目录目录第第6 6章章生物氧化生物氧化Biological Oxidation目目 录录物物质质在在生生物物体体内内进进行行氧氧化化称称生生物物氧氧化化，主主要要指指糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等在在体体内内分分解解时时逐逐步步释释放能量，最终生成放能量，最终生成CO2 和和 H2O的过程。的过程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能* * 生物氧化的概念生物氧化的概念 细胞呼吸细胞呼吸目目 录录w生物氧化的生物氧化的特点特点：1 1、反反应应条条件件温温和和( (在在体体温温3737，pHpH近近中中性性) )的的有有水水环境中进行。环境中进行。2 2、反应由、反应由酶催化酶催化。3 3、逐步放能逐步放能，有利于，有利于ATPATP的生成。的生成。4 4、H H2 2O O由由代代谢谢物物脱脱下下的的氢氢（经经呼呼吸吸链链传传递递）和和氧结合生成，氧结合生成，COCO2 2由由有机酸脱羧有机酸脱羧生成。生成。目录目录糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA TAC TAC 2H 2H 呼呼吸吸链链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 n 生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程目录目录第一节第一节 生成生成ATP的氧化磷酸化体系的氧化磷酸化体系The Oxidative Phosphorylation System with ATP Producing目录目录Mitochondrion目录目录呼吸链呼吸链(respiratory chain)又称又称电子传递链电子传递链(electron transfer chain)。一、呼吸链一、呼吸链n定义定义递氢体递氢体和和电子传递体电子传递体（2H 2H+ + 2e）n组成组成传递氢的酶或辅酶传递氢的酶或辅酶传递电子的酶或辅酶传递电子的酶或辅酶目录目录酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。所含各组分具体完成电子传递过程。电电子传递过程释放的能量驱动子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，移出线粒体内膜，转变为转变为跨内膜跨内膜H+梯度的能量梯度的能量，再用于，再用于ATP的生物的生物合成。合成。 （一）氧化呼吸链由（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力种具有传递电子能力的复合体组成的复合体组成目录目录人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体复合体复合体酶名称酶名称质量质量(kD)多肽多肽链数链数功能辅基功能辅基含结合位点含结合位点复合体复合体NADH-泛醌泛醌还原酶还原酶85039FMN，Fe-SNADH（基质侧）（基质侧）CoQ（脂质核心）（脂质核心）复合体复合体琥珀酸琥珀酸-泛醌泛醌还原酶还原酶1404FAD，Fe-S琥珀酸（基质侧）琥珀酸（基质侧）CoQ（脂质核心）（脂质核心）复合体复合体泛醌泛醌-细胞色细胞色素素C还原酶还原酶25011血红素血红素bL, bH, c1,Fe-SCyt c（膜间隙侧）（膜间隙侧）细胞色素细胞色素c131血红素血红素cCyt c1， Cyt a复合体复合体细胞色素细胞色素C氧氧化酶化酶16213血红素血红素a，a3，CuA, CuBCyt c（膜间隙侧）（膜间隙侧）目录目录呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置目录目录FADH2 (Fe-S)IIIIIINADH FMN Q Cytb Cytc1 Cytc aa3 (Fe-S) (Fe-S) O2IV电子传递链各组份的排列顺序电子传递链各组份的排列顺序 目录目录复合体复合体又称又称NADH-泛醌还原酶。泛醌还原酶。复合体复合体电子传递：电子传递：NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQ 1、复合体、复合体作用是将作用是将NADH+H+中的电子传递给中的电子传递给泛醌泛醌(ubiquinone)NADH目录目录 每传递每传递2 2个电子可将个电子可将4 4个个H H+ +从内膜基质侧泵到胞浆侧，从内膜基质侧泵到胞浆侧，复复合体合体有质子泵功能有质子泵功能。目录目录NAD+和和NADP+的结构的结构R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+ 目录目录NAD+（NADP+）和和NADH（NADPH）相互转变相互转变氧化还原反应时变化发生在氧化还原反应时变化发生在五价氮五价氮和和三价氮三价氮之间。之间。递递H+2e目录目录FMN结结构构中中含含核核黄黄素素，发发挥挥功功能能的的部部位位是是异异咯咯嗪环。嗪环。FMNFAD+2HFMNH2FADH2110递递2H+2e目录目录铁铁硫硫蛋蛋白白中中辅辅基基铁铁硫硫中中心心(Fe-S)含含有有等等量量铁铁原原子子和和硫硫原原子子，其其中中一一个个铁铁原原子子可可进进行行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。反应传递电子。属于属于单电子单电子传递体传递体。 表示无机硫表示无机硫目录目录泛泛醌醌（辅辅酶酶Q, CoQ, Q）由由多多个个异异戊戊二二烯烯连连接接形形成成较较长长的的疏疏水水侧侧链链（人人CoQ10）。内内膜膜中中可可移移动动电电子子载体载体，在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。，在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。递递2H+2e目录目录复合体复合体是三羧酸循环中的是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶，又，又称称琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶。