2023學(xué)年完整公開課版生物氧化

第二單元糖代謝與生物氧化

——生物氧化新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院主講：劉利群生物化學(xué)一、生物氧化概述二、生物氧化的概念、方式、特點(diǎn)三、ATP與高能化合物四、磷酸化作用的方式與氧化磷酸化教學(xué)目標(biāo)一、生物氧化概述1、生物氧化的概念糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過程。此過程需耗氧、排出CO2，又在活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，故又稱細(xì)胞呼吸(cellularrespiration)。

1、生物氧化的概念糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO22生物氧化的一般過程二、生物氧化中物質(zhì)氧化方式與特點(diǎn)脫電子

Fe2+ Fe3++e生物氧化體外氧化(燃燒)反應(yīng)性質(zhì)相同（氧化還原反應(yīng)）產(chǎn)物

相同（CO2、H2O）耗氧量

相同環(huán)境細(xì)胞內(nèi)體外條件體溫，需酶高溫，不需酶能量釋放方式逐步釋放驟然釋放產(chǎn)物生成方式水由代謝物脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生，CO2由有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生水和CO2由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合產(chǎn)生

線粒體主要功能：氧化營(yíng)養(yǎng)物，生成ATP。結(jié)構(gòu)：外膜：通透性較高內(nèi)膜：對(duì)物質(zhì)的通過有嚴(yán)格選擇性內(nèi)膜高度折疊形成嵴膜間腔基質(zhì)線粒體結(jié)構(gòu)模式圖線粒體結(jié)構(gòu)線粒體嵴的分子組成三、ATP與高能化合物高能磷酸鍵與高能磷酸化合物高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物化合物△E0′kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮酸－61.9(－14.8)氨基甲酰磷酸－51.4(－12.3)1，3-二磷酸甘油酸－49.3(－11.8)磷酸肌酸－43.1(－10.3)ATP→ADP＋Pi－30.5(－7.3)乙酰輔酶A－31.5(－7.5)ADP→AMP＋Pi－27.6(－6.6)焦磷酸－27.6(－6.6)1-磷酸葡萄糖－20.9(－5.0)一些重要有機(jī)磷酸化合物水解釋放的標(biāo)準(zhǔn)自由能磷酸肌酸磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。Q：下列哪些化合物屬于高能磷酸鍵化合物？A：1,6-二磷酸果糖B：三磷酸肌醇C：磷酸烯醇式丙酮酸D：磷酸肌酸E：UTP(CDE)ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以ATP為中心。1、氧化呼吸鏈（電子傳遞鏈）

概念

組成

電子傳遞體的排列順序

呼吸鏈順序的實(shí)驗(yàn)依據(jù)四、磷酸化作用與氧化磷酸化概念在線粒體內(nèi)膜上具有氧化還原功能的酶和輔酶按一定順序排列組成，能傳遞氫和電子的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體系稱為電子傳遞鏈（electrontransferchain）。由于電子傳遞過程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，又稱呼吸鏈（respiratorychain）。組成遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜e-e-e-e-e-氧化呼吸鏈由4種具有傳遞電子能力的復(fù)合體組成呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置氧化還原電位低氧化還原電位高呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)E0’(V)氧化還原對(duì)E0’(V)NAD+/NADN+H+－0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH2－0.219CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.219CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.816電子傳遞方向：(還原電位)低

高1.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22.琥珀酸（FADH2）氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈IIIIIVQCIIQIIICIV

NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc1→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈CytbL→CytbH→Fe-S→Cytc1CuA→a→a3-CuB2、氧化磷酸化*定義氧化磷酸化指在代謝物脫下的氫經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給氧生成H2O時(shí)，釋放出的能量使ADP磷酸化生成ATP的過程。

