环境生物化学基础生物氧化.ppt

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1、环境生物化学基础生物氧化现在学习的是第1页，共33页第一节第一节 生物氧化的概述生物氧化的概述 现在学习的是第2页，共33页一、生物氧化概念、特点与方式一、生物氧化概念、特点与方式 有机物质在机体内氧化分解成二氧化碳和水，有机物质在机体内氧化分解成二氧化碳和水，并释放出能量的过程称为生物氧化。又称为细胞氧并释放出能量的过程称为生物氧化。又称为细胞氧化或细胞呼吸。化或细胞呼吸。常温、常压、生理常温、常压、生理PHPH、酶的催化、能量逐、酶的催化、能量逐步释放步释放现在学习的是第3页，共33页二、高能化合物二、高能化合物（一）高能化合物的概念（一）高能化合物的概念 具有高能键的化合物即为高能化合物

2、。具有高能键的化合物即为高能化合物。一般水解释放的能量等于或大于一般水解释放的能量等于或大于5 Kcal/mol5 Kcal/mol（约为（约为21KJ/mol21KJ/mol）的共价键为高能键。）的共价键为高能键。现在学习的是第4页，共33页（二）生物体中高能化合物的类型（二）生物体中高能化合物的类型1 1、磷氧键型、磷氧键型现在学习的是第5页，共33页2 2、氮磷键型、氮磷键型 现在学习的是第6页，共33页3 3、硫酯键型、硫酯键型 4 4、甲硫键型、甲硫键型现在学习的是第7页，共33页（三）高能磷酸化合物（三）高能磷酸化合物ATPATP的结构及其在生的结构及其在生物能量转换中的作用物能量

3、转换中的作用 ATPATP广泛地分布在细胞内，在生物体内能量广泛地分布在细胞内，在生物体内能量转换中占有重要的地位。转换中占有重要的地位。ATPATP可从可从端依次移去两个磷酸基团而生成端依次移去两个磷酸基团而生成ADPADP和和AMPAMP。ATPATP在细胞的产能和需能过程中起着在细胞的产能和需能过程中起着重要的桥梁作用，所以我们形象地称重要的桥梁作用，所以我们形象地称ATPATP为能量为能量流通的货币。流通的货币。现在学习的是第8页，共33页现在学习的是第9页，共33页第二节第二节 呼吸链（电子传递链）呼吸链（电子传递链）一、呼吸链的概念、组成及其功能一、呼吸链的概念、组成及其功能（一）

4、呼吸链的概念（一）呼吸链的概念 呼吸链又叫电子传递链，是由线粒体内膜上呼吸链又叫电子传递链，是由线粒体内膜上的一系列电子传递体所组成。的一系列电子传递体所组成。有机化合物在体内脱氢氧化分解，脱下的氢由有机化合物在体内脱氢氧化分解，脱下的氢由辅酶所接受，形成辅酶所接受，形成NADHNADH和和FADH2FADH2等。再通过线粒体等。再通过线粒体内膜上的电子传递体，最后把氢传递给氧而生内膜上的电子传递体，最后把氢传递给氧而生成水。在电子传递过程中释放出的能量则使成水。在电子传递过程中释放出的能量则使ADPADP和无机磷酸结合形成和无机磷酸结合形成ATPATP。现在学习的是第10页，共33页（二）呼

5、吸链的组成（二）呼吸链的组成1 1、烟酰胺脱氢酶、烟酰胺脱氢酶现在学习的是第11页，共33页2 2、黄素酶、黄素酶 黄素酶是一类以黄素酶是一类以FMNFMN或或FADFAD为辅基的不需氧的脱为辅基的不需氧的脱氢酶。该酶脱掉底物上的两个氢原子，转变成还原氢酶。该酶脱掉底物上的两个氢原子，转变成还原态的态的FMNH2FMNH2或或FADH2FADH2。现在学习的是第12页，共33页3 3、铁硫蛋白、铁硫蛋白 铁硫蛋白中含有非血红素铁和对酸不稳定铁硫蛋白中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫，所以也称铁硫中心。在生物界广泛存在，的硫，所以也称铁硫中心。在生物界广泛存在，铁原子可以进行铁原子可以进行Fe2+

6、Fe2+和和 Fe3+Fe3+之间的价变而传递之间的价变而传递电子，它是一种单电子传递体。电子，它是一种单电子传递体。现在学习的是第13页，共33页4 4、泛醌、泛醌 泛醌又称辅酶泛醌又称辅酶Q Q，是一种脂溶性的醌类化合物。，是一种脂溶性的醌类化合物。它可以携带电子和质子。它可以携带电子和质子。现在学习的是第14页，共33页5 5、细胞色素、细胞色素 细胞色素类都以血红素作为辅基，具有红色或细胞色素类都以血红素作为辅基，具有红色或褐色，故命名为细胞色素。褐色，故命名为细胞色素。它是呼吸链中将电子从辅酶它是呼吸链中将电子从辅酶Q Q传递到氧的专一传递到氧的专一电子传递体。现在发现的细胞色素类有

