生物化学生物氧化与氧化磷酸化精选PPT.ppt
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1、关于生物化学生物氧化与氧化磷酸化第1页,讲稿共92张,创作于星期二G+O2 6CO2+6H2O+能量糖类的分解代谢EMPG2ATP2乙酰CoA4CO22丙酮酸2NADH2NADH 2CO26NADH、2FADH22GTPTCA第2页,讲稿共92张,创作于星期二一、生物氧化一、生物氧化(biological oxidation)(biological oxidation)1 1、概念、概念 有机物在生物细胞内进行氧化分解而生成有机物在生物细胞内进行氧化分解而生成COCO2 2和和H H2 2O O并释放能量形成并释放能量形成ATPATP的过程。的过程。生物氧化又称细胞氧化或细胞呼吸。生物氧化又称
2、细胞氧化或细胞呼吸。第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述营养物营养物+O=H2O+CO2+ATP第3页,讲稿共92张,创作于星期二有机物中的有机物中的H+OH+O2 2 H H2 2O O(ETSETS)广义广义生物生物氧化氧化有机物中的有机物中的C C COCO2 2(脱羧作用:(脱羧作用:TCATCA)有机物被氧化成有机物被氧化成COCO2 2和和H H2 2O O时,释放时,释放 的能量如何储存于的能量如何储存于ATPATP(氧化磷酸化氧化磷酸化)狭义狭义生物生物氧化氧化第4页,讲稿共92张,创作于星期二生物氧化与体外氧化燃烧相同点:化学本质:物质分解为CO2和H2O,产能总量相等 不
3、同点:条件、过程。2 2、生物氧化的特点、生物氧化的特点第5页,讲稿共92张,创作于星期二(1)条件温和:常温常压、近中性pH、有水的活细胞。(2)酶促反应:在一系列酶、辅酶和中间传递体作用下进行。(3)逐步氧化并放能逐步氧化并放能,释放的能量贮藏在ATP中。(4)CO2是代谢物经脱羧作用产生。(5)原核生物在细胞膜上进行,真核生物在线粒体进行。第6页,讲稿共92张,创作于星期二 (1)脱氢反应 琥珀酸+FAD 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸+FADH2 (2)加氧反应 AA+O2+H2O AA氧化酶 a-酮酸+NH3+H2O2 (3)失电子反应:如细胞色素氧化酶 Fe2+Fe3+e-3 3、生物体中
4、氧化反应的类型、生物体中氧化反应的类型第7页,讲稿共92张,创作于星期二(1 1)直接脱羧)直接脱羧 A A、-直接脱羧直接脱羧 O CH3 C H+CO2 O CH3 C COOH丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶COOHC=OCH2COOHCOOHC=O +CO2 CH3丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶+ADP+Pi+ATP+H2O B B、-直接脱羧直接脱羧4 4、COCO2 2的生成的生成第8页,讲稿共92张,创作于星期二 (2 2)氧化脱羧)氧化脱羧O CH3CCOOH+CoASH +NAD+O CH3C SCoA +NADH+H+CO2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系 A A、氧化脱羧氧化脱羧 COOH
5、C=O +CO2+NADPH+H+CH3COOHC=O +NADP+CH2COOH苹果酸酶苹果酸酶 B B、氧化脱羧氧化脱羧 第9页,讲稿共92张,创作于星期二 5 5、H H2 2O O的生成的生成脱氢酶-2H电子传递体 氧化酶 在脱氢酶、传递体、氧化酶组成的体系催化下生成。AH2氢传递体1/2O2H2O2e-2H+1/2O2-第10页,讲稿共92张,创作于星期二 高能化合物高能化合物:在生化反应中,在水解或基团转移反应中可在生化反应中,在水解或基团转移反应中可释放出大量的自由能的化合物。释放出大量的自由能的化合物。大量的自由能大量的自由能20.92 KJ.mol20.92 KJ.mol-1
