第08章生物氧化.pptx

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1、物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。糖 脂肪 蛋白质 CO2和H2O O2能量ADP+PiATP热能*生物氧化的概念生物氧化的概念 第1页/共65页*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生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。）和释放能量均相同。第2页/共65页w是在细胞内温

2、和的环境中（体温，pH接近中性），在一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放有利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率。w进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。*生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化体外氧化w能量是突然释放的。w产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。第3页/共65页糖原 三酯酰甘油 蛋白质 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA TAC TAC 2H 2H 呼吸链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 *生物氧化的一般过程第4页/共65页第一节第一节氧化呼吸链氧化呼吸链Oxida

3、tive respiratory chain第5页/共65页定义代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又 称 电 子 传 递 链(electron transfer chain)。组成递氢体和电子传递体（2H 2H+2e）一、呼吸链一、呼吸链第6页/共65页（一）呼吸链的组成（一）呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)人线粒体呼吸链复合体*泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。复合体酶名称复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶琥珀酸-泛醌

4、还原酶泛醌-细胞色素C 还原酶细胞色素c氧化酶辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu 多肽链数424 1113 复合体酶名称复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素C还原酶细胞色素c氧化酶辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu 多肽链数4 13 第7页/共65页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第8页/共65页 Cytc Q NADH+H+NAD+延胡索酸 琥珀酸 1/2O2+2H+H2O 胞液侧 基质侧 线粒体内膜 e-e-e-e-e-第9页/共65页1.复合

5、体:NADH-泛醌还原酶u 功能:将电子从NADH传递给泛醌(ubiquinone)复合体NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2 FMN：黄素单核苷酸第10页/共65页NAD+和NADP+的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+NAD+：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸NADP+：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸第11页/共65页NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。+2H+2e第12页/共65页FMN（黄素单核苷酸）结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产

6、物是FMNH。FMNFMNHFMNH2第13页/共65页Vit B2FMNAMPFAD第14页/共65页铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+Fe3+e 反应传递电子。表示无机硫 第15页/共65页泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。第16页/共65页复合体的功能 NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH2第17页/共65页2.复合体:琥珀酸-泛醌还原酶u 功能:将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体琥珀酸 CoQFe-S1;b560;F

7、AD;Fe-S2;Fe-S3 FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸第18页/共65页细细 胞胞 色色 素素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。第19页/共65页第20页/共65页第21页/共65页3.复合体:泛醌-细胞色素c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QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1第22页/共65页第23页/共65页4.复合体:细胞色素c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 复合体还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中Cyt a3 和Cu

8、B形成的活性部位将电子交给O2。第24页/共65页第25页/共65页 由以下实验确定 标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧（二）呼吸链成分的排列顺序第26页/共65页1.NADH氧化呼吸链NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O22.琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2*体内两条氧化呼吸链体内两条氧化呼吸链第27页/共65页NADH氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链第28页/共65页电子传递链第29页/共65页第二节 氧化磷酸化第30页/共65页 氧化磷酸化氧化磷酸化*定义氧化磷酸化(oxidative phosphorylatio

9、n)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。AH2 2H（2H+2e）H2O 氧化反应 ADP+Pi ATP 磷酸化反应 呼吸链呼吸链 O O2 2能量能量A A氧氧化化磷磷酸酸化化ATPATP合酶合酶第31页/共65页 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重新分布，生成高能键，使量重新分布，生成高能键，使ADP（GDP）磷酸化生成）磷酸化生成ATP（GTP）的过程。）的过程。第32页/共65页一、氧化磷酸化偶联部位一、氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：复合体、根据

10、自由能变化和P/O比值G=-nFE 第33页/共65页线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值底 物呼吸链的组成P/O比值可能生成的ATP数-羟丁酸NAD+复合体CoQ复合体2.5 2.5Cyt c复合体O2琥珀酸复合体CoQ复合体1.5 1.5Cyt c复合体O2抗坏血酸Cyt c复合体O20.88 1细胞色素c(Fe2+)复合体O20.61-0.68 11、P/O 比值指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所需磷酸的摩尔数，即所能合成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。第34页/共65页电子传递链自由能变化 第35页/共65页ATPATP ATP氧化磷酸

11、化偶联部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCyt bCyt c1Cyt cCyt aa3O2第36页/共65页二、二、氧化磷酸化的偶联机理氧化磷酸化的偶联机理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回流时驱动度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。第37页/共65页线粒体基质 线粒体膜+-H+O2 H2O