电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸FAD几种几种Fe-S CoQ复合体复合体没有没有H+泵的功能泵的功能。2、复合体、复合体功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌。功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌。目录目录目录目录3 3、复合体、复合体功能是将电子从还原型泛醌传递给细功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素胞色素c c。复合体复合体又叫又叫泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶，细胞色，细胞色素素b-c1复合体，含有细胞色素复合体，含有细胞色素b(b566, b562)、细胞色素细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白。和一种可移动的铁硫蛋白。泛醌泛醌从复合体从复合体、募集还原当量和电子并穿梭募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体传递到复合体。电子传递过程：电子传递过程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cytc1Cytc目录目录细胞色素细胞色素(cytochrome, Cyt) 细胞色素是一类以细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。，根据它们吸收光谱不同而分类。属于属于单电子单电子传递体传递体目录目录复合体复合体的电子传递通过的电子传递通过“Q循环循环”实现实现复合体复合体每传递每传递2个电子向内膜胞浆侧释放个电子向内膜胞浆侧释放4个个H+复合体复合体也有质子泵作用也有质子泵作用目录目录复合体复合体每传递每传递2个电子向内膜胞浆侧个电子向内膜胞浆侧释放释放4个个H+，复合体复合体也有质子泵作用也有质子泵作用。Cyt c是是呼吸链唯一水溶性球状蛋白呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体在复合体中。将获得的电子传递到复合体。目录目录复合体复合体又称又称细胞色素细胞色素C氧化酶氧化酶(cytochrome c oxidase)。电子传递：电子传递：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO2Cyt a3CuB形成活性双核中心，将电子传递给形成活性双核中心，将电子传递给O2。每。每2个电子传递过程使个电子传递过程使2个个H+跨内膜向胞浆跨内膜向胞浆侧转移侧转移 。4、复合体、复合体将电子从细胞色素将电子从细胞色素C传递给氧传递给氧目录目录复合体复合体结构结构目录目录复复合合体体的的电电子子传传递递过过程程目录目录 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-4H+4H+4H+4H+2H+2H+目录目录标准氧化还原电位标准氧化还原电位拆开和重组拆开和重组特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列到高的顺序排列 由以下实验确定由以下实验确定: :目录目录1、NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合复合体体O22 2、FADHFADH2 2氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链） 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合复合体体O2目录目录NADH FMN CoQ Cyt bCyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2(Fe-S)FAD(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链NADH氧化氧化呼吸链呼吸链 1 ATP1 ATP 1 ATP1 ATP0.5 ATP0.5 ATPCyt 氧化酶氧化酶(Fe-S)琥珀酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、脂酰脂酰脂酰脂酰CoACoA脱氢酶、脱氢酶、脱氢酶、脱氢酶、-磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶目录目录二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP偶联偶联 氧氧化化磷磷酸酸化化 (oxidative phosphorylation)：代代谢谢物物脱脱下下的的氢氢，经经氧氧化化呼呼吸吸链链电电子子传传递递释释放放能能量量，偶偶联联驱驱动动ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。nATP生成方式生成方式底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 直接将高能代谢物分子中的能量转移给直接将高能代谢物分子中的能量转移给ADP(或或GDP)，生成，生成ATP(或或GTP)的过程。的过程。不经电子传递。不经电子传递。目录目录（一）氧化磷酸化偶联部位在复合体（一）氧化磷酸化偶联部位在复合体、内内根据根据P/O比值比值自由能变化自由能变化: G=-nFE 氧化磷酸化偶联部位：氧化磷酸化偶联部位：复合体复合体、目录目录线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链链的的组组成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP数数 -羟羟丁丁酸酸NAD+复复合合体体CoQ复复合合体体3 3Cyt c复复合合体体O2琥琥珀珀酸酸复复合合体体CoQ复复合合体体2 2Cyt c复复合合体体O2抗抗坏坏血血酸酸Cyt c复复合合体体O21 1细细胞胞色色素素c (Fe2+) 复复合合体体O21 11、P/O 比值比值指指氧氧化化磷磷酸酸化化过过程程中中，每每消消耗耗1/2摩摩尔尔O2所所生生成成ATP的的摩摩尔尔数数（或或一一对对电电子子通通过过氧氧化化呼呼吸吸链链传传递递给氧所生成给氧所生成ATP分子数）。