素(Cyt)。復(fù)合體Ⅰ：NADH-CoQ還原酶復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸-CoQ還原酶復(fù)合體Ⅲ：CoQ-細(xì)胞色素C還原酶復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素氧化酶NADH呼吸鏈：由復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cyt組成FADH2呼吸鏈：由復(fù)合體Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cyt組成鐵硫蛋白鐵硫簇(Fe4S4)功能：?jiǎn)坞娮觽鬟f體呼吸鏈的幾乎每個(gè)過程都有Fe-S參與，有9種。含非血紅素鐵和對(duì)酸不穩(wěn)定的硫。主要分布在線粒體內(nèi)膜上，它與NAD+或NADP+共同組成復(fù)合體，參與電子傳遞：Fe3+←→Fe2+，而且兩個(gè)Fe離子中只有一個(gè)參與，所以是單電子傳遞泛醌（CoQ）是脂溶性醌類化合物，由于在生物中廣泛存在，所以也稱泛醌。它處于呼吸鏈的中心樞紐，也是中間傳遞體復(fù)合體Ⅲ：CoQ-細(xì)胞色素C還原酶功能：將電子從CoQ傳遞給Cytc組成：Cytb、Fe-S、Cytc1細(xì)胞色素(Cyt)：含鐵卟啉輔基的有色蛋白，分a、b、c三類，每類中又分幾種亞類。細(xì)胞色素功能：?jiǎn)坞娮觽鬟f體細(xì)胞色素為有色蛋白，有效成分是輔基鐵噗啉。主要存在有氧呼吸的細(xì)胞中。根據(jù)光吸收帶不同分為：Cytb，c1，c，aa3等。輔基中的Fe起傳遞電子作用：Fe3+←→Fe2+由于Cytaa3靠近O2，故稱為Cyt氧化酶，也稱Cyt末端氧化酶復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素氧化酶功能：將電子從Cytc最終傳遞到O2組成：Cyta、Cyta3、Cu復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸-CoQ還原酶功能：將電子從琥珀酸傳遞給CoQ輔基：FAD、Fe-S、Cytb560NADH呼吸鏈:FADH2呼吸鏈:二、還原電位與電子傳遞鏈的順序電子傳遞鏈中各組分的順序由還原電位決定電子傳遞方向：(還原電位)低高標(biāo)準(zhǔn)還原電位：將一個(gè)半反應(yīng)體系與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氫電極(pH7)相連所測(cè)的還原電位。原電池正極負(fù)極Zn電極標(biāo)準(zhǔn)電極勢(shì)：-0.763VCu電極標(biāo)準(zhǔn)電極勢(shì)：+0.34V半反應(yīng)ΔE0’（V）2H++2eH2-0.41NAD++2H++2eNADH+H+

-0.32FMN+2H++2eFMNH2-0.30FAD+2H++2eFADH2-0.06CoQ+2H++2eCoQH20.04(或0.10)Cytb(Fe3+)+eCytb(Fe2+)0.07Cytc1(Fe3+)+eCytc1(Fe2+)0.23Cytc(Fe3+)+eCytc(Fe2+)0.25Cyta(Fe3+)+eCyta(Fe2+)0.29Cyta3(Fe3+)+eCyta3(Fe2+)0.55O2+2H++2eH2O0.82電子傳遞鏈的順序:測(cè)定各種電子傳遞體標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E0’

，pH7.0，25℃）的數(shù)值，由此來確定排列順序。根據(jù)生物中各種反應(yīng)物對(duì)電子的親和力可判斷它們易被氧化或易還原：電位勢(shì)越低，越易失去電子：NAD+/NADH=-0.32（最?。?，O2/H2O=+0.82（最大）三、電子傳遞鏈中生成ATP的部位實(shí)驗(yàn)證據(jù)根據(jù)電化學(xué)計(jì)算能量釋放結(jié)果，確定偶聯(lián)部位：pH7.0、25℃下測(cè)出標(biāo)準(zhǔn)電位差E’0。能級(jí)不同，E’0就不同。電位差與能量關(guān)系：能量=電位差×電量

△G=nF△E（△G’=nF△E’0）△G：反應(yīng)的自由能；n：電子轉(zhuǎn)移數(shù)；F：法拉第常數(shù)（96500庫(kù)侖，或23.062千卡/mol）；△E：電位差值P/O比值：每消耗molO2所消耗無機(jī)磷酸的mol數(shù)（即合成ATP的mol數(shù)）

氧化磷酸化的全過程：

NADH+H++3ADP+3Pi+1/2O2→NAD++4H2O+3ATP（1）放能反應(yīng)：

NADH+H++1/2O2→NAD++H2O△E’0=0.82-(-0.32)=1.14V(1/2O2/H2O=0.82)△G0’=-2×23.062×1.14=-52.7千卡/mol（能量釋放）（2）吸能反應(yīng)：

3ADP+3Pi=3ATP+3H2O

△G0’=3×7.3=+21.9千卡/mol（每個(gè)ATP水解釋放7.3千卡/mol能量）21.9/52.7×100%=42%（絕大多數(shù)能量未被吸收）

