生物氧化 (8)精选课件.ppt
关于生物氧化(8)第一页，本课件共有40页第一节第一节 概述概述一、生物氧化的特点一、生物氧化的特点二、线粒体氧化体系二、线粒体氧化体系三、非线粒体氧化体系三、非线粒体氧化体系四、参与生物氧化的酶类四、参与生物氧化的酶类 物物质质在在生生物物体体内内的的氧氧化化分分解解统统称称为为生生物物氧氧化化。依依细细胞胞定定位位和和功功能能不不同同可可将将生生物物氧氧化化划划分分为为两两种种体体系系:线线粒粒体体氧氧化化体系；体系；非线粒体氧化体系。非线粒体氧化体系。第二页，本课件共有40页一、生物氧化的特点一、生物氧化的特点 在在活活的的细细胞胞中中（pHpH接接近近中中性性、体体温温条条件件下下），有有机机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体参与下进行。物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体参与下进行。氧氧化化过过程程中中能能量量逐逐步步释释放放，其其中中一一部部分分由由一一些些高高能能化化合合物物（如如ATPATP）截截获获，再再供供给给机机体体所所需需。在在此此过过程程中中既既不不会会因因氧氧化化过过程程中中能能量量骤骤然然释释放放而而伤伤害害机机体体，又又能能使使释释放放的能量尽可得到有效的利用。的能量尽可得到有效的利用。第三页，本课件共有40页二、线粒体氧化体系二、线粒体氧化体系线粒体生物氧化线粒体生物氧化/细胞呼吸的定义细胞呼吸的定义高等动物和人的线粒体生物氧化大致分为三个阶段高等动物和人的线粒体生物氧化大致分为三个阶段线粒体生物氧化的主要生理意义线粒体生物氧化的主要生理意义线粒体生物氧化的特点线粒体生物氧化的特点第四页，本课件共有40页脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的中分解成共同的中间产物（如间产物（如丙酮丙酮酸、乙酰酸、乙酰CoA等）等）共同中间产物共同中间产物进入三羧酸循环进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由氧化脱下的氢由电子传递链传递电子传递链传递生成生成H2O，释放出释放出大量能量，其中一大量能量，其中一部分通过磷酸化储部分通过磷酸化储存在存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本结构成基本结构单位单位 生物氧化的三个阶段生物氧化的三个阶段第五页，本课件共有40页线粒体生物氧化的特点线粒体生物氧化的特点化学本质为消耗氧的氧化过程化学本质为消耗氧的氧化过程有机物被彻底氧化，氧化的终产物为有机物被彻底氧化，氧化的终产物为COCO2 2和和H H2 2O O氧化反应发生在细胞内，一系列酶参与了反应过程氧化反应发生在细胞内，一系列酶参与了反应过程反应是在体温、反应是在体温、pHpH接近中性和有水参与的温和环境中进接近中性和有水参与的温和环境中进行的行的反应过程中所产生的能量逐步释放，并能以反应过程中所产生的能量逐步释放，并能以ATPATP的形式偶联的形式偶联起来，供机体生命活动所需起来，供机体生命活动所需COCO2 2的生成是有机酸脱羧的结果，水是有机物脱下的氢经特的生成是有机酸脱羧的结果，水是有机物脱下的氢经特定复杂的传递过程最终与氧化合的产物定复杂的传递过程最终与氧化合的产物正常机体对于能量的生成、储存和利用具有精细的调节机制，正常机体对于能量的生成、储存和利用具有精细的调节机制，机能完全满足需要又不致造成浪费机能完全满足需要又不致造成浪费第六页，本课件共有40页三、非线粒体氧化体系三、非线粒体氧化体系分类：分类：主要包括发生在光滑内质网中的主要包括发生在光滑内质网中的微粒体氧化体系微粒体氧化体系和存在于微体中的和存在于微体中的过氧过氧化体氧化体系化体氧化体系。主要的生理意义：主要的生理意义：处理和消除环境污染处理和消除环境污染物、化学致癌物、药物和毒物以及体内物、化学致癌物、药物和毒物以及体内代谢有害物等。代谢有害物等。第七页，本课件共有40页四、参与生物氧化的酶类四、参与生物氧化的酶类（一）参与线粒体生物氧化体系的酶类（一）参与线粒体生物氧化体系的酶类1.氧化酶类氧化酶类2.需氧脱氢酶类需氧脱氢酶类3.