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1、第七章 新陳代謝與生物氧化 （ metabolisim Fe-SN-1a/b; Fe-SN-2; Fe-SN-3; Fe-SN-4 NADH CoQ NADH還原酶 NADH還原酶 催化（ NADH+H+）的脫氫反應(yīng)， 從而將 2H傳遞給其輔基 FMN，生成 FMNH2。 鐵硫蛋白 鐵硫蛋白 (Fe-S)共有 9種 同工蛋白；分子中含有 由半胱氨酸殘基硫原子 及無機(jī)硫原子與鐵離子 形成的 鐵硫中心 (鐵硫簇 )， 一次可傳遞一個(gè)電子至 CoQ。 鐵硫中心的結(jié)構(gòu) S S 無機(jī)硫 半胱氨酸硫 泛醌（ CoQ） 泛醌 （輔酶 Q, CoQ, Q）是游離存
2、在于線粒體 內(nèi)膜中的脂溶性有機(jī)化合物，由多個(gè)異戊二烯連 接形成較長的疏水側(cè)鏈（人 CoQ10），氧化還原 反應(yīng)時(shí)可在醌型與氫醌型之間相互轉(zhuǎn)變。 2復(fù)合體 （琥珀酸 -泛醌還原酶）： 琥珀酸脫氫酶 +3 (Fe-S)+Cyt b560 FAD;Fe-S1; b560; Fe-S2 ; Fe-S3 琥珀酸 CoQ 這是一類以 鐵卟啉 為輔基的酶。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，通過這種轉(zhuǎn)變而傳遞電子。細(xì)胞 色素為 單電子傳遞體 。 細(xì)胞色素根據(jù)其 鐵卟啉 輔基的結(jié)構(gòu)以及吸收光 譜的不同而分類。 細(xì)胞色素類 鐵卟啉輔基的分子結(jié)構(gòu) 細(xì)胞色
3、素可存在于 線粒體內(nèi)膜 ，也可存在于 微 粒體 。 存在于線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素有 Cyt aa3， Cyt b（ b560， b562， b566） ， Cyt c， Cyt c1； 存在于微粒體的細(xì)胞色素有 Cyt P450和 Cyt b5。 細(xì)胞色素 b的分子結(jié)構(gòu) 細(xì)胞色素 c的分子結(jié)構(gòu) 3 復(fù)合體 （ 泛醌 -細(xì)胞色素 c還原酶 ） ： 2 Cyt b + Cyt c1 +(Fe-S) b562; b566; Fe-S; c1 QH2 Cyt c Cyt a + Cyt a3 4復(fù)合體 （細(xì)胞色素 c氧化酶）： CuAaa 3 CuB 還原型 Cyt c
4、O 2 （二）呼吸鏈組分的排列順序 通過四個(gè)方面的 實(shí)驗(yàn)可確定呼吸鏈各組分的 排列順序： 標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 拆開和重組 特異抑制劑阻斷 還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧 氧 化 還 原 對 E (V) NAD + /N ADH+H + - 0.32 FMN/ F M NH 2 - 0.30 FA D/ F ADH 2 - 0.06 Cyt b F e 3+ /Fe 2+ 0.04 （ 或 0.1 0 ） Q 10 /Q 10 H 2 0.07 Cyt c 1 Fe 3+ / Fe 2+ 0.22 Cyt c Fe 3+ /F e 2+ 0.25 Cy
5、t a Fe 3 + / F e 2+ 0.29 Cyt a 3 Fe 3 + / F e 2 + 0.55 1/2 O 2 / H 2 O 0.8 2 呼 吸 鏈 中 各 種 氧 化 還 原 對 的 標(biāo) 準(zhǔn) 氧 化 還 原 電 位 氧化呼吸鏈的組成 NADH氧化呼吸鏈 NADH 復(fù)合體 Q 復(fù)合體 Cyt c 復(fù) 合體 O 2 琥珀酸氧化呼吸鏈 琥珀酸 復(fù)合體 Q 復(fù)合體 Cyt c 復(fù) 合體 O 2 胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜 氧化呼吸鏈的排列順序 Q 1/2O2+2H+ H2O 延胡索酸
