生物化学-新陈代谢总论与生物氧化.ppt

-,新陈代谢总论与生物氧化,本章重点及难点重点：掌握什么是新陈代谢、生物氧化，高能磷酸化合物的概念及ATP的作用掌握呼吸链电子传递体的组成及排列方式，以及受抑制的部位掌握氧化磷酸化的部位，氧化磷酸化的作用机理。难点：与能量代谢有关的一些概念；呼吸链的组成成分、排列顺序；氧化磷酸化的机理。,第一节,新陈代谢总论,新陈代谢（metabolism）简称“代谢”，指活细胞中进行的所有化学反应的总称。包括同化作用即合成代谢，异化作用即分解作用。代谢的实质就是交换,是生物体与外界环境进行物质交换的过程。包括：消化、吸收、中间代谢、排泄。通过物质交换建造和修复生物体（按人的一生计,交换物质的总量约为体重的1200倍,人体所含的物质平均每10天更新一半）。通过能量交换推动生命运动，通过信息交换进行调控，保持生物体和环境的适应。人体为例：水（代谢水）每一周就有50为新的水分子；蛋白质80天就被更新一半，其中肝、血中的蛋白质10天就更新一半；组成人体的原子一年后98被更新。,新陈代谢,合成代谢（同化作用）,分解代谢（异化作用）,环境机体,生物小分子 大分子,（合成代谢）,吸能反应,放能反应,生物大分子 小分子,（分解代谢）,体内环境,能量代谢,物质代谢,新陈代谢的共同特点：,由酶催化，反应条件温和。2.诸多反应有严格的顺序，彼此协调。3.对周围环境高度适应。,物质代谢代谢途径类型,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递（氧化）,蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中间产物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,乙酰CoA在代谢中的作用,一、新陈代谢的研究方法,代谢途径的研究比较复杂，可从不同水平，主要对中间代谢进行研究。新陈代谢途径的阐明凝集了许多科学家的智慧与实验成果。如1904年德 国化学家Knoop提出的脂肪酸的氧化学说，1937年Krebs提出的柠檬酸循环。1.活体内（in vivo）和活体外(in vitro)实验2.同位素示踪法和核磁共振波谱法（NMR）3.代谢途径阻断法4.突变体研究法,二、生物体内能量代谢的基本规律,1.服从热力学原理。热力学第一定律是能量守恒定律，热力学第二定律指出，热的传导自高温流向低温。机体内的化学反应朝着达到其平衡点的方向进行。2.生化反应最重要的热力学函数是吉布斯自由能G。自由能是在恒温、恒压下，一个体系作有用功的能力的度量。用于判断反应可否自发进行，是放能或耗能反应。G0，表示体系自由能减少，反应可以自发进行，但是不等于说该反应一定发生或以能觉察的速率进行，是放能反应。G0，反应不能自发进行，吸收能量才推动反应进行。G0，体系处在平衡状态。,二、生物体内能量代谢的基本规律,3.自由能：生物体（或恒温恒压下）用以作功的能量。在没有作功条件时，自由能转变为热能丧失。自由能与另外两个函数有关，G=H-TS（H是总热量的变化，S是总熵的改变，T是体系的绝对温度）。4.熵：混乱度或无序性，是一种无用的能。,G=H-TS,对于 A+B C+D,G=-2.303 RT lgK K=CD/AB,三、高能化合物与ATP的作用,高能化合物,磷酸化合物,非磷酸化合物,磷氧型,磷氮型,硫酯键化合物,甲硫键化合物,烯醇磷酸化合物,酰基磷酸化合物,焦磷酸化合物,一般将水解时能够释放21 kJ/mol（5kCal/mol)以上自由能（G-21 kJ/mol）的化合物称为高能化合物。常用符号表示,根据分子中是否含有磷酸,必须注意：并非所有的磷酸化合物都是高能化合物。,（1）烯醇式磷酸化合物（例）,磷氧型高能磷酸化合物：,-61.9 kJ/mol,(2)酰基磷酸化合物（例）,-42.3 kJ/mol,（3）焦磷酸化合物（例）,磷氮型高能磷酸化合物：,-43.1 kJ/mol,(1)硫酯键型高能化合物（例）,非磷酸高能化合物：,乙酰辅酶A 31.4 kJ/mol,(2)甲硫型高能化合物（例）,41.8 kJ/mol,-H,ATP的特殊作用,ATP作用：是能量的携带者或传递者，而非贮存者，是能量货币,ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂,ATP（三磷酸腺苷）,焦磷酸,ATP是直接能源 APPP,其它核苷多磷酸为直接能源,高能磷酸化合物的转换与储存,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。