生物氧化与氧化磷酸化精选PPT.ppt

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1、关于生物氧化与氧化关于生物氧化与氧化磷酸化磷酸化第1页，讲稿共62张，创作于星期二l概述概述l电子子传递链（生物氧化中（生物氧化中H2O的生成）的生成）l氧化磷酸化作用（氧化磷酸化作用（ATP的生成）的生成）第2页，讲稿共62张，创作于星期二第一节第一节 概述概述能量的来源：能量的来源：l光能光能：植物和某些藻：植物和某些藻类 光合作用光合作用l化化学学能能：动物物和和大大多多数数的的微微生生物物 生生物物氧氧化化 化学能化学能生物能生物能（主要是（主要是ATP）第3页，讲稿共62张，创作于星期二糖原糖原脂肪脂肪蛋白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乙酰CoATCA营养物分

2、解代养物分解代谢的三个的三个阶段段第4页，讲稿共62张，创作于星期二一、生物氧化（一、生物氧化（biological oxidation）1、定、定义：有机物在有机物在活活细胞胞内内进行氧化分解行氧化分解产生生CO2和和H2O，并并释放出能量的放出能量的过程，称程，称为生物生物氧化氧化，又称，又称呼吸作用呼吸作用。第5页，讲稿共62张，创作于星期二2、内容：、内容：1）CCO22）HH2O3）能量如何能量如何产生生底物水平磷酸化底物水平磷酸化 氧化磷酸化氧化磷酸化电子子传递链脱脱羧反反应第6页，讲稿共62张，创作于星期二3、特点（与燃烧的比较）、特点（与燃烧的比较）相同点：相同点：l都是脱都是

3、脱氢、失、失电子或与氧子或与氧结合；合；l都生成都生成CO2和和H2O；l释放的能量相同放的能量相同 第7页，讲稿共62张，创作于星期二生生 物物 氧氧 化化 燃燃 烧烧 细胞内温和条件，水环境细胞内温和条件，水环境高温或高压，干燥条件高温或高压，干燥条件 一系列酶促反应一系列酶促反应 无机催化剂无机催化剂 能量逐步释放能量逐步释放能量爆发释放能量爆发释放转化成转化成ATP，被利用被利用 转换为光和热，散失转换为光和热，散失 不同点：不同点：第8页，讲稿共62张，创作于星期二二、生物能学原理二、生物能学原理l G 0，反，反应自自发进行；行；l G=G+RT lnQlG=-nF E（在氧（在氧

4、还还反反应应中，中，电电子子总总是从是从E较较低的物低的物质转质转移到移到E较较高的物高的物质质）；l在在热力学上不能自力学上不能自发进行的反行的反应可以被有利反可以被有利反应所推所推动。第9页，讲稿共62张，创作于星期二三、高能化合物三、高能化合物1、概念：、概念：水解水解时能能够释放放20.92 kJ/mol（5kcal/mol）自由能的化合物称自由能的化合物称为高高能化合物能化合物。其中断裂。其中断裂释放出大量自由能的共价放出大量自由能的共价键称称为高能高能键，用，用表示。表示。第10页，讲稿共62张，创作于星期二2、类型（了解）、类型（了解）（1）磷氧磷氧键型（型（-OP）1,3-二磷

5、酸甘油酸二磷酸甘油酸l 酰基磷酸化合物基磷酸化合物氨甲氨甲酰磷酸磷酸第11页，讲稿共62张，创作于星期二l 焦磷酸化合物焦磷酸化合物焦磷酸焦磷酸第12页，讲稿共62张，创作于星期二 烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物磷酸磷酸烯醇式丙醇式丙酮酸酸第13页，讲稿共62张，创作于星期二（2）氮磷键型（氮磷键型（-NP）磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸第14页，讲稿共62张，创作于星期二（3）硫酯键型硫酯键型酰基基CoA第15页，讲稿共62张，创作于星期二（4）甲硫键型甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸第16页，讲稿共62张，创作于星期二（1）ATP的作用的作用A、生物体通用的能量生物体通用的能量

6、货币l提供反提供反应所需能量、所需能量、细胞活胞活动的机械能、的机械能、细胞吸收物胞吸收物质时的能量；的能量；产生生电效效应；转变成光能或成光能或热能。能。B、磷酸基磷酸基团转移反移反应的中的中间载体体3、最重要的高能化合物、最重要的高能化合物-ATP第17页，讲稿共62张，创作于星期二（磷酸原）（磷酸原）第18页，讲稿共62张，创作于星期二（2）ATP的的结构特点构特点ATP是是能量的携能量的携带者、者、转运者运者，但但不是能量的不是能量的贮存者存者。第19页，讲稿共62张，创作于星期二（3）能荷与）能荷与ATPl能荷能荷：在：在总的腺苷酸系的腺苷酸系统中（即中（即ATP、ADP、AMP之和

