第五章 生物氧化.ppt

　　第五章

　　生物氧化

　　Biological Oxidation

　　物质在生物体内进行氧化称生物氧化(biological oxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。

　　(Gp:) 糖

　　(Gp:) 脂肪

　　(Gp:) 蛋白质

　　CO2和H2O

　　O2

　　能量

　　ADP+Pi

　　ATP

　　热能

　　生物氧化的概念

　　(Gp:) 糖原

　　(Gp:) 三酯酰甘油

　　(Gp:) 蛋白质

　　(Gp:) 葡萄糖

　　(Gp:) 脂酸+甘油

　　(Gp:) 氨基酸

　　乙酰CoA

　　TAC

　　2H

　　呼吸链

　　H2O

　　ADP+Pi

　　ATP

　　CO2

　　生物氧化的一般过程

　　第一节 氧化呼吸链是由具有电子传递功能的复合体组成

　　生物体将NADH+H+和FADH2彻底氧化生成水和ATP的过程与细胞的呼吸有关，需要消耗氧，参与氧化还原反应的组分由含辅助因子的多种蛋白酶复合体组成，形成一个连续的传递链，因此称为氧化呼吸链(oxidative respiratory chain)。也称电子传递链(electron transfer chain)。

　　氧化呼吸链的定义

　　酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。

　　一、氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成

　　人线粒体呼吸链复合体

　　泛醌不包含在上述四种复合体中。

　　(Gp:) Ⅳ

　　(Gp:) Cytc ox

　　(Gp:) NADH+H+

　　(Gp:) NAD+

　　(Gp:) 1/2O2+2H+

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) 胞液侧

　　(Gp:) 基质侧

　　(Gp:) 线粒体内膜

　　(Gp:) Ⅰ

　　(Gp:) QH2

　　(Gp:) Q

　　(Gp:) Ⅱ

　　(Gp:) 延胡索酸

　　(Gp:) 琥珀酸

　　(Gp:) QH2

　　(Gp:) Q

　　(Gp:) 4H+

　　(Gp:) 4H+

　　(Gp:) Ⅲ

　　(Gp:) 2H+

　　(Gp:) 4H+

　　(Gp:) Cytc ox

　　(Gp:) Cytc red

　　(Gp:) Cytc red

　　(Gp:) 2H+

　　(Gp:) 2H+

　　(Gp:) 电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置

　　(Gp:) Ⅳ

　　(Gp:) Cytc ox

　　(Gp:) NADH+H+

　　(Gp:) NAD+

　　(Gp:) 1/2O2+2H+

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) 胞液侧

　　(Gp:) 基质侧

　　(Gp:) 线粒体内膜

　　(Gp:) Ⅰ

　　(Gp:) QH2

　　(Gp:) Q

　　(Gp:) Ⅱ

　　(Gp:) 延胡索酸

　　(Gp:) 琥珀酸

　　(Gp:) 4H+

　　(Gp:) 4H+

　　(Gp:) Ⅲ

　　(Gp:) 4H+

　　(Gp:) 4H+

　　(Gp:) Cytc ox

　　(Gp:) Cytc red

　　(Gp:) Cytc red

　　(Gp:) 2H+

　　(Gp:) 2H+

　　(Gp:) 电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置

　　复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶或NADH脱氢酶，接受来自NADH+H+的电子并转移给泛醌(ubiquinone)。 复合体Ⅰ可催化两个同时进行的过程： 电子传递： NADH→FMN→Fe-S→ CoQ 质子的泵出：复合体Ⅰ有质子泵功能，每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧。

　　(一) 复合体Ⅰ将NADH+H+中的电子传递给泛醌

　　NAD+和NADP+的结构

　　R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+

　　NAD+(NADP+)和NADH(NADPH)相互转变

　　氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。

　　FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN·。在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状态，属于单、双电子传递体。

　　铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中一个铁原子可进行Fe2+ ? Fe3++e 反应传递电子。属于单电子传递体。

　　? 表示无机硫

　　铁硫蛋白

　　(Gp:) S

　　(Gp:) S

　　(Gp:) 无机硫

　　(Gp:) 半胱氨酸硫

　　泛醌(辅酶Q, CoQ, Q)由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链(人CoQ10)，氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。