,ATP的生成和利用,ATP,ADP,机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温),生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。,生物体把能量用在生命活动的各个方面,四、肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式,五、辅酶A的递能作用,辅酶A主要起传递酰基的作用，是各种酰化反应的辅酶，-SH携带酰基CoASH，CH3-CO-SCoA.CH3-CO-SCoA的乙酰基团是很活泼的,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递（氧化）,蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中间产物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,乙酰CoA在代谢中的作用,第二节,生物氧化,生物氧化的概念,能量是一切生物体活动所必需的。能量的来源，主要依靠生物体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化作用。有机物在生物体细胞内氧化分解成二氧化碳和水并释放出能量形成ATP的过程称为生物氧化（bioligical oxidation）。由于此过程通常要消耗氧，生成二氧化碳，并且在组织细胞内进行，所以生物氧化也叫做细胞呼吸或组织呼吸。生物氧化的主要生理意义是为生物体提供能量。,生物氧化的过程,生物氧化发生的场所线粒体,1948年，Eugene Kennedy和Albert Lehninger发现:真核生物氧化磷酸化的场所是线粒体原核生物氧化磷酸化的场所为细胞质膜,线粒体的结构：线粒体有两层膜结构，外膜对小分子（Mr5000）和离子为自由透过（通过跨膜通道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包括H+），只有内膜上存在特异运输体的物质可以透过。内膜上含有呼吸链和ATP合成酶。线粒体基质含有丙酮酸脱氢酶复合物和柠檬酸循环途径、脂肪酸-氧化途径、氨基酸氧化途径及酵解以外所有能量物质氧化途径。,线粒体的结构,嵴,线粒体基质,ATP合成酶,一、生物氧化的特点,（一）氧化还原的本质电子转移 氧化还原的本质是电子的转移,生物氧化的本质是电子的得失，失电子者为还原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体,生物体电子转移的主要形式：1.直接的电子转移 Fe2+Cu2+Fe3+Cu+,2.氢原子的转移 AH2+B A+BH2(H H+e)3.有机还原剂直接加氧,加氧时常常伴随有接受质子和电子而被还原成水。RH+O2+2H+2e ROH+H2O,一、生物氧化的特点,（二）生物氧化的特点1.在活细胞的水溶液内2.在pH近中性及体温条件下进行3.过程是逐步进行的酶促反应4.不需高温、强酸、强碱、强氧化剂5.能量是逐步释放的6.反应必须有水参加7.生物氧化的速度由细胞自动调控。,O2,CO2,H2O,有机物,热能,有机物在体外燃烧和在生物体内经有氧呼吸释放能量有何区别？,生物氧化与体外燃烧的比较,(1)直接脱羧,生物氧化中二氧化碳的生成是由于糖、蛋白质、脂肪等有机物转变成含羧基的化合物进行脱羧反应所至。,二、生物氧化中CO2的生成,(2)氧化脱羧,：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）,HOOCCH2CHOHCOOH,NADP+,NADPH+H+,O,苹果酸,CH3CCOOH+CO2,苹果酸酶,三、生物氧化中水的生成,代谢物在酶的作用下，将脱下的氢经过氢传递体，传给氧生成水。生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶催化的反应脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生成水，并产生ATP的问题。