分子数）。 目录目录2 2、自由能变化、自由能变化根据热力学公式，根据热力学公式，pH7.0时标准自由能变化时标准自由能变化(G0)与还原电位变化与还原电位变化(E0)之间有以下关系：之间有以下关系：n为传递电子数；为传递电子数；F为法拉第常数为法拉第常数(96.5kJ/molV)G0 = -nFE0电电子子传递链传递链自由能自由能变变化化 目录目录ATPATP ATP氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt cCyt cCyt aa3O2目目 录录近代实验和电化学计算结果：近代实验和电化学计算结果： 平均每泵出平均每泵出4 4个个H H+ +才合成并转运才合成并转运1 1分子分子ATPATPNADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链泵出泵出1010个个H H+ +：10/4=10/4=2.52.5（分子（分子ATPATP）FADHFADH2 2氧化呼吸链氧化呼吸链泵出泵出6 6个个H H+ +：6/4=6/4=1.51.5（分子（分子ATPATP）目录目录( (二二) )氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度的质子梯度1、化学渗透假说、化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电子经呼吸链传递时，可将质子电子经呼吸链传递时，可将质子(H+)从线从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动度梯度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。1978年年 目录目录氧化磷酸化氧化磷酸化质子梯度质子梯度 能量能量电能电能势能势能ATP势能势能目录目录for his contribution to the understanding of biological energy transfer through the formulation of the chemiosmotic theoryPeterMitchellNobelPrizeinChemistry,1978Itisntatheory,itsafact.CQe e1/2O2H+H+H+H+H+Pi+ADPNAD H+H+H+H+H+H+ H+ATPH+H+-质子泵机制质子泵机制 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 3H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 电子传递过程电子传递过程复合体复合体 (4H+) 、 (4 H+)和和 (2H+)有质子泵功能有质子泵功能。 目录目录（三）质子顺梯度回流释放能量被（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶合酶利用催化利用催化ATP合成合成 F1：亲亲水水部部分分 （动动物物：33亚亚基基复复合合体体，OSCP），线线粒粒体体内内膜膜的的基基质质侧侧颗颗粒粒状状突突起起，催化催化ATP合成合成。 F0：疏疏水水部部分分（ab2c912亚亚基基），镶镶嵌嵌在在线线粒粒体体内内膜中，形成膜中，形成跨内膜质子通道跨内膜质子通道 。nATP合酶结构组成合酶结构组成目录目录 F1 由五种亲水性亚基由五种亲水性亚基组成（组成（33），），其中其中33相间排布相间排布成有中央孔隙的成有中央孔隙的六面六面体头部。体头部。深入头部深入头部的中央孔隙中并可在的中央孔隙中并可在其中其中转动转动。连接连接与与 F0。目录目录F0：脂溶性，脂溶性，镶镶嵌于嵌于内膜中，由三种内膜中，由三种疏水性疏水性亚亚基基组组成成（ab2c912）。）。亚基亚基c c由短环连接由短环连接的的2 2个反向跨膜个反向跨膜-螺旋组成，螺旋组成，第第2 2个个螺旋中央第螺旋中央第6161位为位为天冬氨酸，天冬氨酸，9 91212个个c c亚基装配亚基装配成对称的成对称的c c环，跨环，跨越内膜。越内膜。目录目录a a亚基亚基固定在固定在c c环环外部，具有两个外部，具有两个互不相通的互不相通的质子质子半通道，半通道，两个半两个半通道分别与通道分别与1 1个个C C亚基亚基相对应相对应。两个两个b b亚基亚基连接连接a a亚亚基和基和F F1 1的的亚基，亚基，以固定头部与以固定头部与a a亚基亚基皆不转动皆不转动。目录目录19891989年年Paul BoyerPaul Boyer提出提出“结合变构结合变构”机制，机制，亚基是亚基是ATPATP合酶催化部位，通过合酶催化部位，通过亚基构象的转变，亚基构象的转变，不断从基质中结合不断从基质中结合ADP+PiADP+Pi后催化二者合成后催化二者合成ATPATP，并把并把ATPATP释入基质。释入基质。 原理：原理：由于由于亚基在头部中央孔隙逆时针方向转动，亚基在头部中央孔隙逆时针方向转动，使头部的使头部的亚基发生亚基发生LTOLLTOL规律性构象变化规律性构象变化使使ATPATP不断合成不断合成 。质子回流如何驱动ATP合成？1 1、L L型构象捕捉型构象捕捉ADPADP和和PiPi；2 2、与、与亚基结合后变构为亚基结合后变构为T T型构象型构象使结合的使结合的ADPADPPiPi合成合成ATPATP；3 3、亚基离开后变构为亚基离开后变构为O O型构象，释出型构象，释出ATPATP；之后，又自动之后，又自动恢复为恢复为L L构象。构象。nATP合成的合成的结合变构机制结合变构机制目录目录PaulD.BoyerJohnE.Walkerfortheirelucidationoftheenzymaticmechanismunderlyingthesynthesisofadenosinetriphosphate(ATP)NobelPrizeinChemistry,1997目录目录什么力量驱使什么力量驱使-亚基不断逆时针方向转动？