6、-1 (5 Kcal.mol(5 Kcal.mol-1-1)-高能键(高能键(high-energy bondhigh-energy bond)不稳定键)不稳定键 二、高能化合物二、高能化合物第11页,讲稿共92张,创作于星期二1、高能磷酸化合物根据其键型:有磷氧型和磷氮型(1)磷氧键型 (一)高能化合物的类型(一)高能化合物的类型 O O A、酰基磷酸化合物、酰基磷酸化合物 HOCHCO POH O CH2O P OH CO P 1,3DPGA12.312.3 Kcal.molKcal.mol-1-1第12页,讲稿共92张,创作于星期二 C C、焦磷酸化合物、焦磷酸化合物 O O O PO
7、P 腺苷腺苷OPOPOPO OH OH OH ATP7.37.3 Kcal.molKcal.mol-1-1B B、烯醇式磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物 COOHCOOH C=CC=CO O P CP CO O P P CH CH2 2 PEPPEP14.814.8 Kcal.molKcal.mol-1-1第13页,讲稿共92张,创作于星期二(2)氮磷键型 胍基磷酸化合物胍基磷酸化合物 O N P HNPOH C=NH OH N C=HN NCH3 CH2COOH 磷酸肌酸磷酸肌酸10.310.3 Kcal.molKcal.mol-1-1第14页,讲稿共92张,创作于星期二 A、硫酯键化合物硫酯键
8、化合物 O O CS CH3CSCoA 乙酰辅酶乙酰辅酶A 7.57.5 Kcal.molKcal.mol-1-1 B、甲硫键化合物甲硫键化合物 CH3S+CH3S+CH2CHCOOH 腺苷腺苷 NH2 S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸 10.0Kcal.molKcal.mol-1-12 2、高能非磷酸化合物(硫碳键型)、高能非磷酸化合物(硫碳键型)第15页,讲稿共92张,创作于星期二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)化学能化学能(合成代谢合成代谢
9、)电能电能(生物电生物电)热能热能(维持体温维持体温)生物体内能量的生物体内能量的储存和利用都以储存和利用都以ATPATP为中心。为中心。(二)(二)ATPATP的结构特点及其生物学功能的结构特点及其生物学功能第16页,讲稿共92张,创作于星期二 1、ATP是生物体内的“能量货币”(1)ATP的结构特点决定其易于水解放能(2)ATP的分解与合成与能量偶联 2、ATP是磷酸基团转移载体 3、生成NTP第17页,讲稿共92张,创作于星期二磷酯键磷酯键酸酐键酸酐键-+-ATP4-+H2O ADP3-+Pi2-+H+GG0 0,=-30.5 KJ.molKJ.mol-1-1ATP4-+H2O AMP2
10、-+PPi3-+H+GG0 0,=-33.1 KJ.molKJ.mol-1-1第18页,讲稿共92张,创作于星期二 生理生理pHpH下,下,ATPATP有有4 4个负电荷(个负电荷(ATPATP4-4-)分分子内磷酸根的静电斥力子内磷酸根的静电斥力 由于由于P=OP=O的极化,电子云偏向氧原子,磷的极化,电子云偏向氧原子,磷原子带部分正电荷原子带部分正电荷正电荷相斥使正电荷相斥使磷酸酐键不磷酸酐键不稳定。稳定。(1 1)ATPATP(反应物)分子结构存在不稳定的因素:(反应物)分子结构存在不稳定的因素:第19页,讲稿共92张,创作于星期二(2 2)使产物稳定的因素:)使产物稳定的因素:PiPi
