煙大生化24課件

Biologicaloxidation生物能量轉(zhuǎn)換示意圖Chapter24生物氧化4/10/20231生物體把能量用在生命活動(dòng)的各個(gè)方面4/10/202321、生命活動(dòng)能量的來(lái)源體內(nèi)糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物的氧化生物氧化和燃燒：化學(xué)本質(zhì)相同，方式不同4/10/20233近中性、約37℃水溶液逐步進(jìn)行的一系列酶促反應(yīng)逐步釋放能量：維持體溫合成ATP3、特點(diǎn)與意義4/10/202351）相同點(diǎn)4/10/202362）不同點(diǎn)4/10/20237一、氧化—還原電勢(shì)1、氧化—還原反應(yīng)的概念

氧化—還原反應(yīng)：反應(yīng)過(guò)程中電子從一物質(zhì)（還原劑）轉(zhuǎn)移到另一物質(zhì)（氧化劑）的化學(xué)反應(yīng)。4/10/202392、氧化—還原電勢(shì)的概念電動(dòng)勢(shì)（ε）：ε=E（正極電極電勢(shì)）–E（負(fù)極電極電勢(shì)）3、生物體內(nèi)重要的氧化—還原電勢(shì)（117頁(yè)）4/10/202310氧化-還原電勢(shì)與自由能的變化生物氧化：氧化、還原相互偶聯(lián)線粒體呼吸鏈：推動(dòng)電子從NADH傳遞到O2的力，電勢(shì)差4/10/202311二、電子傳遞過(guò)程和氧化呼吸鏈（一）生物氧化的方式加氧、脫氫和失電子需要遞氫體、遞電子體4/10/202313（糖、Fat、AA等）脫氫脫氫酶輔酶（氧化型）NAD+、FAD還原型輔酶（NADH、FADH2）氫以質(zhì)子形式脫下，進(jìn)入遞氫體電子沿一系列的電子傳遞體，轉(zhuǎn)移到分子氧同時(shí)逐步釋放大量的自由能ADP磷酸化形成ATP質(zhì)子和離子氧結(jié)合生成水CO2的產(chǎn)生：酶催化有機(jī)酸的脫羧反應(yīng)4/10/202314線粒體的結(jié)構(gòu)呼吸鏈4/10/202315（三）呼吸鏈（電子傳遞鏈）概念的建立代謝物脫下的氫，經(jīng)一系列遞氫體或電子傳遞體的依次傳遞，最后傳給分子氧從而生成水的全部體系按照還原電勢(shì)大小排列（電子親和力不斷增加）待氧化底物NAD+E-FMNFeSCoQCyt-bCyt-cCyt-aO2NADH2H+?OˉH2O電子從NADH到O2的傳遞所經(jīng)過(guò)的途徑——電子傳遞鏈呼吸鏈4/10/2023174/10/202318ATP合成酶NADH-Q還原酶復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ細(xì)胞色素氧化酶質(zhì)子梯度復(fù)合體Ⅳ琥珀酸-Q還原酶細(xì)胞色素還原酶（四）呼吸鏈（電子傳遞鏈）組成(質(zhì)子泵)4/10/202319ComplexI琥珀酸-Q還原酶ComplexⅡ細(xì)胞色素還原酶ComplexⅣ結(jié)構(gòu)示意圖ComplexⅢ結(jié)構(gòu)示意圖細(xì)胞色素氧化酶4/10/2023211、NADH-Q還原酶：NADH脫氫酶將電子從NADH經(jīng)FMN、Fe-S（酶的兩個(gè)輔基）傳給泛醌4/10/2023224/10/2023234/10/2023252、泛醌（Q，CoQ）電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體脂溶性易接受電子和質(zhì)子，還原成QH2（還原型）；

QH2也容易給出電子和質(zhì)子，重新氧化成Q。電子和質(zhì)子的傳遞體4/10/202326細(xì)胞色素（cyt.）含鐵的電子傳遞體輔基為鐵卟啉的衍生物鐵原子處于卟啉環(huán)的中心，構(gòu)成血紅素線粒體呼吸鏈：細(xì)胞色素a,b,c和c1等輔基分別為血紅素A、B和CFe3+

Fe2+，傳遞電子4/10/202329獨(dú)立的蛋白質(zhì)電子載體內(nèi)膜外表（膜周蛋白，易溶于水）與cytc1輔基相同，蛋白組成不同

Fe3+

Fe2+

，電子傳遞中間體作用4、細(xì)胞色素c（cyt.c）4/10/2023305、Cytc氧化酶復(fù)合物Ⅳ線粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物12個(gè)多肽亞基活性部分：cyta、a34/10/202331cyt.a、a3組成一個(gè)復(fù)合體含鐵卟啉、Cu直接以O(shè)2為電子受體電子傳遞Cu+

Cu2+

將cytc攜帶的電子→O24/10/202332線粒體內(nèi)膜，蛋白復(fù)合物4個(gè)多肽亞基活性部分：FAD、Fe-S催化琥珀酸的脫氫氧化和Q的還原6、琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合物Ⅱ）琥珀酸：TCA中間產(chǎn)物琥珀酸-Q還原酶催化，將兩個(gè)高能電子傳遞給Q再通過(guò)QH2-cytc還原酶、cytc和cytc氧化酶?jìng)鬟f到O24/10/202333線粒體氧化體系：線粒體以提供能量（產(chǎn)生ATP）為主要功能的生物氧化體系