不需氧脱氢酶类：以不需氧脱氢酶类：以NAD+（或（或NADP+）为辅酶的不）为辅酶的不需氧脱氢酶类；以需氧脱氢酶类；以FMN（或（或FAD）为辅基的不需氧）为辅基的不需氧脱氢酶类脱氢酶类（二）参与非线粒体氧化体系的酶类（二）参与非线粒体氧化体系的酶类加单氧酶类、过氧化物酶类、超氧化物岐化酶类加单氧酶类、过氧化物酶类、超氧化物岐化酶类第八页，本课件共有40页第二节第二节 生物氧化中二氧化碳的生成生物氧化中二氧化碳的生成 方方式式：糖糖、脂脂、蛋蛋白白质质等等有有机机物物转转变变成成含含羧羧基基的的中间化合物，然后在酶催化下中间化合物，然后在酶催化下脱羧脱羧而生成而生成COCO2 2。类型类型：直接脱羧作用：直接脱羧作用：-脱羧和脱羧和-脱羧脱羧 氧化脱羧作用：氧化脱羧作用：-氧化脱羧和氧化脱羧和-氧化脱羧氧化脱羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶CH2-NH2R第九页，本课件共有40页第三节、第三节、线粒体氧化体系线粒体氧化体系 一、线粒体结构特点一、线粒体结构特点二、电子传递呼吸链的概念电子传递呼吸链的概念三、呼吸链的组成三、呼吸链的组成四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化五、呼吸链的作用五、呼吸链的作用六、能量的储存和利用六、能量的储存和利用第十页，本课件共有40页线粒体结构线粒体结构第十一页，本课件共有40页线粒体呼吸链线粒体呼吸链 线线粒粒体体基基质质是是呼呼吸吸底底物物氧氧化化的的场场所所，底底物物在在这这里里氧氧化化所所产产生生的的NADHNADH和和FADHFADH2 2将将质质子子和和电电子子转转移移到到内内膜膜的的载载体体上上，经经过过一一系系列列氢氢载载体体和和电电子子载载体体的的传传递递，最最后后传传递递给给O O2 2生生成成H H2 2O O。这这种种由由载载体体组组成成的的电电子子传传 递递 系系 统统 称称 电电 子子 传传 递递 链链（eclctron eclctron transfer transfer chain),chain),因因为为其其功功能能和和呼呼吸吸作作用用直直接接相相关关，亦亦称称为为呼呼吸链吸链。第十二页，本课件共有40页呼吸链的组成呼吸链的组成1.1.NADNAD+或或NADPNADP+为辅酶的脱氢酶类为辅酶的脱氢酶类2.2.黄素蛋白酶类黄素蛋白酶类3.3.辅酶（泛醌）辅酶（泛醌）4 4.铁铁-硫蛋白类硫蛋白类5 5.细胞色素类细胞色素类递氢体递氢体递电子体递电子体第十三页，本课件共有40页烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类 特特点点：以以NADNAD+或或NADPNADP+为为辅辅酶酶，存存在在于于线线粒体、基质或胞液中。粒体、基质或胞液中。传递氢机理传递氢机理:NAD(P)NAD(P)+2H+2H+2e NAD(P)H+H+2e NAD(P)H+H+第十四页，本课件共有40页黄素蛋白酶类黄素蛋白酶类 特点特点：以以FAD或或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白类别类别：黄素脱氢酶类（如黄素脱氢酶类（如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）需氧脱氢酶类（如需氧脱氢酶类（如L氨基酸氧化酶）氨基酸氧化酶）加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）递氢机理：递氢机理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2第十五页，本课件共有40页铁硫蛋白铁硫蛋白 +e 传递电子机理传递电子机理：Fe3+Fe2+-e 特特点点：含含有有Fe和和对对酸酸不不稳稳定定的的S原原子子，Fe和和S常常以以等等摩摩尔尔量量存存在在（Fe2S2,Fe4S4)，构构成成FeS中中心心，Fe与与蛋蛋白白质质分分子子中中的的4个个Cys残残基基的的巯巯基与蛋白质相连结。基与蛋白质相连结。