生物氧化王鏡巖生物化學(xué)(全)

1、第24章 生物(shngw)氧化電子傳遞和氧化磷酸化作用 共五十四頁一、什么(shn me)是生物氧化？有機(jī)(yuj)分子在細(xì)胞內(nèi)氧化分解成CO2和H2O并釋放出能量形成ATP的過程，籠統(tǒng)地稱為生物氧化 。生物氧化實(shí)際上是需氧呼吸作用中的一系列氧化還原反應(yīng)，所以又稱為細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸 共五十四頁二、生物(shngw)氧化特點(diǎn) 1、在體溫條件下進(jìn)行，通過酶的催化作用 2、逐步氧化釋放能量 3、在氧化過程中產(chǎn)生的能量一般都貯存在一些(yxi)特殊的化合物中，主要是ATP 共五十四頁生物(shngw)氧化中CO2H2O的生成方式1.CO2的生成： 有機(jī)物在酶的作用下脫羧(decarboxylati

2、on)生成。脫羧作用根據(jù)(gnj)脫羧的部位分為： 脫羧（ -decarboxylation）脫羧 （-decarboxylation）脫羧作用根據(jù)脫羧的性質(zhì)分為：直接脫羧（ simple decarboxylation）氧化脫羧（oxidative decarboxylation）共五十四頁（1）-脫羧（直接脫羧）R-CH(NH2)-COOHRCH2NH2CO2氨基酸（氨基酸脫羧酶）胺（2）-氧化(ynghu)脫羧CH3COCOOH +NAD+CoASH CH3COSCoA+NADH+H+丙酮酸丙酮酸脫氫酶系）乙酰輔酶（3）-脫羧（直接脫羧）HOOCCO-CH2COOH CH3COCOOH+

3、CO2草酰乙酸(丙酮酸羧化酶）丙酮酸（4）-氧化脫羧HOOCCH2-CH(OH)COOH+NADP+ （蘋果酸）CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+(蘋果酸脫羧酶）（丙酮酸）共五十四頁生物(shngw)氧化中的CO2的生成？絕大部分有機(jī)物生物氧化中的CO2生成是經(jīng)三羧酸循環(huán)(xnhun)中的脫羧作用產(chǎn)生的。其他一些CO2產(chǎn)生途徑如：糖異生 草酰乙酸+GTP磷酸烯醇式丙酮酸+GDP+CO2戊糖途徑氨基酸脫羧脫羧酶共五十四頁真核生物線粒體內(nèi)膜或原核(yun h)生物細(xì)胞膜上的呼吸鏈作用下產(chǎn)生呼吸鏈生物(shngw)氧化中H2O的生成2e又稱電子傳遞鏈或呼吸鏈，分NADH鏈和FADH2鏈。H

4、2OO2-1/2 O2電子傳遞體氫傳遞體脫氫輔酶 -2HMH22H+共五十四頁生物體中物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原(hun yun)電勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)的正值越大，越傾向于獲得(hud)電子共五十四頁第一節(jié) 電子傳遞鏈共五十四頁電子傳遞鏈復(fù)合體I復(fù)合體II復(fù)合體III復(fù)合體IVO2這些電子載體都具有(jyu)氧化還原作用；按照對(duì)電子親和力遞增順序排列構(gòu)成的電子傳遞鏈。共五十四頁NADH鏈線粒體內(nèi)膜線粒體外膜NADH-輔酶(f mi)Q還原酶（I）輔酶(f mi)Q細(xì)胞色素還原酶III細(xì)胞色素C氧化酶（IV）共五十四頁共五十四頁復(fù)合體I復(fù)合體復(fù)合體輔酶Q細(xì)胞色素CATP合酶復(fù)合體II共五十四頁一NADH-Q還原酶

5、 （復(fù)合體I）至少有34條多肽鏈組成(z chn)；包含F(xiàn)MN、Fe-S蛋白、CoQ等輔基；可以接受電子和H+。泵出4個(gè)H+。 CoQNADHFMNHFMNH2Fe-S2e2e2e共五十四頁共五十四頁FMNH 和 FMNH2每次可接受一個(gè)(y )或兩個(gè)電子共五十四頁FAD和FMN異咯嗪D-核糖醇共五十四頁Fe-S蛋白(dnbi)又稱非血紅素鐵蛋白。4Fe-4S、 2Fe-2S 、Fe-S等類型(lixng)，每次只接受一個(gè)電子 Fe2+ Fe3+ 共五十四頁CoQ又稱泛醌 ；是脂溶性輔酶。在線粒體內(nèi)膜里，可以結(jié)合(jih)到膜上，也可以游離狀態(tài)存在?？山邮芤粋€(gè)或兩個(gè)電子。呼吸鏈上唯一的非蛋白組

