氧化還原酶-生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室課件

生物氧化主講：賈彩云講師河南大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室生物氧化主講：賈彩云講師1物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過程。又稱為細(xì)胞呼吸或組織呼吸糖脂蛋白質(zhì)CO2andH2OO2EnergyADP+PiATPHeatenergy生物氧化的概念相當(dāng)于分解作用或異化作用物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在2*生物氧化與體外氧化之相同點(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。(CH)+O2

H2O+CO2+熱能*生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧3BiologicoxidationcombustionReactionconditionsReactionoccursat37

C,neutralpH,waterinvolvedHightemperatureanddryconditions

（高溫和干燥條件）ReactionmodelsReactionsiunderthecatalysisofenzymes,O2accepts2electronsandthencombineswithprotontoformwater,CO2isformedbydecarboxylationofsubstances.Reactionoccursbreakoutsuddenlywithoutcatalysis,hydrogenandoxygencombinedirectlytoformwaterandCO2.（碳?xì)渲苯优c氧結(jié)合生成水）TypeofenergyliberatedDuringthereaction,energyisliberatedstepwise,partenergyisaccumulatedaschemicalenergyforlivingprocesses,partenergyisreleasedasheattokeepbodytemperature.Allenergyburstsoutastheformofheatandlight.（熱和光）

Thedifferencesbetweenbiologicoxidationandcombustioninvitro特點(diǎn)：

（1）氧化在體內(nèi)近中性，37℃、有水的環(huán)境中進(jìn)行，為酶促反應(yīng)（2）CO2由脫羧產(chǎn)生，水由底物脫下的氫經(jīng)氧化呼吸鏈傳遞電子、泵出質(zhì)子，最后與氧結(jié)合生成。(3）能量逐步釋放，利用率高，能量用于合成ATP及維持體溫.（4）氧化速率受生理功能需要和內(nèi)外環(huán)境變化調(diào)控生物氧化特點(diǎn)和酶類(CH)+O2

H2O+CO2+熱能Biologicoxidationcombustion4糖原

Glycogen

三酯酰甘油Triacylglycerols

蛋白質(zhì)

Protein

葡萄糖

Glucose

脂酸+甘油FattyAcids+Glycerols

氨基酸AminoAcids

乙酰CoAAcetyl-CoA

TAC2H

呼吸鏈RespiratoryChain

ADP+PiATPCO2*生物氧化的一般過程IIIIII營(yíng)養(yǎng)物分解代謝的三個(gè)階段O2H2O糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoA5外膜內(nèi)膜嵴膜間隙基質(zhì)線粒體結(jié)構(gòu)

外膜內(nèi)膜嵴膜間隙基質(zhì)線粒體結(jié)構(gòu)6第一節(jié)

生成ATP的氧化磷酸化體系第一節(jié)

生成ATP的氧化磷酸化體系76.1生物氧化體系—呼吸鏈(respiratorychain)

線粒體內(nèi)膜中由一系列電子傳遞復(fù)合體（氧化還原酶）按一定的順序排列成鏈鎖性氧化還原體系，代謝物脫下的成對(duì)氫原子(2H),在線粒體內(nèi)膜上，通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。6.1生物氧化體系—呼吸鏈(respiratorycha8ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸

琥珀酸

1/2O2+2H+H2O膜間隙基質(zhì)線粒體內(nèi)膜e-e-e-e-e-呼吸鏈組成ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡9呼吸鏈組成和功能*泛醌和Cytc均不包含在上述四種復(fù)合體中。人線粒體呼吸鏈復(fù)合體

呼吸鏈組成和功能*泛醌和Cytc10呼吸鏈的電子傳遞體NADH/NAD+FMNandFAD鐵流蛋白(Fe-S)輔酶Q(CoQ,Ubiquinone)細(xì)胞色素類(Cyt)遞氫體和電子傳遞體（2H

2H++2e）呼吸鏈的電子傳遞體NADH/NAD+遞氫體和電子傳遞體（2H11ThestructureofNAD+andNADP+R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