亚基不断逆时针方向转动？ c c环中的环中的c c亚基接触内膜时，其亚基接触内膜时，其中的中的Asp61Asp61为质子化为质子化的电中性的的电中性的氨基酸（氨基酸（- -羧基不解离），以羧基不解离），以便与双脂层内膜结合。便与双脂层内膜结合。C C环中两个被环中两个被a a亚基包围的亚基包围的c c亚亚基不直接与双脂层结合。基不直接与双脂层结合。a a亚基亚基的两个亲水性半通道分别与这的两个亲水性半通道分别与这两个相邻的两个相邻的c c亚基相通。亚基相通。与与a a亚亚基结合的两个基结合的两个c c亚基中的亚基中的Asp61Asp61处于带负电的解离状态处于带负电的解离状态，这时，这时c c环不转动。环不转动。 Howard Berg 和和George Oster提出：提出：基质侧半通道基质侧半通道膜间隙侧半通道膜间隙侧半通道目录目录质质子子进进入入a亚亚基膜基膜间间隙半通道，使隙半通道，使对对应应的的1个个c亚亚基基Asp61负电负电荷被荷被H+中和中和， c亚基与疏水内膜相互接触而发生转亚基与疏水内膜相互接触而发生转动动(逆时针转动一个逆时针转动一个c亚基的位置亚基的位置)当当c亚基转动到基质侧半亚基转动到基质侧半通道，通道，H+进入基质。进入基质。反复进行，反复进行， 质子不断质子不断从膜间隙进入基质从膜间隙进入基质C环转动经环转动经亚亚基基带动带动亚亚基在基在头头部中央孔隙中部中央孔隙中不断逆不断逆时针转动时针转动导导致致头头部的部的亚亚基不断基不断进进行行LTOL循循环环式式变变构，不断合成构，不断合成ATP。质子不断地进入膜质子不断地进入膜间隙半通道，间隙半通道， c亚亚基不断转动基不断转动目录目录三、三、影响氧化磷酸化的因素影响氧化磷酸化的因素 （一）抑制剂（一）抑制剂3.3.氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 （二二） ADP的调节作用的调节作用氧化磷酸化氧化磷酸化（ATP利用）利用）ADP（三）（三）甲状腺素甲状腺素（四）线粒体（四）线粒体DNADNA突变突变 1.1.呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂2.2.解偶联剂解偶联剂目录目录四、四、ATP在能量的生成、利用、转移在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用和储存中起核心作用n高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯的磷酸酯键，常表示为键，常表示为 P。n高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物含有高能磷酸键的化合物目录目录化合物化合物E0kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸61.9(14.8)氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸51.4(12.3)1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸49.3(11.8)磷酸肌酸磷酸肌酸43.1(10.3)ATP ADPPi30.5(7.3)乙酰辅酶乙酰辅酶A31.5(7.5)ADP AMPPi27.6(6.6)焦磷酸焦磷酸27.6(6.6)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖20.9(5.0)一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能 目录目录ATP是人体内能量的是人体内能量的直接供给者直接供给者。 目录目录 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP ATPATP：生物体内能量直接供体生物体内能量直接供体 UTP：糖原合成糖原合成 CTP：磷脂合成磷脂合成 GTP：蛋白质生物合成蛋白质生物合成目录目录n肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。目录目录 ATP的生成和利用的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 P P P P 机械能机械能( (肌肉收缩肌肉收缩) )渗透能渗透能( (物质主动转运物质主动转运) ) 化学能化学能( (合成代谢合成代谢) )电能电能( (生物电生物电) )热能热能( (维持体温维持体温) )生物体内能量的储存和生物体内能量的储存和利用都以利用都以ATP为中心。为中心。目录目录五、线粒体内膜对各种物质进行五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运选择性转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于过的选择性主要依赖于内膜内膜中不同转运蛋白中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。对各种物质的转运。目录目录转运蛋白转运蛋白进入线粒体进入线粒体出线粒体出线粒体ATP-ADP转位酶转位酶ADP3-ATP4-磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4- + H+二羧酸转运蛋白二羧酸转运蛋白HPO42-苹果酸苹果酸-酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白谷氨酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸单羧酸转运蛋白单羧酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉碱肉碱线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运 目录目录（一）胞浆中（一）胞浆中NADH通过穿梭机制进入线粒体通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链氧化呼吸链胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。