6、分，且是一種和蛋白質(zhì)結(jié)合不緊密的輔酶。 共五十四頁+e+e氧化(ynghu)型CoQ半醌中間(zhngjin)物還原型CoQ共五十四頁二琥珀酸-Q還原酶 （復(fù)合體）1、嵌在線粒體內(nèi)膜的酶蛋白(dnbi)；2、FADH2、Fe-S蛋白、CoQ為該酶的輔基（酶）不能泵出H+。 FADH2Fe-S2e2eFAD+CoQ琥珀酸延胡索酸QH2Q共五十四頁琥珀酸延胡索酸QQH2共五十四頁三細(xì)胞(xbo)色素還原酶 （復(fù)合體 ）又稱細(xì)胞(xbo)色素bc1復(fù)合體（cytbc1）含有cytb562（cytbH）、 cytb566(cytbL)、Fe-S蛋白和cytc1等輔基。泵出2個(gè)H+。 共五十四頁Fe-S

7、eCoQH2CytC1eCytCCoQCoQ-CytbLCytbHCoQ-eCoQH2CoQCoQ-CytbLCytbHCoQ-Fe-SeCytC1eCytCee1、2、Q-循環(huán)(xnhun)共五十四頁細(xì)胞(xbo)色素是一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白質(zhì)的總稱(zn chn)。根據(jù)吸收光譜的不同將細(xì)胞色素分為a、b、c。（血紅素的鐵卟啉環(huán)不同） a類中的卟啉環(huán)c類中的卟啉環(huán)Fe3+ + e Fe2+（血紅素鐵蛋白）共五十四頁Q-循環(huán)(xnhun)共五十四頁細(xì)胞色素(s s)C： 呼吸鏈上唯一不與線立體膜緊密結(jié)合的電子傳遞蛋白，是唯一能溶于水的細(xì)胞色素共五十四頁四細(xì)胞(xbo)色素氧化酶 （復(fù)

8、合體）又稱為細(xì)胞色素 aa3；是嵌在線粒體內(nèi)膜的跨膜蛋白，由10個(gè)亞基構(gòu)成 。該酶活性中心由cyta、cyta3和兩個(gè)銅離子(lz)組成。泵出4個(gè)H+。 共五十四頁O2cytcCyta(Fe3+)-Cu2+Cyta3(Fe3+)-Cu2+e+e共五十四頁共五十四頁五、電子傳遞的抑制劑 能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。是研究電子傳遞鏈順序(shnx)的一種重要方法。 NADHNADH-Q還原酶CoQcytbc1cytccytaa3O2魚藤酮 安密妥 殺粉蝶(fndi)菌素 抗霉素A氰化物、CO疊氮化物共五十四頁復(fù)合體I復(fù)合體復(fù)合體輔酶Q細(xì)胞色素CATP合酶復(fù)合體II共五十

9、四頁第二節(jié) 氧化(ynghu)磷酸化 定義：指的是與生物氧化作用相伴而生的磷酸化作用；是將生物氧化過程中釋放(shfng)的自由能，用以使ADP和無機(jī)磷酸生成高能ATP的作用。 共五十四頁氧化(ynghu)磷酸化作用機(jī)制 化學(xué)滲透假說： 1961年由英國生物(shngw)化學(xué)家 Mitchell提出，認(rèn)為電子傳遞釋放出的自由能和ATP合成是與一種跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。獲得1978年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 主要內(nèi)容：電子傳遞的自由能驅(qū)動(dòng)H+從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而形成跨線粒體內(nèi)膜的H+電化學(xué)梯度，這個(gè)梯度的電化學(xué)電勢(shì)驅(qū)動(dòng)ATP的合成。共五十四頁4H+4H+2H+4H+4H+共五十

10、四頁化學(xué)滲透假說的要點(diǎn)是：a. 線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€(gè)質(zhì)子泵；b. 在電子傳遞鏈中，電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時(shí)釋放出來的能量，用于驅(qū)動(dòng)膜內(nèi)側(cè)的H+遷移到膜外側(cè)（膜對(duì)H+是不通透(tn tu)的）。這樣，在膜的內(nèi)側(cè)與外側(cè)就產(chǎn)生了跨膜質(zhì)子梯度 (pH) 和電位梯度（）；c. 在膜內(nèi)外勢(shì)能差（pH 和）的驅(qū)動(dòng)下，膜外高能質(zhì)子沿著一個(gè)特殊通道（ATP酶的組成部分），跨膜回到膜內(nèi)側(cè)。質(zhì)子跨膜過程中釋放的能量，直接驅(qū)動(dòng)ADP和磷酸合成ATP。共五十四頁共五十四頁ATP合酶結(jié)構(gòu)(jigu)Fl單元：是球狀結(jié)構(gòu)，由5種不同的多肽鏈組成，其組分為33，催化(cu hu)ATP合成的部位在亞基上 F0質(zhì)