第十六页，本课件共有40页铁硫蛋白的结构及递电子机理铁硫蛋白的结构及递电子机理S Fe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys传递电子机理传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+e第十七页，本课件共有40页CoQ 特点：带带有有聚聚异异戊戊二二烯烯侧侧链链的的苯苯醌醌，脂脂溶溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由泳动性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由泳动。+2H 传递氢机理：CoQ CoQH2 2H第十八页，本课件共有40页CoQ的结构和递氢原理的结构和递氢原理CoQ+2H CoQH2第十九页，本课件共有40页细胞色素细胞色素 传递电子机理传递电子机理：+e +e Fe3+Fe2+Cu2+Cu+e e 特特点点：以以血血红红素素（heme）为为辅辅基基，血血红红素素的的主主要要成成份份为铁卟啉。为铁卟啉。类类别别:根根据据吸吸收收光光谱谱分分成成a、b、c三三类类，呼呼吸吸链链中中含含5种种（b、c、c1、a和和a3)，cyt b和和cytc1、cytc在在呼呼吸吸链链中中的的中中为为电电子子传传递递体体，a和和a3以以复复合合物物物物存存在在，称称细细胞胞色色素素氧氧化化酶酶，其其分分子子中中除除含含Fe外外还还含含有有Cu，可可将将电电子子传传递给氧，因此亦称其为递给氧，因此亦称其为末端氧化酶末端氧化酶。第二十页，本课件共有40页细胞色素血红素的结构细胞色素血红素的结构传递电子机理传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+e 波长/nm 还原型还原型Cytc的吸收光谱的吸收光谱第二十一页，本课件共有40页NADH呼吸链呼吸链NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFADFe-S琥珀酸琥珀酸等等复合物复合物 II复合物复合物 IV复合体复合体 I复合物复合物 IIINADH脱氢酶脱氢酶细胞色素细胞色素还原酶还原酶细胞色素细胞色素氧化酶氧化酶琥珀酸琥珀酸-辅酶辅酶Q还原酶还原酶FADH2呼吸链呼吸链第二十二页，本课件共有40页NADHNADH呼吸链电子传递和水的生成呼吸链电子传递和水的生成H2O12O2O2-MH2还原型代还原型代 谢底物谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+细胞色素细胞色素b-c-c1-aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 谢底物谢底物FADH2呼吸链电子传递和水的生成呼吸链电子传递和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+细胞色素细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸延胡索酸2e第二十三页，本课件共有40页呼吸链中电子传递时自由能的下降呼吸链中电子传递时自由能的下降FADH22e-NADH第二十四页，本课件共有40页呼吸链的作用呼吸链的作用（一）代谢水的生成（一）代谢水的生成 代谢物脱下的氢代谢物脱下的氢（2H+2e）通过递氢体和递电子通过递氢体和递电子体的连续传递最终使氧激活体的连续传递最终使氧激活（1/2O2+2eO2-），活化的氧活化的氧（O2-）与介质中的两个质子与介质中的两个质子（2H+）化化合成水，完成呼吸链的一次全程传递。合成水，完成呼吸链的一次全程传递。（二）能量的生成（二）能量的生成 氧化磷酸化氧化磷酸化第二十五页，本课件共有40页 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用1、氧化磷酸化和磷氧比（氧化磷酸化和磷氧比（P/OP/O）的概念的概念2 2、氧化磷酸化的偶联机理氧化磷酸化的偶联机理3 3、氧化磷酸化的影响因素氧化磷酸化的影响因素4 4、化学渗透学说化学渗透学说 第二十六页，本课件共有40页氧化磷酸化氧化磷酸化 代谢物脱下的氢在呼吸链一系列氢转移和电子代谢物脱下的氢在呼吸链一系列氢转移和电子传递的氧化过程中释放的能量使传递的氧化过程中释放的能量使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程叫做氧化磷酸化。的过程叫做氧化磷酸化。