第1章生物氧化ppt課件

1、生生 物物 氧氧 化化Biological OxidationBiological Oxidation 第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化與高能化合物生物氧化與高能化合物 物質在生物體內進展氧化稱生物氧化，主物質在生物體內進展氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質等在體內分解時逐漸釋要指糖、脂肪、蛋白質等在體內分解時逐漸釋放能量，最終生成放能量，最終生成CO2 和和 H2O的過程。的過程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白質蛋白質 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP熱能熱能一、生物氧化一、生物氧化 * * 生物氧化與體外氧化之一樣點生物氧化與體外氧化之一樣點w 生物氧化中物質的氧化方式有加氧、脫氫、生物氧

2、化中物質的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵照氧化復原反響的普通規(guī)律。失電子，遵照氧化復原反響的普通規(guī)律。w 物質在體內外氧化時所耗費的氧量、最終產(chǎn)物質在體內外氧化時所耗費的氧量、最終產(chǎn)物物CO2，H2O和釋放能量均一樣。和釋放能量均一樣。w是在細胞內溫暖的環(huán)境中體是在細胞內溫暖的環(huán)境中體溫，溫，pH接近中性，在一系列接近中性，在一系列酶促反響逐漸進展，能量逐漸酶促反響逐漸進展，能量逐漸釋放有利于有利于機體捕獲能釋放有利于有利于機體捕獲能量，提高量，提高ATP生成的效率。生成的效率。w進展廣泛的加水脫氫反響使物進展廣泛的加水脫氫反響使物質能間接獲得氧，并添加脫氫質能間接獲得氧，并添加脫氫的時機；

3、脫下的氫與氧結合產(chǎn)的時機；脫下的氫與氧結合產(chǎn)生生H2O，有機酸脫羧產(chǎn)生，有機酸脫羧產(chǎn)生CO2。* * 生物氧化與體外氧化之不同點生物氧化與體外氧化之不同點生物氧化生物氧化體外氧化體外氧化w能量是忽然釋放的。能量是忽然釋放的。 w產(chǎn)生的產(chǎn)生的CO2、H2O,由物由物質中的碳和氫直接與氧質中的碳和氫直接與氧結合生成。結合生成。糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白質蛋白質 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 呼吸鏈呼吸鏈 ADP+Pi ATP * * 生物氧化的普經(jīng)過程生物氧化的普經(jīng)過程二、二、 ATP高能磷酸鍵與高能磷酸化合物高能磷酸鍵與高能磷酸化合物 u高能磷酸鍵高能

4、磷酸鍵u水解時釋放的能量大于水解時釋放的能量大于20.92KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯鍵，常表示為鍵，常表示為 P。u高能磷酸化合物高能磷酸化合物u含有高能磷酸鍵的化合物含有高能磷酸鍵的化合物 三三 、 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 底物程度磷酸化底物程度磷酸化 機械能機械能( (肌肉收縮肌肉收縮) )浸透能浸透能( (物質自動轉運物質自動轉運) ) 化學能化學能( (合成代謝合成代謝) )電能電能( (生物電生物電) )熱能熱能( (維持體溫維持體溫) )生物體內能量的儲存和利生物體內能量的儲存和利用都以用都以ATP為中心。為

5、中心。第二節(jié)第二節(jié) 生成生成ATPATP的氧化體系的氧化體系The Oxidation System of The Oxidation System of ATP ProducingATP Producing生物氧化中生物氧化中CO2的生成的生成w 直接脫羧w 氧化脫羧定義定義代謝物脫下的成對氫原子代謝物脫下的成對氫原子2H經(jīng)過多種酶和經(jīng)過多種酶和輔酶所催化的連鎖反響逐漸傳送，最終與氧結合輔酶所催化的連鎖反響逐漸傳送，最終與氧結合生 成 水 ， 這 一 系 列 酶 和 輔 酶 稱 為 呼 吸 鏈生 成 水 ， 這 一 系 列 酶 和 輔 酶 稱 為 呼 吸 鏈(respiratory chai

6、n)又稱電子傳送鏈又稱電子傳送鏈(electron transfer chain)。組成組成遞氫體和電子傳送體遞氫體和電子傳送體2H 2H+ + 2e 一、呼一、呼.0吸鏈吸鏈一呼吸鏈的組成一呼吸鏈的組成四種具有傳送電子功能的酶復合體四種具有傳送電子功能的酶復合體(complex) * * 泛醌泛醌 和和 Cyt c Cyt c 均不包含在上述四種復合體中。均不包含在上述四種復合體中。人線粒體呼吸鏈復合體人線粒體呼吸鏈復合體復合體復合體酶名稱酶名稱復合體復合體復合體復合體復合體復合體復合體復合體NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶泛醌泛醌-細胞色素細胞色素C還原酶還