,三、生物氧化中 H2O 的生成,生物氧化中所生成的水是代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合而成的。糖类、蛋白质、脂肪等代谢物所含的氢在一般情况下是不活泼的，必须通过相应的脱氢酶将之激活后才能脱落。进入体内的氧也必须经过氧化酶激活后才能变为活性很高的氧化剂。但激活的氧在一般情况下，也不能直接氧化由脱氢酶激活而脱落的氢，两者之间尚需传递才能结合成水。所以生物体主要是以脱氢酶、传递体及氧化酶组成的生物氧化体系，以促进水的生成。,（一）呼吸链（respiratory chain)1、概念 代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一些列的传递体，最后传递给被激活的氧分子而生成水的全部体系叫做呼吸链。由于参与这一系列催化作用的酶和辅酶及中间传递体在膜（原核细胞膜、真核线粒体内膜）上一个接一个地构成了链状反应，故常将这种形式的氧化过程称为呼吸链。,三、生物氧化中 H2O 的生成,呼吸链包括：NADH-Q还原酶、琥珀酸-Q还原酶、细胞色素c 还原酶、细胞色素c氧化酶,NADH,NADH-Q还原酶,Q,细胞色素c还原酶,细胞色素c,O2,琥珀酸-Q还原酶,FADH2,细胞色素c氧化酶,在电子传递过程中释放出大量的自由能，使ADP磷酸化生成ATP，这是生物合成ATP的基本途径之一。实际上，生物体中能量获得的本质正是氢的氧化。,2、呼吸链种类 根据代谢物上脱下的氢的初始受体不同，在具有线粒体的生物中，典型的呼吸链有2种:NADH呼吸链：绝大部分分解代谢的脱氢氧化反应通过此呼吸链完成 FADH2呼吸链：只能催化某些代谢物脱氢,不能使 NADH 或 NADPH脱氢 其中NADH呼吸链应用最广泛，糖类、蛋白质、脂肪三大物质分解代谢中的脱氢氧化反应绝大多数是通过NADH呼吸链来完成的。,（二）呼吸链（respiratory chain),3、呼吸链的组成,（1）烟（尼克）酰胺脱氢酶类以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶，已知的有200多种 该类酶均为不需氧脱氢酶，即不以氧为直接受氢体。,在烟(尼克)酰胺脱氢酶的作用下，代谢物脱下的氢被其辅酶接受而转变为NADH 或NADPH;当有受H体存在时，NADH或NADPH上的H可被脱下而氧化为NAD+或NADP+。所以它既是一种脱氢酶，也是一种还原酶。,（2）黄素脱氢酶类以FMN或FAD为辅基的脱氢酶类 该类酶也属不需氧脱氢酶，催化代谢物脱下一对H原子，使FMN或FAD还原为FMNH2或FADH2。FMN 和 FAD 是比 NAD+或 NADP+更强的氧化剂。,3、呼吸链的组成,FMNH2 或 FADH2 可进一步将电子转移给辅酶Q。,（3）铁硫蛋白类（简写为Fe-S）铁硫蛋白(Fe-S)是一类与电子传递有关的非血红素铁蛋白，其作用是借铁的变价互变进行电子传递:Fe3+e Fe2+因铁硫蛋白的活性部分含有活泼的硫和铁原子，故称铁硫中心。,3、呼吸链的组成,铁硫蛋白在生物界广泛存在，在线粒体内膜上常与黄素酶或细胞色素结合成复合物而存在。在从NADH到氧的呼吸链中，有多个不同的铁硫中心，有的在NADH脱氢酶中，有的与细胞色素 b及c1有关。,铁硫蛋白有几种不同的类型,可概括为3类:,FeS 2Fe 2S 4Fe 4S,2Fe 2S,4Fe 4S,（4）辅酶Q类,电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类化合物,又名泛醌,简写为CoQ或Q。,3、呼吸链的组成,其分子中的苯醌结构能可逆地加氢还原而形成对苯二酚衍生物，故属于递氢体。,但它不能从底物接受氢，而是一种中间传递体;也是呼吸链中唯一一个和蛋白质结合不紧的传递体（辅酶），使它在黄素蛋白类和细胞色素类之间能够作为一种特殊灵活的电子载体起作用。,（5）细胞色素类一类含有血红素辅基的电子传递蛋白的总称,细胞色素主要是通过 Fe3+e Fe2+的互变起传递电子的作用。线粒体电子传递链至少含有5种细胞色素：a，a3，b，c，c1 它们的辅基结构略有不同:血红素A Cyt a，a3 血红素B Cyt b，血红蛋白，肌红蛋白 血红素C Cyt c1，c,3、呼吸链的组成,aa3、b、c1中辅基与蛋白质非共价结合，c 的辅基与蛋白质以硫醚键共价结合。典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的顺序是：b c1 c aa3 O2,a和a3组成一个复合体，无法分开，除含铁卟啉外，还有铜原子。