7、电子传递体。现在发现的细胞色素类有3030多种，但多种，但在细胞内参与生物氧化的细胞色素有在细胞内参与生物氧化的细胞色素有3 3类，即类，即a a、b b、c c。现在学习的是第15页，共33页现在学习的是第16页，共33页二、呼吸链中传递体的排序二、呼吸链中传递体的排序1 1、NADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链 NADHNADH氧化呼吸链细胞内最主要的呼吸链。氧化呼吸链细胞内最主要的呼吸链。2 2、琥珀酸氧化呼吸链、琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链由琥珀酸脱氢酶复合体，辅酶琥珀酸氧化呼吸链由琥珀酸脱氢酶复合体，辅酶Q Q和细胞色素组成。和细胞色素组成。两条呼吸链的传递过程可以看出，辅酶两

8、条呼吸链的传递过程可以看出，辅酶Q Q是两是两条传递途径的交汇点。条传递途径的交汇点。现在学习的是第17页，共33页现在学习的是第18页，共33页三、呼吸链的电子传递抑制剂三、呼吸链的电子传递抑制剂 凡是能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质凡是能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。称为电子传递抑制剂。(一一)鱼藤酮鱼藤酮 鱼藤酮是一种极鱼藤酮是一种极毒的植物物质，常用毒的植物物质，常用作杀虫剂，是阻断电作杀虫剂，是阻断电子从子从NADHNADH到到CoQCoQ的传递。的传递。现在学习的是第19页，共33页(二二)抗霉素抗霉素A A 抗霉素抗霉素A A是从链霉素中分离出的抗

9、菌素，它是从链霉素中分离出的抗菌素，它能抑制细胞色素能抑制细胞色素b b到细胞色素到细胞色素c1c1之间的电子传递。之间的电子传递。维生素维生素c c可缓解这种抑制作用。可缓解这种抑制作用。现在学习的是第20页，共33页(三三)氰化物、叠氮化物、一氧化碳和硫化氢氰化物、叠氮化物、一氧化碳和硫化氢 氰化物、叠氮化物、一氧化碳和硫化氢都能氰化物、叠氮化物、一氧化碳和硫化氢都能抑制细胞色素抑制细胞色素a a、a3a3到氧之间的电子传递作用。到氧之间的电子传递作用。氰化物、叠氮化物和细胞色素氰化物、叠氮化物和细胞色素a3a3的的Fe3+Fe3+作用，作用，而一氧化碳则可抑制而一氧化碳则可抑制Fe2+F

10、e2+的形成。的形成。现在学习的是第21页，共33页第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化一、氧化磷酸化的概念及类型一、氧化磷酸化的概念及类型 氧化磷酸化是将生物氧化分解过程中释放的自氧化磷酸化是将生物氧化分解过程中释放的自由能，用以生成由能，用以生成ATPATP的过程，是生物体主要的能量来的过程，是生物体主要的能量来源。源。（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化（二）氧化磷酸化（二）氧化磷酸化现在学习的是第22页，共33页二、氧化磷酸化的偶联部位与二、氧化磷酸化的偶联部位与P/OP/O（一）氧化磷酸化的细胞学基础（一）氧化磷酸化的细胞学基础 对于真核生物而言，电子传递和对于真核生物而言，电子传

11、递和ATPATP生成的磷生成的磷酸化过程都发生在细胞中的线粒体内膜上。原核生物酸化过程都发生在细胞中的线粒体内膜上。原核生物则是在浆膜上发生的。则是在浆膜上发生的。现在学习的是第23页，共33页（二）（二）P/OP/O比与偶联部位比与偶联部位 P/OP/O比指一对电子通过线粒体内膜上的呼吸链，比指一对电子通过线粒体内膜上的呼吸链，传至氧所产生的传至氧所产生的ATPATP分子数。分子数。第一个部位是在第一个部位是在NADHNADH和辅酶和辅酶Q Q之间；第二个部位之间；第二个部位是在辅酶是在辅酶Q Q和细胞色素和细胞色素c c之间，第三个部位是在细胞色之间，第三个部位是在细胞色素素a a和氧之间