　　复合体Ⅰ的功能

　　(Gp:) NADH+H+

　　(Gp:) NAD+

　　(Gp:) FMN

　　(Gp:) FMNH2

　　(Gp:) 还原型Fe-S

　　(Gp:) 氧化型Fe-S

　　(Gp:) Q

　　(Gp:) QH2

　　复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，又称琥珀酸-泛醌还原酶。 电子传递：琥珀酸→FAD→几种Fe-S →CoQ 复合体Ⅱ没有H+泵的功能。

　　(二)复合体Ⅱ将电子从琥珀酸传递到泛醌

　　(三)复合体Ⅲ将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c

　　复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶。人复合体Ⅲ含有细胞色素b(b562, b566)、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。 泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体Ⅲ。 电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH) →Fe-S →Cytc1→Cytc

　　细胞色素(cytochrome, Cyt)

　　细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。

　　复合体Ⅲ的电子传递通过“Q循环”实现。 复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体Ⅲ也有质子泵作用。 Cyt c是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体Ⅳ。

　　人复合体Ⅳ又称细胞色素C氧化酶(cytochrome c oxidase)。 电子传递：Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3–CuB→O2 Cyt a3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。复合体Ⅳ也有质子泵功能，每传递2个电子使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 。

　　(四)复合体Ⅳ将电子从细胞色素C传递给氧

　　复合体Ⅳ的电子传递过程

　　细胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2还原成水的过程，有强氧化性中间物始终和双核中心紧密结合，不会引起细胞损伤。

　　1、NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2 2、琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 →复合体Ⅱ →CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2

　　二、NADH和FADH2是氧化呼吸链的电子供体

　　根据电子供体及其传递过程，目前认为，氧化呼吸链有两条途径：

　　(Gp:) NADH

　　(Gp:) FMN (Fe-S)

　　(Gp:) 琥珀酸

　　(Gp:) FAD (Fe-S)

　　(Gp:) CoQ

　　(Gp:) Cyt b→Cyt c1→Cyt c

　　(Gp:) Cyt aa3

　　(Gp:) O2

　　(Gp:) NADH氧化呼吸链

　　(Gp:) FADH2氧化呼吸链

　　标准氧化还原电位 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧 将呼吸链拆开和重组

　　氧化呼吸链各组分的顺序排列是由以下实验确定的

　　呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位

　　第二节 氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化偶联生成ATP

　　底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)与脱氢反应偶联，生成底物分子的高能键，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。

　　ATP生成方式

　　一、氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ内

　　根据P/O比值 自由能变化: ⊿Go'=-nF⊿Eo'