7、）所含的高能磷酸基数量。之和）所含的高能磷酸基数量。第20页，讲稿共62张，创作于星期二l细胞内能荷胞内能荷值=0.8 0.95；l能荷低（能荷低（0.95）ATP过多多产能代能代谢抑制，抑制，贮能代能代谢加加强；第21页，讲稿共62张，创作于星期二第二节第二节 线粒体电子传递链线粒体电子传递链一、一、线粒体粒体（mitochondria）l真核生物的真核生物的发电站站；l双双层膜膜结构；构；外膜：外膜：对小分子和离子通透；小分子和离子通透；内膜：内膜：对多数小分子和离子不通透。多数小分子和离子不通透。第22页，讲稿共62张，创作于星期二第23页，讲稿共62张，创作于星期二二、二、电子子传递链

8、（electron transfer chain,ETC）l也叫也叫呼吸呼吸链（respiratory chain）l定位：原核生物定位：原核生物质膜膜，真核，真核细胞胞线粒体内膜粒体内膜；l组成：一系列按成：一系列按严格格顺序序排列的排列的电子子传递体体；l作用：将代作用：将代谢物脱下的物脱下的氢传递给氧生成水氧生成水l种种类：NADH链和和FADH2链第24页，讲稿共62张，创作于星期二l线粒体粒体内膜内膜上分离到上分离到4种种酶复合体、复合体、CoQ、Cytc复合体复合体I：NADH-CoQ还原原酶复合体复合体II：琥珀酸琥珀酸-CoQ还原原酶复合体复合体III：CoQ-细胞色素胞色素c

9、还原原酶复合体复合体IV：细胞色素胞色素c氧化氧化酶lNADH链：由：由I、CoQ、III、Cytc、IV组成成lFADH2链：由：由II、CoQ、III、Cytc、IV组成成第25页，讲稿共62张，创作于星期二NADH链链线粒体粒体内膜内膜线粒体粒体外膜外膜第26页，讲稿共62张，创作于星期二第27页，讲稿共62张，创作于星期二FADH2链线粒体粒体内膜内膜IIIIIII第28页，讲稿共62张，创作于星期二1、复合体、复合体I：NADH-CoQ还原酶还原酶 组成成：FMN（递氢体）体）、Fe-S蛋白（通蛋白（通过Fe3+、Fe2+互互变传递单电子）子）功能功能：将：将电子从子从NADH传递到

10、到CoQ；质子子泵（4H+）NADH链第29页，讲稿共62张，创作于星期二第30页，讲稿共62张，创作于星期二2、复合体、复合体II：琥珀酸琥珀酸-CoQ还原酶还原酶l组成成：FAD、Fe-S蛋白蛋白l功能功能：将：将电子子从琥珀酸从琥珀酸传递到到CoQIIIIIIIIIIIIII琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸FADH2链第31页，讲稿共62张，创作于星期二l非蛋白非蛋白，醌类，侧链为异戊二异戊二烯；l递H体；体；l中中间传递体体：只能从黄素：只能从黄素酶的的辅基上接受基上接受H3、辅酶Q（coenzyme Q）泛泛醌、CoQ第32页，讲稿共62张，创作于星期二4、细胞色素胞色素（cytoch

11、rome，Cyt）一一类功能相关，含血功能相关，含血红素素辅基的色素复合物，基的色素复合物，只存在于需氧只存在于需氧细胞胞；通通过Fe3+、Fe2+互互变传递单电子；子；种种类：b、c1、c、a、a3；复合体复合体III：Cytb+Cytc1Cytc复合体复合体IV：Cytaa3第33页，讲稿共62张，创作于星期二（1）复合体）复合体III：CoQ-细胞色素细胞色素c还原酶还原酶l组成成：Cytb、Cytc1、Fe-S蛋白蛋白l功能功能：将将电子从子从CoQ传递到到Cytc；质子子泵（4H+）第34页，讲稿共62张，创作于星期二第35页，讲稿共62张，创作于星期二（2）复合体）复合体IV：细胞