尼克酰胺核苷酸腺嘌呤核苷酸ThestructureofNAD+andNADP12NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時(shí)變化發(fā)生在五價(jià)氮和三價(jià)氮之間。吡啶環(huán)4NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還13FMNFADFAD:黃素腺嘌呤二核苷酸FlavinAdenineDinucleotideFMN:黃素單核苷酸FlavinMononucleotide

黃素蛋白及輔基

Flavoproteinsandprostheticgroups核黃素(Riboflavin)FMNFADFAD:黃素腺嘌呤FMN:黃素單核苷酸黃素14其輔基結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)。.FMN/FADFMNH/FADHFMNH2/FADH2H(H++e)H(H++e)黃素蛋白輔基的作用(遞氫)機(jī)制

Mechanismofflavoproteinprostheticgroups其輔基結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)。.FMN/F15輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵可進(jìn)行:Fe2+

Fe3++eInanumberofiron-containingproteinswhichtakepartinoxidoreductionreactionsironatomswhicharenotpartofahaembutarelinkedtoelementalandcysteineSatomsintheprotein.Suchproteinsarecallediron-sulfurproteins(Fe-S).鐵流蛋白有幾種可能形式鐵硫中心是輔基即使鐵硫蛋白包含幾個(gè)鐵原子，因?yàn)殍F原子的相互靠近，鐵硫中心只傳遞一個(gè)電子。

鐵硫蛋白

Iron-sulfurproteins(Fe-S)輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，16由多個(gè)異戊二烯連接形成較長(zhǎng)的疏水側(cè)鏈(人CoQ10,n=10）ThestructureofCoQincludesalongisoprenoidtail.Mostoftenn=10.(CoQ10)泛醌是線粒體內(nèi)膜電子傳遞鏈中脂溶性輔酶CoQ是一組苯醌衍生物中的一種，這組苯醌衍生物具有不同長(zhǎng)短的類異戊二烯側(cè)鏈

CoQ是線粒體內(nèi)膜中一個(gè)可移動(dòng)的質(zhì)子電子載體.

泛醌(輔酶Q,CoQ,Q)

Ubiquinone(CoenzymeQ,CoQ,Q)由多個(gè)異戊二烯連接形成較長(zhǎng)的疏水側(cè)鏈(人CoQ10,n=117通過兩步反應(yīng)，泛醌獲得兩個(gè)質(zhì)子兩個(gè)電子被完全還原。氧化還原反應(yīng)時(shí)可生成激活性中間產(chǎn)物半醌型泛醌。Ubiquinone(Q,orcoenzymeQ)通過兩步反應(yīng)，泛醌獲得兩個(gè)質(zhì)子兩個(gè)電子被完全還原。氧化還原反18細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分三類(a、b、c)。Cytochromes

are是具有亞鐵血紅素輔基的蛋白質(zhì)在氧化還原反應(yīng)中鐵原子在Fe3+andFe2+轉(zhuǎn)換Cytochromesare根據(jù)categorizedintodifferentgroupsaccordingtothelightwavelength共軛雙鍵使他吸收可見光Cytochromesare是單電子傳遞體呼吸鏈中有幾種不同的細(xì)胞色素,namely,cytochromesb,c1,candaa3.

The

cytochromeaa3

isalsotermed細(xì)胞色素氧化酶，它催化呼吸鏈最后一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，分子氧被還原成水.Cytochromec

isasmall,water-solubleproteinwithasingleheme亞鐵血紅素group.細(xì)胞色素

Cytochromes(Cyt)細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸19各類細(xì)胞色素的主要差別在：鐵卟啉輔基的側(cè)鏈鐵卟啉與蛋白質(zhì)部分的連接方式各類細(xì)胞色素的主要差別在：鐵卟啉輔基的側(cè)鏈20EnzymecomplexNameProstheticgroup(s)ComplexI

復(fù)合體INADH:ubiquinoneoxidoreductaseNADH-泛醌還原酶FMN,Fe-SComplexII復(fù)合體IISuccinatedehydrogenase琥珀酸-泛醌還原酶FAD,Fe-SComplexIII

復(fù)合體IIIubiquinone:cytochromecreductase泛醌-細(xì)胞色素c還原酶Hemes,Fe-SComplexIV復(fù)合體IVcytochromecoxidase細(xì)胞色素c氧化酶Hemes,CuA,