　　氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

　　(Gp:) 线

　　(Gp:) 粒

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) 离

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) 实

　　(Gp:) 验

　　(Gp:) 测

　　(Gp:) 得

　　(Gp:) 的

　　(Gp:) 一

　　(Gp:) 些

　　(Gp:) 底

　　(Gp:) 物

　　(Gp:) 的

　　(Gp:) P/O

　　(Gp:) 比

　　(Gp:) 值

　　(Gp:) 底

　　(Gp:) 物

　　(Gp:) 呼

　　(Gp:) 吸

　　(Gp:) 链

　　(Gp:) 的

　　(Gp:) 组

　　(Gp:) 成

　　(Gp:) P/O

　　(Gp:) 比

　　(Gp:) 值

　　(Gp:) 可

　　(Gp:) 能

　　(Gp:) 生

　　(Gp:) 成

　　(Gp:) 的

　　(Gp:) ATP

　　(Gp:) 数

　　(Gp:) β

　　(Gp:) -

　　(Gp:) 羟

　　(Gp:) 丁

　　(Gp:) 酸

　　(Gp:) NAD

　　(Gp:) +

　　(Gp:) →

　　(Gp:) 复

　　(Gp:) 合

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) Ⅰ

　　(Gp:) →

　　(Gp:) CoQ

　　(Gp:) →

　　(Gp:) 复

　　(Gp:) 合

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) Ⅲ

　　(Gp:) 2.5

　　(Gp:) 2.5

　　(Gp:) →

　　(Gp:) Cyt

　　(Gp:) c

　　(Gp:) →

　　(Gp:) 复

　　(Gp:) 合

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) Ⅳ

　　(Gp:) →

　　(Gp:) O

　　(Gp:) 2

　　(Gp:) 琥

　　(Gp:) 珀

　　(Gp:) 酸

　　(Gp:) 复

　　(Gp:) 合

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) Ⅱ

　　(Gp:) →

　　(Gp:) CoQ

　　(Gp:) →

　　(Gp:) 复

　　(Gp:) 合

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) Ⅲ

　　(Gp:) 1.5 1.5

　　(Gp:) →

　　(Gp:) Cyt

　　(Gp:) c

　　(Gp:) →

　　(Gp:) 复

　　(Gp:) 合

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) Ⅳ

　　(Gp:) →

　　(Gp:) O

　　(Gp:) 2

　　(Gp:) 抗

　　(Gp:) 坏

　　(Gp:) 血

　　(Gp:) 酸

　　(Gp:) Cyt

　　(Gp:) c

　　(Gp:) →

　　(Gp:) 复

　　(Gp:) 合

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) Ⅳ

　　(Gp:) →

　　(Gp:) O

　　(Gp:) 2

　　(Gp:) 0.88

　　(Gp:) 1

　　(Gp:) 细

　　(Gp:) 胞

　　(Gp:) 色

　　(Gp:) 素

　　(Gp:) c (Fe

　　(Gp:) 2+

　　(Gp:) )

　　(Gp:) 复

　　(Gp:) 合

　　(Gp:) 体

　　(Gp:) Ⅳ

　　(Gp:) →

　　(Gp:) O

　　(Gp:) 2

　　(Gp:) 0.61

　　(Gp:) -

　　(Gp:) 0.68 1

　　(一)P/O 比值

　　指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数(或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数)。

　　(二)自由能变化

　　根据热力学公式，pH7.0时标准自由能变化(△G0′)与还原电位变化(△E0′)之间有以下关系：

　　n为传递电子数;F为法拉第常数(96.5kJ/mol·V)

　　△G0′ = -nF△E0′

　　电子传递链自由能变化

　　(Gp:) ATP

　　(Gp:) ATP

　　(Gp:) ATP

　　氧化磷酸化偶联部位

　　(Gp:) NADH

　　(Gp:) FMN (Fe-S)

　　(Gp:) 琥珀酸

　　(Gp:) FAD (Fe-S)

　　(Gp:) CoQ

　　(Gp:) Cyt b→Cyt c1→Cyt c

　　(Gp:) Cyt aa3

　　(Gp:) O2

　　二、氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度

　　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。

　　氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜; 线粒体内膜对H+、OH-、K+、Cl-离子是不通透的; 电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的跨内膜电化学梯度; 增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成，而线粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯度，结果电子虽可以传递，但ATP生成减少。

　　化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。

　　(Gp:) 线粒体基质

　　(Gp:) 线粒体膜

　　(Gp:) + + + +

　　(Gp:) - - - -

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) O2

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) e-

　　(Gp:) ADP + Pi

　　(Gp:) ATP

　　化学渗透假说简单示意图

　　*偶联机制

　　(Gp:) 电势能

　　(Gp:) 化学能

　　(Gp:) Ⅲ

　　(Gp:) Ⅰ

　　(Gp:) Ⅱ

　　(Gp:) Ⅳ

　　(Gp:) F0

　　(Gp:) F1

　　(Gp:) Cyt c

　　(Gp:) Q

　　(Gp:) NADH+H+

　　(Gp:) NAD+

　　(Gp:) 延胡索酸

　　(Gp:) 琥珀酸

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) 1/2O2+2H+

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) ADP+Pi

　　(Gp:) ATP

　　(Gp:) 4H+

　　(Gp:) 2H+

　　(Gp:) 4H+

　　胞液侧

　　基质侧

　　(Gp:) + + + + + + + + + +

　　(Gp:) - - - - - - - - -

　　电子传递过程复合体Ⅰ (4H+) 、Ⅲ (4 H+)和Ⅳ (2H+)有质子泵功能。

　　化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响

　　三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成 ATP

　　F1：亲水部分 (动物：α3β3γδε亚基复合体，OSCP、IF1 亚基)，线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，催化ATP合成。 F0：疏水部分(ab2c9~12亚基，动物还有其他辅助亚基)，镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子通道 。

　　ATP合酶结构组成

　　ATP合酶组成可旋转的发动机样结构

　　F0的2个b亚基的一端锚定F1的α亚基，另一端通过δ和α3β3稳固结合，使a、b2和α3β3、δ亚基组成稳定的定子部分。 部分γ和ε亚基共同形成穿过α3β3间中轴，γ还与1个β亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的c亚基环紧密结合。c亚基环、γ和ε亚基组成转子部分。 质子顺梯度向基质回流时，转子部分相对定子部分旋转，使ATP合酶利用释放的能量合成ATP。