6、琥珀酸 e- Cytc e- e- e- e- NADH+H+ NAD+ 1 NADH氧化呼吸鏈： NAD+ FMN (Fe -S)CoQb(Fe -S)c 1caa 3 丙酮酸 -酮戊二酸 硫辛酸 FAD 1/2O2 H2O 異檸檬酸 蘋果酸 谷氨酸 -羥丁酸 -羥脂酰 CoA 2e 2H 2H+ 2. 琥珀酸氧化呼吸鏈： 琥珀酸 CoQb(Fe -S)c 1caa 31/2O 2 FAD (Fe-S) Cytb -磷酸甘油 脂肪酰 CoA FAD(FP) H2O 2e 2H+ 兩條電子傳遞鏈的關(guān)系 上節(jié)小結(jié)： 兩個(gè)概念 ：
7、 生物氧化和呼吸鏈 兩個(gè)氧化體系： 線粒體氧化體系、其他氧化體系 兩條電子傳遞鏈： NADH和琥珀酸 一 、 生物氧化的概念 物質(zhì)在 體內(nèi) 的 氧化 分解過程 ， 主要是 糖 、 脂、蛋白質(zhì) 等在體內(nèi)分解時(shí) 逐步釋放能量 、 最終生成 二氧化碳和水 的過程。 攝氧 產(chǎn)能（ ATP+熱能） 產(chǎn)生 H2O+ CO2 區(qū)別： 生物氧化 體外燃燒 溫度 37 高溫 催化 酶 / 環(huán)境 中性 含水干燥 能量的釋放 逐步釋放部 分以高能磷 酸鍵形式儲 存 全部以熱能 形式散發(fā) 生物氧化特點(diǎn) 需 O2 釋放能量 產(chǎn)生 H2O+ CO2
8、 概念 ： （ 1） 代謝脫下的成對氫原子 （ 2H） 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； （ 2） 酶和輔酶按一定順序排列在 線粒體 內(nèi)膜； 傳遞氫的酶和輔酶 遞氫體 傳遞電子的酶和輔酶 遞電子體 （ 3） 此過程與細(xì)胞呼吸有關(guān) ， 此傳遞鏈稱為 呼吸鏈 。 遞氫體 、 遞電子體都起傳遞電子的作用 ， 又稱 電 子傳遞體 。 二、 呼吸鏈 （ respiratory chain 線粒體的結(jié)構(gòu) 呼吸鏈 呼吸鏈主要成分和作用 遞氫體 遞電子體 煙酰胺 (nicotinamide)脫氫酶 （
9、 NAD+、 NADP+） 黃素蛋白 (flavoprotein)（ FMN、 FAD） 鐵硫蛋白 (iron-sulfur cluster)（ Fe-S） 泛醌 (Ubiquinone)（ CoQ） 細(xì)胞色素類 (Cytochrome)（ Cyt） 1、呼吸鏈中的組成 復(fù)合體 復(fù)合體 復(fù)合體 復(fù)合體 復(fù)合體 酶名稱 NADH-Q 還原酶 琥珀酸 -Q還原酶 Q-CytC 還原酶 CytC 氧化酶 輔基 FMN， Fe-S FAD， Fe-S 鐵卜啉， Fe-S 鐵卜啉， Cu NADH 氧化呼吸鏈 琥珀酸氧化呼吸鏈 NADH
10、 FMN， Fe-S Q 復(fù)合體 的電子傳遞 復(fù)合物 NADH-Q 還原酶 泛醌（ ubiquinone , Q）亦稱輔酶 Q（ Coenzyme Q , CoQ）人體中： CoQ10 A、 結(jié)構(gòu) 1.含有很多異戊二烯側(cè)鏈的醌類化合物 2.脂溶性 3.是電子傳遞體中唯一可 游離 存在的電子 載 體（無蛋白） B、 作用 ：遞氫體 C、 遞氫機(jī)制 ： 是多種底物進(jìn)入呼吸鏈的中心點(diǎn) （ 2）復(fù)合物 琥珀酸 -泛醌還原酶 琥珀酸 FAD， Fe-S， Cytb560 CoQ 復(fù)合體 的電子傳遞 （ 2）復(fù)合物 （琥
11、珀酸 -泛醌還原酶） 細(xì)胞色素 b560（ 細(xì)胞色素 cytochrome,Cyt） A、 結(jié)構(gòu) ：一類含 鐵 卜啉 輔基的色素蛋白 B、 分類 : Cyta: Cytaa3 Cytb: Cytb562 、 Cytb566、 Cytb560 Cytc: Cytc 、 c1 C、 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 D.作用 ： Cytb,c ------單電子傳遞 Fe2+ Fe3++e Cytaa3------以 O2為電子受體 （ 3） 復(fù)合物
