生物化學(xué)第八章生物氧化

生物化學(xué)第八章生物氧化第1頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月一、生物氧化的概念：

糖脂肪蛋白質(zhì)O2CO2、H2O能量40%ATP熱能

物質(zhì)在生物體內(nèi)氧化分解的代謝過程，稱為生物氧化(BiologicalOxidation)。第2頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、生物氧化的方式

加氧方式脫氫失電子

反應(yīng)過程遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。第3頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月三、生物氧化的特點(diǎn):1、在細(xì)胞內(nèi)溫和的水環(huán)境中進(jìn)行。2、酶促反應(yīng)過程，速度快、可調(diào)節(jié)。3、能量逐步釋放，其中40%合成ATP。4、進(jìn)行廣泛的加水脫氫反應(yīng)。第4頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)呼吸鏈組成體系

一、呼吸鏈（一）呼吸鏈的概念：

線粒體內(nèi)膜中按一定順序排列的酶和輔酶（遞氫體和遞電子體）組成的氧化還原反應(yīng)體系,將代謝物脫下的成對(duì)氫原子最終傳遞給氧生成水。由于此反應(yīng)與細(xì)胞呼吸有關(guān)，故將這鏈鎖的氧化還原反應(yīng)體系稱為呼吸鏈(respiratorychain)

。第5頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月呼吸鏈的組成成份1、NAD+2、FAD、FMN3、鐵硫蛋白4、CoQ(泛醌）5、細(xì)胞色素（二）呼吸鏈的組成成份(輔酶)第6頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月人體呼吸鏈復(fù)合體的組成復(fù)合體酶名稱質(zhì)量(kD)多肽鏈數(shù)功能輔基含結(jié)合位點(diǎn)復(fù)合體ⅠNADH-泛醌還原酶85042FMN，F(xiàn)e-SNADH（基質(zhì)側(cè)）CoQ（脂質(zhì)核心）復(fù)合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶1404FAD，F(xiàn)e-S琥珀酸（基質(zhì)側(cè)）CoQ（脂質(zhì)核心）復(fù)合體Ⅲ泛醌-細(xì)胞色素C還原酶25011血紅素bL,bH,c1,Fe-SCytc（膜間隙側(cè)）復(fù)合體Ⅳ細(xì)胞色素C氧化酶16213血紅素a，a3，CuA,CuBCytc（膜間隙側(cè)）表8-1細(xì)胞色素c 13 1 血紅素c Cytc1，Cyta第7頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+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)++++++++++---------各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置線粒體內(nèi)膜第8頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月NADH-泛醌還原酶作用:將NADH+H+中的電子傳遞給泛醌電子傳遞：NADH→FMN→Fe-S→CoQ每傳遞2個(gè)電子可將4個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅰ有質(zhì)子泵功能。1、復(fù)合體Ⅰ

第9頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月①NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)及作用

R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

第10頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月作用：可逆性傳遞一個(gè)氫原子和一個(gè)電子第11頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2、FMN和FAD的結(jié)構(gòu)及作用

作用：N1,N10可逆性傳遞二個(gè)氫原子。第12頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月③鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)及作用

作用：Fe+2?Fe+3+eˉ可逆性的傳遞電子

?表示無機(jī)硫fe4S4的結(jié)構(gòu)第13頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月④輔酶Q（CoQ）作用：可逆性傳遞2個(gè)電子和2個(gè)質(zhì)子，在生物氧化中是一種遞氫體第14頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月琥珀酸-泛醌還原酶作

用:將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。電子傳遞：琥珀酸→FAD→Fe-S→CoQ復(fù)合體Ⅱ沒有H+泵的功能。2、復(fù)合體Ⅱ第15頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3、復(fù)合體Ⅲ泛醌-細(xì)胞色素C還原酶作

用:將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c電子傳遞：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc每傳遞2個(gè)電子可將4個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅲ有質(zhì)子泵功能。第16頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)和吸收光的不同將細(xì)胞色素分成三大類:細(xì)胞色素cytacytbcytcaa3b562(H)b566(L)C1C作用:可逆性的傳遞電子Fe+2

?

Fe+3+eˉ第17頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞色素(cytochrome,Cyt)細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。第18頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞色素C氧化酶(cytochromecoxidase)。作用:將電子從細(xì)胞色素C傳遞給氧電子傳遞：Cytc→CuA→Cyta→(Cyta3–CuB)→O2Cyta3–CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給O2。4、復(fù)合體Ⅳ每傳遞2個(gè)電子可將2個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅳ有質(zhì)子泵功能。第19頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月二、呼吸鏈中NADH和FADH2電子傳遞順序

呼吸鏈中各組分的排列順序是經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的。①標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位，由低到高。②拆開和重組。③特異抑制劑阻斷。④還原狀態(tài)緩慢給氧，觀察各組分被氧化的順序。

NADH和FADH2是呼吸鏈電子的供體。第20頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月表8-2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+/NADH+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第21頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月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→O2兩條呼吸鏈排列順序第22頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc1→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈第23頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