12、色素细胞色素c氧化酶氧化酶l组成成：Cytaa3、Fe-S蛋白、蛋白、含含Cu蛋白蛋白l功能功能：将：将电子从子从Cytc传递给氧；氧；质子子泵（2H+）；）；第36页，讲稿共62张，创作于星期二第37页，讲稿共62张，创作于星期二第38页，讲稿共62张，创作于星期二依据：依据：各各传递体的体的E0、差异光差异光谱、电子子传递抑制抑制 FADH2 NADHFMNCoQbc1caa3O2E0 低低高高，对电子子亲和力和力小小大大 FADH2NADHFMNCoQ b c1 c aa3 O2 -0.32 -0.22 +0.04 -0.08 +0.22 +0.24 +0.29 +0.82 +0.55-

13、0.22二、各电子传递体排列顺序的确定二、各电子传递体排列顺序的确定第39页，讲稿共62张，创作于星期二电子子传递抑制：抑制：1、NADHFMNCoQbc1caa3O2鱼藤藤酮安密妥安密妥杀蝶素蝶素差异光差异光谱：FADH2 细胞色素中，胞色素中，b最先被最先被还原，原，aa3最先被氧化最先被氧化第40页，讲稿共62张，创作于星期二 2、NADHFMNCoQbc1caa3O23、NADHFMNCoQbc1caa3O2CN-、CON3-、H2S抗霉素抗霉素A第41页，讲稿共62张，创作于星期二第三节第三节 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用一、概念一、概念1、ATP生成的途径生成的途径l底物水平磷酸化

14、底物水平磷酸化 直接与直接与代代谢物的反物的反应相偶相偶联；有无；有无O2均可均可发生生l氧化磷酸化（或氧化磷酸化（或电子子传递磷酸化）磷酸化）通通过电子子传递链产能；能；好氧好氧生物能量的主要来源生物能量的主要来源2、氧化磷酸化：、氧化磷酸化：生物氧化生物氧化 G ADPATP第42页，讲稿共62张，创作于星期二ATP合合酶产水反水反应的的G磷酸化磷酸化第43页，讲稿共62张，创作于星期二二、二、P/O比和比和ATP形成的部位形成的部位l1940年年 S.Ochoa 提出提出P/O比比lP/O比比：当一：当一对电子子经呼吸呼吸链传给O2时所所产生生的的ATP分子数，分子数，即即每消耗每消耗1

15、个个氧原子氧原子所所产生生ATP的个数。的个数。第44页，讲稿共62张，创作于星期二第45页，讲稿共62张，创作于星期二l真核真核细胞中，一胞中，一对电子子经过NADH链传递至至O2共共泵出出10个个H+；l每每4个个H+促使促使1个个ATP合成并合成并输出至出至细胞胞质；l因此因此1个个NADH经过呼吸呼吸链产生生10/4=2.5个个ATP；l一一对电子子经过FADH2呼吸呼吸链传送送时有有6个个H+被被泵出；出；l因此因此1个个FADH2经过呼吸呼吸链产生生6/4=1.5个个ATP；l在在原核原核细胞胞中，没有中，没有线粒体，因此没有粒体，因此没有ATP的的输出，故出，故NADH呼吸呼吸链

16、产生生10/33个个ATP，FADH2呼吸呼吸链产生生6/3=2个个ATP第46页，讲稿共62张，创作于星期二计算线粒体中计算线粒体中1mol琥珀酰琥珀酰CoA生成生成OAA的的P/Ol琥珀琥珀酰CoA琥珀酸，琥珀酸，产生生1mol GTP，不消耗不消耗O；l琥珀酸琥珀酸延胡索酸，延胡索酸，产生生1 mol FADH2，通通过电子子传递链将合成将合成1.5mol ATP，消耗消耗1mol O；l苹果酸苹果酸OAA，产生生1 mol NADH，通通过电子子传递链将合成将合成2.5mol ATP，消耗消耗1mol O；0+1+1=2.51+1.5+2.5第47页，讲稿共62张，创作于星期二三、氧化

17、磷酸化的能量偶联机制三、氧化磷酸化的能量偶联机制 -化学渗透学说化学渗透学说l目前被普遍接受的假目前被普遍接受的假说lP.Mitchell 获1978年年诺贝尔化学化学奖l要点：要点：1、各、各电子子传递体在内膜上各有其特定的位置，体在内膜上各有其特定的位置，催化定向的反催化定向的反应；第48页，讲稿共62张，创作于星期二2、部分、部分传递体利用体利用电子子传递的能量的能量将将H+泵出内膜；出内膜；3、由于、由于H+不能自由透不能自由透过内膜，造成内膜，造成H+跨膜跨膜浓度梯度，度梯度，形成跨膜形成跨膜电位差（位差（E）；）；第49页，讲稿共62张，创作于星期二4、H+通过通过ATP合酶合酶返