7、原酶細胞色素細胞色素c氧化酶氧化酶輔基輔基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)394 1013 復合體復合體酶名稱酶名稱復合體復合體復合體復合體復合體復合體復合體復合體NADH-泛醌還原酶泛醌還原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌還原酶泛醌還原酶泛醌泛醌-細胞色素細胞色素C還原酶還原酶細胞色素細胞色素c氧化酶氧化酶輔基輔基FMN，F(xiàn)e-S FAD，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，F(xiàn)e-S 鐵卟啉，鐵卟啉，Cu 多肽鏈數(shù)多肽鏈數(shù)394 1013 呼吸鏈各復合體在線粒體內膜中的位置呼吸鏈各復合體在線粒體內膜中的位置1. 復合體復合體: NADH-泛醌復原

8、酶泛醌復原酶u 功能功能: 將原子氫電子從將原子氫電子從NADH傳送給泛醌傳送給泛醌 (ubiquinone) 復合體復合體NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 NAD+和和NADP+的構造的構造R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+ NAD+NADP+和和NADHNADPH相互轉變相互轉變氧化復原反響時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。氧化復原反響時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。FMN構造中含核黃素，發(fā)揚功能的部位構造中含核黃素，發(fā)揚功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化復原反響時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是異咯嗪環(huán)，氧化復原反響時不穩(wěn)定中間產(chǎn)

9、物是是FMN 。鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進展子和硫原子，其中鐵原子可進展Fe2+ Fe3+e 反響傳送電子。反響傳送電子。 表示無機硫表示無機硫 鐵硫蛋白鐵硫蛋白 無機硫無機硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫泛醌輔酶泛醌輔酶Q, CoQ由多個異戊二烯銜接構由多個異戊二烯銜接構成較長的疏水側鏈人成較長的疏水側鏈人CoQ10，氧化復原反響，氧化復原反響時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。電子傳送鏈中獨時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。電子傳送鏈中獨一的非蛋白質組分。一的非蛋白質組分。復合體復合體的功能的功能 NADH+H+ NAD+ FMN FMN

10、H2復原型復原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH22. 復合體復合體: 琥珀酸琥珀酸-泛醌復原酶泛醌復原酶u 功能功能: : 將電子從琥珀酸傳送給泛醌將電子從琥珀酸傳送給泛醌 復合體復合體琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 3. 復合體復合體: 泛醌泛醌-細胞色素細胞色素c復原酶復原酶 u 功能：將電子從泛醌傳送給細胞色素功能：將電子從泛醌傳送給細胞色素c c 復合體復合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1細細 胞胞 色色 素素細胞色素是一類以鐵鐵卟啉為輔基的催化電細胞色素是一類以鐵鐵卟啉為輔基的催化電子傳送的酶類

11、，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。子傳送的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。4. 復合體復合體: 細胞色素細胞色素c氧化酶氧化酶u 功能：將電子從細胞色素功能：將電子從細胞色素c傳送給氧傳送給氧 復合體復合體復原型復原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB構成的活性部位將電子交給構成的活性部位將電子交給O2。 由以下實驗確定：由以下實驗確定： 規(guī)范氧化復原電位規(guī)范氧化復原電位 拆開和重組拆開和重組 特異抑制劑阻斷特異抑制劑阻斷 復原形狀呼吸鏈緩慢給氧復原形狀呼吸鏈緩慢給氧二呼吸鏈成分的陳列順序二呼吸鏈成分的陳列順序電子傳送的抑制效應電子傳送的抑制效應氧氧化化還還原原

12、對對E (V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/ FMNH2-0.30FAD/ FADH2-0.06Cyt b Fe3+/Fe2+0.04（或或0.10）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/ Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a Fe3+ / Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 0.551/2 O2/ H2O 0.82呼呼吸吸鏈鏈中中各各種種氧氧化化還還原原對對的的標標準準氧氧化化還還原原電電位位1. NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈NADH 復合體復合體Q 復合體復合體Cyt c 復合體復合體O22. 琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸氧化

13、呼吸鏈 琥珀酸琥珀酸 復合體復合體 Q 復合體復合體Cyt c 復合體復合體O2NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 FADH2氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈電子傳送鏈電子傳送鏈電子傳送鏈抑制劑電子傳送鏈抑制劑w 魚藤酮w 抗霉素Aw 氰化物、疊氮化物、CO及H2S電子傳送鏈中的抑制劑電子傳送鏈中的抑制劑 第三節(jié)第三節(jié) 氧化磷酸化氧化磷酸化 定義定義氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在是指在呼吸鏈電子傳送過程中偶聯(lián)呼吸鏈電子傳送過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。，又稱為偶聯(lián)磷酸化。 底物程度磷酸化底物程度磷酸化 (substrate