12、 Q -cytc還原酶 QH2 Cytb562 Cytb566 ， Fe-S， Cytc1 Cytc 復(fù)合體 的電子傳遞 Cytc 呈水溶性 與線粒體內(nèi)膜外表面結(jié)合不緊密 易與線粒體內(nèi)膜分離 （ 3） 復(fù)合物 Q -cytc還原酶 （ 4）復(fù)合物 Cytc 氧化酶 還原型 Cytc CuA Cytaa3 CuB O2 復(fù)合體 的電子傳遞 呼 吸 鏈 簡 圖 NADH FMN Q10 Cytb Cytc1 Cytc aa3 (Fe-S) (
13、Fe-S) FAD.H2 (Fe-S) 琥珀酸 2H 2H 2H 2H 2H+ 2e 2e 2e 2e O2 1 2 2e O2- H2O NADH 氧化呼吸鏈 琥珀酸氧化呼吸鏈 體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈： （ 1） NADH 氧化呼吸鏈 （ 2）琥珀酸氧化呼吸鏈 二、氧化磷酸化 1. 底物水平磷酸化： 直接將底物分子中的高能鍵轉(zhuǎn)變?yōu)?ATP分子中 的末端高能磷酸鍵的過程稱為 底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation)。 （一）生物體內(nèi) ATP的生成方式 底物水平磷酸化見于下列三個(gè)反應(yīng)： 1
14、,3-二磷酸甘油酸 +ADP 3-磷酸甘油酸 +ATP 3-磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸 +ADP 丙酮酸 +ATP 琥珀酰 CoA合成酶 琥珀酰 CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸 +CoA+GTP 2. 氧化磷酸化： 在線粒體中，底物分子脫下的氫原子經(jīng)遞氫體 系傳遞給氧，在此過程中釋放能量使 ADP磷酸 化生成 ATP，這種能量的生成方式就稱為 氧化 磷酸化 (oxidative phosphorylation)。 （二）氧化磷酸化的偶聯(lián)部位 1. P/O比值： 通過測定在氧化磷酸化過程中，氧的消耗與無 機(jī)磷酸消耗之間的 比例 關(guān)系，可以反映底物脫
15、 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機(jī)磷原子的摩 爾數(shù)稱為 P/O比值 。 線粒體離體實(shí)驗(yàn)測得的一些底物的 P/O比值 合成 1molATP時(shí)，需要提供的能量至少為 G0=-30.5kJ/mol，相當(dāng)于氧化還原電位差 E0=0.2V。 因此，在 NADH氧化呼吸鏈 中有 三 處可以生成 ATP，而在 琥珀酸氧化呼吸鏈 中，只有 兩 處可 以生成 ATP。 2. 自由能變化與 ATP的生成部位： 氧化磷酸化的偶聯(lián)部位 （三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制 1. 化學(xué)滲透假說： 目前公認(rèn)的氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制是 1961年由 Peter Mitchell提出
16、的 化學(xué)滲透學(xué)說 (chemios- motic hypothesis)。 生物氧化過程中 CO2的生成和 H2O的生成 (一 )CO2的生成 方式 ：糖 、 脂 、 蛋白質(zhì)等有機(jī)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 ： 直接脫羧 氧化脫羧 在生物體內(nèi)， CO2是通過有機(jī)酸的 脫羧 作用生 成的。 按照 羧基所連接的位置 不同，可將有機(jī)酸的脫 羧作用分為 -脫羧 和 -脫羧 。 按照脫羧時(shí) 是否伴有氧化 作用，可將有機(jī)酸的 脫羧作用分為 單純脫羧 和 氧化脫羧 。 1. 單純脫羧： 見于氨基酸的脫羧作用。
17、 R-CH-COOH NH2 氨基酸脫羧酶 R-CH2-NH2 + CO2 氨基酸 胺 2. 單純脫羧： 見于草酰乙酸的脫羧作用。 + CO2 CH2-COOH CO-COOH CH3 CO-COOH 草酰乙酸脫羧酶 草酰乙酸 丙酮酸 3. -氧化脫羧： 見于丙酮酸的脫氫與脫羧作用。 丙酮酸脫氫酶系 CH3-CO-COOH + HSCoA CH3COSCoA + CO2 NAD+ NADH + H+ 丙酮酸 乙酰 CoA 4. 氧化脫羧： 見于蘋果酸的脫氫與脫羧作用。 CO-COOH + CO2 CH3 CH2-COOH OH CH-COOH NAD