18、回基质，伴随返回基质，伴随E的抵消，释放的能的抵消，释放的能量推动量推动ADP磷酸化成磷酸化成ATP。第50页，讲稿共62张，创作于星期二证据：证据：1）氧化磷酸化）氧化磷酸化时线粒体基粒体基质内的内的pH值高于内膜外高于内膜外侧的，的，说明基明基质内的内的H+少少2）不）不进行氧化或阻断行氧化或阻断电子子传递，人，人为造成膜两造成膜两侧pH梯度，梯度，也有也有ATP生成生成3）电子子传递体形成的体形成的电子流能将子流能将H+逐出内膜逐出内膜前提：前提：线粒体内膜或粒体内膜或亚线粒体囊泡的完整性粒体囊泡的完整性不足：不足：没有没有说明明H+如何如何泵到膜外？到膜外？第51页，讲稿共62张，创作

19、于星期二四、四、ATP合成机制合成机制-FoF1-ATP合酶合酶v定位定位：线粒体内膜表面粒体内膜表面 球状球状颗粒粒v组成成：F0：柄柄，嵌入内膜，嵌入内膜，4种种6条条肽链。F1：头，伸向，伸向线粒体基粒体基质，5种种9条条肽链。v功能功能：F0：质子通道；子通道；F1：催化：催化ATP合成的部位。合成的部位。当膜外当膜外H+经质子通道到达子通道到达F1时便推便推动ATP的合成的合成第52页，讲稿共62张，创作于星期二Boyer旋旋转催化理催化理论第53页，讲稿共62张，创作于星期二五、氧化磷酸化的阻断五、氧化磷酸化的阻断不能合成不能合成ATP的原因：的原因：l呼吸呼吸链不能不能传递电子子

20、电子子传递抑制抑制剂l不能不能产生跨膜生跨膜电位差位差解偶解偶联剂lATP合合酶不能合成不能合成ATP氧化磷酸化抑制氧化磷酸化抑制剂第54页，讲稿共62张，创作于星期二l概念概念：将：将电子子传递过程和程和ADP生成生成ATP的的过程程分离的物分离的物质。l能抑制能抑制ATP的形成，但不抑制的形成，但不抑制电子子传递。l解偶解偶联剂：2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚（DNP）l作用：作用：携携带H+跨膜跨膜扩散，消除散，消除H+梯度。梯度。1、解偶解偶联剂（uncoupler）第55页，讲稿共62张，创作于星期二电子传递与磷酸电子传递与磷酸化脱离，化脱离，能量全能量全部转化为热部转化为热非战非战栗

21、性产热栗性产热l熊（冬眠）熊（冬眠）l初生初生婴儿儿l初生哺乳初生哺乳动物物维持体温持体温第56页，讲稿共62张，创作于星期二2、氧化磷酸化抑制氧化磷酸化抑制剂（inhibitor）l 结合到合到Fo亚基上，抑制基上，抑制H+通通过Fo。l 代表代表：寡霉素：寡霉素第57页，讲稿共62张，创作于星期二六、线粒体穿梭系统六、线粒体穿梭系统l真核真核细胞胞质中的中的NADH必必须进入入线粒体，才粒体，才能能经呼吸呼吸链氧化并生成氧化并生成ATP。l线粒体内膜粒体内膜对NADH不能自由透不能自由透过。穿梭系穿梭系统：l磷磷酸甘油穿梭系酸甘油穿梭系统；l苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭系天冬氨酸穿梭系统；第58页，讲稿共62张，创作于星期二1、磷酸甘油穿梭：磷酸甘油穿梭：P/O=1.5动物神物神经组织、骨骼肌、昆、骨骼肌、昆虫虫飞行肌行肌酶：3-磷酸甘油脱磷酸甘油脱氢酶第59页，讲稿共62张，创作于星期二2、苹果酸、苹果酸-天冬氨酸穿梭：天冬氨酸穿梭：P/O=2.5酶：苹果酸脱苹果酸脱氢酶、谷草谷草转氨氨酶 动物心物心脏、肝、肝脏第60页，讲稿共62张，创作于星期二第61页，讲稿共62张，创作于星期二感谢大家观看第62页，讲稿共62张，创作于星期二