生物氧化演示文稿

生物氧化演示文稿本文檔共70頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分優(yōu)選生物氧化本文檔共70頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分維持生命活動(dòng)的能量來源光能（太陽能）：植物和某些藻類，通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成生物能?；瘜W(xué)能：動(dòng)物和多數(shù)微生物，通過生物氧化作用將有機(jī)物質(zhì)存儲(chǔ)的化學(xué)能釋放出來，并轉(zhuǎn)變成生物能。本文檔共70頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分代謝合成代謝一般是指將簡單的小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變成復(fù)雜的大分子物質(zhì)的過程。分解代謝則是將復(fù)雜的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變成小分子物質(zhì)的過程。糖、脂和蛋白質(zhì)的合成代謝途徑各不相同，但是它們的分解代謝途徑則有共同之處，即糖、脂和蛋白質(zhì)經(jīng)過一系列分解反應(yīng)后都生成了酮酸并進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最后被氧化成CO2和H2O。本文檔共70頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分第1節(jié)生物氧化概述本文檔共70頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分一、什么是生物氧化????有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)細(xì)胞中氧化成二氧化碳和水并釋放能量的過程。細(xì)胞如何利用分子氧把代謝物分子中的氫氧化為水?細(xì)胞如何在酶的催化下把代謝物分子中的碳氧化為二氧化碳?細(xì)胞如何把氧化時(shí)產(chǎn)生的能量收集和儲(chǔ)存起來?本文檔共70頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分（一）生物氧化的特點(diǎn)１.在常溫、常壓、接近中性的pH和多水環(huán)境中 進(jìn)行。２.在一系列酶、輔酶和中間傳遞體的作用下逐 步進(jìn)行。３.物質(zhì)氧化分階段進(jìn)行，能量逐步釋放。４.生物氧化釋放的能量，通過與ATP合成相偶 聯(lián)，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移與利用。本文檔共70頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分（1）直接脫羧作用例如丙酮酸的脫羧

（2）氧化脫羧作用

例如蘋果酸的氧化脫羧生成丙酮酸1．生物氧化中CO2的生成（二）生物氧化的方式本文檔共70頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分（1）脫氫催化脫氫反應(yīng)的是各種類型的脫氫酶。2．生物氧化中H2O的生成(２)氧化酶催化水的生成氧化酶主要催化以氧分子為電子受體的氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為水。?O2+2H++2e-H2O本文檔共70頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分當(dāng)體系恒溫、恒壓下發(fā)生變化時(shí)①△G＜0時(shí)，W＞0，體系對外作功，該反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，放能反應(yīng)②△G=0時(shí)，W=0，該反應(yīng)處于平衡③△G＞0時(shí)，W＜0，該反應(yīng)不可自發(fā)進(jìn)行，必須吸收外來能量才能進(jìn)行（吸能反應(yīng)），同時(shí)，該反應(yīng)的逆過程可以自發(fā)進(jìn)行。二、生物化學(xué)反應(yīng)的自由能變化本文檔共70頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的可加性熱力學(xué)上不利的反應(yīng)可以由熱力學(xué)上有利的反應(yīng)所驅(qū)動(dòng)△G小于0只提示的是反應(yīng)的方向而不是速率本文檔共70頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分氧化—還原電勢鋅片溶解Zn2+進(jìn)入溶液銅沉積Cu2+得電子e提供電子（還原劑）得到電子（氧化劑）本文檔共70頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分失電子、被氧化、化合價(jià)增加得電子、被還原、化合價(jià)減少還原劑失電子的傾向氧化劑得電子的傾向標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電勢、標(biāo)準(zhǔn)電勢、標(biāo)準(zhǔn)還原電勢氧化-還原電勢正值越大，越易得電子負(fù)值越大，越易失電子本文檔共70頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分三、高能化合物定義：一般將水解時(shí)能夠釋放20.9kJ/mol（5千卡/mol)