Cyt aa3可直接以O2为电子受体，故aa3又称细胞色素c氧化酶。a与a3之间的2个铜离子，起电子传递作用：Cu+Cu2+的互变,将Cytc所携电子传递给O2。,b、c1、c、a Fe与卟啉环及蛋白形成6个共价键或配位键：4个与N，1个与His，1个与蛋白链中Met形成。a3Fe与卟啉环及蛋白形成5个配位键（不与Met形成)，空1个配位键与O2、CO、CN-等结合，其正常功能是与O2结合。,总结：呼吸链组分,酶蛋白 辅酶 在呼吸链中的作用一、脱氢酶 NAD+、NADP+二、黄素蛋白 FMN、FAD 三、铁硫蛋白 Fe、S 簇四、辅酶Q(CoQ)脂溶性醌类化合物五、细胞色素(Cyt)铁卟啉,4.呼吸链中传递体的顺序,确定呼吸链中各传递体顺序的方法依据：a.测定各电子传递体氧化还原电位的数值 按氧化还原电位由低到高顺序排列；b.利用电子传递抑制剂确定其顺序；c.通过电子传递体体外重组实验加以验证；d.根据从线粒体中分离到的传递体复合体排序(4种)。,MH2,NADH,-0.32,FMN,-0.30,CoQ,+0.04,b,+0.07,c1,+0.22,c,+0.25,aa3,+0.29,O2,+0.816,FAD,-0.18,鱼藤酮安密妥,抑制剂：,抗霉素A,氰化物，CO,叠氮化合物,电子传递抑制剂:能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质。,各组分E：低 高 电子迁移方向：低电位 高电位,G：逐步降低 放能,呼吸链的排列顺序：,物质的氧化还原电位越低，越容易失去子，传给氧化还原电位高的物质,呼吸链中的电子载体以多酶复合体形式发挥功能,1）NADH泛醌还原酶,简写:NADHQ还原酶,即复合体 I作用:催化NADH氧化脱氢及Q还原。它既是1种脱氢酶，也是1种还原酶 NADH+Q+H+NAD+QH2NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电 子供体之一。,NADHQ还原酶,NADH泛醌还原酶,NADHQ还原酶是线粒体内膜上最大的1个蛋白质复合物含有42条不同多肽链，其活性部分含有辅基 FMN 和铁硫蛋白。FMN 的作用是接受脱氢酶脱下的电子和质子，形成还原型FMNH2。还原型 FMNH2 可进一步将电子转移给Q。,2）琥珀酸-Q还原酶,琥珀酸-Q还原酶简写为复合体II 琥珀酸是生物代谢过程(三羧酸循环)中产生的中间产物,它在琥珀酸-Q还原酶(复合体II)催化下,将两个高能电子传递给Q。再通过QH2-Cyt c还原酶、Cyt c和Cyt c氧化酶将电子传递到O2。复合体II也是存在于线粒体内膜上的蛋白复合体,比复合体I结构简单，含4种不同的蛋白质。其活性部分含有辅基FAD和铁硫蛋白。复合体II的作用是催化琥珀酸的脱氢氧化和Q的还原。,3）泛醌细胞色素c还原酶,简写:QH2-Cyt c还原酶,即复合体III作用:催化还原型QH2氧化和细胞色素c(Cyt c)还原 QH2-Cyt c 还原酶 QH2+2 Cyt c(Fe3+)Q+2 Cyt c(Fe2+)+2H+复合体III是线粒体内膜上的1种跨膜蛋白复合体,是由2个相同单体组成的二聚体。每个单体由11种亚基组成。活性部分主要包括细胞色素b 和c1，以及铁硫蛋白（2Fe-2S）。,CoQH2+复合体,4H+,+2e,4）细胞色素c氧化酶,简写:Cyt c 氧化酶，即复合体 IV位于线粒体呼吸链末端,由13个多肽亚基组成。活性部分主要包括Cyta和a3,两者组成一个复合体，除含铁卟啉外，还含铜原子。Cyt a a3可以直接以O2为电子受体。在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生Cu+Cu2+的互变，将Cyt c所携带的电子传递给O2。,复合体+2H+,Cyt c,接受还原性辅酶上的氢原子对(2H+2e)，使辅酶分子氧化，并将电子对顺序传递，直至激活分子氧，使氧负离子(O2-)与质子对(2H+)结合，生成水。电子对在传递过程中逐步氧化放能，所释放的能量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反应，生成ATP。,5.