类别类别：底物水平磷酸化底物水平磷酸化 P121 电子传递水平磷酸化电子传递水平磷酸化ADP+Pi ATP+H ATP+H2 2O O生物氧化过程中生物氧化过程中释放出的自由能释放出的自由能第二十七页，本课件共有40页磷氧比（磷氧比（P/O）呼呼吸吸过过程程中中无无机机磷磷酸酸（P Pi i）消消耗耗量量和和分分子子氧氧（O O2 2）消消耗耗量量的的比比值值称称为为磷磷氧氧比比。由由于于在在氧氧化化磷磷酸酸化化过过程程中中，每每传传递递一一对对电电子子消消耗耗一一个个氧氧原原子子，而而每每生生成成一一分分子子ATPATP消消耗耗一一分分子子P Pi i ，因因此此P/O的的数数值值相相当当于于一一对对电电子子经经呼呼吸链传递至分子氧所产生的吸链传递至分子氧所产生的ATPATP分子数。分子数。NADHNADHFADHFADH2 2O O2 212H H2 2O OH H2 2O O例例 实测得实测得NADHNADH呼吸链呼吸链：P/O 3ADP+ADP+PiPi ATP ATP实测得实测得FADHFADH2 2呼吸链呼吸链：P/O 2O O2 2122e-2e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATP第二十八页，本课件共有40页2 2、氧化磷酸化的偶联部位、氧化磷酸化的偶联部位H H2 2O O2 2H H+CytcCytcCytcCytcCytcCytcQ QFMNFMNFeSFeSFeSFeSCytcCytc1 1CytbCytbK KCytbCytbr rCytaCytaFeSFeSCytaCyta3 32 2e e-2 2e e-NADH+HNADH+H+NADNAD+O O2 2+2H+2H+H H2 2O O4 4H H+2 2H H+2 2H H+复合物复合物 III12第二十九页，本课件共有40页3 3、氧化磷酸化的影响因素、氧化磷酸化的影响因素呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 有些物质以专一的结合部位抑制呼吸链的正常传递，影响氧有些物质以专一的结合部位抑制呼吸链的正常传递，影响氧化磷酸化作用，从而妨碍或破坏能量的供给。化磷酸化作用，从而妨碍或破坏能量的供给。解偶联剂解偶联剂 解除氧化磷酸化的偶联作用的物质，称为解偶联剂。解除氧化磷酸化的偶联作用的物质，称为解偶联剂。离子载体抑制剂离子载体抑制剂 有些物质可与有些物质可与K+或或Na+形成脂溶性复合物，将线粒体内的形成脂溶性复合物，将线粒体内的K+转转移到胞液。这种转移过程消耗了生物氧化过程释放的能量，移到胞液。这种转移过程消耗了生物氧化过程释放的能量，从而抑制了从而抑制了ADP+Pi生成生成ATP的磷酸化作用。的磷酸化作用。底物水平磷酸化底物水平磷酸化 第三十页，本课件共有40页内膜内膜F F0 0F F1 1 ATPATP酶酶e e-ADP+PiADP+Pi底物底物H H+ATPATPH H+H H+H H+基质基质膜间隙膜间隙电子传递链电子传递链 电子传递的自由能电子传递的自由能驱动驱动H H+从线粒体基质从线粒体基质跨过内膜进入到膜间跨过内膜进入到膜间隙，从而形成隙，从而形成H H+跨线跨线粒体内膜的电化学梯粒体内膜的电化学梯度，这个梯度的电化度，这个梯度的电化学势学势(H H+)驱动驱动ATPATP的合成。的合成。化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothasis)chemiosmotic hypothasis)第三十一页，本课件共有40页化学渗透假说原理示意图化学渗透假说原理示意图4H+2H+2H+4H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高高质质子子浓浓度度H2O2e-+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _质子流质子流线粒体内膜线粒体内膜磷酸化磷酸化 氧化氧化 第三十二页，本课件共有40页能量的储存和利用能量的储存和利用生物体内能量的生成、储存和利用总是围绕着生物体内能量的生成、储存和利用总是围绕着ADP磷酸化的吸能反应和磷酸化的吸能反应和ATP水解的方能反应进行的。水解的方能反应进行的。