生物氧化(2)精选PPT.ppt

关于生物氧化 (2)第1页，讲稿共95张，创作于星期二第第 一一 节节概概 述述第2页，讲稿共95张，创作于星期二三三大大营营养养物物质质（主主要要指指糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等）在在生生物物体体内内氧氧化化分分解解时时逐逐步步释释放放能能量量，最最终终生成生成CO2 和和 H2O的过程称的过程称生物氧化生物氧化。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念 第3页，讲稿共95张，创作于星期二二、二、生物氧化与体外氧化的相同点生物氧化与体外氧化的相同点生生物物氧氧化化中中物物质质的的氧氧化化方方式式有有加加氧氧、脱脱氢氢、失失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。电子，遵循氧化还原反应的一般规律。物物质质在在体体内内外外氧氧化化时时所所消消耗耗的的氧氧量量、最最终终产产物物（CO2，H2O）和释放能量均相同。）和释放能量均相同。第4页，讲稿共95张，创作于星期二是是在在细细胞胞内内温温和和的的环环境境中中（体体温温，pH接接近近中中性性），逐逐步步进进行行酶酶促促反反应应。生生成成的的能能量量分分别别以以热热能能和和化化学学能能（ATP）的的形形式式释释放放，能能量量的的释释放放是是逐步逐步实现的。实现的。进进行行广广泛泛的的加加水水脱脱氢氢反反应应使使物物质质能能间间接接获获得得氧氧，并并增增加加脱脱氢氢的的机机会会；脱脱下下的的氢氢与与氧氧结结合合产产生生H2O，有有机机酸酸脱羧脱羧产生产生CO2。三、生物氧化与体外氧化的不同点三、生物氧化与体外氧化的不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化是是在在体体外外高高温温、高高压压等等剧剧烈烈地条件下进行的。地条件下进行的。能量全部以能量全部以热能热能的形式释放。的形式释放。产产生生的的CO2、H2O由由物物质质中中的碳和氢的碳和氢直接直接与氧结合生成。与氧结合生成。第5页，讲稿共95张，创作于星期二糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂肪酸脂肪酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA TAC TAC 2H2H 呼呼吸吸链链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 四、生物氧化的一般过程四、生物氧化的一般过程逐步逐步第6页，讲稿共95张，创作于星期二是是在在细细胞胞内内温温和和的的环环境境中中（体体温温，pH接近中性），逐步进行酶促反应。接近中性），逐步进行酶促反应。生生成成的的能能量量分分别别以以热热能能和和化化学学能能（ATP）的的形形式式释释放放，能能量量的的释释放放是逐步实现的。是逐步实现的。进进行行广广泛泛的的加加水水脱脱氢氢反反应应使使物物质质能能间间接接获获得得氧氧，并并增增加加脱脱氢氢的的机机会会；脱脱下下的的氢氢与与氧氧结结合合产产生生H2O，有有机机酸酸脱脱羧羧产生产生CO2。生物氧化与体外氧化的不同点生物氧化与体外氧化的不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化是是在在体体外外高高温温、高高压压等等剧剧烈地条件下进行的。烈地条件下进行的。能量全部以热能的形式释放。能量全部以热能的形式释放。产产生生的的CO2、H2O由由物物质质中中的碳和氢的碳和氢直接直接与氧结合生成。与氧结合生成。第7页，讲稿共95张，创作于星期二五、生物氧化中二氧化碳的生成五、生物氧化中二氧化碳的生成脱羧脱羧l生物氧化中生物氧化中CO2的生成是由于糖、脂类、蛋的生成是由于糖、脂类、蛋白质等有机物转变成含羧基的化合物进行白质等有机物转变成含羧基的化合物进行脱羧反应所致。脱羧反应所致。COO-H+丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶 CHO C=O +CO2 CH3 CH3第8页，讲稿共95张，创作于星期二单纯脱羧单纯脱羧氧化脱羧氧化脱羧(伴随脱氢伴随脱氢)单纯脱羧单纯脱羧氧化脱羧氧化脱羧 (伴随脱氢伴随脱氢)(草酰乙酸）草酰乙酸）(乙醛）乙醛）第9页，讲稿共95张，创作于星期二氧化还原反应：氧化还原反应：有电子从一种物质转移到另一种物质的化学反应。有电子从一种物质转移到另一种物质的化学反应。即电子转移就是氧化即电子转移就是氧化-还原反应。提供电子的分子称为还原剂，接受还原反应。提供电子的分子称为还原剂，接受电子的分子称为氧化剂。电子的分子称为氧化剂。氧化氧化-还原反应往往是可逆的，物质失去电子后，称为氧化还原反应往往是可逆的，物质失去电子后，称为氧化型，氧化型再得到电子又成为还原型。型，氧化型再得到电子又成为还原型。六、体内物质氧化的主要方式六、体内物质氧化的主要方式第10页，讲稿共95张，创作于星期二l生物体内电子转移主要形式生物体内电子转移主要形式 1.1.直接进行电子转移（失电子）直接进行电子转移（失电子）Fe Fe2+2+Cu+Cu2+2+FeFe3+3+Cu+Cu+2.2.