基础生物化学第6章.ppt
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1、第六章第六章 电子传递体系与氧化磷酸化电子传递体系与氧化磷酸化 主主要要内内容容和和要要求求:重重点点讨讨论论线线粒粒体体电电子子传传递递体体系系的的组组成成、电电子子传传递递机机理理和和氧氧化化磷磷酸酸化化机机理理。对对非非线线粒体氧化体系作一般介绍粒体氧化体系作一般介绍。思考思考目录目录第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述第二节第二节 线粒体电子传递体系线粒体电子传递体系第三节第三节 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用第四节第四节 非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系(自学)(自学)第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述一、一、生物氧化的概念和特点生物氧化的概念和特点二、二、生物能学简介生物能学简
2、介三、三、高能化合物高能化合物生物氧化的特点和方式生物氧化的特点和方式1 1、生物氧化的、生物氧化的特点特点2 2、生物氧化过程中、生物氧化过程中COCO2 2的生成的生成和和H H2 2O O的生成的生成3 3、有机物在体内氧化释能的有机物在体内氧化释能的三个阶段三个阶段 糖糖类类、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等有有机机物物质质在在细细胞胞中中进进行行氧氧化化分分解解生生成成COCO2 2和和H H2 2O O并并释释放放出出能能量量的的过过程程称称为为生生物物氧氧化化(biological biological oxidationoxidation),其其实实质质是是需需氧氧细细胞胞在在呼呼吸
3、吸代代谢谢过过程程中中所所进进行行的的一系列氧化还原反应过程。一系列氧化还原反应过程。生物氧化的特点生物氧化的特点 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),有有机机物物的的氧氧化化在在一一系系列列酶酶、辅辅酶酶和和中中间间传传递递体体参参与与下下进进行行,其其途途径径迂迂回回曲曲折折,有有条条不不紊紊。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,
4、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。COCO2 2的生成的生成 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中间间化化合合物物,然然后后在在酶酶催催化化下下脱脱羧羧而而生生成成COCO2 2。类型类型:-脱羧和脱羧和-脱羧脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧氧化脱羧和单纯脱羧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-NH2RH H2 2O O的生成的生成 代代谢谢物物在在脱脱氢氢酶酶催催化化下下脱
5、脱下下的的氢氢由由相相应应的的氢氢载载体体(NADNAD+、NADPNADP+、FADFAD、FMNFMN等等)所所接接受受,再再通通过过一一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H H2 2O O。CH3CH2OHCH3CHONAD+NADH+H+乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶例:例:12 O2NAD+电子传递链电子传递链 H2O2eO=2H+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分解成共同
6、的中间产物(如中间产物(如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等)等)共同中间物进共同中间物进入三羧酸循环入三羧酸循环,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,释放释放出大量能量,其出大量能量,其中一部分通过磷中一部分通过磷酸化储存在酸化储存在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三、生物能学简介三、生物能学简介1 1、生物能的转换及、生物能的转换及生物系统中的能流生物系统中的能流2 2、自由能的概念自由能的概念及及化学反应自由能的计算化学反应自由能的计算自由能(自由能(free energyfree en
7、ergy)的概念的概念 定义式:定义式:=H-TSH-TS 物理意义:物理意义:*(体系中能对环境作功的能量体系中能对环境作功的能量)自由能的变化能预示某一过程能否自发进行,即:自由能的变化能预示某一过程能否自发进行,即:G0G0G0,反应不能自发进行反应不能自发进行 G=0G=0,反应处于平衡状态。反应处于平衡状态。化学反应自由能的计算化学反应自由能的计算 a.a.利用化学反应平衡常数计算利用化学反应平衡常数计算 基本公式:基本公式:G=G+RTlnQc G=G+RTlnQc(Qc-(Qc-浓度商浓度商)G=-RTlnKeqG=-RTlnKeq 例例:计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化:计