11、子通道：是跨線粒體內(nèi)膜的疏水蛋白質(zhì)，由4種多肽鏈組成 F0和Fl之間的柄 ：包含有兩種蛋白質(zhì)。一種為寡霉素敏感蛋白(OSCP)，一種為偶合因子6 寡霉素結(jié)合區(qū)共五十四頁質(zhì)子(zhz)流是如何驅(qū)動(dòng)ATP合成的? Paul Boyer對(duì)于質(zhì)子驅(qū)動(dòng)ATP合成(hchng)的機(jī)制問題提出“結(jié)合變化機(jī)制” 能量共五十四頁ATP酶在膜上的分布(fnb)共五十四頁氧化(ynghu)磷酸化的解偶聯(lián)和抑制 根據(jù)它們的不同影響方式可劃分為三大類:一類(y li)稱為解偶聯(lián)劑，另一類稱為氧化磷酸化抑制劑，第三類稱為離子載體抑制劑。 共五十四頁1、解偶聯(lián)劑作用是使電子傳遞和ATP形成兩個(gè)過程分離，只抑制(yzh)AT

12、P的形成過程，不抑制(yzh)電子傳遞過程，使電子傳遞產(chǎn)生的自由能都變?yōu)闊崮?。典型的解偶?lián)劑：親脂試劑 2,4二硝基苯酚(DNP)；解偶聯(lián)機(jī)理：接受質(zhì)子后成為脂溶性的，從而容易地透過膜，破壞質(zhì)子梯度。 共五十四頁共五十四頁2、氧化(ynghu)磷酸化抑制劑作用是直接干擾(gnro)ATP的生成過程，但不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。 抑制ATP的形成、又抑制氧氣的利用。例：寡霉素和DCCD（二環(huán)己基碳二亞胺），作用于F0 ，阻止質(zhì)子流出注意與解偶聯(lián)劑的區(qū)別。共五十四頁3、離子載體抑制劑這是一類脂溶性物質(zhì)。這種物質(zhì)能與某些離子結(jié)合并作為它們的載體使這些離子能夠穿過膜。它和解偶聯(lián)試劑的區(qū)別在于：

13、它是除H+以外(ywi)其他1價(jià)陽離子的載體，這類抑制劑是通過增加線粒體內(nèi)膜對(duì)一價(jià)陽離子的通透性而破壞氧化磷酸化過程。例如：共五十四頁 纈氨霉素能夠結(jié)合K+離子，與K+形成脂溶性的復(fù)合物，于是K+容易地透過膜。導(dǎo)致膜內(nèi)外Na+、K+離子比例失調(diào)(b l sh dio)，導(dǎo)致某些物質(zhì)運(yùn)輸發(fā)生障礙（這些物質(zhì)協(xié)同運(yùn)輸時(shí)需要H+泵出）短桿菌肽： Na+、K+及其他一價(jià)陽離子共五十四頁4、激素控制褐色脂肪線粒體氧化(ynghu)磷酸化解偶聯(lián)機(jī)制使產(chǎn)生熱量 人類、新生無毛的哺乳動(dòng)物以及(yj)冬眠哺乳動(dòng)物在頸部和背部都含有褐色脂肪 ，由大量甘油三脂和大量線粒體的細(xì)胞構(gòu)成。線粒體內(nèi)的細(xì)胞色素使褐色脂肪呈褐色

14、 ，褐色脂肪線粒體內(nèi)含有一種激素稱為產(chǎn)熱素的蛋白質(zhì)，它控制著線粒體內(nèi)膜對(duì)質(zhì)子的通透性 共五十四頁細(xì)胞(xbo)溶膠內(nèi)NADH的再氧化細(xì)胞溶膠內(nèi)NADH不能通過內(nèi)膜進(jìn)入線粒體氧化。因此通過兩種穿梭(chun su)途徑解決NADH的再氧化。（139-140頁）一種稱為甘油3磷酸穿梭途徑另一種稱為蘋果酸-天冬氨酸穿梭途徑共五十四頁肌肉和神經(jīng)(shnjng)組織共五十四頁（心臟和肝臟(gnzng)細(xì)胞）共五十四頁甘油三磷酸穿梭途徑的意義：使細(xì)胞溶膠(rngjio)中的NADH逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)到線立體內(nèi)膜進(jìn)入電子傳遞鏈進(jìn)行氧化。保證氧化磷酸化以極高的速度進(jìn)行。蘋果酸-天冬氨酸穿梭途徑意義：只有當(dāng)細(xì)胞溶膠中的NADH和NAD+的比值比線立體基質(zhì)內(nèi)的比值高時(shí)，NADH才通過這條途徑進(jìn)入線立體。共五十四頁共五十四頁作業(yè)(zuy)1、146頁的第4題2、146頁的第7題3、化學(xué)滲透(shntu)假說的主要內(nèi)容4、Q-循環(huán)5、ATP合成的“結(jié)合變化機(jī)制” 共五十四頁內(nèi)容摘要第24章 生物氧化電子傳遞和氧化磷酸化作用。有機(jī)分子在細(xì)胞內(nèi)氧化分解成CO2和H2O并釋放出能量形成ATP的過程，籠統(tǒng)地稱為生物氧化。脫羧 （-decarbo