氢原子的转移氢原子的转移(脱氢）脱氢）AH AH2 2+B+B A+BHA+BH2 2 3.3.有机还原剂直接加氧（加氧）有机还原剂直接加氧（加氧）RH+ORH+O2 2 +H+H+2e+2e ROH+HROH+H2 2O O第11页，讲稿共95张，创作于星期二第二节第二节 呼呼 吸吸 链链Respiratory ChainRespiratory Chain 第12页，讲稿共95张，创作于星期二定义定义呼呼吸吸链链，又又称称电电子子传传递递链链(electron transfer chain)是是位位于于线线粒粒体体内内膜膜上上一一组组排排列列有有序序的的递递氢氢体体和和递递电电子子体体（酶酶和和辅辅酶）构成的功能单位。酶）构成的功能单位。作用作用 将将生生物物氧氧化化脱脱下下的的氢氢和和电电子子经经各各传传递递体体的的链链式式反反应应，依次传递给氧生成水，并产生能量用于依次传递给氧生成水，并产生能量用于ATP的生成。的生成。第13页，讲稿共95张，创作于星期二一、呼吸链的组成一、呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)*泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。均不包含在上述四种复合体中。第14页，讲稿共95张，创作于星期二 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-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第15页，讲稿共95张，创作于星期二呼吸链主要成员及其作用呼吸链主要成员及其作用 烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类 黄素蛋白类黄素蛋白类 铁硫蛋白（铁硫蛋白（Fe-S）泛醌（泛醌（CoQ）细胞色素类（细胞色素类（Cyt）第16页，讲稿共95张，创作于星期二1.烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类（nicotinamide dehydrogenases）NAD+(COI)(1)辅酶辅酶 NADP+(COII)(2)作用作用:递氢体递氢体 功能部位：功能部位：吡啶环吡啶环 Vit?第17页，讲稿共95张，创作于星期二NAD+和和NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+第18页，讲稿共95张，创作于星期二 呼吸链呼吸链 2H +NAD+NADH+H+传递给传递给 FMN (3)递氢机理递氢机理吡啶环吡啶环第19页，讲稿共95张，创作于星期二2.黄素蛋白酶类黄素蛋白酶类(flavin proteinases)FMN-呼吸链中呼吸链中,FMN作为作为NADH脱氢酶脱氢酶的辅基的辅基;(1)辅基辅基 FAD-作为作为琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶的辅基的辅基;(2)作用作用:递氢体递氢体 功能部位：功能部位：异咯嗪环的异咯嗪环的N1和和N10（FP1）(FP2)第20页，讲稿共95张，创作于星期二（3）递氢机理）递氢机理 NADH+H+FMNH2 均可传递给均可传递给COQ 琥珀酸脱氢琥珀酸脱氢 FADH2呼吸链呼吸链（Fe-S）110第21页，讲稿共95张，创作于星期二CH2-SFeSFeSFeSFeSCH2-SS-CH2S-CH23.3.铁硫蛋白类铁硫蛋白类(iron-sulfur proteins,Fe-S)(iron-sulfur proteins,Fe-S)铁铁硫硫蛋蛋白白中中辅辅基基铁铁硫硫簇簇(Fe-S)含含有有等等量量铁铁原原子子和和硫硫原原子子，其其中中铁铁原原子子可可进进行行Fe2+-Fe3+e 反反应应传传递递电电子。子。第22页，讲稿共95张，创作于星期二 铁硫蛋白类铁硫蛋白类常见铁硫族常见铁硫族:Fe4-S4 或或 Fe2-S2第23页，讲稿共95张，创作于星期二在呼吸链中：在呼吸链中：FMN (Fe-S)(1)存在形式存在形式 FAD (Fe-S).b(2)作用作用:递电子体递电子体(3)递电子机理递电子机理 Fe3+Fe2+and Cyt.b.C1 (Fe-S)等复合物形式等复合物形式e e第24页，讲稿共95张，创作于星期二4.泛醌（泛醌（ubiquinone,CoQ10,Q10）作用作用:递氢体递氢体泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。（非蛋白电子载体）（非蛋白电子载体）(1)结构结构 醌类化合物醌类化合物 第25页，讲稿共95张，创作于星期二 FMNH2 COQ2H2e2H+传递给一系列传递给一系列Cyt类进一步传递类进一步传递在呼吸链中在呼吸链中（Fe-S）FADH2 （Fe-S）第26页，讲稿共95张，创作于星期二5.细胞色素类细胞色素类(Cytochromes,Cyt.)细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，递的酶类，根据吸收光谱特征，根据吸收光谱特征，Cyt.