8、算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化 b.b.利用标准氧化还原电位(利用标准氧化还原电位(EE)计算计算(限于氧化还(限于氧化还 原反应)原反应)基本公式:基本公式:G=G=nFEnFE(E=E(E=E+-E-E-)例例:计算:计算NADHNADH氧化反应的氧化反应的GG计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化达平衡时达平衡时 =Keq=19解:解:G=-RTlnKeqG=-RTlnKeq 8.314 8.314 311 311 log19 log19G=G+RTlnQc(G=G+RTlnQc(Qc-Qc-浓度商浓度商)8.314 8.314 311 311 未达
9、平衡时未达平衡时 =Qc=0.1反应反应G-1-PG-6-P在在380C达到平衡时,达到平衡时,G-1-P占占5%,G-6-P占占95%,求,求 G0。如果反应未达到平衡,如果反应未达到平衡,设设G-1-P,G-6-P=0.001mol.L,求反应的求反应的 G 是多少?是多少?例题:例题:例题:计算下反应式例题:计算下反应式GGNADH+HNADH+H+1/2O+1/2O2 2=NAD=NAD+H+H2 2O O正极反应:正极反应:1/21/2O O2 2+2H+2H+2e+2e H H2 2O O E E+负极反应:负极反应:NADNAD+H+H+2e+2e NADHNADH E E-GG
10、-nFE-nFE -2964850.82-(-0.32)-2964850.82-(-0.32)-220 KJmol-220 KJmol-1-1 生物系统中的能流生物系统中的能流四、高能化合物四、高能化合物1 1、高能化合物的、高能化合物的类型类型 2 2、ATPATP的的特点及其特殊作用特点及其特殊作用 生生化化反反应应中中,在在水水解解时时或或基基团团转转移移反反应应中中可可释释放放出出大大量量自自由由能能(2121千千焦焦/摩摩尔尔)的的化化合合物物称称为为高能化合物。高能化合物。高高能能化化合合物物类类型型ATPATP的特点的特点 在在pH=7pH=7环环境境中中,ATPATP分分子子中
11、中的的三三个个磷磷酸酸基基团团完完全全解解离离成成带带4 4个个负负电电荷荷的的离离子子形形式式(ATPATP4-4-),具具有有较较大大势势能能,加加之之水水解解产产物物稳稳定定,因因而而水水解解自自由由能能很很大(千焦大(千焦/摩尔)。摩尔)。腺嘌呤腺嘌呤核糖核糖 O P O P O P O-OOOO-O-O-+Mg2+ATP4-+H2O ADP3-+Pi2-+H+G MOL-1ATP3-+H2O ADP2-+Pi3-+H+G MOL-1ATPATP的特殊作用的特殊作用 ATPATP是细胞内的是细胞内的“能量通货能量通货”ATPATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体是细胞内磷酸基团转移的中间
12、载体PPPPATPP02108641214磷磷酸酸基基团团转转移移能能磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘磷酸甘油酸磷酸油酸磷酸磷酸肌酸磷酸肌酸 (磷酸基团储备物)磷酸基团储备物)6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸甘油第二节第二节 线粒体电子传递体系线粒体电子传递体系 一、线粒体一、线粒体结构特点结构特点二、电子传递呼吸链的电子传递呼吸链的概念概念三、三、呼吸链的组成呼吸链的组成四、机体内四、机体内两条主要的呼吸链两条主要的呼吸链及其及其能量变化能量变化 五、五、电子传递抑制剂电子传递抑制剂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
13、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,亦亦称称为为呼吸链呼吸链。呼吸链的组成呼吸链的组成1.烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类2.2.
14、黄素蛋白酶类黄素蛋白酶类3.3.铁铁-硫蛋白类硫蛋白类4 4.辅酶辅酶(CoQ(CoQ)5 5.细胞色素类细胞色素类NADH辅辅 酶酶 Q(CoQ)Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等黄素蛋白黄素蛋白(F AD)黄素蛋白黄素蛋白(FMN)细胞色素类细胞色素类铁硫蛋白铁硫蛋白(Fe-S)铁硫蛋白铁硫蛋白(Fe-S)NADHNADH呼吸链呼吸链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FAD
15、H2呼吸链呼吸链FADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+细胞色素细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸延胡索酸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+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
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