　　当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。

　　ATP合酶的工作机制

　　ATP合成的结合变构机制(binding change mechanism)

　　四、ATP在能量代谢中起核心作用

　　细胞内代谢反应都是依序进行、能量逐步得失。

　　ATP称之为高能磷酸化合物，可直接为细胞的各种生理活动提供能量，同时也有利于细胞对能量代谢进行严格调控。

　　生物体能量代谢有其明显的特点。

　　高能磷酸键 水解时释放的能量大于25KJ/mol的磷酸酯键，常表示为?P。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物

　　一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能

　　(一)ATP是体内能量捕获和释放利用的重要分子

　　ATP是体内最重要的高能磷酸化合物，是细胞可直接利用的能量形式。

　　ATP在生物能学上最重要的意义在于，通过其水解反应释放大量自由能和需要供能的反应偶联，使这些反应在生理条件下完成。

　　(Gp:) 核苷二磷酸激酶的作用 ATP + UDP ADP + UTP ATP + CDP ADP + CTP ATP + GDP ADP + GTP

　　(Gp:) 腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMP

　　(二)ATP是体内能量转移和磷酸核苷化合物相互转变的核心

　　(三)ATP通过转移自身基团提供能量

　　因为ATP分子中的高能磷酸键水解释放能量多，易释放Pi、PPi基团，很多酶促反应由ATP通过共价键与底物或酶分子相连，将ATP分子中的Pi、PPi或者AMP基团转移到底物或酶蛋白上而形成中间产物，经过化学转变后再将这些基团水解而形成终产物。

　　磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。

　　(四)磷酸肌酸是高能键能量的储存形式

　　ATP的生成、储存和利用

　　ATP

　　ADP

　　(Gp:) 肌酸

　　(Gp:) 磷酸 肌酸

　　(Gp:) 氧化磷酸化 底物水平磷酸化

　　(Gp:) ~P

　　(Gp:) ~P

　　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。

　　第三节 氧化磷酸化的影响因素

　　一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率

　　氧化磷酸化是机体合成能量载体ATP的最主要的途径，因此机体根据能量需求调节氧化磷酸化速率，从而调节ATP的生成量。

　　二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程

　　(一)呼吸链抑制剂阻断电子传递过程

　　复合体Ⅰ抑制剂：鱼藤酮(rotenone)、粉蝶霉素A(piericidin A)及异戊巴比妥(amobarbital)等阻断传递电子到泛醌 。 复合体Ⅱ的抑制剂：萎锈灵(carboxin)。

　　复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A(antimycin A)阻断Cyt bH传递电子到泛醌(QN) ;粘噻唑菌醇则作用QP位点。 复合体Ⅳ 抑制剂：CN-、N3-紧密结合中氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。

　　(Gp:) NADH

　　(Gp:) FMN (Fe-S)

　　(Gp:) 琥珀酸

　　(Gp:) FAD (Fe-S)

　　(Gp:) CoQ

　　(Gp:) Cyt b→Cyt c→Cyt c

　　(Gp:) Cyt aa3

　　(Gp:) O2

　　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

　　不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响

　　(二)解偶联剂阻断ADP的磷酸化过程

　　解偶联剂(uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，基本作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度，使电化学梯度储存的能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。 如：二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP) ;解偶联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。

　　解偶联蛋白作用机制(棕色脂肪组织线粒体)

　　Ⅲ

　　(Gp:) Ⅰ

　　(Gp:) Ⅱ

　　(Gp:) F0

　　(Gp:) F1

　　(Gp:) Ⅳ

　　(Gp:) Cyt c

　　Q

　　胞液侧

　　基质侧

　　解偶联 蛋白

　　(Gp:) 热能

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) ADP+Pi

　　(Gp:) ATP

　　(三)ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成

　　这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可结合F0单位，二环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP)共价结合F0的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从F0质子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。

　　寡霉素(oligomycin)