类分为类分为a、b和和c三三大类：大类：*Cyt.b、c1、c、a和和a3 存在于线粒体内膜存在于线粒体内膜,作为呼吸链成员；作为呼吸链成员；Cyt.b5和和Cyt.p450 主要存在于肝细胞微粒体，主要存在于肝细胞微粒体，参与生物转化。参与生物转化。第27页，讲稿共95张，创作于星期二它是电子传递链中一个独立的它是电子传递链中一个独立的它是电子传递链中一个独立的它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体，位于线粒体蛋白质电子载体，位于线粒体蛋白质电子载体，位于线粒体蛋白质电子载体，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易内膜外表，属于膜周蛋白，易内膜外表，属于膜周蛋白，易内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与细胞色素溶于水。它与细胞色素溶于水。它与细胞色素溶于水。它与细胞色素c1c1c1c1含有含有含有含有相同的辅基，但是蛋白组成则相同的辅基，但是蛋白组成则相同的辅基，但是蛋白组成则相同的辅基，但是蛋白组成则有所不同。在电子传递过程中，有所不同。在电子传递过程中，有所不同。在电子传递过程中，有所不同。在电子传递过程中，cyt.ccyt.ccyt.ccyt.c通过通过通过通过 Fe3+Fe3+Fe3+Fe3+Fe2+Fe2+Fe2+Fe2+的互变起电子传的互变起电子传的互变起电子传的互变起电子传递中间体作用。递中间体作用。递中间体作用。递中间体作用。(1)Cyt.类基本结构类基本结构第28页，讲稿共95张，创作于星期二 Cyt b、c1、c 、a 、Cyt a3 不能与不能与O2 和和 可与可与O2也可与也可与 CO、CN-等结合，等结合，CO和和CN-结合结合 Cyt a3 :通过与通过与氧氧结合结合，可，可将电子直接传递给氧，将电子直接传递给氧，Cyt a3 被称为被称为细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶Cyt a3：当与当与CO或或CN-结合，结合，使呼吸链中断使呼吸链中断。第29页，讲稿共95张，创作于星期二(2)作用作用 递电子体递电子体 (3)递电子机理递电子机理 Fe3+Fe2+e e(4)递电子顺序递电子顺序 Cyt.b c1 c a a3 O2 e e e e e第30页，讲稿共95张，创作于星期二在呼吸链中在呼吸链中细胞色素类细胞色素类递电子的过程递电子的过程2Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+1/2 O2O2-H2O2e2e2e2e2e2b2c1 2c2 a.a3COQ2H 2H+-2e2H+第31页，讲稿共95张，创作于星期二CoQCytcNADH-CoQ还原酶还原酶琥珀酸琥珀酸-CoQ还原酶还原酶CoQ-Cytc还原酶还原酶Cyt氧化酶氧化酶 琥珀酸等琥珀酸等 苹果酸等苹果酸等 NADHO2线粒体呼吸链四大复合体线粒体呼吸链四大复合体复合体复合体 I FMN(Fe-S)复合体复合体 FAD(Fe-S).b复合体复合体Cyt.b,C1 (Fe-S)复合体复合体 复合物复合物 a.a3.Cu2+第32页，讲稿共95张，创作于星期二1、复合体、复合体:NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶 功能功能:将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌(ubiquinone)复合体复合体NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2 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-第33页，讲稿共95张，创作于星期二2、复合体复合体:琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶 功能功能:将电子从琥珀酸传递给泛醌将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S3 Cytc Q 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-第34页，讲稿共95张，创作于星期二第35页，讲稿共95张，创作于星期二第36页，讲稿共95张，创作于星期二3、复合体、复合体:泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c还原酶还原酶 u 功能：将电功能：将电子从泛醌传子从泛醌传递给细胞色递给细胞色素素c 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1第37页，讲稿共95张，创作于星期二第38页，讲稿共95张，创作于星期二4、复合体、复合体:细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶(Cyt aa3)u 功能：将电子从细胞色素功能：将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB形成的活性部位将电子交给形成的活性部位将电子交给O2。