CuB*UbiquinoneorCytochromecisnotpartofanenzymecomplex電子傳遞鏈酶復(fù)合體及其功能EnzymecomplexNameProsthetic21

復(fù)合體Ⅰ:NADH-泛醌氧化還原酶NADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2功能：把NADH+H+兩個(gè)電子經(jīng)傳遞至Q使Q攝取基質(zhì)2個(gè)H+轉(zhuǎn)變?yōu)镼H2泵出4個(gè)H+到膜間隙

復(fù)合體Ⅰ:NADH-泛醌氧化還原酶NADH→22氧化還原酶-生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室課件23ComplexII:SuccinateOxidoreductase

復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌氧化還原酶

Function:

SuccinatetoUbiquinone(將電子從琥珀酸傳遞給泛醌)

ComplexⅡ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3

Theenzymehastwotransmembranesubunits,CandD;thecytoplasmicextensionscontainsubunitsBandA.JustbehindtheFADinsubunitAisthebindingsiteforsuccinate.SubunitBhasthreesetsofFe-Scenters;ubiquinoneisboundtosubunitC;andhemebissandwichedbetweensubunitsCandD.AcardiolipinmoleculeissotightlyboundtosubunitCthatitshowsupinthecrystalstructure.ElectronsmovefromsuccinatetoFAD,thenthroughthethreeFe-S

centerstoubiquinone..(復(fù)合體Ⅱ沒有H+泵的功能)ComplexII:SuccinateOxidored24

復(fù)合體Ⅲ:泛醌-細(xì)胞色素c氧化還原酶

將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c泵出4個(gè)H+到膜間隙

ComplexⅢQH2→→Cytc

b562;b566;Fe-S;c1

復(fù)合體Ⅲ:泛醌-細(xì)胞色素c氧化還原酶25Q循環(huán)：復(fù)合體III把2分子QH2的2個(gè)電子傳給CytC，另2個(gè)電子傳給Q生成1分子Q和1分子QH2，并同時(shí)偶聯(lián)泵出4個(gè)H+到膜間隙的過程Q循環(huán)：復(fù)合體III把2分子QH2的2個(gè)電子傳給CytC26ComplexIV:cytochromeoxidase

復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2（將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧）

ComplexⅣ

Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB

Cytochromeoxidase

(complexIV)carriesoutthefollowingirreversiblereaction:

O2+4H++4e-

2H2OThefourelectronsaretransferredintothecomplexoneatatimefromcytochromec.ComplexIV:cytochromeoxidase271、NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22、琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O21、NADH氧化呼吸鏈2、琥珀酸氧化呼吸鏈28NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈29線粒體中某些底物氧化的呼吸鏈線粒體中某些底物氧化的呼吸鏈30

①標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位②還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧③特異抑制劑阻斷

④拆開和重組

呼吸鏈成分的排列順序由以下實(shí)驗(yàn)確定①標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位

呼吸鏈成分的排列順序由以下實(shí)驗(yàn)31呼吸鏈和相關(guān)電子載體的氧化還原電位

StandardReductionPotentialsofRespiratoryChainandRelatedElectronCarrierse-呼吸鏈和相關(guān)電子載體的氧化還原電位

StandardRed32電子載體排列順序的確定方法

Methodfordeterminingthesequenceofelectroncarriers

當(dāng)被氧化時(shí)電子載體吸收光譜屬性發(fā)生改變。給處于完全還原狀態(tài)的電子載體突然供氧，每個(gè)電子載體氧化速率顯示它在呼吸鏈中的位置（光度計(jì)測(cè)量）。電子載體排列順序的確定方法

Methodfordeter33用特異的阻斷劑說明電子載體排列順序Studieswithspecificinhibitorshelptorevealtheordersoftheelectron

carriers用特異的阻斷劑說明電子載體排列順序34ConceptuallySimple,StructurallyComplex用去污劑溶解線粒體內(nèi)膜收集內(nèi)膜片段,獲得線粒體內(nèi)膜超分子復(fù)合體每個(gè)復(fù)合體能完成線粒體一步電子傳遞ConceptuallySimple,Structura35CO2andH2OO2EnergyADP+PiATPHeatenergy糖Carbohydrates

