生物化学课件之生物氧化教程文件.ppt

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1、目目 录录生物化学课件之生物氧化目目 录录*生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化与体外氧化之相同点w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、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。w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。目目 录录*生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化w反应条件剧烈反应条件剧烈w不需要酶的催化不需要酶的催化w能量是突然释放的。能量是突然释放的。w产产生生的的CO2、H2O由

2、由物物质质中中的的碳碳和和氢氢直直接接与与氧氧结结合生成。合生成。1.反应温和：37、pH接近中性2.需酶催化3.逐步氧化,逐步放能,可以调节；释放能量的4055%以高能键储存4.生物氧化以脱氢方式为主5.H2O的生成:代谢物脱下的氢与氧结合产生CO2来源：有机酸脱羧产生目目 录录糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA TAC TAC 2H 2H 呼呼吸吸链链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 *生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程目目 录录第二节第二节 线粒体氧化体系线粒体氧化体系目目 录录（一）定

3、义：一）定义：线粒体内膜上存在着按一定顺序排列线粒体内膜上存在着按一定顺序排列的多种酶和辅酶组成的反应体系。代谢物脱下的的多种酶和辅酶组成的反应体系。代谢物脱下的氢经这一体系传递，最终与氧结合生成水。由于氢经这一体系传递，最终与氧结合生成水。由于此过程与细胞呼吸有关，所以称为呼吸链。又称此过程与细胞呼吸有关，所以称为呼吸链。又称电子传递链。电子传递链。呼吸链中传递氢的酶或辅酶称为递氢体呼吸链中传递氢的酶或辅酶称为递氢体,传递电传递电子的酶或辅酶称为电子传递体子的酶或辅酶称为电子传递体,因此因此呼吸链由递氢呼吸链由递氢体和电子传递体组成。体和电子传递体组成。电子传递链电子传递链(electron

4、 transfer chain)一、呼吸链(respiratory chain）目目 录录（1 1）烟酰胺(尼克酰胺)核苷酸类 NAD+(NADP+)简称CoI(CoII)w功能基团：烟酰胺可逆性地加氢脱氢，代谢物上脱下代谢物上脱下的的2H2H（2H+2H+和和2e2e）传递给黄素蛋白）传递给黄素蛋白w大多数脱氢酶以NAD+为辅酶w少数脱氢酶以NADP+为辅酶w为体内许多脱氢酶的辅酶，是联结作用物与呼吸链的为体内许多脱氢酶的辅酶，是联结作用物与呼吸链的重要环节。重要环节。w尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+NADP+）或辅酶）或辅酶II II（CoIICoII）

5、NADPH+HNADPH+H+NADNAD+NADP NADP+NADH+H NADH+H+2.呼吸链的组成成份及作用：呼吸链的组成成份及作用：目目 录录NAD+和和NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+目目 录录目目 录录w黄素蛋白的辅基有两种黄素蛋白的辅基有两种w黄素单核苷酸（黄素单核苷酸（FMNFMN）：含有磷酸）：含有磷酸w黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FADFAD）：含有腺苷酸（）：含有腺苷酸（AMPAMP）二者都含有维生素二者都含有维生素B2B2w功能：可催化代谢物脱下的氢，脱下的氢可被该酶的功能：可催化代谢物脱下的氢，脱下的氢可被该酶的辅基辅

6、基FMNFMN和和FADFAD接受。接受。wNADHNADH脱氢酶的辅基就是脱氢酶的辅基就是FMNFMN，可将，可将NADHNADH的的H H转移转移到到NADHNADH脱氢酶的辅基脱氢酶的辅基FMNFMN。w（2）黄素蛋白）黄素蛋白目目 录录目目 录录铁硫蛋白中辅基铁硫簇铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行子，其中铁原子可进行Fe2+Fe3+e 反应传递电子，每反应传递电子，每次只传递一个电子为单电子传递体。次只传递一个电子为单电子传递体。存在形式：Fe4S4(也有Fe2S2）铁硫蛋白常与黄酶、细胞色素结合在一起，以复合物形式存在：FM

7、N（Fe-S）FAD(Fe-S)表示无机硫表示无机硫 w（3）铁硫蛋白）铁硫蛋白目目 录录 铁硫蛋白铁硫蛋白 S SS S无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫目目 录录目目 录录目目 录录细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子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。细传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。细胞色素体系各辅基中的铁可以得失电子，进行氧胞色素体系各辅基中的铁可以得失电子，进行氧化还原反应，为单电子递体。化还原反应，为单电子递体。w（五（五）细细 胞胞 色色 素素目目 录录目目 录录 Cyt的本质细胞色素=酶蛋白+铁卟啉 Cyt的分类细胞色素(30

8、多种)a组：a、a1、a2、a3b组：b、b17、P450 c组：c、c1、c2、c3 Cyt的存在部位线粒体（a、a3、b、c、c1）微粒体（b5、P450）作用：单电子传递体2Cytaa3-Fe2+1/2O2 2Cytaa3-Fe3+O2-2Cyt-Fe3+2e 2Cyt-Fe2+目目 录录目目 录录目目 录录 1标准氧化还原电位：还原电位从低到高的顺序标准氧化还原电位：还原电位从低到高的顺序 2 各组分特殊的吸收光谱，得失电子后吸收光谱改变各组分特殊的吸收光谱，得失电子后吸收光谱改变 3 还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧 4特异抑制剂阻断：阻断部位以前的为还原状态，后面特异抑