　　寡霉素

　　ATP合酶结构模式图

　　可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。

　　电子传递链及氧化磷酸化系统概貌

　　ΔμH+ 跨膜质子电化学梯度;H+m内膜基质侧H+;H+c 内膜胞液侧H+

　　Na+，K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。

　　三、甲状腺激素可促进氧化磷酸化和产热

　　四、线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能。

　　线粒体DNA(mtDNA)呈裸露的环状双螺旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤修复系统，容易受到损伤而发生突变，其突变率远高于核内的基因组DNA。

　　五、线粒体的内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物

　　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内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。

　　线粒体内膜的某些转运蛋白对代谢物的转运

　　(一)胞浆中NADH通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链

　　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。

　　α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphate shuttle) 苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)

　　转运机制：

　　1. α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中

　　NADH+H+

　　FADH2

　　NAD+

　　FAD

　　线粒体 内膜

　　线粒体 外膜

　　膜间隙

　　线粒体 基质

　　(Gp:) α-磷酸甘油 脱氢酶

　　(Gp:) 呼吸链

　　(Gp:) 磷酸二羟丙酮

　　(Gp:) α-磷酸甘油

　　2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中

　　NADH +H+

　　NAD+

　　(Gp:) NADH +H+

　　(Gp:) NAD+

　　谷氨酸- 天冬氨酸 转运体

　　苹果酸-α-酮 戊二酸转运体

　　(Gp:) 苹果酸

　　(Gp:) 草酰乙酸

　　(Gp:) α-酮戊二酸

　　(Gp:) 谷氨酸

　　(Gp:) 苹果酸 脱氢酶

　　(Gp:) 谷草转 氨酶

　　胞液

　　线 粒 体 内 膜

　　基质

　　(Gp:) 呼吸链

　　(Gp:) 天冬氨酸

　　(二)ATP-ADP转位酶协调转运ADP进入和ATP移出线粒体

　　ATP4-

　　(Gp:) F0

　　(Gp:) F1

　　(Gp:) 胞液侧

　　(Gp:) 基质侧

　　(Gp:) 腺苷酸 转运蛋白

　　(Gp:) 磷酸 转运蛋白

　　ADP3-

　　H2PO4-

　　(Gp:) ATP4-

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) H+

　　(Gp:) H2PO4-

　　(Gp:) H2PO4-

　　(Gp:) ADP3-

　　(Gp:) ADP3-

　　每分子ATP4-和ADP3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷 ，相当于多1个H+转入线粒体基质。

　　第四节 其他氧化与抗氧化体系

　　反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)

　　(Gp:) O2

　　(Gp:) e-

　　(Gp:) O·-2

　　(Gp:) e-+2H+

　　(Gp:) H2O2

　　(Gp:) e-+H+

　　(Gp:) OH·

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) e-+H+

　　(Gp:) H2O

　　(Gp:) 反应活性氧类

　　一、线粒体氧化呼吸链也可产生活性氧

　　ROS主要来源

　　线粒体：超氧阴离子O·-2，是体内O·-2的主要来源; O·-2在线粒体中再生成H2O2和·OH。 过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电子交给O2生成H2O2和羟自由基·OH。 胞浆需氧脱氢酶(如黄嘌呤氧化酶等)也可催化生成O·-2。 细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等外源因素也可导致细胞产生活性氧类。

　　需氧脱氢酶和氧化酶

　　二、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能

　　抗氧化酶体系

　　1. 过氧化氢酶(catalase) 又称触酶，其辅基含4个血红素

　　(Gp:) 2H2O2

　　(Gp:) 2H2O + O2

　　(Gp:) 过氧化氢酶

　　可去除细胞生长和代谢产生的H2O2和过氧化物(R-O-OH)，是体内防止活性氧类损伤主要的酶。

　　2. 谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)

　　H2O2 + 2GSH → 2 H2O +GS-SG 2GSH + R-O-OH → GS-SG + H2O + R-OH

　　谷胱甘肽过氧化物酶

　　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。

　　谷胱甘肽还原酶

　　含硒的谷胱甘肽过氧化物酶

　　3. 超氧化物歧化酶

　　2O2﹣+ 2H+

　　SOD

　　H2O2 + O2

　　H2O + O2

　　过氧化氢酶

　　SOD：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase)

　　三、微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化

　　(Gp:) RH + NADPH + H+ + O2

　　(Gp:) ROH + NADP+ + H2O

　　上述反应需要细胞色素P450 (Cyt P450)参与。

　　细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase)，又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶(hydroxylase)

　　细胞色素P450单加氧酶作用机制