—“發(fā)電站”非線粒體氧化體系：線粒體外行使特殊作用（如清除代謝有害物）為主要功能的生物氧化體系（五）生物氧化的體系細(xì)胞定位和功能4/10/202334（六）參與生物氧化的酶類(lèi)●氧化酶類(lèi)：Cyt氧化酶類(lèi)，易被CO、氰化物等抑制●需氧脫氫酶類(lèi)：以FMN或FAD為輔基作為遞氫體的結(jié)合酶類(lèi)不易被CO、氰化物等抑制?！癫恍柩趺摎涿割?lèi)：以NAD+（或NADP+）為輔酶、以FMN（或FAD）為輔基（遞氫體）的結(jié)合酶類(lèi)4/10/202335（六）線粒體呼吸鏈的類(lèi)型組成成分、排列順序、功能差異NADH呼吸鏈：主要（人、動(dòng)物）∵NAD+：大多數(shù)脫氫酶的輔酶每傳遞一對(duì)電子產(chǎn)生2.5分子ATP●FADH2呼吸鏈：FADH2起始每傳遞一對(duì)電子產(chǎn)生1.5分子ATP?！窈粑湹淖饔茫海?）代謝水的生成；（2）能量的生成。4/10/202336NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈4/10/202337NADH氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈1234FAD(黃素-腺嘌呤二核苷酸)FMN(黃素單核苷酸)4/10/2023384/10/2023394/10/202340概念：能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)魚(yú)藤酮、抗霉素A、氰化物等作用部位：1、魚(yú)藤酮等：NADH→CoQ2、抗霉素A：QH2→細(xì)胞色素3、氰化物、CO等：細(xì)胞色素氧化酶（七）電子傳遞的抑制劑（128頁(yè)）4/10/202341〒4/10/202342三、氧化磷酸化作用（一）線粒體的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)（130頁(yè)）需氧細(xì)胞生命活動(dòng)的能量來(lái)源——“發(fā)電站”兩層膜：內(nèi)膜有許多向內(nèi)折疊的嵴，內(nèi)膜球體結(jié)構(gòu)4/10/202343內(nèi)膜脊膜4/10/2023444/10/2023451948年由EugeneKennedy和AlbertLehninger發(fā)現(xiàn)在真核細(xì)胞中線粒體是氧化磷酸化的部位，從而開(kāi)辟了生物能傳遞研究的新紀(jì)元。4/10/202346線粒體內(nèi)三羧酸循環(huán)4/10/202347（二）概念伴隨生物氧化作用而發(fā)生的電子沿呼吸鏈傳遞的氧化作用和釋放的自由能轉(zhuǎn)移給ADP，使ADP磷酸化生成高能ATP相偶聯(lián)的過(guò)程N(yùn)ADH+H++3ADP+3Pi+?O2

→NAD++4H2O+3ATP2-磷酸-甘油酸脫水所引起的內(nèi)部能量重新分布，能量與ADP作用產(chǎn)生一個(gè)ATP伴隨放能的氧化作用而進(jìn)行的磷酸化4/10/202348（三）機(jī)制1、P/O比值每消耗1mol原子氧時(shí)，ADP磷酸化攝取無(wú)機(jī)磷（酸）的mol數(shù)（生成ATP的mol數(shù)）NADHP/O=3FADH2P/O=24/10/202349代謝物脫出的氫，大多數(shù)通過(guò)呼吸鏈完成氧化ATP形成主要靠呼吸鏈的氧化磷酸化作用2、ATP生成部位4/10/2023503、氧化磷酸化作用機(jī)制的解釋1）偶聯(lián)機(jī)制——化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)a.線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€(gè)質(zhì)子泵b.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(lái)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+是不通透的）。膜的內(nèi)、外側(cè)產(chǎn)生跨膜質(zhì)子梯度(pH)和電位梯度（）；c.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(guò)程中釋放的能量，直接驅(qū)動(dòng)ADP和磷酸合成ATP。4/10/2023514/10/202352線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖4/10/2023532）構(gòu)象學(xué)說(shuō)P．D．Boyer（1964）呼吸作用放出的能被偶聯(lián)膜（線粒體內(nèi)膜）含蛋白質(zhì)的還原型電子遞體（Ared）吸收，Ared變構(gòu)成為激活態(tài)的氧化型構(gòu)象Aox，促進(jìn)ADP磷酸化，產(chǎn)生ATP相似4/10/202354（四）與底物水平磷酸化作用的原則區(qū)別

底物水平磷酸化：

代謝物在分解代謝過(guò)程中由于脫氫或脫水等作用使能量在分子內(nèi)部重新分配，形成高能磷酸化合物，然后將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到ADP形成ATP的過(guò)程。氧化磷酸化：ATP的生成基于與呼吸鏈電子傳遞相偶聯(lián)的磷酸化作用底物水平磷酸化：基于酶的催化將高能磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移生成ATP區(qū)別：4/10/202355（五）氧化磷酸化作用解偶聯(lián)和抑制

解偶聯(lián)劑：電子傳遞和ATP形成分離抑制ATP形成，不抑制電子傳遞結(jié)果：過(guò)分利用氧和燃料底物，能量不能儲(chǔ)存（2，4—二硝基苯酚、芳香族化合物）

不影響底物水平磷酸化4/10/202356氧化磷酸化抑制劑：

既抑制氧的利用又抑制ATP的形成，不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。寡霉素離子載體抑制劑：增加一價(jià)陽(yáng)離子的通透性而破壞氧化磷酸化過(guò)程。短桿菌肽4/10/20