第39页，讲稿共95张，创作于星期二（一）两条呼吸链（一）两条呼吸链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、琥珀酸氧化呼吸链、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 复合体复合体O2二、呼吸链成分的排列顺序二、呼吸链成分的排列顺序第40页，讲稿共95张，创作于星期二NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链?第41页，讲稿共95张，创作于星期二1 1、将测得各组分的、将测得各组分的氧化还原电位氧化还原电位(E E0 0)值由小到大排列值由小到大排列;2 2、测定各组分氧化态和还原态两种形式的吸收光谱的、测定各组分氧化态和还原态两种形式的吸收光谱的 变化变化;3 3、使用特异抑制剂、使用特异抑制剂,分析抑制点前后各组份的氧化分析抑制点前后各组份的氧化 还原态的变化还原态的变化;4 4、分离并提取各组份、分离并提取各组份,在体外重组成复合物在体外重组成复合物,以重现递以重现递H H和递和递e e功功能。能。呼吸链各组份排列顺序的依据呼吸链各组份排列顺序的依据第42页，讲稿共95张，创作于星期二第43页，讲稿共95张，创作于星期二电子传递链电子传递链第44页，讲稿共95张，创作于星期二NADH FMN CoQ Cytb Cytc1 Cytc aa3 +H+(Fe-S)(Fe-S)(Cu2+)FAD.H2 (Fe-S)II IIIIIV琥珀酸琥珀酸 O2 CoQ(Q)是两条重要呼吸链的交汇点是两条重要呼吸链的交汇点第45页，讲稿共95张，创作于星期二第三节第三节 生物氧化和能量代谢生物氧化和能量代谢第46页，讲稿共95张，创作于星期二在生物体内在生物体内NADHNADH和和FADHFADH2 2的彻底氧的彻底氧化可以产生大量的能量。化可以产生大量的能量。第47页，讲稿共95张，创作于星期二 糖糖 约约60%以热能形式以热能形式 脂类脂类 散失，散失，维持体温；维持体温；蛋白质蛋白质 约约40%以化学能形式形以化学能形式形 成成高能化合物高能化合物，以驱动各种生命活动。以驱动各种生命活动。高能化合物：高能化合物：是指水解时释出的能量是指水解时释出的能量30KJ/mol 的、的、含有含有磷酸酯键磷酸酯键或硫酯键的化合物。或硫酯键的化合物。o能量能量第48页，讲稿共95张，创作于星期二一、高能化合物的种类一、高能化合物的种类1、高能键、高能键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于30.5KJ/mol的化学键，的化学键，常表示为常表示为”,包括包括P（磷酸脂键）和（磷酸脂键）和S（硫酯键）。（硫酯键）。2、高能化合物、高能化合物含有高能磷酸键和高能硫脂键的化合物。含有高能磷酸键和高能硫脂键的化合物。第49页，讲稿共95张，创作于星期二第50页，讲稿共95张，创作于星期二二、二、ATP的生成方式的生成方式：氧化磷酸化和底物水平磷酸化氧化磷酸化和底物水平磷酸化1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)在分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等作用而使能量在分子在分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等作用而使能量在分子内部重新分布，生成高能键，然后将高能基团转移给内部重新分布，生成高能键，然后将高能基团转移给ADP生成生成ATP的过程的过程。2、氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，释放的能量能够偶联释放的能量能够偶联ADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。，又称为偶联磷酸化。第51页，讲稿共95张，创作于星期二3、氧化磷酸化偶联部位、氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：复合体氧化磷酸化偶联部位：复合体、根据根据自由能变化自由能变化和和P/O比值比值G=-nFE 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-第52页，讲稿共95张，创作于星期二ATPATP产生的部位产生的部位lATPATP产生的部位都是有大的电位差变化产生的部位都是有大的电位差变化的地方，例如，的地方，例如，NADHNADH呼吸链生成呼吸链生成ATPATP的的三个部位是：三个部位是：E E0 0值在此三个部位有大值在此三个部位有大的的“跳动跳动”，都在，都在0.20.2伏以上伏以上第53页，讲稿共95张，创作于星期二氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位电电子子传递链传递链自由能自由能变变化化 第54页，讲稿共95张，创作于星期二P/O比值：每消耗比值：每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷摩尔数，即：摩尔氧原子所消耗的无机磷摩尔数，即：合成合成ATP的摩尔数。