呼吸链的作用,四、氧化磷酸化作用(Oxidative phosphorylation),伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化,ADP+Pi+能量 ATP,AMP+PPi+能量 ATP,（一）ATP的生成,氧化磷酸化,底物水平磷酸化,电子传递体系磷酸化,1.底物水平磷酸化,底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP生成ATP。,X+ADP ATP+X,P,是捕获能量的一种方式，在发酵作用（无氧呼吸）中是进行生物氧化取得能量的唯一方式。和氧的存在与否无关，在ATP 生成中没有氧分子参与，也不经 过电传递链传递电子。,特点:,底物水平磷酸化反应举例,2.电子传递体系磷酸化,是指当电子从NADH或FADH2经过电子传递体系(呼吸链)传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP的全过程。通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化。,（1）概念,1,是需氧生物获得ATP 的一种主要方式,是生物体内能量转移的主要环节,需要氧分子的参与。真核生物氧化磷酸化过程在线粒体内膜进行,原核生物在细胞质膜上进行。,特点：,（2）P/O比和由ADP生成ATP的数目,P/O比：物质氧化时，每消耗1mol氧原子所消耗的无机磷酸的mol数（或ADP mol数），即生成ATP的mol数。NADH呼吸链：P/O比值=2.5 FADH2呼吸链：P/O比值=1.5故推断从NADH到分子氧、FADH2到分子氧的呼吸链中，可分别合成2.5个、1.5个ATP。,利用P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位：,因此，NADHQ 存在偶联部位。,因此，Cytaa3O2 存在偶联部位。,Q Cyt c 存在偶联部位。,（3）呼吸链电子传递过程中的自由能变化,1,复合体I:NADHCoQ,E0=0.360V,G0=-69.5kJ/mol复合体III:CoQ Cytc,E0=0.190V,G0=-36.7kJ/mol复合体IV:Cytaa3 O2,E0=0.580V,G0=-112kJ/mol复合体II:FADH2CoQ,E0=0.085V,G0=-16.4kJ/mol,可见，当一对电子相继经过复合体、和时，每一步都释放出足以合成一分子ATP的自由能；但当一对电子经过复合体时，释放的能量不足以合成ATP,其作用仅仅是将电子由FADH2注入电子传递链。,（二）胞液中 NADH 的氧化磷酸化,在细胞质中经糖酵解产生的 NADH,不能透过线粒体内膜进入呼吸链以便进行有氧氧化。只能通过两种精妙的“穿梭”系统解决 NADH 的再氧化问题：甘油-磷酸穿梭系统 苹果酸-天冬氨酸穿梭系统,NADH+H+,线粒体内膜,甘油-磷酸穿梭作用,甘油-磷酸,FAD,二羟丙酮磷酸,FADH2,NADHFMNCoQbc1caa3O2,胞液甘油-磷酸脱氢酶；,线粒体甘油-磷酸脱氢酶(黄素蛋白脱氢酶),酵解,NADH,草酰乙酸,天冬氨酸,NAD+,苹果酸,苹果酸,NAD+,草酰乙酸,NADH,天冬氨酸,NADH呼吸链,苹果酸-天冬氨酸穿梭系统,转氨酶,转氨酶,细胞质,线粒体,细胞质苹果酸脱氢酶,线粒体苹果酸脱氢酶,线粒体内膜,化学偶联假说,结构偶联假说,化学渗透假说,（三）氧化磷酸化作用机制,氧化作用（电子传递）与磷酸化作用相偶联已经不存在任何疑问，但对二者究竟如何偶联，尚有许多未完全阐明的问题。共存在三种假说：,1.化学偶联假说,1953年 Edward Slater 最先提出。认为：电子传递产生一种高能共价中间物,它随后的裂解释放能量驱动ATP合成。但在电子传递体系磷酸化作用中一直未找到任何一种活泼的高能中间物。,1964年Paul Boyer最先提出。认为:电子沿呼吸链传递使线粒体内膜蛋白质组分发生构象变化,而形成一种高能形式,这种高能形式通过将能量提供给ATP合成而恢复其原来的构象。但至今未能找到有力的实验证据。,2.构象偶联假说,1961年英国生物化学家 Peter Mitchell 首先提出,1978年获诺贝尔化学奖。基本要点：电子经呼吸链传递时释放出的自由能,可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧,产生膜内外质子电化学梯度(H+浓度梯度和跨膜电位差),以此储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动 ADP 与 Pi 生成ATP。