18、P+ NADPH + H+ 蘋果酸 丙酮酸 蘋果酸酶 參與生物氧化的酶類 脫氫酶 (Dehydrogenase); 使代謝物的氫活化、脫落，并將之傳遞給其他受氫體或傳遞體。 氧化酶 (Oxidase); 在生物氧化中，以氧直接為受氫體的氧化還原酶類稱為氧化酶。 加氧酶 (Oxigendase); 催化加氧反應(yīng)的酶。 傳遞體 (Carrier). 生物氧化過程中起著中間傳遞氫或電子作用的物質(zhì)，它們既不能 使代謝物脫氫，也不能使氫活化 。 （一） .脫氫酶 1.以黃素核苷酸為輔基的脫氫酶 （ 1）需氧黃酶 1 需 氧 黃 酶 ( a e r o b i
19、c f l a v o e n z y m e ) 需 氧 黃 酶 F M N o r F A D F M N H 2 o r F A D H 2 代 謝 物 2 H 已 氧 化 代 謝 物 2 H 2 H O 2 H 2 O 2 （ 2）不需氧黃酶 2 不 需 氧 黃 酶 ( a n a e r o b i c f l a v o e n z y m e ) 不 需 氧 黃 酶 F M N o r F A D F M N H 2 o r F A D H 2 代 謝 物 2 H 已 氧 化 代 謝 物 傳 遞 體 傳 遞 體 2 H H 2 O 1 2 O 2 2 H 2 H 2 H
20、2.以尼克酰胺核苷酸為輔基的脫氫酶 N A D o r N A D P代 謝 物 2 H 已 氧 化 代 謝 物 2 H 2 H 傳 遞 體 傳 遞 體 2 H H 2 O 1 2 O 2 2 H N A D H + H + o r N A D P H + H + 脫 氫 酶 （二）氧化酶 (Oxidase) 2 C u 2 + o r 2 F e 2 + 代 謝 物 2 H 或 傳 遞 體 2 H 已 氧 化 代 謝 物 或 已 氧 化 傳 遞 體 2 e O - 2 H 2 O 1 2 O 22 C u 3 + o r 2 F e 3 + 2 e 2 H + （二） H2O的生成
21、 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 CH3CHO NAD+ NADH+H+ 乙醇脫氫酶 例： 12 O2 NAD+ 電子傳遞鏈 H2O 2e O= 2H+ 化學(xué)滲透學(xué)說 電子釋放的能量轉(zhuǎn)化為呼吸鏈向線粒體內(nèi)外 膜間隙釋放質(zhì)子，造成膜間隙與基質(zhì)側(cè)質(zhì)子化 學(xué)濃度梯度。質(zhì)子跨線粒體內(nèi)膜滲透流回基質(zhì) 側(cè)，帶動 ATP合成酶運(yùn)轉(zhuǎn)，合成 ATP。 19611978 氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制 （ 1） 化學(xué)滲透學(xué)說 呼吸
22、鏈傳遞電子和質(zhì)子 : 電子 --釋放的能量 質(zhì)子 --線粒體內(nèi)膜的 內(nèi)側(cè) （ 基質(zhì)側(cè) ） 線粒體內(nèi)膜的 外側(cè) （ 膜間隙側(cè) ） 化學(xué)滲透假說的基本要點(diǎn) 該學(xué)說認(rèn)為氧化呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜上， 當(dāng)氧化反應(yīng)進(jìn)行時(shí)， H+通過氫泵作用被排斥到 線粒體內(nèi)膜外側(cè)（膜間腔），從而形成 跨膜 pH梯度 和 跨膜電位差 。 當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)，這種形式的“勢能” 可以被存在于線粒體內(nèi)膜上的 ATP合酶 利用， 生成高能磷酸基團(tuán)，并與 ADP結(jié)合而合成 ATP。 電子傳遞過程中 , 呼吸鏈將質(zhì)子放入 間隙側(cè) ,使線粒體 內(nèi)膜兩側(cè)濃度不同。 形成膜化學(xué)梯度 H+濃度