12、H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图第38页/共65页 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸 琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧 基质侧+-化学渗透假说详细示意图第39页/共65页2.ATP合酶由亲水部分F1（33亚基）和 疏 水 部 分 F0（ab2c912亚基）组成。ATP合酶结构模式图F1：催化生成ATPF0:形成跨膜质子通道第40页/共65页三、影响氧化磷酸化的因素三、影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂A.呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。B.解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：二硝基苯酚、解

13、偶联蛋白 C.ATP合酶抑制剂 如：寡霉素 第41页/共65页鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥 抗霉素A二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及H2S 各种呼吸链抑制剂的阻断位点第42页/共65页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 基质侧 解偶联 蛋白热能 H H+H H+ADP+Pi ATP 第43页/共65页 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生成生成寡霉素寡霉素ATP合酶结构模式图第44页/共65页（二）ADP的调节作用ADP浓度增高，氧化磷酸化速度加快。（三）甲状腺激素诱导N

14、a+,K+ATP酶生成，加速ATP的分解，ADP增多促进氧化磷酸化。（四）线粒体DNA突变 与线粒体DNA病及衰老有关。第45页/共65页四、四、ATP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的磷酸酯键，常表示为的磷酸酯键，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第46页/共65页第47页/共65页 核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDP ADP+UTPATP+CDP ADP+CTPATP+GDP ADP+GTP腺苷酸激酶的作用 ADP+ADP ATP+AMP第48页/共65页肌酸激酶

15、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。第49页/共65页 ATP的生成和利用ATP ADP 肌酸 磷酸肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 P P P P 机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。第50页/共65页五、通过线粒体内膜的物质转运五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，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(transporter)对各种物质的转运。第51页/共65页 线粒体内膜的主要转运蛋白 转运蛋白转运蛋白进入线粒体进入线粒体出线粒体出线粒体ATP-ADP转

16、位酶转位酶ADP3-ATP4-磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白H2PO4-+H+二羧酸转运蛋白二羧酸转运蛋白HPO42-苹果酸苹果酸-酮戊二酸转运蛋白酮戊二酸转运蛋白苹果酸苹果酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白谷氨酸转运蛋白谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸单羧酸转运蛋白单羧酸转运蛋白丙酮酸丙酮酸OH-三羧酸转运蛋白三羧酸转运蛋白苹果酸苹果酸柠檬酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白肉碱转运蛋白脂酰肉碱脂酰肉碱肉碱肉碱第52页/共65页（一）（一）胞浆中胞浆中NADH的氧化的氧化胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入线粒体

17、，再经呼吸链进行氧化磷酸化。进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制转运机制主要有主要有-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭(malate-asparate shuttle)第53页/共65页1.-磷酸甘油穿梭机制（脑和骨骼肌）-磷酸甘磷酸甘油脱氢酶油脱氢酶第54页/共65页 NADH+H+FADH2 NAD+FAD 线粒体 内膜 线粒体 外膜膜间隙 线粒体 基质-磷酸甘油 脱氢酶 呼吸链 磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油 第55页/共65页2.苹果酸-天冬氨酸穿梭机制（肝和心肌）第56页/共65页NADH+H+N

18、AD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸 转运体苹果酸-酮 戊二酸转运体 苹果酸 草酰乙酸-酮戊二酸 谷氨酸 苹果酸 脱氢酶 谷草转 氨酶 胞液 线粒体内膜 基质 呼吸链 天冬氨酸 第57页/共65页（二）ATP-ADP转位酶促进ADP进入和ATP移出紧密偶联第58页/共65页第三节第三节 其他氧化与抗氧化体系其他氧化与抗氧化体系第59页/共65页一、线粒体氧化呼吸链可产生活性氧（一、线粒体氧化呼吸链可产生活性氧（ROS）O2-、OH、H2O2、1O2、LOO及LOOH等含氧的活性物质都具有较氧活泼的化学性质，统称为ROS。第60页/共65页（一）过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其

19、辅基含4个血红素2H2O2 2H2O+O2 过氧化氢酶 二、抗氧化酶体系第61页/共65页（二）超氧化物歧化酶（二）超氧化物歧化酶过氧化氢酶2O2+2H+SODH2O2+O2 H2O+O2 SOD：超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)第62页/共65页 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 谷胱甘肽还原酶（三）含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 谷胱甘肽过氧化物酶 第63页/共65页四、微粒体中的酶类四、微粒体中的酶类 （一）单加氧酶(monoxygenase)*催化的反应：RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶(hydroxylase)。上述反应需要细胞色素P450(Cyt P450)参与。第64页/共65页感谢您的观看！第65页/共65页