以上自由能的化合物稱為高能化合物。

G’<-20.9kJ/mol

以：“~”表示高能基團(tuán)的傳遞高能磷酸鍵本文檔共70頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分ATP“能量中間體”各種高能化合物的△Go`有高低之分本文檔共70頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分本文檔共70頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分ATP斷裂成AMP和焦磷酸焦磷酸7.7千卡/摩爾本文檔共70頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分磷酸肌酸（哺乳類）磷酸精氨酸（蝦、蟹）磷酸肌酸和磷酸精氨酸——在生物體內(nèi)起儲(chǔ)存能量的作用H本文檔共70頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分第２節(jié)電子傳遞鏈（呼吸鏈）真核細(xì)胞內(nèi)的線粒體是生物氧化的主要場所；一、線粒體本文檔共70頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分本文檔共70頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分線粒體分為外膜和內(nèi)膜，之間為膜間空隙外膜：光滑內(nèi)膜：有許多向內(nèi)折疊的突起，稱嵴基質(zhì)：存在內(nèi)膜以內(nèi)，膠體，含50%以上蛋白質(zhì)（酶）線粒體基質(zhì)：三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白質(zhì)合成等有關(guān)的酶內(nèi)膜與嵴：脫氫酶、電子傳遞體系、偶聯(lián)磷酸化的酶類本文檔共70頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應(yīng)的酶催化系統(tǒng)組成的這種代謝途徑一般稱為生物氧化還原鏈，當(dāng)受氫體是氧時(shí)，稱為呼吸鏈。一、電子傳遞鏈一系列電子載體按對電子親和力逐漸升高的順序組成的電子傳遞系統(tǒng)。

線粒體內(nèi)膜本文檔共70頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分煙酰胺脫氫酶類黃素脫氫酶類鐵硫蛋白類泛醌細(xì)胞色素類

（一）電子傳遞鏈的組成本文檔共70頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分NAD+

+2e+2H+NADH+H+NADP++2e+2H+NADPH+H+1.煙酰胺脫氫酶類本文檔共70頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分FMN+2e+2H+

FMNH2FAD+2e+2H+

FADH22.黃素蛋白本文檔共70頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分鐵硫蛋白(簡寫為Fe-S)是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在。3.鐵硫蛋白本文檔共70頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分鐵硫蛋白(2Fe-2S)含有兩個(gè)活潑的無機(jī)硫和兩個(gè)鐵原子。鐵硫蛋白通過Fe3+

Fe2+

變化起傳遞電子的作用本文檔共70頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分4.細(xì)胞色素類(Cyt)

是含鐵的Pr

以血紅素為輔基電子傳遞蛋白

通過Fe3+Fe2+互變起傳遞電子的作用本文檔共70頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分Cyta：輔基是血紅素ACytb：------------------BCytc：------------------C——卟啉的側(cè)鏈基團(tuán)不同本文檔共70頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分本文檔共70頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分本文檔共70頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分Cytaa3復(fù)合體(細(xì)胞色素c氧化酶)除含2個(gè)鐵卟啉，還含2個(gè)銅原子(Cu+

Cu2+)本文檔共70頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分（簡寫為Q）或輔酶-Q（CoQ）：它是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。一種脂溶性醌類化合物。5.

泛醌本文檔共70頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分輔酶-Q的功能Q很容易接受電子和質(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。它在線粒體呼吸鏈中作為電子和質(zhì)子的傳遞體。本文檔共70頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分（二）電子傳遞鏈的排列順序本文檔共70頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分2eFMNFeSbFeSC1FADFeS(b)Q2e2e復(fù)合物I復(fù)合物II琥珀酸復(fù)合物III2e2eCCaa3Cu2e1/2O2復(fù)合物Ⅳ