23、 pH下降 跨膜電位差 能量儲存 H+順電化學(xué)梯度回流 ADP ATP F1-F0復(fù)合體 ATP合酶 能量 嵌于線粒體內(nèi)膜上，其 頭部呈顆粒狀，突出于 線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)。 膜間腔 基質(zhì) ATP合酶： （ 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)子流動及 ATP合成的作用 含質(zhì)子通道 質(zhì)子梯度的形成機(jī)制 質(zhì)子的轉(zhuǎn)移主要通過氧化呼吸鏈在遞氫或遞電 子過程中。 每傳
24、遞兩個(gè)氫原子，就可向膜間腔釋放 10個(gè)質(zhì) 子。 質(zhì)子梯度的形成 三、影響氧化磷酸化的因素 抑制劑 （ inhibitor） ATP/ADP的調(diào)節(jié) 甲狀腺素 （ thyroxine） 的調(diào)節(jié) 線粒體 （ mitochondrial） DNA突變 （ mutation） 三、氧化磷酸化的影響因素 ATP/ADP比值 是調(diào)節(jié)氧化磷酸化速度的重要因 素。 ATP/ADP比值 下降 ，可致氧化磷酸化速度 加快 ； 反之，當(dāng) ATP/ADP比值 升高 時(shí)，則氧化磷酸化 速度 減慢 。 （一） ATP/ADP比值 ADP/ATP的調(diào)節(jié) ADP/ATP：氧化磷酸化 ADP
25、/ATP：氧化磷酸化 甲狀腺激素 可間接影響氧化磷酸化的速度。 其原因是甲狀腺激素可以激活細(xì)胞膜上的 Na+,K+-ATP 酶 ， 使 ATP 水 解 增 加 ， 導(dǎo)致 ATP/ADP比值下降 ， 氧化磷酸化速度 加快 。 （二）甲狀腺激素 Na+-K+-ATP酶生成 ATP水解 氧化磷酸化 ATP合成 耗氧量和產(chǎn)熱量 （三）甲狀腺素的調(diào)節(jié) 誘導(dǎo) 甲狀腺素 （ thyroxine） 氧化磷酸化的抑制劑 （三）藥物和毒物 1呼吸鏈抑制劑： 能夠抑制呼吸鏈遞氫或遞電子過程的藥物或毒 物稱為 呼吸鏈抑制劑 。 能夠抑制第一位點(diǎn)的有 異戊巴比妥、粉蝶霉素 A、 魚藤
26、酮 等； 能夠抑制第二位點(diǎn)的有 抗霉素 A和 二巰基丙醇 ； 能夠抑制第三位點(diǎn)的有 CO、 H2S和 CN-、 N3-。 其中， CN-和 N3-主要抑制氧化型 Cytaa3-Fe3+，而 CO和 H2S主要抑制還原型 Cytaa3-Fe2+。 抑制劑 呼吸鏈抑制 NADH FMN Q b c1 c aa3 O2 Fe-S 阿米妥 抗霉素 A CN、 N3- 魚藤酮 CO、 H2S 機(jī)理：阻斷氫與電子的傳遞 2解偶聯(lián)劑：
27、 不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程，但能使氧 化產(chǎn)生的能量不能用于 ADP磷酸化的藥物或毒 物稱為 解偶聯(lián)劑 。 解偶聯(lián)劑通常引起線粒體內(nèi)膜對質(zhì)子的 通透性 增加，從而使線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度不能 形成。 主要的解偶聯(lián)劑有 2,4-二硝基酚 。 常見解偶聯(lián)劑： 2， 4-二硝基苯酚（ DNP） 作用機(jī)理： 破壞 內(nèi)膜兩側(cè)的 電化學(xué)梯度 而使氧 化磷酸化偶聯(lián)脫離。 氧化照常進(jìn)行， ATP不能生成。 2、抑制劑 解偶聯(lián)劑 能抑制 ATP合酶的質(zhì)子回流 ， 從而使線粒體內(nèi) 膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高 ， 對呼吸鏈的電子 傳遞和 AD
28、P磷酸化均產(chǎn)生抑制作用的藥物和毒 物稱為 氧化磷酸化抑制劑 ， 如 寡霉素 。 3氧化磷酸化抑制劑： 4、線粒體 DNA突變 mtDNA編碼呼吸鏈復(fù)合體的多肽鏈及蛋白質(zhì) mtDNA突變 影響氧化磷酸化 ATP生成減少 mtDNA病 （ mitochondrial DNA） 聾、盲、癡呆、肌無力、糖尿病 四、高能磷酸鍵的儲存與釋放 生物化學(xué)中常將水解時(shí)釋放的能量 20kJ/mol 的磷酸鍵稱為 高能磷酸鍵 。主要有以下幾種類 型： 1 磷酸酐鍵 ：包括各種多磷酸核苷類化合物， 如 ADP， ATP， GDP， GTP， CDP， CTP， GDP， GTP及 PPi等，水解