由此分析各階段的自由能變化：

NADH→CoQ：△G0’=-2×23.062×0.33=

-15.2千卡/mol

CoQ→cytc：△G0’=-2×23.062×0.21=-9.7千卡/mol

Cytaa3→O2：△G0’=-2×23.062×0.53=

-24.4千卡/mol

產(chǎn)生一個(gè)ATP為吸收7.3千卡/mol，所以第一、二步可以產(chǎn)各一個(gè)ATP，而第三步的大部分能量以放熱方式釋放掉。NADHO2可合成3分子ATP

離體線粒體的P/O比值底物電子傳遞鏈P/O比值生成ATP數(shù)β羥丁酸NADHFMNCoQbc1caa3O23.03琥珀酸

FADCoQbc1caa3O22.02維生素C

Cytcaa3O21.01四、氧化磷酸化作用機(jī)理（1）化學(xué)偶聯(lián)假說：最早的假說，也稱活性中間產(chǎn)物學(xué)說。一是電子傳遞產(chǎn)生的能量是通過一個(gè)共同的化學(xué)中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到ATP分子中。

AH2+B+C←→A~C+BH2A~C+Pi+ADP←→A+C+ATP例如：

G-3-P→1,3-二磷酸甘油酸（一個(gè)高能鍵）

磷酸烯醇式丙酮酸（一個(gè)高能鍵）

琥珀酰CoA（一個(gè)高能鍵）到目前為止，高能中間產(chǎn)物尚未分離到；這不要求膜的完整性，而氧化磷酸化需要膜的完整性。（2）構(gòu)象偶聯(lián)假說：①

電子傳遞產(chǎn)生的能量的儲(chǔ)存是通過一種電子傳遞蛋白或叫偶聯(lián)因子（F1ATP酶）分子的構(gòu)象變化實(shí)現(xiàn)的；②

這種高能構(gòu)象狀態(tài)的產(chǎn)生是維持蛋白質(zhì)三維構(gòu)象的弱鍵位置和數(shù)目發(fā)生變化的結(jié)果；③

這些弱鍵的數(shù)目和位置的變化是由能量變化引起的。這種高能結(jié)構(gòu)中的能量即提供給ADP和Pi形成ATP，同時(shí)能量攜帶蛋白又可逆地回到原來低能狀態(tài)。（3）化學(xué)滲透偶聯(lián)假說：①在電子傳遞和ATP形成之間起偶聯(lián)作用的是H+電化學(xué)梯度；②在偶聯(lián)過程中，線粒體內(nèi)膜必須是完整的、封閉的，才能發(fā)揮作用；③H+不能自由通過線粒體內(nèi)膜，需要“氧泵”的作用，促使基質(zhì)中的H+穿過線粒體內(nèi)膜；泵出內(nèi)膜外側(cè)的H+不能自由返回膜內(nèi)側(cè)，因而內(nèi)膜外側(cè)的H+濃度高于內(nèi)側(cè)，造成H+濃度的跨膜梯度，使原有的外正內(nèi)負(fù)的跨膜電位增高，這個(gè)電位差就包含著使ADP→ATP的能量（滲透能）；④由電子傳遞“泵”出的H+通過F0F1ATP酶分子上的特殊通道又流回線粒體基質(zhì)時(shí)，釋放出的自由能的反應(yīng)和ATP的合成反應(yīng)相偶聯(lián)。質(zhì)子梯度的形成機(jī)制化學(xué)滲透假說五、影響氧化磷酸化的因素氧化磷酸化主要受ADP的調(diào)節(jié)抑制劑1、呼吸鏈抑制劑

能阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。如魚藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidinA）及異戊巴比妥（amobarbital）等與復(fù)合體I中的鐵硫蛋白結(jié)合，從而阻斷電子傳遞。2、解偶聯(lián)劑（uncoupler）

使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。二硝基苯酚（dinitrophenol，DNP），其作用是增加內(nèi)膜對(duì)H+的通透性，破壞跨膜梯度的形成。3、氧化磷酸化抑制劑