*實(shí)質(zhì)：氫的氧化

ADP的磷酸化偶聯(lián)底物水平磷酸化合酶底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。不經(jīng)電子傳遞。ATPATPATP（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位：三個(gè)復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ（1）自由能變化（內(nèi)容抽象，知道就行，不用深究）⊿Go'=-nF⊿Eo'2.確定氧化磷酸化偶聯(lián)部位的方法（2）P/O比值概念：指氧化磷酸化過程中，每消耗1/2摩爾O2所生成ATP的摩爾數(shù)（或一對(duì)電子通過氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數(shù)）底物電子傳遞鏈P/O比值生成ATP數(shù)NADH+H+NAD+

復(fù)合體ICoQ復(fù)合體IIIc

復(fù)合體IV

O22.52.5FADH2

復(fù)合體IICoQ復(fù)合體IIIc

復(fù)合體IV

O21.51.5離體線粒體的P/O比值（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制1.

化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)-1978電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。線粒體基質(zhì)

線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATPⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)++++++++++---------電子傳遞過程復(fù)合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能。

2.ATP合酶疏水部分,亞基:a1b2c9～12ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖親水部分,亞基:

α3β3γδε,

OSCP,IF1亞基)（1）結(jié)構(gòu)(2)質(zhì)子通過ATP合酶Fo順濃度梯度回流使F1γ亞基旋轉(zhuǎn)ATP合酶Fo中a亞基和c亞基結(jié)構(gòu)示意半通道：親水線粒體內(nèi)膜：疏水c環(huán)與γδ亞基緊密相連，當(dāng)c環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)γ亞基旋轉(zhuǎn)。胞漿半通道基質(zhì)半通道H+當(dāng)H+順濃度梯度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時(shí)，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個(gè)β亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。ATP合酶的工作機(jī)制(3)γ亞基旋轉(zhuǎn)使β亞基構(gòu)象改變導(dǎo)致ATP合成和釋放L：疏松型；T：緊密型；O：開放型三、影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈抑制劑阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2.解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白3.ATP合酶抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（一）抑制劑魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥

×抗霉素A二巰基丙醇

×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)Q：氰化物中毒是由于抑制了哪種細(xì)胞色素？解偶聯(lián)蛋白（UCP)作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP熊冬眠嬰兒及初生的哺乳動(dòng)物維持體溫—棕色脂肪組織（含大量線粒體，內(nèi)膜存在解偶聯(lián)蛋白）

寡霉素(oligomycin)可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖+++++++-------H+（二）ADP的調(diào)節(jié)作用主要因素：ADP↑→氧化磷酸化↑（三）甲狀腺激素誘導(dǎo)Na+,K+–ATP酶→ATP加速分解→ADP↑解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)↑→產(chǎn)熱↑（四）線粒體DNA(mtDNA)突變

與線粒體DNA病及衰老有關(guān)?；瘜W(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響四、線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

線粒體外膜：通透性高線粒體內(nèi)膜：對(duì)物質(zhì)通過的有嚴(yán)格的選擇性物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)主要依賴于中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)（一）胞漿中NADH的氧化

胞漿中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要有α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)1.

α-磷酸甘油穿梭機(jī)制

NADH+H+FADH2NAD+FAD

線粒體內(nèi)膜

線粒體外膜膜間隙

線粒體基質(zhì)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油主要存在于腦和骨骼肌中。糖酵解途徑中產(chǎn)生的NADH進(jìn)入線粒體生成FADH2，進(jìn)入琥珀酸氧化呼吸鏈，生成1.5ATPα-磷酸甘油穿梭2.

蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白蘋果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈天冬氨酸主要存在于肝和心肌中。糖酵解途徑中產(chǎn)生的NADH進(jìn)入線粒體，重新生成NADH，進(jìn)入NADH氧化呼吸鏈，生成

2.5ATP蘋果酸-天冬氨酸穿梭（二）ADP與ATP反向轉(zhuǎn)運(yùn)腺苷酸轉(zhuǎn)位酶（adeninenucleotidetranslocase）又稱腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。ATP4-F0F1胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)

腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP4-和ADP3-反向轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，向內(nèi)膜外凈轉(zhuǎn)移1個(gè)負(fù)電荷，相當(dāng)于多1個(gè)H+轉(zhuǎn)入線粒體基質(zhì)。

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入線粒體