第4章 生物氧化-2014

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（二）偶联反应
偶联反应：一个热力学上不能自发进行的反应可在另 一个能够自发进行反应的驱动下而进行，这两个结合 在一起同时进行的反应称为偶联反应。 实例 G+Pi→G-6-P+H2O Δ G°ˊ=3.3 kCal/mol ATP+H2O→ADP+ Pi Δ G°ˊ=-7.3 kCal/mol G+ ATP→G-6-P+ ADP Δ G°ˊ=-4 kCal/mol
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(二）复合体Ⅱ（琥珀酸-辅酶Q还原酶）
1.另一条呼吸链的入口 2.将电子和氢从琥珀酸传递给CoQ 3.辅基： FAD Fe-S簇
heme b
4.电子传递途径 FAD，Fe-S簇 CoQ 琥珀酸 复合体Ⅱ的电子传递
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琥珀酸 延胡索酸
FADH2
FAD FADH2
Fe3+S Fe2+S Fe3+S CoQH2
第五节 其他生物氧化体系
一、氧化酶和需氧脱氢酶 氧化酶：含铜离子，产物中有H2O。如抗坏 血酸氧化酶 需氧脱氢酶：辅基是FMN或FAD，产物中 有 H 2O 2
●2. H+ 顺电化学梯度回流，释放能量会偶联ATP的生成。 ADP
能量
ATP合酶
ATP
●3.H+由ATP合成 酶的F0亚单位回流时才会偶联ATP的生成。
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2.ATP合成酶
ATP合成酶：F0、F1两个亚单位 F1：位于基质侧，催化ATP合成 F0：跨越内膜,是H+通道
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17个亚基
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3. 氧化磷酸化抑制剂 寡霉素（结合在ATP合成酶的Fo亚单位的 通道上） 抑制ADP磷酸化 抑制电子传递
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（二）ADP的调节作用 氧化磷酸化的速率主要受ADP浓度的调节 （三）甲状腺激素 1.诱导细胞膜上Na+，K+–ATP酶的生成， 使ATP加速分解为ADP和Pi 2.解偶联蛋白基因表达增加 基础代谢率增高
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2.检测电子传递体氧化的顺序
电子传递体还原态和氧化态时的吸收光谱不同 利用完整的离体线粒体进行研究 检测前使所有电子传递体均处于还原态 向检测体系中缓慢给氧 判断：先由还原态变为氧化态的位于呼吸链的？ 面
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3.体外将呼吸链的各复合体进行拆分和重组
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4.利用阻断剂研究分析
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（一）α－磷酸甘油穿梭
1.穿梭机制
？ATP
1
2
1
胞浆α-磷酸甘油脱氢酶
2
线粒体内膜α-磷酸甘油脱氢酶
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2.甘油-3-磷酸脱氢酶 胞液甘油-3-磷酸脱氢酶----- NAD+ 线粒体内膜甘油-3-磷酸脱氢酶---FAD
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3. 生成能量 ： 1.5ATP/ NADH＋H+ 4. 骨骼肌、神经细胞胞质中的NADH＋H+主 要通过这种穿梭机制
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2.解偶联剂（ uncoupler） ：使氧化与磷 酸化偶联过程脱离。 (1)机理：使H+不经ATP合酶的F0回流 (2)多为脂溶性的弱酸 例: 2,4-二硝基苯酚
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(3)解偶联蛋白
是线粒体内膜上的质子通道 新生儿及冬眠动物棕色脂肪组织较多：产热御寒 新生儿硬肿症（缺乏棕色脂肪组织 成年人棕色脂肪少，体内残存的数量因人而异 棕色脂肪的活力需要寒冷激发
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（四）线粒体DNA（mtDNA)突变 mtDNA ：含编码复合体中13条多肽链、22 个tRNA、2个rRNA的基因 在哺乳动物中大小一般在15kb～18kb之内， 呈双链环状 动物mtDNA为母系遗传
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五 、 NADH＋H+穿梭
胞液中的NADH＋H+进入线粒体内有两种 穿梭方式： α－磷酸甘油穿梭和苹果酸-天冬氨酸穿梭
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（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭机制
1.穿梭机制
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?ATP
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1.酶：苹果酸脱氢酶（ 辅酶：NAD+ ）、天 冬氨酸转氨酶 2.两种转运蛋白：α-酮戊二酸转运蛋白和酸性氨基
酸转运蛋白
3.进入NADH氧化呼吸链 ：2.5ATP（3ATP旧版本） 4. 肝脏、心肌细胞
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三、呼吸链的组成
4种复合体、CoQ、Cytc组成两条主要的呼吸链：
NADH氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）
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（一）复合体Ⅰ（NADH-CoQ 还原酶）
1. 是NADH + H＋的电子进入呼吸链的入口
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2.辅基或辅酶
FMN （黄素蛋白的辅酶） :传递电子和H ＋ Fe-S中心(铁硫蛋白的辅基) :传递电子
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（三）高能化合物
1.高能化合物 高能化合物：1mol水解可释放出5.0kcal以上自由 能的化合物。 1）磷氧键型(—O～P )：ATP、GTP等 2）氮磷键型(—N～P ）：磷酸肌酸 等 3）硫脂键型：琥珀酰CoA等
2. ATP（三磷酸腺苷） 生物能的主要载体 含一个磷酸酯键和二个磷酸酸酐键
呼吸链（respiratory chain）：代谢物脱下的氢原子通 过多种酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与 氧结合生成水的传递链。也叫电子传递链 。 （ electron transfer chain ）。 递氢体：传递氢的酶或辅酶 电子传递体：传递电子的酶或辅基/辅酶
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二、线粒体的膜结构
1.外膜：<5000的分子和离子可跨膜扩散 2.内膜： 多数小分子和离子不能自由通过 呼吸链复合物、ATP合成酶位于内膜及嵴上 3.―膜间隙”：可溶性酶、底物、辅助因子 4.基质：丙酮酸脱氢酶系、TCA及脂肪酸氧化的大多数酶、鸟氨酸循环 （肝脏）中的部分酶