,3.化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis）,化学渗透假说得到较多实验证据的支持。氧化磷酸化作用的关键因素是质子（H+）梯度和完整的线粒体内膜。,内膜对H+不能自由通过，泵出膜外侧的H+使内膜外侧的H+浓度高于内侧，造成H+浓度的跨膜梯度，使外侧的pH 较内侧的pH 低1.0 单位左右,并使原有的外正内负的跨膜电位增高，此电位差中就包含着电子传递过程中所释放的能量，好象电池两极的离子浓度差造成电位差含有电能一样。这种质子梯度和电位梯度就是质子返回内膜的一种动力。,G=2.3 RT pH+Z F,pH=pH(内)pH(外),Z 是质子电荷(包括符号)，F是法拉第常数，是膜电位差,组成：Fo（疏水部分）+F1（亲水部分）+寡霉素敏感蛋白(oscp)Fo：是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道 F1:(33)催化生成ATP,ATP合成酶亦称复合体,利用线粒体内膜上的ATP 合成酶的特点，H+通过ATP 酶的特殊途径，返回到基质，使质子发生逆向回流。由于H+浓度梯度所释放的自由能，偶联ADP 与无机磷酸合成ATP，质子的电化学梯度也随之消失。,生理物质的氧化在多个位点（复合体、和）为跨膜质子梯度做贡献，而该梯度只在一个部位即FoF1-ATP酶处消减(合成ATP)。,由上述分析可以看出，Mitchell的理论认为：电子传递释放的自由能和ATP合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。,（四）氧化磷酸化的解偶联和抑制,解偶联剂:如2,4-二硝基苯酚、双羟香豆素、三氟甲氧基苯腙羰基氰化物等。,1.解偶联作用：使电子传递和ATP形成两个过程分离，只抑制ATP 的形成过程，不抑制电子传递过程和氧的利用,使电子传递产生的自由能都变为热能。,解偶联机制：2,4-二硝基苯酚破坏跨膜电位,2,4-二硝基苯酚（DNP）是最早发现的也是最典型的化学解偶联剂。它是一种亲脂性弱酸，在不同的pH 环境中可释放H+或结合H+：在pH 7.0 的环境中，DNP 以解离形式存在，不能透过线粒体膜；在酸性环境中，解离的DNP 质子化，变为脂溶性的非解离形式，能透过膜的磷脂双分子层，同时把一个质子从膜外侧带入到膜内侧，因而破坏电子传递形成的跨膜质子梯度，使氧化磷酸化与电子传递解偶联，抑制ATP 的形成。,2.抑制作用:通过与ATP合酶结合而阻断质子通 道,既抑制呼吸链中氧的利用,又抑制ATP的生成,抑制剂：如寡霉素。它能与ATP合酶Fo的亚基结合，抑制H转运。由于抑制了从膜间隙流回基质的质子流而阻断ATP合成。电子传递抑制剂（如鱼藤酮、抗霉素A和氰化物）能够阻断呼吸链中某一部位电子传递，也都阻止O2的消耗。,生物的一切活动都需要能量。能量来自体内有机物的氧化作用生物氧化。生物能学的基础概念，符合自然界中普遍的运动规律，即能量守恒与转化定律。物质中储存能量的释放主要通过代谢物脱下2H，经呼吸链中多种酶和辅酶逐步传递最终与O2结合生成H2O完成的。体内存在两条典型的呼吸链：NADH呼吸链和FADH2呼吸链。,提 要,从线粒体内膜的呼吸链可分离得到四种功能复合物:NADHQ还原酶(I)、琥珀酸-Q还原酶(II)、QH2-Cyt c还原酶(III)、Cyt c 氧化酶(IV)。CoQ和Cyt c不包含在这些复合物中。呼吸链电子传递过程中释放的能量,大约有40可使ADP磷酸化生成ATP，此过程称为氧化磷酸化偶联。电子传递体系磷酸化是生物获得ATP 的一种主要方式，代谢物脱下一对H（2e）经 NADH 呼吸链生成 2.5个ATP，经FADH2呼吸链生成 1.5个ATP。,化学渗透假说是解释氧化磷酸化机制的主要学说。该假说认为，电子经呼吸链传递释放的能量，可将H+从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧，产生质子电化学梯度储存能量。当质子梯度经ATP合酶通道回流时，驱动ADP磷酸化生成ATP。实验证实，复合体、和均有质子泵的作用。,问答题,1、生物氧化有何特点？以葡萄糖为例，比较体内氧化和体 外氧化异同。2、何谓高能化合物？体内ATP 有那些生理功能？3、氰化物和一氧化碳为什麽能引起窒息死亡？原理何在？名词解释生物氧化氧化磷酸化底物水平磷酸化呼吸链 磷氧比（P0）,