對(duì)電子傳遞及ADP的磷酸化均有抑制作用既抑制氧的利用，又抑制ATP的形成。但不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。如寡霉素（oligomycin）第三節(jié)還原當(dāng)量與ATP的轉(zhuǎn)運(yùn)通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)還原當(dāng)量的轉(zhuǎn)運(yùn)α-磷酸甘油穿梭：腦、心肌、骨骼肌蘋果酸-天冬氨酸穿梭：腦、心肌、肝、紅肌ATP、ADP、Pi的轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運(yùn)載體載體胞液線粒體基質(zhì)α-酮戊二酸載體蘋果酸α-酮戊二酸酸性氨基酸載體谷氨酸天冬氨酸腺苷酸載體ADPATP磷酸鹽載體H2PO4-、H+H2PO4-、H+丙酮酸載體丙酮酸OH-三羧酸載體蘋果酸檸檬酸堿性氨基酸載體鳥氨酸瓜氨酸肉毒堿載體脂酰肉堿肉堿α-磷酸甘油穿梭（單向）α-P甘油穿梭中α-P甘油起了一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)H的載體作用。該過程進(jìn)入呼吸鏈中的CoQ，故少了FMN的步驟，所以說是走了一個(gè)短路；通過該穿梭，一對(duì)氫原子只能產(chǎn)生2分子ATP蘋果酸-天冬氨酸穿梭（雙向）蘋果酸天冬氨酸穿梭中，胞質(zhì)中的NADH的H以草酰乙酸為載體，經(jīng)過蘋果酸中間體而轉(zhuǎn)給線粒體中的NAD+通過該穿梭，一對(duì)氫原子可產(chǎn)生3分子ATP轉(zhuǎn)氨作用ATP、ADP、Pi的轉(zhuǎn)運(yùn)本小節(jié)要求熟悉ATP與其他高能化合物，ATP的生成與利用方式；掌握氧化磷酸化的概念、電子傳遞鏈的順序、生成ATP的部位；熟悉電子傳遞鏈的組成及氧化磷酸化的調(diào)節(jié)；了解質(zhì)子梯度形成機(jī)制及ATP合成機(jī)制。熟悉還原當(dāng)量的轉(zhuǎn)運(yùn)；了解ATP、ADP和Pi的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。第四節(jié)其它氧化體系一、需氧脫氫酶和氧化酶需氧脫氫酶:催化底物脫氫并以氧為受氫體,反應(yīng)產(chǎn)物為H2O2。氧化酶：直接利用氧為受氫體催化底物氧化，輔基含有銅離子，產(chǎn)物有H2O。如細(xì)胞色素C氧化酶、抗壞血酸氧化酶。二、過氧化物酶體中的氧化酶類過氧化氫酶（catalase）又稱觸酶，其輔基含4個(gè)血紅素，催化反應(yīng)：

2H2O22H2O+O2過氧化物酶：（perioxidase）也以血紅素為輔基：

R+H2O2RO+H2O三、超氧物歧化酶（SOD）呼吸鏈電子傳遞過程中可產(chǎn)生超氧離子（）其化學(xué)性質(zhì)活潑,可使磷脂分子中不飽和脂肪酸氧化生成過氧化脂質(zhì),損傷生物膜；過氧化脂質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的復(fù)合物，積累成棕褐色的色素顆粒，稱為脂褐素，與組織老化有關(guān)。SOD是人體防御內(nèi)、外環(huán)境中超氧離子損傷的重要酶。四、微粒體中的氧化酶類一、加單氧酶（monoxygenase）催化一個(gè)氧原子加到底物分子上，另一個(gè)氧原子被氫還原成水，又稱混合功能氧化酶或羥化酶（hydroxylase）。

RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O細(xì)胞色素P450（CytochromeP450CytP450）屬Cytb類，與CO結(jié)合后在450nm處出現(xiàn)最大吸收峰。⑥⑤④③②①RHR-OHH2O2H+O22eNADP+((FeS)2((FeS)2-FADH2FADH++NADPHFe3+P450RHFe3+P450O2-Fe2+P450RHO2-Fe3+P450RHO2Fe2+P450RHFe2+P450RH測(cè)試題A、磷酸酐型B、混合酐型C、烯醇磷酸型D、磷酸胍類型E、硫酯型 磷酸肌酸中高能鍵為: 琥珀酰CoA中的高能鍵為: UTP中的高能鍵為:（D）（E）（A）測(cè)試題A、含高能磷酸鍵B、含一般磷酸鍵C、兩者都有D、兩者都沒有AMPGDP丙酮酸磷酸肌酸（B）（C）（D）（A）測(cè)試題關(guān)于三羧酸循環(huán)的敘述正確的是：A、循環(huán)一周可生成4分子NADHB、循環(huán)一周可使2個(gè)ADP磷酸化成ATPC、丙二酸可抑制延胡索酸轉(zhuǎn)變成蘋果酸D、琥珀酰CoA是α–酮戊二酸氧化脫羧的產(chǎn)物（D)測(cè)試題下列關(guān)于乙酰CoA的敘述錯(cuò)誤的是：A、*CH3CO～SCoA經(jīng)三羧酸循環(huán)一周后，*C出現(xiàn)于CO2B、它是丙酮酸羧化酶的變構(gòu)激活劑C、從丙酮酸生成乙酰CoA是不可逆的D、乙酰CoA不能通過線粒體E、乙酰CoA含高能鍵（A）測(cè)試題三羧酸循環(huán)的酶均存在于線粒體基質(zhì)，除了:A、檸檬酸合成酶B、延胡索酸酶 C、琥珀酰CoA合成酶D、琥珀酸脫氫酶 E、順烏頭酸酶（D）測(cè)試題三羧酸循環(huán)和有關(guān)呼吸鏈反應(yīng)中能產(chǎn)生ATP最多的步驟是：A、檸檬酸——→異檸檬酸B、異檸檬酸——→α-酮戊二