- -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)n转运机制：转运机制： NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油磷酸甘油 1 1、-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中 脑、骨骼肌脑、骨骼肌中，中，1分子葡萄糖彻底氧化生成分子葡萄糖彻底氧化生成30分子分子ATPNADH +H+ NAD+ NADH +H+ NAD+ 谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮酮 戊二酸转运体戊二酸转运体 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 线线粒粒体体内内膜膜 基质基质 呼吸链呼吸链 天冬氨酸天冬氨酸 2 2、苹果酸、苹果酸- -天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中 肝、心肌肝、心肌中，中，1分子葡萄糖彻底氧化生成分子葡萄糖彻底氧化生成32分子分子ATP。目录目录（二）（二）ATP-ADP转位酶促进转位酶促进ADP进入和进入和ATP移出紧密偶联移出紧密偶联目录目录ATP4- F0 F1 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 腺苷酸腺苷酸转运蛋白转运蛋白磷酸磷酸转运蛋白转运蛋白 ADP3- H2PO4- ATP4- 3H+ 3H+ H+ H+ H2PO4- H2PO4- ADP3- ADP3- 每分子每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆在线粒体中生成并转运到胞浆需需4个个H回流进入线粒体基质中回流进入线粒体基质中目录目录第二节第二节 其他不生成其他不生成ATP的氧化体系的氧化体系The Others Oxidative Enzyme Systems without ATP Producing目录目录一、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类一、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能的功能n反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)O2e-O-2e-+2H+H2O2e-+H+OHH2Oe-+H+H2O反应活性氧类反应活性氧类目录目录nROS主主要来源要来源线粒体：线粒体：超氧阴离子超氧阴离子O-2，是体内，是体内O-2的主要来的主要来源；源； O-2在线粒体中再生成在线粒体中再生成H2O2和和OH。过氧化酶体：过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电将从脂肪酸等底物获得的电子交给子交给O2生成生成H2O2和羟自由基和羟自由基OH。胞浆胞浆需氧脱氢酶需氧脱氢酶（如黄嘌呤氧化酶等）也可催（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成化生成O-2。细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等等外源因素外源因素也可导致细胞产生活性氧类。也可导致细胞产生活性氧类。 目录目录需氧脱氢酶和氧化酶需氧脱氢酶和氧化酶目录目录n抗氧化酶体系抗氧化酶体系1、过氧化氢酶、过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含又称触酶，其辅基含4 4个血红素个血红素2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 目录目录可去除细胞生长和代谢产生的可去除细胞生长和代谢产生的H2O2和过氧化物和过氧化物(R-O-OH)，是，是体内防止活性氧类损伤主要的酶体内防止活性氧类损伤主要的酶。2、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)H2O2 + 2GSH 2 H2O +GS-SG2GSH + R-O-OH GS-SG + H2O + R-OH目录目录 谷胱甘肽过谷胱甘肽过氧化物酶氧化物酶 H2O2(ROOH) H2O(ROH+H2O) 2G SH G S S G NADP+ NADPH+H+ 此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤。此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤。 谷胱甘谷胱甘肽还原酶肽还原酶 含硒的谷胱甘肽过氧化物酶含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 目录目录3、超氧化物歧化酶、超氧化物歧化酶2O2+ 2H+ SODH2O2 + O2 H2O + O2 过氧化氢酶过氧化氢酶SOD：超氧化物歧化酶：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase)目录目录二、微粒体细胞色素二、微粒体细胞色素P450P450单加氧酶催化单加氧酶催化底物分子羟基化底物分子羟基化RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2O 上述反应需要细胞色素上述反应需要细胞色素P450 (Cyt P450)参与。参与。n细胞色素细胞色素P450单加氧酶单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase)，又称混合功能氧化酶，又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)细胞色素细胞色素P450单加氧酶作用机制单加氧酶作用机制