第二節(jié)ATP的生成

底物水平磷酸化ATP生成方式

氧化磷酸化

底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation

):底物脫氫使分子內(nèi)部能量重新分布，生成的高能鍵，直接轉(zhuǎn)給ADP磷酸化生成ATP的過程。

氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)

:底物脫下成對(duì)的氫,經(jīng)呼吸鏈的傳遞釋放能量，偶聯(lián)ADP磷酸化生成ATP的過程，又稱為偶聯(lián)磷酸化。第24頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

（一）P/O比值：

氧化磷酸化過程中，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機(jī)磷的摩爾數(shù)(合成ATP的克分子數(shù))。一、氧化磷酸化偶聯(lián)部位（ATP生成部位）線粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/O比值可能生成的ATP數(shù)β-羥丁酸NAD+→復(fù)合體Ⅰ→CoQ→復(fù)合體Ⅲ2.4～2.82.5→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2琥珀酸復(fù)合體Ⅱ→CoQ→復(fù)合體Ⅲ1.71.5→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2抗壞血酸Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O20.881細(xì)胞色素c(Fe2+)復(fù)合體Ⅳ→O20.61-0.681第25頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ（二）電子傳遞鏈自由能變化

第26頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月二、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制

（一）化學(xué)滲透學(xué)說(chemiosmotichypothesis)

：氫原子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，質(zhì)子（H+）被從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度，以此儲(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。

第27頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+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)++++++++++---------化學(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖第28頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）ATP合成酶（復(fù)合體Ⅴ）ATP合成酶F1(親水,催化合成ATP,

α3β3γδε復(fù)合體、

OSCP、IF1亞基)F0

(疏水,電子通道,α、b2C9-12）

第29頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)H+順濃度遞度經(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)制第31頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月三、生物體能量生成儲(chǔ)存和利用

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)肌肉和腦ATP是能量代謝的核心第32頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月磷酸肌酸的生成

第33頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)影響氧化磷酸化的因素影響因素ADP的調(diào)節(jié)作用抑制劑的影響甲狀腺素的作用線粒體DNA突變一、ADP（ATP/

ADP）的調(diào)節(jié)作用、ADP↑（ATP/

ADP↓）氧化磷酸化加速。2、ADP↓（ATP/

ADP↑）氧化磷酸化減速。第35頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月二、抑制劑的影響1.呼吸鏈抑制劑2.解偶聯(lián)劑3、氧化磷酸化抑制劑第36頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1、呼吸鏈抑制劑

阻斷呼吸鏈中某些電子傳遞部位，主要有魚藤酮、粉蝶霉素A、異成巴比妥、抗霉素A、二硫基丙醇，CO、CN-、H2S、N-3

。2、解偶聯(lián)劑

使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離，主要有二硝苯酚，棕色脂肪組織中的解偶聯(lián)蛋白。3、氧化磷酸化抑制劑

對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化有抑制作用。如：寡霉素第37頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月魚藤酮粉蝶霉素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)第38頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月解偶聯(lián)蛋白作用機(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第39頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成。第40頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、甲狀腺素的作用

1、誘導(dǎo)Na+K+-ATP酶的生成，促進(jìn)ATP分解成ADP。

2、促進(jìn)解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)。四、線粒體DNA突變

mtDNA突變，影響到呼吸鏈多種酶的合成，而影響氧化磷酸化，老年人多見。第41頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月五、通過線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)第42頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

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1、α-磷酸甘油穿梭機(jī)制（腦、肌肉）

（一）胞漿中NADH的氧化第43頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸草酰乙酸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2、蘋果酸一天冬氨酸穿梭（肝、肌肉）第44頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月六、CO2的生成人體的CO2來自有機(jī)酸的脫羧反應(yīng)。（一）α-單純脫羧R-CHNH2-COOHR-CH2NH2+CO2（二）α-氧化脫羧CH3-CO-COOH+HSCoACH3CO~SCoA+CO2脫羧方式α-單純脫羧α-氧化脫羧β-單純脫羧β-氧化脫羧NAD+NADH+H+第45頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）β-單純脫羧CH2-COOHCO-COOHCH3COCOOH+CO2草酰乙酸丙酮酸（四）β-氧化脫羧CH2-COOHCHOH-COOH蘋果酸CH3COCOOH+CO2丙酮酸NAD+NADH+H+第46頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)其他氧化體系（自學(xué)）第47頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月一、需氧脫氫酶和氧化酶第48頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月二、過氧化物酶體中的酶類（一）過氧化氫酶(catalase)又稱觸酶，其輔基含4個(gè)血紅素2H2O22H2O+O2

過氧化氫酶

第49頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）過氧化物酶(perioxidase)以血紅素為輔基，催化H2O2直接氧化酚類或胺類化合物

R+H2O2RO+H2ORH2+H2O2R+2H2O過氧化物酶

過氧化物酶

第50頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)氧族超氧離子(O2﹣)、H2O