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* 生物氧化的一般过程
糖原 葡萄糖 脂肪 甘油、脂肪酸 蛋白质 氨基酸 第一 阶段 第二 阶段 乙酰CoA CoASH 第三 阶段
胞液 线粒体
O2 H 2O
2H 丙酮酸
ATP ADP + Pi 氧化磷酸化 2H 三羧酸循环
CO2
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第二节
呼吸链（respiratory chain)
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一、概念
FADH2+6H+N+1/2O2 FAD++6H+P+H2O
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FAD FADH2 脂酰CoA △2反烯脂酰CoA 脂酰CoA脱氢酶
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四、呼吸链组分排列顺序的确定
1.根据标准氧化还原电位E0’的高低排列
e EO’（小） EO’（大）
物质的标准氧化还原电位 越低，则该物质失去电 子的倾向越大，也就越容易成为还原剂而处于呼 吸链的前面。
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二、生物氧化特点
（一）与体外氧化的共同点
耗氧;生成CO2和水;释放的总能相等 （二）不同点 1.条件 体外：高温、干燥 体内：酶催化、 温和 2.能量形式、放能方式： 体外：热能,骤然释放 体内：热能+ATP（40％），逐步释放
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3. CO2和水的生成方式 体外：碳、氢直接与氧结合生成。 生物氧化： CO2：脱羧 水：底物脱氢 氧化呼吸链 与氧结合
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H+ 回流，γ亚基旋转，3个β亚基的构象发 生改变 疏松型（L）： ADP和Pi与β亚基 结合 紧密结合型（T）：ADP和Pi生成ATP 开放型（O）：释放ATP
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1
2
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四、影响氧化磷酸化的因素
（一）抑制剂 1.呼吸链抑制（阻断）剂 （1） 抑制复合体Ⅰ（与铁硫蛋白结合） 鱼藤酮、粉蝶霉素A、异戊巴比妥 (2)抑制复合体Ⅲ 抗霉素A (Cyt b Cytc1) (3)抑制复合体Ⅳ CO、CN¯ 、H2S ：与Fe－Cu中心结合
位置 NADH CoQ Cytc Q Cytc O2
ΔE0’ ΔE0’ = 0.36v ΔE0’ = 0.21v ΔE0’ = 0.53v
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Δ G0’ = -nFΔ E0’ F=96.5kJ/mol.V
位置 ΔG0’
NADH Ctyb Cytaa3
完整的离体线粒体 实验前使所有电子传递体均处于还原态 给氧
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第三节 氧化磷酸化
氧化磷酸化：呼吸链中电子的传递过程偶联ADP磷酸 化，生成ATP的过程。
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一、自由能变、偶联反应及高能磷酸化合物 （一）化学反应中的Δ G（自由能变化） A ＋B C ＋D Δ G:产物自由能与反应物自由能之间的差值 Δ G<0，可自发进行，放能 Δ G>0，需要外界提供能量才能进行，耗能 Δ G＝0，可逆反应
Q Cytc O2
ΔG0’ = -69.5 kJ/mol ΔG0’ = -40.5 kJ/mol ΔG0’ = -102.3 kJ/mol
1molADP
ATP: ΔG0’ = 30.5 kJ/mol
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每传递一对电子合成ATP的量 NADH氧化呼吸链：2.5ATP/ NADH+H+ （3ATP） 琥珀酸氧化（FADH2）呼吸链 ：1.5ATP/ FADH2（2ATP-旧版本）
FAD
Fe2+S
Fe3+S
Fe2+S
CoQ

复合体Ⅱ上的电子传递途径
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是TCA的一步反应
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复合体Ⅱ将电子和氢从琥珀酸传递给泛醌 复合体Ⅱ不能泵出氢质子
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（三）辅酶Q （泛醌）
脂溶性醌类化合物 位于内膜的脂质双层中 可以移动的电子传递6
（四）ATP生成的方式