琥珀酸脫氫酶NADH脫氫酶細(xì)胞色素b、C1復(fù)合體細(xì)胞色素氧化酶NADH

2條線粒體呼吸鏈NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈本文檔共70頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分呼吸鏈的排列原則：

電子從還原性強(qiáng)的化合物到氧化性強(qiáng)的化合物，自由能降低，放出能量。還原態(tài)氧化態(tài)自由能降低放能本文檔共70頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分電子傳遞順序的實(shí)驗(yàn)證據(jù)1.測定呼吸鏈各組分的氧化還原電位

FADH2-0.18NADHFMNCoQCytbCytC1CytCCytaa3O2E0’

–0.32-0.3+0.1+0.07+0.22+0.25+0.29(v)+0.822.測定呼吸鏈各組分在氧化還原狀態(tài)的特有的光譜吸收3.用各種呼吸鏈特異抑制劑分析各組分的氧化還原狀態(tài)本文檔共70頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分三、呼吸鏈中的復(fù)合物電子傳遞鏈組分除泛醌和細(xì)胞色素c外，其余組分形成４個(gè)復(fù)合物鑲嵌于內(nèi)膜。本文檔共70頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分

(1)NADH脫氫酶即復(fù)合物I，作用：是催化NADH的氧化脫氫以及Q的還原。既是一種脫氫酶，也是一種還原酶。包括：以FMN為輔基的黃素蛋白、多種鐵硫蛋白。

NADHQ還原酶

NADH+Q+H+=========NAD++QH2本文檔共70頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分本文檔共70頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分即復(fù)合物Ⅱ，包括：以FAD為輔基的黃素蛋白、鐵硫蛋白、細(xì)胞色素b558。作用：催化琥珀酸的脫氫和Q的還原。（２）琥珀酸脫氫酶本文檔共70頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分(３)

細(xì)胞色素C還原酶即復(fù)合物III,也稱細(xì)胞色素bC1復(fù)合體。包括：細(xì)胞色素b和c1以及鐵硫蛋白（2Fe-2S）。作用：催化電子從還原型QH2轉(zhuǎn)移到細(xì)胞色素c。

Cytc還原酶

QH2+2Cytc(Fe3+)====Q+2Cytc(Fe2+)+2H+本文檔共70頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分本文檔共70頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分(４)

細(xì)胞色素c氧化酶即復(fù)合物IV包括：Cytaa3和含銅蛋白。作用：催化電子從還原型細(xì)胞色素c傳遞給分子氧。本文檔共70頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分本文檔共70頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分復(fù)合體復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ

酶名稱NADH脫氫酶琥珀酸脫氫酶Cytb、C1復(fù)合體Cyt氧化酶

輔基

FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S

血紅素，F(xiàn)e-S

血紅素，Cu本文檔共70頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分2eFMNFeSbFeSC1FADFeS(b)Q2e2e復(fù)合物I復(fù)合物II琥珀酸復(fù)合物III2e2eCCaa3Cu2e1/2O2復(fù)合物Ⅳ

琥珀酸脫氫酶NADH脫氫酶細(xì)胞色素b、C1復(fù)合體細(xì)胞色素氧化酶NADH

2條線粒體呼吸鏈NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈本文檔共70頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分三、電子傳遞鏈的抑制劑——阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)；

魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素

阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞；抗霉素A

抑制電子從Cytb到Cytc1的傳遞；氰化物、疊氮化物、CO等

阻斷電子由Cytaa3傳遞到氧本文檔共70頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分2、離子載體抑制劑與氫離子外的其他一價(jià)陽離子K+、Na+結(jié)合形成脂溶性復(fù)合物，使其跨膜轉(zhuǎn)移。例如：頡氨霉素，形成復(fù)合物過程耗去了能量，不能用于ATP的形成。3、氧化磷酸化抑制劑既抑制氧的利用，又抑制ATP的形成；但不抑制電子傳遞過程。寡霉素本文檔共70頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分第３節(jié)氧化磷酸化本文檔共70頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分一、ATP合成反應(yīng)