的摩尔数。第55页，讲稿共95张，创作于星期二第56页，讲稿共95张，创作于星期二三、氧化磷酸化偶联机制化学渗透假说三、氧化磷酸化偶联机制化学渗透假说 (chemiosmotic hypothesis)电电子子经经呼呼吸吸链链传传递递时时，释释放放自自由由能能，可可将将质质子子（H+）从从线线粒粒体体内内膜膜的的基基质质侧侧泵泵到到内内膜膜胞胞浆浆侧侧，产产生生膜膜内内外外质质子子电电化化学学梯梯度度，储储存存能能量量。当当质质子子顺顺浓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。第57页，讲稿共95张，创作于星期二线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图 线粒体内膜不允许线粒体内膜不允许H自由透过。自由透过。第58页，讲稿共95张，创作于星期二 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-化学渗透假说详细示意图化学渗透假说详细示意图第59页，讲稿共95张，创作于星期二 ATP合酶合酶由由亲亲水水部部分分 F1（33亚亚基基）和和疏疏水水部部分分 F0（a1b2c912亚基）组成。亚基）组成。F0与与F1之之间间还还存存在在一一种种寡寡霉霉素素敏敏感感蛋白蛋白。ATP合酶结构模式图合酶结构模式图第60页，讲稿共95张，创作于星期二当当H+顺顺浓浓度度递递度度经经F0中中a亚亚基基和和c亚亚基基之之间间回回流时，流时，亚基发生旋转，亚基发生旋转，3个个亚基的构象发生改变。亚基的构象发生改变。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制第61页，讲稿共95张，创作于星期二(四四)影响氧化磷酸化的因素影响氧化磷酸化的因素（1）呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递阻断呼吸链中某些部位电子传递（2）解偶联剂）解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离使氧化与磷酸化偶联过程脱离如：二硝基苯酚如：二硝基苯酚（3）氧化磷酸化抑制剂）氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用磷酸化均有抑制作用如：寡霉素如：寡霉素 1、抑制剂、抑制剂第62页，讲稿共95张，创作于星期二鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S 各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点第63页，讲稿共95张，创作于星期二不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响 第64页，讲稿共95张，创作于星期二解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）F F0 0 F F1 1 Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能 H+H+ADP+Pi ATP 第65页，讲稿共95张，创作于星期二 寡霉素寡霉素(oligomycin)可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成ATP合酶结构模式图合酶结构模式图第66页，讲稿共95张，创作于星期二2、ADP的调节作用的调节作用 呼吸控制率呼吸控制率(respiratory control ratio,RCR)3、甲状腺激素、甲状腺激素 Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加酶和解偶联蛋白基因表达均增加4、线粒体、线粒体DNA突变突变 与线粒体与线粒体DNA病及衰老有关。病及衰老有关。第67页，讲稿共95张，创作于星期二（四）线粒体（四）线粒体DNA突变突变mt DNA编码呼吸链复合体的编码呼吸链复合体的部分部分多肽链及蛋白质多肽链及蛋白质mtDNA突变突变 影响氧化磷酸化影响氧化磷酸化 能量代谢障碍能量代谢障碍 各种各种 疾病疾病第68页，讲稿共95张，创作于星期二五、五、ATPATP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 PP 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利用都生物体内能量的储存和利用都以以ATP为中心。为中心。