29、后可釋放出 30.5kJ /mol的自由能。 （一）高能磷酸鍵的類型 2 混合酐鍵 ：由磷酸與羧酸脫水后形成的酐鍵， 主要有 1,3-二磷酸甘油酸等化合物。在標(biāo)準(zhǔn)條 件下水解可釋放出 61.9kJ/mol的自由能。 3 烯醇磷酸鍵 ：見于磷酸烯醇式丙酮酸中，水 解后可釋放出 61.9kJ/mol的自由能。 4 磷酸胍鍵 ：見于磷酸肌酸中，水解后可釋放 出 43.9kJ/mol的自由能。 幾種常見的高能化合物 磷酸肌酸（ creatine phosphate, C P） 是 骨骼肌 和 腦組織 中 能量的貯存形式 。 磷酸肌酸中的高能磷酸鍵 不能被直接利用 ，必須 先將其高能磷酸
30、鍵轉(zhuǎn)移給 ATP，才能供生理活動 之需。 反應(yīng)過程由 磷酸肌酸激酶（ CPK） 催化完成。 磷酸肌酸的生成 H2N+ C-NH2 H3C-N CH2 COO- H2N+ H O C-NP-OH H3C-N OH CH2 COO- 肌酸激酶 肌酸 磷酸肌酸 （ CP） ATP ADP 肌肉和腦組織中能量的貯存形式 （二） ATP循環(huán) ATP是生物界普遍使用的供能物質(zhì)，有“通用 貨幣”之稱。 ATP分子中含有兩個(gè)高能磷酸酐 鍵（ A-PPP），均可以水解供能。 ATP水解
31、為 ADP并供出能量之后，又可通過氧 化磷酸化重新合成，從而形成 ATP循環(huán) 。 代謝物 分 解 氧 化 CO2 H2O 能 熱能（散發(fā)） 化學(xué)能 （儲能） ATP ADP Pi C CP + 能 機(jī)械能（肌肉收縮） 化學(xué)能（合成代謝） 滲透能（吸收分泌） 電能（神經(jīng)傳導(dǎo)生物電） 熱能（維持體溫）等 ATP的生成和利用 ATP循環(huán) ATP ADP 肌酸 磷酸 肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 P P 機(jī)械能 (肌肉收縮 ) 滲透能 (物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運(yùn) ) 化學(xué)能 (合成代謝 ) 電能 (生物電 ) 熱能 (維持體溫 ) （三）
32、多磷酸核苷間的能量轉(zhuǎn)移 在生物體內(nèi)，除了可直接使用 ATP供能外，還使 用其他形式的高能磷酸鍵供能，如 UTP用于 糖原 的合成 ， CTP用于 磷脂的合成 ， GTP用于 蛋白質(zhì) 的合成 等。 核苷單磷酸激酶 NMP + ATP NDP + ADP 核苷二磷酸激酶 NDP + ATP NTP + ADP 高能鍵轉(zhuǎn)移 ATP + UDP CDP GDP ADP + UTP（糖原合成） CTP（磷脂合成） GTP（蛋白質(zhì)合成） 五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)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 物質(zhì)有選
33、擇性 1.胞質(zhì)中 NADH的氧化 (線粒體 外 NADH的氧化 ) 機(jī)制 : 、 -磷酸甘油穿梭 (glycerophosphate shuttle) 、 蘋果酸 -天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle) 胞液中的 3-磷酸甘油醛， 3-磷酸甘油 或 乳酸 脫氫， 均可產(chǎn)生 NADH。 這些 NADH可經(jīng)穿梭系統(tǒng)而進(jìn)入線粒體氧化磷 酸化，產(chǎn)生 H2O和 ATP。 （一）磷酸甘油穿梭系統(tǒng) 主要存在于 腦 和 骨骼肌 中。 NADH通過此穿梭系統(tǒng)帶一對氫原子進(jìn)入線粒 體，由于經(jīng) 琥珀酸氧化呼吸鏈 進(jìn)行氧化磷酸化， 故只能