脂肪Lipids

蛋白質(zhì)Proteins

RespiratorychainPhosphorylation

6.2

氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)

*（一）定義:

代謝物脫下的氫，經(jīng)呼吸鏈電子傳遞過程中釋出的能量使ADP磷酸化，生成ATP，這種氧化和磷酸化偶聯(lián)在一起的過程稱氧化磷酸化,也稱偶聯(lián)磷酸化。氧化磷酸化(Oxidativephosphorylation)CO2andH2OO2EnergyADP+PiATP36氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ根據(jù)自由能變化和P/O比值氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ37氧化磷酸化偶聯(lián)部位SitesofATPformation電子傳遞鏈自由能變化

ThesespanscanprovidesufficientenergyforATPformationfromADPandphosphate.↓ATP↓ATP↓ATPFAD↓NAD+→[FMN(Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3→1/2O2-0.32-0.30+0.04+0.07+0.22+0.25+0.29+0.82氧化磷酸化偶聯(lián)部位SitesofATPformatio38P/O:指代謝物在線粒體氧化時(shí)，每消耗1mol氧原子所消耗無機(jī)磷的mol數(shù)，即生成ATP的mol數(shù)。

2.P/O比值(Phosphorus/Oxygenratio)AmeasureofhowmanymolesofATPareformedfromADPbyphosphorylationpergramatomofoxygenused.每消耗1mol氧原子,所消耗無機(jī)磷的mol數(shù)1個(gè)氧原子無機(jī)磷的個(gè)數(shù)2e+O→O2-ADP+Pi→ATP

一對(duì)電子通過呼吸鏈生成ATP的個(gè)數(shù)P/O:指代謝物在線粒體氧化時(shí)，每消耗1mol氧原子2.39

Historically,theexperimentalvaluesseemedtobeabout3forNADHand2forsuccinate.WiththeX~Pmodeltheyshouldbeanintegralnumber.However,thechemiosmoticmodelcanleadtonon-integralvalues.Theacceptedvaluesare10/4=2.5forNADHand6/4=1.5forsuccinate.Historically,theexperi40（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制PeterD.Mitchell(1920-1992)20世紀(jì)50年代Slater及Lehninger提出化學(xué)偶聯(lián)學(xué)說

1964年Boear又提出構(gòu)象變化偶聯(lián)學(xué)說

1961年英國(guó)生化學(xué)家Mitchell提出化學(xué)滲透假說(Chemiosmoticcouplinghypothesis)（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制PeterD.Mitchell41電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H+)從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。③當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。1.化學(xué)滲透假說(Chemiosmotichypothesis)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H+)從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵42ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+Fumarate

SuccinateH+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+IntermembranespaceMatrix++++++++++---------ChemiosmoticModel----PeterMitchellⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+432.ATP合酶親水部分F1(α3β3γδεsubunits)IntermembranespaceMatrixF1andF0疏水部分F0(a1b2c9～12subunits)2.ATP合酶親水部分Intermembranespa44氧化還原酶-生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室課件45Binding-changemodelforATPsynthase

H+由膜間隙向基質(zhì)回流推動(dòng)C環(huán)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)γ在頭部中央孔隙轉(zhuǎn)動(dòng)。頭部β亞基未接觸γ時(shí)為松馳（L）型構(gòu)象，可結(jié)合ADP和Pi；接觸轉(zhuǎn)動(dòng)來的γ后變構(gòu)為緊密（T）型構(gòu)象，催化ADP和Pi合成ATP；γ轉(zhuǎn)動(dòng)離開后又變構(gòu)為開放（O）型構(gòu)象，釋出合成的ATP；之后，自動(dòng)恢復(fù)為L(zhǎng)型構(gòu)象。如此L→T→O→L……不斷變構(gòu)，使ATP不斷合成。Binding-changemodelforATPs466.3、影響氧化磷酸化的因素抑制劑ADP的調(diào)節(jié)作用甲狀腺激素線粒體DNA突變6.3、影響氧化磷酸化的因素抑制劑ADP的調(diào)節(jié)作用甲狀腺激素471.呼吸鏈抑制劑Inhibitorsofrepiratorychain

阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2.解偶聯(lián)劑Uncouplersofoxidativephosphorylation

使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein)3.氧化磷酸化抑制劑Inhibitorofoxidativephosphorylatio

對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素(Oligomycin)１.抑制劑

Inhibitors1.呼吸鏈抑制劑Inhibitorsofrepira48Rotenone魚藤酮Piericidin粉蝶霉素AAmobarbital異戊巴比妥×Antimycin抗霉素ADimercaptopropanol,BAL二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×InhibitionofelectrontransferRotenone魚藤酮×Antimycin抗霉素A×CO492,4-二硝基苯酚羰基-氰-對(duì)三氟甲氧基苯肼(FCCP)雙香豆素(血液凝固防止劑)解

偶

聯(lián)

劑UncouplersofoxidativephosphorylationUncouplingagentsdissolveinthemembraneandfunctionascarriersforH+

2,4-二硝基苯酚羰基-氰-對(duì)三氟甲氧基苯肼(FCCP)雙香50解偶聯(lián)劑作用機(jī)制：電子傳遞使H+跨膜轉(zhuǎn)移H+內(nèi)膜內(nèi)外電化學(xué)梯度H+經(jīng)ATP合酶的F0回流合成ATPH+經(jīng)從其它途徑回流能量以熱能散失,不能合成ATP解偶聯(lián)劑作用機(jī)制：電子傳遞使H+跨膜轉(zhuǎn)移H+內(nèi)膜內(nèi)外電化學(xué)梯51ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ基質(zhì)側(cè)

Matrix

UncouplingproteinHeatenergyH+H+ADP+PiATPIntermembranespace胞液側(cè)MechanismoftheUncouplingprotein(UncoupledMitochondriainBrownFatProduceHeat)ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ基質(zhì)側(cè)Uncoup52Mechanismofhormonallyinduceduncouplingofoxidativephosphorylationinbrownfatmitochondria.解偶聯(lián)蛋白-1（UCP-1，也稱產(chǎn)熱素）：存在于棕色脂肪組織線粒體內(nèi)膜，可被游離脂肪酸激活，將膜間隙質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)。Mechanismofhormonallyinduce53

氧化磷酸化抑制劑Oligomycin(寡霉素)OligomycinMatrixIntermembranespace與F0的亞基結(jié)合阻止H+從F0回流抑制ATP合成H+電化學(xué)梯度異?！种屏姿峄^程抑制電子傳遞的氧化過程氧化磷酸化抑制劑Oligomycin(寡霉54任何組織任何時(shí)間合成ATP速度依賴于可利用的ADPandPi量．沒有電子流就沒有磷酸化，沒有磷酸化就沒有電子流.還原型底物,ADPandPiandO2是氧化磷酸化所必需.例如缺乏ADP和氧,電子流停止;還原型底物不被消耗ATP也不能合成。代謝物對(duì)氧化磷酸化的影響RespiratoryControl任何組織任何時(shí)間合成ATP速度依賴于可利用的ADPand55２.ADP的調(diào)節(jié)作用【ADP】↑→oxidativephosphorylation↑【ADP】↓→oxidativephosphorylation↓

呼吸控制率(respiratorycontrolratio,RCR)離體線粒體在過量底物(琥珀酸)條件下，加入ADP后的耗氧速率與僅有底物時(shí)的耗氧速率之比，稱為呼吸控制率，是觀察氧化磷酸化偶聯(lián)程度的指標(biāo)。２.ADP的調(diào)節(jié)作用【ADP】↑→oxidativeph56３.甲狀腺激素ThyroidHormoneconsumeofO2,energy↑

Na+-K+-ATPaseATPcatabolismADP↑oxidativephosphorylation↑formationofATP↑①誘導(dǎo)細(xì)胞膜上Na+,K+–ATP酶生成，促進(jìn)ATP分解②甲狀腺激素可使解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)增加FormationofATPandcatabolismofATP↑３.甲狀腺激素ThyroidHormoneconsume57４.線粒體DNA突變MitochondrialDNAMutationsEnergy↓