能能第69页，讲稿共95张，创作于星期二2.ATP2.ATP中高能键的中高能键的“”转移转移ATP +UDPCDPGDPADP +UTP 参与糖原合成参与糖原合成CTP 参与磷脂合成参与磷脂合成GTP 参与蛋白质合成参与蛋白质合成第70页，讲稿共95张，创作于星期二鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S 各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点第71页，讲稿共95张，创作于星期二第四节第四节 其他氧化酶系其他氧化酶系The Others Oxidation Enzyme Systems第72页，讲稿共95张，创作于星期二一、需氧脱氢酶和氧化酶一、需氧脱氢酶和氧化酶 第73页，讲稿共95张，创作于星期二二、过氧化物酶体中的酶类二、过氧化物酶体中的酶类 （一）过氧化氢酶（一）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 第74页，讲稿共95张，创作于星期二（二）过氧化物酶（二）过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚直接氧化酚类或胺类化合物类或胺类化合物 R+H2O2 RO+H2O RH2+H2O2 R+2H2O 过氧化物酶过氧化物酶 过氧化物酶过氧化物酶 第75页，讲稿共95张，创作于星期二三、超氧化物歧化酶三、超氧化物歧化酶反应氧族反应氧族超氧离子超氧离子(O2)、H2O2、羟自由基、羟自由基(OH)的统的统称。称。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)第76页，讲稿共95张，创作于星期二 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 谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶 含硒的谷胱甘肽过氧化物酶含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 第77页，讲稿共95张，创作于星期二第78页，讲稿共95张，创作于星期二第79页，讲稿共95张，创作于星期二第80页，讲稿共95张，创作于星期二“支链氨基酸支链氨基酸在中年小鼠中促进存活并维持心肌在中年小鼠中促进存活并维持心肌与骨骼肌线粒体生物发生与骨骼肌线粒体生物发生”（Branched-Chain Amino Acid Supplementation Promotes Survival and Supports Cardiac and Skeletal Muscle Mitochondrial Biogenesis in Middle-Aged Mice），），其其主要研究结果是发现支链氨基酸能延长雄性小鼠的平均寿命主要研究结果是发现支链氨基酸能延长雄性小鼠的平均寿命(可延长可延长12)、激活、激活mTOR及及eNOS信号转导通路、强化中信号转导通路、强化中年小鼠线粒体生物发生及活性氧清除系统功能、改善年龄增年小鼠线粒体生物发生及活性氧清除系统功能、改善年龄增长引起的肌肉损害等长引起的肌肉损害等 2010-Cell Metabolism 线粒体的生物发生越频繁，真核细胞存活的时间就越长。线粒体的生物发生越频繁，真核细胞存活的时间就越长。这是因为线粒体的功能与细胞寿命存在着密切关系，一般这是因为线粒体的功能与细胞寿命存在着密切关系，一般衰老细胞的线粒体数目减少，而活性氧自由基水平增高。衰老细胞的线粒体数目减少，而活性氧自由基水平增高。第81页，讲稿共95张，创作于星期二红色如地毯者代表一个心肌细胞或骨骼肌纤维（蓝色如蚕蛹者代表线粒红色如地毯者代表一个心肌细胞或骨骼肌纤维（蓝色如蚕蛹者代表线粒体，其功能是消耗氧气产生能量（体，其功能是消耗氧气产生能量（ATP），同时也会释放活性氧），同时也会释放活性氧（ROS）；黄色如卵黄者代表细胞核）；黄色如卵黄者代表细胞核,显示了活性氧保护系统和线粒体基显示了活性氧保护系统和线粒体基因表达；箭头所指为支链氨基酸激活哺乳类雷帕霉素靶点（因表达；箭头所指为支链氨基酸激活哺乳类雷帕霉素靶点（mTOR）-内内皮型一氧化氮合酶（皮型一氧化氮合酶（eNOS)-一氧化氮（一氧化氮（NO）信号转导通路）信号转导通路-基因表达基因表达级联。级联。第82页，讲稿共95张，创作于星期二四、微粒体中的酶类四、微粒体中的酶类 （一）加单氧酶（一）加单氧酶(monoxygenase)*催化的反应：催化的反应：RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 故又称混合功能氧化酶故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)。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。第83页，讲稿共95张，创作于星期二目目 录录第84页，讲稿共95张，创作于星期二（二）加双氧酶（二）加双氧酶 此酶催化氧分子中的此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中个氧原子加到底物中带双键的带双键的2个碳原子上。个碳原子上。例例 如：如：(O2)色氨酸吡咯酶色氨酸吡咯酶第85页，讲稿共95张，创作于星期二五、细胞膜上的氧化酶五、细胞膜上的氧化酶NADPH氧化酶氧化酶(NADPH oxidase，NOX)是一种在真核细是一种在真核细胞生物中普遍存在的氧化酶，位于质膜或吞噬小体膜上，是膜胞生物中普遍存在的氧化酶，位于质膜或吞噬小体膜上，是膜氧化还原系统的重要组成部分（氧化还原系统的重要组成部分（Lalucque et al.,2003；Herve et al.,2006)。