11、是稳定的共振杂化物;是稳定的共振杂化物;介质中介质中H H+的低浓度。的低浓度。ATPATP易于水解,且释放大量的能量易于水解,且释放大量的能量第20页,讲稿共92张,创作于星期二一些磷酸化合物水解的标准自由能变化一些磷酸化合物水解的标准自由能变化化合物化合物 G G0 0 磷酸基团转移势能磷酸基团转移势能 (kcal/mol)kcal/mol)(kcal/mol)kcal/mol)PEP -14.8 14.81,3-DPGA -12.3 12.3磷酸肌酸磷酸肌酸 -10.3 10.3ATP -7.3 7.3G-6-P -3.3 3.3G-3-P -2.2 2.2第21页,讲稿共92张,创作于
12、星期二磷酸基团转移势能/kcal.mol-1246810121416ATPATP作为磷酸基团共同中间传递体示意图作为磷酸基团共同中间传递体示意图 磷酸肌酸 (磷酸基团储备物)1,3-DPGAATPG-6-PG-3-PPPPPPPEP第22页,讲稿共92张,创作于星期二(三)磷酸肌酸(三)磷酸肌酸高能磷酸贮能物质高能磷酸贮能物质神经和肌肉等细胞活动的直接供能物质 ATP 含量低(38mmol/kg),仅供肌肉剧烈活动约1s的消耗。脑:磷酸肌酸1.5ATP 肌肉:磷酸肌酸4ATP ADP+磷酸肌酸 肌酸+ATP G 0第23页,讲稿共92张,创作于星期二三、能荷三、能荷 能荷是细胞能量状态的一种度
13、量。由Atkinson于1968年提出。能荷:是指生物体中ATPADPAMP体系中高能磷酸键的可获性量度。ATP+0.5ADP 能荷=ATP+ADP+AMP 第24页,讲稿共92张,创作于星期二能能 荷荷能荷能荷相对相对速率速率ATP的利用途径的利用途径 ATP的生成的生成途径途径能荷对能荷对ATP的生成途径和的生成途径和ATP的利用途径相的利用途径相对速率的对速率的 影响影响第25页,讲稿共92张,创作于星期二 1、一般情况下细胞内能荷为0.8-0.9。2、能荷高时,促进合成代谢抑制分解代谢。3、能荷低时,促进分解代谢抑制合成代谢。4、能荷的调节是靠ATP、ADP、AMP对代谢中酶 的变构调
14、节实现的。能荷能荷意义:意义:第26页,讲稿共92张,创作于星期二1、能量代谢(线粒体氧化体系)。提供了生命活动所需的大量能量。提供了生命活动所需的大量能量。2、生物合成和代谢调节。包含了生物体重要的基本反应。包含了生物体重要的基本反应。3、其它作用(解毒、抗衰老、抗逆境等微粒体 氧化体系)四、生物氧化的生物学意义四、生物氧化的生物学意义第27页,讲稿共92张,创作于星期二 第二节第二节 电子传递链(电子传递链(呼吸链)呼吸链)(Electron Transfer System(Electron Transfer System ETSETS)ETS:存在于线粒体内膜上的一系列能接受氢或电子的中
15、间传递体组成的链锁式反应体系。根据呼吸底物上氢的初始受体的不同,线粒体内呼吸链可分为:NADH呼吸链FADH2呼吸链一、概念一、概念第28页,讲稿共92张,创作于星期二 1、黄素蛋白类(、黄素蛋白类(FP)包括NADH脱氢酶和琥珀酸脱氢酶,分别以 FMN、FAD为辅基 NADH+H+FMN NADH脱氢酶 NAD+FMNH2 琥珀酸+FAD琥珀酸脱氢酶延胡索酸+FADH2 二、电子传递链的组成二、电子传递链的组成作用:传递电子和质子第29页,讲稿共92张,创作于星期二2、铁硫蛋白(、铁硫蛋白(Fe-S)它主要以它主要以 (2Fe-2S)(2Fe-2S)或或 (4Fe-4S)(4Fe-4S)形式
16、存在。形式存在。(2Fe-2S)(2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。作用:通过铁的价态变化而传递电子作用:通过铁的价态变化而传递电子第30页,讲稿共92张,创作于星期二包括包括2 24Fe-4S4Fe-4S核心核心第31页,讲稿共92张,创作于星期二 ETS上唯一的非蛋白组分,是脂溶性小分子醌类化合物。3、辅酶、辅酶Q(又称泛醌,(又称泛醌,CoQ)作用:传递质子和电子第32页,讲稿共92张,创作于星期二CoQCoQ的功能:的功能:在线粒在线粒体呼吸体呼吸链中作链中作为电子为电子和质子和质子的传递的传递体。体。第33页,讲稿共92张,创作于星期二
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