氧化磷酸化

底物水平磷酸化光合磷酸化氧化磷酸化——電子從NADH或FADH2經(jīng)電子傳遞鏈傳遞到分子氧形成水，同時(shí)偶聯(lián)ADP磷酸化生成ATP的過程。

底物水平磷酸化——在底物氧化過程中，形成了某些高能中間代謝物，再通過酶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，直接偶聯(lián)ATP的形成過程。本文檔共70頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分P磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸⑩產(chǎn)能琥珀酰-CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）本文檔共70頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分NADH氧化過程中有三個(gè)反應(yīng)的G’<-30.5kJ/mol。

NADHFMNH2CytbCytcCytaa3O2-55.6kJ/mol-34.7kJ/mol-102.1kJ/mol這三個(gè)反應(yīng)分別與ADP的磷酸化反應(yīng)偶聯(lián)，產(chǎn)生2.5個(gè)ATP。這些反應(yīng)稱為呼吸鏈的偶聯(lián)部位。氧化磷酸化復(fù)合物ⅣCytc氧化酶復(fù)合物Ⅲ

Cytc還原酶復(fù)合物ⅠNADH脫氫酶本文檔共70頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分NADH2eFMNFeSbFeSC1bFADFeS(b)Q2e2e琥珀酸2e2eCCaa3Cu2e1/2O2ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP從NADHO2產(chǎn)生2.5個(gè)ATP從FADH2

O2產(chǎn)生1.5個(gè)ATP本文檔共70頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分—消耗一個(gè)氧原子所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)

反映氧化磷酸化的效率二、P/O比值NADH完全氧化P／O：2.5FADH2完全氧化P／O：1.5本文檔共70頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分1961年，英國生物化學(xué)家PeterMitchell(1920-1992)三、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制本文檔共70頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分ATP酶復(fù)合體線粒體內(nèi)膜表面有一層規(guī)則地間隔排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復(fù)合體，是ATP合成的場所。結(jié)構(gòu)：頭部：ATP合酶（偶聯(lián)因子F1）柄部：棒狀Pr，對寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，與內(nèi)膜連接（FO）線粒體偶聯(lián)因子F1-F0F1-F0-ATPase復(fù)合物ATP合酶本文檔共70頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分化學(xué)滲透假說的要點(diǎn)是：a.氧化磷酸化偶聯(lián)依賴線粒體內(nèi)膜的完整性b.線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€(gè)質(zhì)子泵；c.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H+是不通透的）。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（）；本文檔共70頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分d.在膜內(nèi)外勢能差的驅(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。本文檔共70頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分1、解偶聯(lián)劑（uncoupler）——使電子傳遞和ATP形成兩個(gè)過程分離；

不抑制電子傳遞，只抑制ATP形成；使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能變?yōu)闊崮?；對底物水平磷酸化沒有影響

如：2,4-二硝基苯酚、雙香豆素四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制本文檔共70頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分２、氧化磷酸化抑制劑既抑制氧的利用，又抑制ATP的形成但不抑制電子傳遞過程

寡霉素３、離子載體抑制劑與氫離子外的其他一價(jià)陽離子結(jié)合形成脂溶性復(fù)合物，使其跨膜轉(zhuǎn)移。

纈氨霉素（K+）、短桿菌肽（K+/Na+等）本文檔共70頁；當(dāng)前第62頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分1.磷酸甘油穿梭作用2.蘋果酸穿梭作用五、線粒體的穿梭系統(tǒng)本文檔共70頁；當(dāng)前第63頁；編輯于星期二\3點(diǎn)25分胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油NADH+H+NAD+FADH2FAD+α-磷酸甘油脫氫酶以NAD+為輔酶α-磷酸甘油脫氫酶以FAD+為輔酶呼吸鏈1.5ATP磷酸甘油穿梭作用