12、。和氧之间。由由NADHNADH氧化脱电子，经过电子传递到氧共产生氧化脱电子，经过电子传递到氧共产生2.52.5个个ATPATP，也即，也即P/OP/O比值为比值为2.52.5。而琥珀酸氧化过程没。而琥珀酸氧化过程没有经过第一个部位，只产生有经过第一个部位，只产生1.51.5个个ATPATP，其，其P/OP/O比为比为1.51.5。现在学习的是第24页，共33页三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理（一）（一）ATPATP合酶合酶 ATPATP合酶由两个部分构成，一部分嵌入膜内，为合酶由两个部分构成，一部分嵌入膜内，为基部的基部的F0F0单元；另一部分在膜外，为球形的单元；另一部分在膜外，为

13、球形的F1F1单元。单元。现在学习的是第25页，共33页（二）化学渗透假说（二）化学渗透假说 存在三种假说来说明这个问题，包括：化学偶存在三种假说来说明这个问题，包括：化学偶联假说，结构偶联假说，化学渗透假说。联假说，结构偶联假说，化学渗透假说。化学渗透假说由英国生物化学家化学渗透假说由英国生物化学家MitchellMitchell于于19611961年提出的。其要点如下：电子传递的结果，形年提出的。其要点如下：电子传递的结果，形成了一个跨内膜的成了一个跨内膜的H+H+梯度，这梯度可以促使梯度，这梯度可以促使H+H+返回返回线粒体基质。线粒体基质。H+H+只能通过内膜上专一的质子通道返回只能通

14、过内膜上专一的质子通道返回基质，这个通道就是基质，这个通道就是ATPATP合酶。就在合酶。就在H+H+通过通过ATPATP合酶合酶返回基质时，驱动返回基质时，驱动ADPADP与与PiPi合成了合成了ATPATP。现在学习的是第26页，共33页（三）、氧化磷酸化的重建（三）、氧化磷酸化的重建现在学习的是第27页，共33页（四）、（四）、ATPATP合酶的旋转催化理论合酶的旋转催化理论 线粒体线粒体ATPATP合酶的工作机制至今仍不清楚。目合酶的工作机制至今仍不清楚。目前科学界公认的是美国生物化学家前科学界公认的是美国生物化学家BoyerBoyer于于19891989年年提出的结合变化机制和旋转催

15、化模型。提出的结合变化机制和旋转催化模型。现在学习的是第28页，共33页（五）、腺苷酸与磷酸的转运（五）、腺苷酸与磷酸的转运 线粒体具有双层膜，线粒体的外膜通透性高，而线粒体具有双层膜，线粒体的外膜通透性高，而线粒体内膜的通透性低，线粒体对物质通过的选择性线粒体内膜的通透性低，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对各种物质的转运。主要依赖于内膜中不同转运蛋白对各种物质的转运。磷酸的转运靠磷酸盐转运蛋白，腺苷酸的转磷酸的转运靠磷酸盐转运蛋白，腺苷酸的转运靠腺苷酸转运蛋白。腺苷酸转运蛋白作为一个运靠腺苷酸转运蛋白。腺苷酸转运蛋白作为一个反向转运载体介导胞浆反向转运载体介导胞浆ADP

16、ADP和线粒体和线粒体ATPATP的交换。的交换。现在学习的是第29页，共33页四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂（一）解偶联剂（一）解偶联剂 解偶联剂可以将电子传递和磷酸化生成解偶联剂可以将电子传递和磷酸化生成ATPATP的过程的过程分离，造成电子传递失去控制，氧的消耗增加，但分离，造成电子传递失去控制，氧的消耗增加，但ATPATP不能合成。不能合成。现在学习的是第30页，共33页（二）氧化磷酸化抑制剂（二）氧化磷酸化抑制剂 氧化磷酸化抑制剂是既抑制氧的利用又抑制氧化磷酸化抑制剂是既抑制氧的利用又抑制ATPATP的生成。其典型代表是寡霉素。的生成。其典型代表是寡

17、霉素。（三）离子载体抑制剂（三）离子载体抑制剂 离子载体抑制剂是运输其它的一价阳离子，这也离子载体抑制剂是运输其它的一价阳离子，这也等于把电子传递释放的能量用于转运了其他离子，不等于把电子传递释放的能量用于转运了其他离子，不是用来合成是用来合成ATPATP。如：缬氨霉素、短杆菌肽等。如：缬氨霉素、短杆菌肽等。现在学习的是第31页，共33页第四节第四节 有关氧化磷酸化物质有关氧化磷酸化物质胞质中胞质中NADHNADH的运输的运输 糖酵解是发生在细胞质中的过程，生成的糖酵解是发生在细胞质中的过程，生成的NADHNADH必须运输进入线粒体才能进一步进行电子传递。必须运输进入线粒体才能进一步进行电子传递。（一）甘油（一）甘油-3-3-磷酸穿梭系统磷酸穿梭系统现在学习的是第32页，共33页（二）苹果酸（二）苹果酸天冬氨酸穿梭系统天冬氨酸穿梭系统现在学习的是第33页，共33页