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生物氧化与能量代谢 医学院生化教研室 陈万群 * 生物氧化与体外氧化之相同点 生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。 物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。 生物体内能量产生的三个阶段 高能磷酸化合物 三、ATP-能量载体 ATP作为生物能的特点： 生物体内释放的能量大多用于ATP的生成。 生物体利用能量直接来源于ATP。 ATP在体内具有极高的转换率。 呼吸链*（电子传递链或电子传递系统） 细 胞 色 素 1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶 2. 复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶 3. 复合体Ⅲ: 泛醌-细胞色素c还原酶 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c 4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶 功能：将电子从细胞色素c传递给氧 第五节 氧化磷酸化 ※ 将底物的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP,这种ADP或其它核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化。( substrate level phosphorylation ) （一）氧化磷酸化偶联部位 （二） 氧化磷酸化的偶联机理 化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生内膜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ADP与Pi生成ATP。 三、影响氧化磷酸化的因素 寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成 四、线粒体外NADH的氧化磷酸化 胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。 转运机制主要有 α-磷酸甘油穿梭 (α-glycerophosphate shuttle) 苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle) 三、超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase，SOD) 四、微粒体中的酶类 线粒体基质 线粒体膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+ e- ADP + Pi ATP 化学渗透假说简单示意图 2. ATP合酶（F1F0ATP合酶） F1：亲水部分，具催化功能。 F0：疏水部分， 质子回流通道。 ATP合酶结构模式图 1. 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 2. 解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 如：解偶联蛋白 3. 氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。 如：寡霉素 （一）抑制剂 鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥 × 抗霉素A 二巯基丙醇 × CO、CN-、 N3-及H2S × 各种呼吸链抑制剂的阻断位点 解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体） Ⅲ Ⅰ Ⅱ F0 F1 Ⅳ Cyt c Q 胞液侧 基质侧 解偶联 蛋白 热能 H+ H+ ADP+Pi ATP 寡霉素 ATP合酶结构模式图 （二）ADP的调节作用 呼吸控制率(respiratory control ratio, RCR) （三）甲状腺激素 Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。 （四）线粒体DNA突变 与线粒体DNA病及衰老有关。 1. α-磷酸甘油穿梭机制（脑、骨骼肌） NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 线粒体 内膜 线粒体 外膜 膜间隙 线粒体 基质 α-磷酸甘油 脱氢酶 呼吸链 磷酸二羟丙酮 α-磷酸甘油 2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制（肝、心肌） 一、需氧脱氢酶和氧化酶 受 氢 体 辅 酶 （ 辅 基 ） 产 物 不 需 氧 脱 氢 酶 辅 酶 需 氧 脱 氢 酶 O 2 FMN 或 FAD H 2 O 2 氧 化 酶 O 2 H 2 O 受 氢 体 辅 酶 （ 辅 基 ） 产 物 不 需 氧 脱 氢 酶 辅 FMN、FAD、NAD等 需 氧 脱 氢 酶 O 2 FMN 或 FAD H 2 O 2 氧 化 酶 O 2 Cu,Fe等金属离子 2 O 第六节 非线粒体氧化体系The Others Oxidation Enzyme Systems （二）过氧化物酶(perioxidase)：以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物. R + H2O2 RO