Mt.DNA13條多肽鏈的基因22個(gè)tRNA的基因2個(gè)rRNA的基因裸露的環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu)FreeradicalDNAmutationInhibitionofoxidativephosphorylation４.線粒體DNA突變Energy↓Mt.DNA13條多肽58ThemitochondrialgenomeTheEffectofMutationsinmtDNAItisacircularpieceofDNAInheritanceismaternal,non-Mendelian13proteinsoftheelectrontransportchainarecoded900mitochondrialproteinsarecodedbythenuclearDNAandimportedMutationsinmtDNAfrequentlyseenasmuscleorneurologicalproblems(especiallyvisual)Reactiveoxygenspeciesproducedbye-transportchainaremutagenicThemitochondrialgenomeTheEf59電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度H+m內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)H+H+c

內(nèi)膜胞液側(cè)H+目錄電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子60生物體把能量用在生命活動(dòng)的各個(gè)方面生物體把能量用在生命活動(dòng)的各個(gè)方面616.4

ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用6.4

ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用62ATP高能磷酸鍵與高能磷酸化合物

高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為

P。高能磷酸化合物:含有高能磷酸鍵的化合物

Thetwophosphoanhydridebonds(red)inATP,whichlinkthethreephosphategroups,eachhasaΔG’of7.3kcal/molforhydrolysis.Hydrolysisofthesebonds,especiallytheterminalone,drivesmanyenergy-requiringreactionsinbiologicalsystems.ATP高能磷酸鍵與高能磷酸化合物高能磷酸鍵T63ATPATP64核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP核苷二磷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用65CreatinePhosphateCP(磷酸肌酸):

Creatineis

anaminoacidthatdoesnotoccurinproteinsbutisfoundinthemuscletissueofvertebratesbothinthefreeformandasphosphocreatine;suppliesenergyformusclecontraction

磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。CreatinePhosphateCP(磷酸肌酸):磷66除了ATP外，肌肉組織中還有另外一種高能化合物：磷酸肌酸。當(dāng)磷酸肌酸水解時(shí)釋放的能量用于ATP合成。然而；貯存人體的磷酸肌酸總數(shù)極其有限的，ATP水解釋放的能量常常用來合成磷酸肌酸。系統(tǒng)最重要的意義：ATP-PC是迅速利用的能源系統(tǒng)除了ATP外，系統(tǒng)最重要的意義：ATP-PC是迅速利用的能67ATP的生成和利用ATP

ADP

肌酸Creatine磷酸肌酸phosphocreatine~P~POxidativePhosphorylation(氧化磷酸化)SubstratelevelPhosphorylation(底物水平磷酸化)機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)

ATP循環(huán)ATP的生成和利用ATPADP肌酸Creatine磷酸肌68氧化磷酸化:thesynthesisofATPfromADPthatiscoupledtotheoperationoftherespiratorychain.Theoxidativephosphorylationisthemainsourceofenergyinaerobiccell.底物水平磷酸化:phosphorylationofADPcoupledtoadehydrogenation(oradehydration)ofanorganicsubstrate,independentoftherespiratorychainATP底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。氧化磷酸化:thesynthesisofATPf69

1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶

※在以上反應(yīng)中，底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程，稱為底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。

1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油酸ADP6.5通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

TheInnerMembraneofMitochondrionandTransporter線粒體外膜通透性高，線粒體對(duì)物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。線粒體外膜孔蛋白，<10kDa的物質(zhì)通過線粒體內(nèi)膜不同的轉(zhuǎn)運(yùn)體,對(duì)物質(zhì)有選擇性6.5通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

TheInnerMem71

線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白72腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

Adeninenucleotidetransporter參與ADP與ATP反向轉(zhuǎn)運(yùn)。腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

Adeninenucleotidetra73ATP4-F0F1胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)

腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP4-和ADP3-反向轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，向內(nèi)膜外凈轉(zhuǎn)移1個(gè)負(fù)電荷，相當(dāng)于多1個(gè)H+轉(zhuǎn)入線粒體基質(zhì)。

