氧化磷酸化

4生物氧化(BiologicalOxidation)与氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)4.1生物氧化概述4.2电子传递链(呼吸链)4.3氧化磷酸化4.4其他末端氧化酶系统三个方面的内容——CO2的生成——H2O的生成——能量的释放生物氧化(biologicaloxidation)：生物细胞将有机物（糖，脂肪，蛋白质等）氧化分解，最终生成CO2和H2O并释放能量的过程。——细胞氧化,呼吸作用（respiration）——细胞呼吸（微生物）4.1.2生物氧化的概念4.1.2.1生物氧化的主要内容1mol葡萄糖(glucose,G)彻底氧化生成6CO2和6H2O以及产生2867.5kJ(能量)体内氧化，体外燃烧氧化本质：生物氧化与非生物氧化一样4.1.2.2生物氧化特点(与非生物氧化比较)作用方式不同：1，有稳定的环境（细胞内进行）2，酶促反应：酶，辅酶或辅基（电子、质子中间传递体）3，能量是逐步释放。先贮存在高能化合物（如ATP）中，然后再转移能量4，释放的化学能被偶联磷酸化反应所利用,贮存在高能磷酸化合物(如ATP)中。5，氧化部位：真核细胞——线粒体原核细胞——细胞膜1,CO2的生成4.1.2.3CO2和H2O的生成氧化脱羧：脱羧并有氧化（脱氢）反应直接脱羧：由特殊的脱羧酶催化α-脱羧：如酵母菌发酵时丙酮酸脱羧生成乙醛β-脱羧：如在糖异生过程中，草酰乙酸在PEP羧化酶催化下脱羧α-脱羧：如丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶Aβ-脱羧：如三羧酸循环中异柠檬酸脱羧2,H2O的生成：生物体内水的生成：脱氢酶多酶体系一酶体系氧化酶传氢体（质子）传递体电子传递体2H++O-H2O（1）H+—有机物中都有氢—活性（脱氢酶）O-—O2—活性（氧化酶）（2）活性氢和活性氧，所处的位置不一样（3）两者之间有传递体电子传递链生物氧化的三个阶段4.2电子传递链(呼吸链)4.2.1线粒体4.2.2电子传递链(electrontransferchain,ETC)也叫，呼吸链（respiratorychain）定义：呼吸链又叫电子传递体系或电子传递链，它是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧原子，而生成水的全部体系。在真核生物细胞内，它位于线粒体内膜上，原核生物中，它位于细胞膜上。NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链4.2.2.2呼吸链中传递体的顺序呼吸链中传递体的排列顺序实验依据1）根据各种组分标准氧化还原电位确定顺序，氧化还原电位逐渐增加，该值越大，说明越易构成氧化剂处于呼吸链的末端，越小，说明越易构成还原剂处于呼吸链的始端。2）电子亲和力增加的顺序排列；3）吸收光谱变化，氧化程度逐渐增高；4）利用电子传递抑制剂选择性阻断；5）拆开和重组6）还原状态呼吸链缓慢给氧，根据各组分氧化还原状态确定顺序由NADH脱氢酶（一种以FMN为辅基的黄素蛋白）和一系列铁硫蛋白（铁—硫中心）组成。它从NADH得到两个电子，经铁硫蛋白传递给辅酶Q。铁硫蛋白含有非血红素铁和酸不稳定硫，其铁与肽类半胱氨酸的硫原子配位结合。铁的价态变化使电子从FMNH2转移到辅酶Q。——鱼滕酮。抑制部位(复合物Ⅰ)，NADHCoQ——抗霉素A，抑制部位(复合物Ⅲ)。CytbCytc——氰化物、叠氮化合物(N3),CO,H2S。Cytaa3O24.2.3呼吸链的抑制剂4.3氧化磷酸化定义：利用生物氧化过程释放的自由能驱动ADP磷酸化，形成ATP的过程产生ATP的方式：底物水平磷酸化电子传递链的磷酸化(氧化磷酸化)4.3.1氧化磷酸化概念和类型特点：——形成一个高能磷酸化合物的中间产物，通过酶使细胞中的ADP生成ATP——其能量来源伴随有底物脱氢，分子内能量重新分布——与氧的存在与否无关1,底物水平磷酸化(substrate-levelphospharylation)概念：电子从NADH或FADH2经过电子传递链给分子氧时，将释放的能量转移给ADP，形成ATP的过程。（是生成ATP的主要形式）电子传递过程和磷酸化作用相偶联（两者联在一起）2，氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)P/O比值：某一种物质作为底物，每消耗1mol原子氧时，有多少原子的无机磷被酯化，及每消耗1mol原子氧时能生成ATP的摩尔数．4.3.2.2测定Ｐ／Ｏ比电子传递伴随着ＡＴＰ的合成，不必以Ｐ／Ｏ比值作为ＡＴＰ生成的主要依据．FADH2CoQbc1caa3O2P0.5P1.5ADP1.5ATPNADH呼吸链FADH呼吸链ATP合成酶的结构——Fo-F1ATPaseFo:横跨线粒体内膜，作为质子流动通道，由10多种亚基组成F1:由5种(9个)亚基组成F1—ATP酶单独存在，不能合成ATP，能水解ATP4.3.3氧化磷酸化的机理(化学渗透学说)1,线粒体偶联因子F1-F0理论要点：(1)氢递体、电子递体间隔、定向排列（不能逆转，催化定向）(2)电子传递链复合体（传氢体）起质子泵的作用，将质子从线粒体基质侧定向的泵到内膜外膜，将电子传给其后的电子传递体(3)内膜对质子不透性:使内膜外侧的质子高于内侧，形成一个质子的跨膜梯度，这种跨膜的质子电化学梯度就是推动ATP合成的原动力4.3.3.2氧化磷酸化作用机制——化学渗透学说(Chemiosmotichypothesis)由英国的P.Mitchell提出(4)H+通过ATP酶上特殊途径，返回到内膜（逆向回流），通过质子梯度所释放的自由能偶联的ADP与磷合成ATP，其质子电化学梯度也就消失在呼吸链中,每对电子通过NADH-Q还原酶有4个质子从基质中泵出;每对电子通过细胞色素bc1复合物有2个质子从基质泵出;而每对电子通过细胞色素氧化酶也有4个质子泵出;这样就形成了跨膜质子梯度.当这些质子通过ATP合成酶返回基质时,就促使ATP的合成.研究表明,合成合成1molATP需要3个质子通过ATP合成酶;同时产生的ATP从线粒基质进入细胞质还要消耗1个质子,所以合成1个ATP分子需要4个质子.一对电子从NADH到氧将产生:2.5个ATP[(4+2+4)/4]一对电子从FADH2或FMNH2到氧气产生:1.5个ATP[(2+4)/4]两种穿梭系统的比较α-磷酸甘油穿梭苹果酸-天冬氨酸穿梭穿梭物质α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮苹果酸、谷氨酸天冬氨酸、α-酮戊二酸进入线粒体后转变成的物质FADH2NADH+H+进入呼吸链琥珀酸氧化呼吸链NADH氧化呼吸链生成ATP数2.5存在组织某些肌肉、神经组织肝脏和心肌组织相同点将胞浆中NADH的还原当量转送到线粒体内1.5