9、制剂阻断：阻断部位以前的为还原状态，后面的为氧化状态。的为氧化状态。5用去垢剂温和处理线粒体内膜，可以得到四种电子传用去垢剂温和处理线粒体内膜，可以得到四种电子传递复合体递复合体 二二 呼吸链中传递体的排列顺序呼吸链中传递体的排列顺序目目 录录1.复合体复合体:NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶u 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 目目 录录复合体复合体的功能的功能 NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S

10、 QQH2目目 录录2.复合体复合体:琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶u 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 目目 录录目目 录录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：功能：将电子从泛醌传递给细胞色素将电子从泛醌传递给细胞色素c 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1目目 录录4.复合体复合体:细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶u 功能：功能：将电子从细胞色素将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧 复合体复合体还原型还原型Cyt c

11、 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。目目 录录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。人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体目目 录录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目目 录录 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-目目 录录三、主要的

12、呼三、主要的呼吸链吸链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 复合体复合体O2目目 录录w2.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链 n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目目 录录目目 录录高能磷酸键与高能磷酸化合物高能磷酸键与高能磷酸化合物 u高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯键，常表示为键，常表示为 P。u高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物含有高能磷酸键的化合物 四、生物氧化过程中四、生物氧化过程中ATP的生成的生成高能硫脂化合物高能硫脂化合物

13、 含有酰基和硫醇基的化合物含有酰基和硫醇基的化合物（一）高能化合物与高能磷酸化合物（一）高能化合物与高能磷酸化合物 目目 录录目目 录录 ATP的生成和利用的生成和利用ADP ATP 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 P P 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生物体内能量的储存和利用都以用都以ATP为中心。为中心。ADP+Pi ATP ATP ADP+Pi目目 录录（二）高能磷酸化合物（二）高能磷酸

14、化合物ATP的生成的生成 氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是指代谢是指代谢物氧化脱氢经呼吸链电子传递给氧生成水的同时，物氧化脱氢经呼吸链电子传递给氧生成水的同时，释放能量用以使释放能量用以使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP，由于，由于代谢代谢物氧化反应与物氧化反应与ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP相偶联，故相偶联，故称称为为偶联磷酸化偶联磷酸化。底底 物物 水水 平平 磷磷 酸酸 化化 (substrate level phosphorylation)是是底底物物分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成成高高能能键键，使使ADP磷磷酸酸化化生生

15、成成ATP的的过程。过程。目目 录录（1）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：氧化磷酸化偶联部位：复合体复合体、根据自由能变化和根据自由能变化和P/O比值（每消耗一摩尔比值（每消耗一摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数）氧原子所消耗无机磷的摩尔数）G=-nFE目目 录录目目 录录ATPATP ATP 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 目目 录录（2 2）氧化磷酸化的机制氧化磷酸化的机制1.化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电电子子经经呼呼吸吸链链传传递递时时，可可将将质质子子（H+）从从线线粒粒

16、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度梯梯度度回回流流时时驱驱动动ADP与与Pi生成生成ATP。目目 录录 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目目 录录2.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。ATP合酶结构模式图合酶

17、结构模式图目目 录录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目目 录录（3 3）氧化磷酸化的抑制）氧化磷酸化的抑制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：解偶联蛋白如：解偶联蛋白 2，4二硝基苯酚二硝基苯酚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 （一）抑制剂（一）抑制剂目目 录录鱼藤酮

18、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目目 录录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+H H+ADP+Pi ATP 目目 录录 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目目 录录 ATP是能量的释放和贮存利

19、用的是能量的释放和贮存利用的最主要的形式最主要的形式ATP+UDP ADP+UTPATP+CDP ADP+CTPATP+GDP ADP+GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP+ADP ATP+AMP五、五、ATP的利用和贮存的利用和贮存目目 录录肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。目目 录录 ATP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 P P 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)

20、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生物体内能量的储存和利用都以用都以ATP为中心。为中心。目目 录录第三节第三节 非线粒体氧化酶系非线粒体氧化酶系目目 录录（一）加双氧酶（一）加双氧酶 此酶催化氧分子中的此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底个氧原子加到底物中带双键的物中带双键的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一、微粒体中的酶类一、微粒体中的酶类 目目 录录（二）加单氧酶（二）加单氧酶(monoxygenase)*催化的反应：催化的反应：RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2

21、O 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)。上述反应需要上述反应需要细胞色素细胞色素P450(Cyt P450)参与。参与。此酶催化在底物加此酶催化在底物加1个氧原子的反应。个氧原子的反应。目目 录录二、过氧化物酶体氧化体系二、过氧化物酶体氧化体系w（一）过氧化氢及超氧离子的生成目目 录录（二）过氧化氢及超氧离子的作用和毒性（二）过氧化氢及超氧离子的作用和毒性生理作用生理作用杀菌；合成甲状腺素。杀菌；合成甲状腺素。毒性毒性O2.；H2O2;OH.等活性氧等活性氧DNA氧化、修饰、甚至断裂氧化、修饰、甚至

22、断裂蛋白质巯基被氧化产生过氧化脂质蛋白质巯基被氧化产生过氧化脂质致癌作用和老化。致癌作用和老化。目目 录录（三）过氧化氢及超氧阴离子的清除（三）过氧化氢及超氧阴离子的清除 （1）过氧化氢酶）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 目目 录录（2）过氧化物酶）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直接氧化直接氧化酚类或胺类化合物酚类或胺类化合物 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 目目

23、录录 谷胱甘肽谷胱甘肽过氧化物酶过氧化物酶 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此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤 谷胱甘谷胱甘肽还原酶肽还原酶 含硒的谷胱甘肽过氧化物酶含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 目目 录录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)的统称。的统称。（3 3）超氧化物歧化酶）超氧化物歧化酶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)目目 录录此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