ATP4-F0F1胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)腺苷酸磷酸ADP3-74

胞漿中NADH+H+通過蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用（肝、心等）或α-磷酸甘油穿梭作用（腦、骨骼肌等，）穿過內(nèi)膜到基質(zhì)而進(jìn)入氧化呼吸鏈。因兩種穿梭進(jìn)入線粒體后產(chǎn)物不同，故進(jìn)入的氧化呼吸鏈不同。前者進(jìn)入NADH呼吸鏈，后者進(jìn)入FADH2呼吸鏈。胞漿中NADH的氧化胞漿中NADH+H+通過蘋果酸-天冬氨酸穿梭75

NADH+H+FADH2NAD+FAD線粒體內(nèi)膜線粒體外膜膜間隙線粒體基質(zhì)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油NADH+H+FADH2NAD+FAD76NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈天冬氨酸Malate-aspartateshuttleNADHNAD+NADHNAD+谷氨酸-蘋果77其他不生成ATP氧化體系

氧化酶(Oxidase)：催化底物脫氫，經(jīng)銅離子傳電子給氧，再與質(zhì)子結(jié)合成水的酶類。

其他不生成ATP氧化體系氧化酶(Oxi78活性氧族

超氧離子(O2﹣)、H2O2、羥自由基(?OH)的統(tǒng)稱。Reactiveoxygenspecies:★H2O2分子(#5)★次氯酸離子(#6)★羥自由基(#3).他們是最活潑的。右圖顯示與羥基的區(qū)別。(#4).★超氧陰離子，既是陰離子又是自由基(#2)

自由基是帶有不成對(duì)電子的一簇原子，這個(gè)不成對(duì)電子位于電子軌道的最外面，它是一個(gè)極不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)極易與其他的分子或自由基反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定態(tài)活性氧族Reactiveoxygenspecies:79一、抗氧化酶體系有清除反應(yīng)活性氧類的功能反應(yīng)活性氧類(reactiveoxygenspecies,ROS)O2e-O·-2e-+2H+H2O2e-+H+OH·H2Oe-+H+H2O反應(yīng)活性氧類一、抗氧化酶體系有清除反應(yīng)活性氧類的功能反應(yīng)活性氧類(rea80ROS主要來源線粒體：超氧陰離子O·-2，是體內(nèi)O·-2的主要來源；O·-2在線粒體中再生成H2O2和·OH。過氧化酶體：FAD將從脂肪酸等底物獲得的電子交給O2生成H2O2和羥自由基·OH。胞漿需氧脫氫酶（如黃嘌呤氧化酶等）也可催化生成O·-2。細(xì)菌感染、組織缺氧等病理過程，環(huán)境、藥物等外源因素也可導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生活性氧類。ROS主要來源線粒體：超氧陰離子O·-2，是體內(nèi)O·-2的主81需氧脫氫酶和氧化酶AerobicDehydrogenasesandOxidasesHydrogenAcceptor氫受體Coenzyme(ProstheticGroup)輔酶(輔基)Product

產(chǎn)物AnaerobicDehydrogenases不需氧脫酶CoenzymeNAD+orFADH2OAerobicDehydrogenases需氧脫氫酶O2FMNorFADH2O2Oxidases氧化酶O2Cu2+H2O需氧脫氫酶和氧化酶HydrogenAcceptorCoen82抗氧化酶體系

Theimageaboveisthe3DstructureofcatalasefromE.coli.

過氧化氫酶體內(nèi)周轉(zhuǎn)速度非?？?0,000,000molecules/second這對(duì)過氧化氫的解毒作用非常重要，防止血中二氧化碳的形成。過氧化物酶以血紅素為輔基，催化H2O2直接氧化酚類或胺類化合物抗氧化酶體系Theimageaboveis83谷胱甘肽過氧化物酶

H2O2(ROOH)

H2O(ROH+H2O)2G–SH

G–S–S–G

NADP+NADPH+H+此類酶可保護(hù)生物膜及血紅蛋白免遭損傷。谷胱甘肽還原酶含硒的谷胱甘肽過氧化物酶

谷胱甘肽過氧化物酶H2O2H2O2G–S84ClinicalCorrelationGlucose6-PDehydrogenase(G6PD)Deficiencyredbloodcell(erythrocyte)G6PDLackofG6PDresultsinlossofNAD