14、level phosphorylation) 是底物分子內部能量重新分是底物分子內部能量重新分布，生成高能鍵，使布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的的過程。過程。一、氧化磷酸化偶聯(lián)部位一、氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復合體氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復合體、根據(jù)自在能變化和根據(jù)自在能變化和P/O比值比值P/O的概念：的概念： G=-nFE 線線粒粒體體離離體體實實驗驗測測得得的的一一些些底底物物的的P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸鏈鏈的的組組成成P/O比比值值可可能能生生成成的的 ATP數(shù)數(shù) -羥羥丁丁酸酸NAD+復復合合體體CoQ復復合合體體2.42.8 3Cyt c復復合

15、合體體O2琥琥珀珀酸酸復復合合體體CoQ復復合合體體1.7 2Cyt c復復合合體體O2抗抗壞壞血血酸酸Cyt c復復合合體體O20.88 1細細胞胞色色素素c (Fe2+) 復復合合體體O20.61-0.68 1ATPATP ATP 氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳送鏈自在能變化電子傳送鏈自在能變化 區(qū)區(qū)段段電電位位變變化化(E)自自由由能能變變化化G=-nFE能能否否生生成成ATP(G是是否否大大于于30.5KJ) Cyt aa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能

16、能二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理1. 化學浸透假說化學浸透假說(chemiosmotic hypothesis) 電子經(jīng)呼吸鏈傳送時，可將質子電子經(jīng)呼吸鏈傳送時，可將質子H+從線粒從線粒體內膜的基質側泵到內膜胞漿側，產(chǎn)生膜內外體內膜的基質側泵到內膜胞漿側，產(chǎn)生膜內外質子電化學梯度儲存能量。當質子順濃度梯度質子電化學梯度儲存能量。當質子順濃度梯度回流時驅動回流時驅動ADP與與Pi生成生成ATP。 (四要點四要點線粒體基質線粒體基質 線粒體膜線粒體膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 化學浸透假說簡單表示圖化學浸透假說簡單表示圖化

17、化 學學 滲滲 透透 假假 說說2. ATP合酶合酶由親水部分由親水部分 F133亞亞基基 和疏水部和疏水部分分 F0a1b2c912亞基組成。亞基組成。ATP合酶構造方式圖合酶構造方式圖當當H+順濃度遞度經(jīng)順濃度遞度經(jīng)F0中中a亞基和亞基和c亞基之間亞基之間回流時，回流時，亞基發(fā)生旋轉，亞基發(fā)生旋轉，3個個亞基的構象發(fā)亞基的構象發(fā)生改動。生改動。ATP合酶的任務機制合酶的任務機制三、經(jīng)過線粒體內膜的物質轉運三、經(jīng)過線粒體內膜的物質轉運線粒體外膜通透性高，線粒體對物質經(jīng)線粒體外膜通透性高，線粒體對物質經(jīng)過的選擇性主要依賴于內膜中不同轉運蛋白過的選擇性主要依賴于內膜中不同轉運蛋白(transpo

18、rter)對各種物質的轉運。對各種物質的轉運。一胞漿中一胞漿中NADH的氧化的氧化胞漿中胞漿中NADH必需經(jīng)一定轉運機制進入線粒體，必需經(jīng)一定轉運機制進入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進展氧化磷酸化。再經(jīng)呼吸鏈進展氧化磷酸化。轉運機制主要有轉運機制主要有-磷酸甘油穿越磷酸甘油穿越(-glycerophosphate shuttle)蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿越天冬氨酸穿越 (malate-asparate shuttle)1. -磷酸甘油穿越機制磷酸甘油穿越機制 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 線粒體線粒體 內膜內膜 線粒體線粒體 外膜外膜膜間隙膜間隙 線粒體線粒體 基質基質-磷酸甘油磷酸甘油

19、 脫氫酶脫氫酶 呼吸鏈呼吸鏈 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH2. 蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿越機制天冬氨酸穿越機制NADH +H+ NAD+ -OOC-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH +H+ NAD+ 谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 轉運體轉運體蘋果酸蘋果酸-酮酮 戊二酸轉運體戊二酸轉運體 -OOC-CH2-C-COO-OHH蘋果酸蘋果酸 -OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 蘋果酸蘋果酸 脫氫酶脫氫酶 谷草轉谷草轉 氨酶氨酶 胞液胞液 線線粒粒體體內內膜膜 基質基質 呼吸鏈呼吸鏈 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H四、影響氧化磷酸化的要素四、影響氧化磷酸化的要素1. 呼吸鏈抑制劑呼吸鏈抑制劑 阻斷呼吸鏈