34、產(chǎn)生 2分子 ATP。 線粒體 內(nèi)膜 線粒體 外膜 膜間腔 線粒體 基質(zhì) 磷酸甘油穿梭系統(tǒng) FADH2 NAD+ FAD -磷酸甘 油脫氫酶 琥珀酸 氧化 呼吸鏈 磷酸二羥丙酮 PiCH 2O - CH 2OH C = O PiCH 2O - CH 2OH C = O -磷酸甘油 PiCH 2O - CH 2O H C H O H PiCH 2O - CH 2O H C H O H NADH+H+ -磷酸甘 油脫氫酶 -磷酸甘油穿梭 特點(diǎn)： 線粒體內(nèi)外的 -磷酸甘油脫氫酶 的 輔酶不同 胞液 -----NAD+
35、 線粒體 ---FAD FADH2經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈 2ATP 主要存在于 骨骼肌 、 神經(jīng)細(xì)胞 （二）蘋果酸穿梭系統(tǒng) 主要存在于 肝 和 心肌 中。 胞液中 NADH+H+的一對氫原子經(jīng)此穿梭系統(tǒng)帶 入一對氫原子，由于經(jīng) NADH氧化呼吸鏈 進(jìn)行 氧化磷酸化，故可生成 3分子 ATP。 谷氨酸 - 天冬氨酸 轉(zhuǎn)運(yùn)體 蘋果酸 --酮 戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體 胞液 基質(zhì) NADH +H+ NAD+ -O O C -C H 2 -C -C O O - O -O O C -C H 2 -C -C O O - O H H NADH +H+ NAD+
36、 -O O C -C H 2 -C -C O O - O H H 蘋果酸 -O O C -C H 2 -C -C O O - O 草酰乙酸 - OOC -C H 2 -C H 2 -C -C O O - O - OOC -C H 2 -C H 2 -C -C O O - O -酮戊二酸 - O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O - H 3 N + H谷氨酸 蘋果酸 脫氫酶 谷草轉(zhuǎn) 氨酶 NADH 呼吸鏈 - O O C -C H 2 -C -C O O - H 3 N + H 天冬氨酸 - O O C -C H 2 -C -C O O
37、- H 3 N + H - O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O - H 3 N + H 蘋果酸穿梭系統(tǒng) 蘋果酸穿梭系統(tǒng) 3ATP 1. 呼吸鏈存在于（ ） A 細(xì)胞膜 B 線粒體外膜 C 線粒體內(nèi)膜 D 微粒體 E 過氧化物酶體 2. 下列哪種物質(zhì)不是 NADH氧化呼吸鏈的組分？ A. FMN B. FAD C. 泛醌 D. 鐵硫蛋白 E. 細(xì)胞色素 c 3. ATP生成的主要方式是（ ） A 肌酸磷酸化 B 氧化磷酸化 C 糖的磷酸化 D 底物水平磷酸化 E 高能化合物之間的轉(zhuǎn)化 4 由琥珀酸脫下的一對氫，
38、經(jīng)呼吸鏈氧化可產(chǎn)生 （ ）分子 ATP A 1 B 2 C 3 D 4 E 0 5 下例關(guān)于高能磷酸鍵的敘述，正確的是（ ） A 所有高能鍵都是磷酸鍵 B 高能磷酸鍵只存在于 ATP C 高能磷酸鍵僅在呼吸鏈中偶聯(lián) D 有 ATP參與的反應(yīng)也可逆向進(jìn)行 E 所有的生化轉(zhuǎn)變都需要 ATP參與 6. 下列哪種酶以氧為受氫體催化底物氧化生成水？ A 丙酮酸脫氫酶 B 琥珀酸脫氫酶 C 黃嘌呤氧化酶 D 細(xì)胞色素 c氧化酶 E SOD 7. 關(guān)于線粒體內(nèi)膜外 H+濃度敘述正確的是 ( ) A 濃度高于線粒體內(nèi) B 濃度低于線粒體內(nèi) C 可自由進(jìn)入線粒體 D
39、 進(jìn)入線粒體需主動轉(zhuǎn)運(yùn) E 進(jìn)入線粒體需載體轉(zhuǎn)運(yùn) 8. 參與呼吸鏈電子傳遞的金屬離子是 ( ) A 鐵離子 B 鈷離子 C 鎂離子 D 鋅離子 E 以上都不是 9. 呼吸鏈中 ,不具有質(zhì)子泵功能的是 ( ) A 復(fù)合體 B 復(fù)合體 C 復(fù)合體 D 復(fù)合體 E 以上都不是 10. 關(guān)于超氧化物歧化酶 ,哪項(xiàng)是不正確的 ( ) A 可催化產(chǎn)生超氧離子 B 可消除超氧離子 C 可催化產(chǎn)生過氧花氫 D 含金屬離子輔基 E 存在于胞液和線粒體中 11. Except iron, Cyt aa3 contain ( ) ion. A Zn B Mg C