它能以胞质中的它能以胞质中的NADPH为直接电子供体，将氧催化生成为直接电子供体，将氧催化生成O ，并可进一步自发歧化成并可进一步自发歧化成H2O2（Meier 2001)Meier 2001)。2 2NADPH+2ONADPH+2O2 2-NADP +H +2O-NADP +H +2O2 2+H H2 2O O2 2第86页，讲稿共95张，创作于星期二图图2 2.动物巨噬细胞动物巨噬细胞NADPHNADPH氧化酶激活模式图氧化酶激活模式图第87页，讲稿共95张，创作于星期二慢性肉芽肿病慢性肉芽肿病（chronic granulematous disease,CGD）一种免疫缺陷病一种免疫缺陷病 其主要临床特征为反复发作的化脓性感染。感染的细菌大多其主要临床特征为反复发作的化脓性感染。感染的细菌大多为过氧化氢酶阳性菌，如表皮葡萄球菌、沙雷氏菌等。为过氧化氢酶阳性菌，如表皮葡萄球菌、沙雷氏菌等。因为患者的中性粒细胞缺乏因为患者的中性粒细胞缺乏NADHNADH或或NADPHNADPH氧化酶，使细胞内不能氧化酶，使细胞内不能生成足够的过氧化氢、单线态氧、超氧阴离子等，导致氧依赖性杀生成足够的过氧化氢、单线态氧、超氧阴离子等，导致氧依赖性杀菌功能减弱。菌功能减弱。细菌虽然被中性粒细胞吞噬，却不能被杀死，反而得到细细菌虽然被中性粒细胞吞噬，却不能被杀死，反而得到细胞的保护，不受抗体、补体、抗生素的影响，从而得以在细胞胞的保护，不受抗体、补体、抗生素的影响，从而得以在细胞内繁殖，并随吞噬细胞游走引起感染的播散，形成反复发作的内繁殖，并随吞噬细胞游走引起感染的播散，形成反复发作的化脓性感染，在淋巴结、肝、脾、肺、骨髓内形成肉芽肿性病化脓性感染，在淋巴结、肝、脾、肺、骨髓内形成肉芽肿性病灶或伴有瘘管形成。灶或伴有瘘管形成。第88页，讲稿共95张，创作于星期二Most cases of chronic granulomatous disease are transmitted as a mutation on the X chromosome and are thus called an X-linked trait.The affected gene on the X chromosome codes for the gp91 protein p91-PHOX.CGD can also be transmitted in an autosomal recessive fashion(via CYBA and NCF1)and affects other PHOX proteins.The type of mutation that causes both types of CGD are varied and may be deletions,frame-shift,nonsense,and missense.A low level of NADPH,the cofactor required for superoxide synthesis,can lead to CGD.This has been reported in women who are homozygous for the genetic defect causing glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency(G6PD),which is characterised by reduced NADPH levels.第89页，讲稿共95张，创作于星期二附 页第90页，讲稿共95张，创作于星期二（五）通过线粒体内膜的物质转运（五）通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过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。对各种物质的转运。第91页，讲稿共95张，创作于星期二 线粒体内膜的主要转运蛋白线粒体内膜的主要转运蛋白 第92页，讲稿共95张，创作于星期二三、胞浆中三、胞浆中NADH的氧化的氧化胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入线进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制主要有转运机制主要有-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)第93页，讲稿共95张，创作于星期二 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 脱脱氢氢酶酶 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、-磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 第94页，讲稿共95张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第95页，讲稿共95张，创作于星期二