当机体能量供大于求时，当机体能量供大于求时，ATP在磷酸肌酸激酶的作在磷酸肌酸激酶的作用下，将其所含能量转移给肌酸以磷酸肌酸的形用下，将其所含能量转移给肌酸以磷酸肌酸的形式储存起来。式储存起来。当机体能量供不应求时，在酶的作用下，磷酸肌酸可当机体能量供不应求时，在酶的作用下，磷酸肌酸可将所储存的能量交给将所储存的能量交给ADP磷酸化成磷酸化成ATP以供所需。以供所需。第三十三页，本课件共有40页第四节第四节 非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系 通过线粒体细胞色素系统进行氧化的体系是一切动物、植物、微生物主要通过线粒体细胞色素系统进行氧化的体系是一切动物、植物、微生物主要氧化途径，它与氧化途径，它与ATP的生成紧密相关。除此以外，生物体内还存在一些其的生成紧密相关。除此以外，生物体内还存在一些其它氧化系统，其特点是从底物脱氢到它氧化系统，其特点是从底物脱氢到H2O的生成是经过其它末端氧化酶完成的生成是经过其它末端氧化酶完成的，与的，与ATP的生成无关，但各自具有重要的生理功能。的生成无关，但各自具有重要的生理功能。生物体内主要的其它氧化系统如下：生物体内主要的其它氧化系统如下：微粒体氧化体系微粒体氧化体系 过氧化体氧化体系过氧化体氧化体系 自由基与自由基与超氧化物歧化酶氧化系统超氧化物歧化酶氧化系统第三十四页，本课件共有40页微粒体氧化体系微粒体氧化体系微粒体氧化体系存在于细胞的光滑内质网上。根据催化底物加氧反应情况不同，可分为：加单氧酶系和加双氧酶系第三十五页，本课件共有40页加单氧酶系加单氧酶系/混合功能氧化酶混合功能氧化酶/羟化酶羟化酶组成：由组成：由NADPH-细胞色素细胞色素P450还原酶、细胞色素还原酶、细胞色素P450、FAD等组成的一种复杂酶系。等组成的一种复杂酶系。RH+NADPH+H+O2ROH+NADP+H2O主要功能：主要功能：参与生物体内正常物质代谢；参与生物体内正常物质代谢；参与某些毒物和药物的解毒转化和代谢清除反应。参与某些毒物和药物的解毒转化和代谢清除反应。第三十六页，本课件共有40页加双氧酶系加双氧酶系/转氧酶转氧酶催化两个氧原子直接加到底物分子特定催化两个氧原子直接加到底物分子特定的双键上，使该底物分子分解成两部分。的双键上，使该底物分子分解成两部分。R=R+O2R=O+R=O作用：参与生物体内物质代谢。作用：参与生物体内物质代谢。第三十七页，本课件共有40页过氧化体氧化体系过氧化体氧化体系过氧化氢的生成过氧化氢的生成 过氧化体中含有较多的需氧脱氢酶，它们可催化物质过氧化体中含有较多的需氧脱氢酶，它们可催化物质脱氢氧化，产生过氧化氢。脱氢氧化，产生过氧化氢。过氧化氢对机体的影响过氧化氢对机体的影响 有利的影响与有害的影响。有利的影响与有害的影响。机体对过氧化氢的处理和利用机体对过氧化氢的处理和利用 过氧化氢酶过氧化氢酶：催化过氧化氢分解为水和氧：催化过氧化氢分解为水和氧 过氧化物酶过氧化物酶：催化酚类或胺类物质脱氢：催化酚类或胺类物质脱氢 谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽过氧化物酶：可催化还原型谷胱甘肽与过氧化氢：可催化还原型谷胱甘肽与过氧化氢反应，使过氧化氢分解，从而保护脂膜和血红蛋白免受反应，使过氧化氢分解，从而保护脂膜和血红蛋白免受氧化，维持它们的正常功能。氧化，维持它们的正常功能。第三十八页，本课件共有40页自由基与超氧化物岐化酶自由基与超氧化物岐化酶自由基的概念：自由基的概念：带有未配电子的原子或化学基团。带有未配电子的原子或化学基团。氧自由基的产生与危害：氧自由基的产生与危害：氧自由基主要指超氧化阴离子和羟基自由基及它们的活性氧自由基主要指超氧化阴离子和羟基自由基及它们的活性衍生物；它们以不同的作用方式使蛋白质或酶分子中的巯衍生物；它们以不同的作用方式使蛋白质或酶分子中的巯基氧化而失去生物学功能；自由基与肿瘤、动脉粥样硬化、基氧化而失去生物学功能；自由基与肿瘤、动脉粥样硬化、衰老有关。衰老有关。机体对自由基的清除机体对自由基的清除 超氧化物岐化酶超氧化物岐化酶：催化超氧化阴离子与质子发生反应生：催化超氧化阴离子与质子发生反应生成氧和过氧化氢，过氧化氢进一步被相应的酶分解，从成氧和过氧化氢，过氧化氢进一步被相应的酶分解，从而保护机体免受氧自由基的损伤。而保护机体免受氧自由基的损伤。抗氧化剂抗氧化剂第三十九页，本课件共有40页感谢大家观看第四十页，本课件共有40页