40、 Cu D Mn E K 12. Which one can be inhibited by CO in respiratory chain ? A FAD B FMN C Fe-S D Cyt aa3 E Cyt c 13. Which one is uncoupler? A CO B piericidin A C KCN D 2,4-dinitrophenol E H2S 14. The right electron tansferation sequence is ( ) A bcc 1aa 3O 2 B c1cbaa 3O 2 C cc 1baa 3O 2 D cb
41、c 1aa 3O 2 E bc 1caa 3O 2 15. 關(guān)于 ATP合成酶，敘述正確的是（ ） A 位于線粒體內(nèi)膜，又稱復(fù)合體 B 由 F1和 F0兩部分組成 C F0是質(zhì)子通道 D 生成 ATP的催化部位在 F1的 亞基上 E F1呈疏水性，嵌在線粒體內(nèi)膜中 16. 關(guān)于輔酶 Q, 哪些敘述是正確的 ? A 是一種水溶性化合物 B 其屬醌類化合物 C 可在線粒體內(nèi)膜中迅速擴(kuò)散 D 不參與呼吸鏈復(fù)合體 E 是 NADH呼吸鏈與琥珀酸呼吸鏈的交匯點(diǎn) 17. 關(guān)于細(xì)胞色素 ,敘述正確的是 ( ) A 均以鐵卟啉為輔基 B 有色 C 均為電
42、子傳遞體 D 均可被氰化物抑制 E 本質(zhì)是蛋白質(zhì) 18. 下列物質(zhì)屬于高能化合物的是（ ） A 乙酰輔酶 A B GTP C 磷酸肌酸 D 磷酸二羥丙酮 E 磷酸烯醇式丙酮酸 19. Which make Fe-S as prosthetic group in the respiratory chain? A Complex B Complex C Complex D Complex E Cyt c 20. Where does the phosphorylation couple with the oxidation and can produc
43、e ATP? A NADHCoQ B CoQCyt b C CoQCyt c D FADH2 CoQ E Cyt aa3O 2 考題精選 1. 呼吸鏈存在于（ ） A 細(xì)胞膜 B 線粒體外膜 C 線粒體內(nèi)膜 D 微粒體 E 過氧化物酶體 2.下列哪種物質(zhì)不是 NADH氧化呼吸鏈的組分？ （ ） A. FMN B. FAD C. 泛醌 D. 鐵硫蛋白 E. 細(xì)胞色素 c 3. ATP生成的主要方式是（ ） A 肌酸磷酸化 B 氧化磷酸化 C 糖的磷酸化 D 底物水平磷酸化 4 由琥珀酸脫下的一對氫，經(jīng)呼吸鏈氧化可產(chǎn)生（ ）分子 ATP。
44、5 下例關(guān)于高能磷酸鍵的敘述，正確的是（ ） A 所有高能鍵都是磷酸鍵； B 高能磷酸鍵只存在于 ATP C 高能磷酸鍵僅在呼吸鏈中偶聯(lián)； D 有 ATP參與的反應(yīng)也可逆向進(jìn)行。 6下列哪種酶以氧為受氫體催化底物氧化生成水？（ ） A 丙酮酸脫氫酶 B 琥珀酸脫氫酶 C 黃嘌呤氧化酶 D 細(xì)胞色素 c氧 化酶 7 簡述生物氧化與體外物質(zhì)氧化的異同。 8 簡述影響氧化磷酸化的因素及其作用機(jī)制。 9 線粒體呼吸鏈的組成 10 CO2生成的形式有幾種？各是什么 ？ 11、氧化呼吸抑制方式以位點(diǎn) 名詞解釋： 呼吸鏈 氧化磷酸化 生物氧化 總 結(jié) 1、生物氧化的概念；與體外燃燒的不同點(diǎn) 2、呼吸鏈的概念、體內(nèi)呼吸鏈的種類、每條 呼吸鏈的組成、包含的復(fù)合體及復(fù)合體的名稱 和特點(diǎn) 3、化學(xué)滲透學(xué)說的原理和內(nèi)容 4、氧化磷酸化的調(diào)節(jié)、抑制位點(diǎn)及藥物 5、穿梭系統(tǒng)的分類和組成
生物化學(xué)-新陳代謝與生物氧化-課件.ppt
