11-生物氧化課件

11-生物氧化課件11-生物氧化課件1.糖、脂類和蛋白質分解為葡萄糖、脂肪酸、甘油及氨基酸2.進一步分解為二碳化合物即乙酰CoA3.三羧酸循環(huán)生物氧化的方式：加氧、脫氫、失電子

1.糖、脂類和蛋白質分解為葡萄糖、脂肪酸、甘油及氨基酸生物生物氧化的特點：A.溫和條件下的酶促反應。B.反應過程中脫下的氫最終與氧生成水；以脫羧方式產生CO2。C.能量逐步釋放，部分能量以ATP的形式貯存。D.氧化速率可由細胞自動調節(jié)控制。生物氧化的特點：生物氧化體系：A.生成ATP的氧化體系

E.g.線粒體內，耗氧并產生二氧化碳，伴有ATP生成。B.不生成ATP的氧化體系

E.g.內質網微粒體，與代謝物,藥物或毒物的生物轉化有關。生物氧化體系：第一節(jié)生物能學的基本原理生物系統(tǒng)遵循熱力學定律（一）熱力學第一定律（二）熱力學第二定律第一節(jié)生物能學的基本原理生物系統(tǒng)遵循熱力學定律熵（entropy）

表示一個系統(tǒng)的無序或隨機程度。自由能

⊿G=⊿H-T⊿S；⊿G=⊿E-T⊿S熵（entropy）?Go:當反應物濃度為1mol/L，反應溫度為25℃，壓力為1大氣壓時，用?Go表示標準自由能變化。?Go

：生物化學反應時，將pH定為7.0，這種狀態(tài)下的標準自由能變化用?Go

表示。?Go:當反應物濃度為1mol/L，反應溫度為25℃，壓二.體內吸能過程與放能過程偶聯(lián)進行（一）代謝物釋放的自由能提供另一代謝物的轉變（二）一個熱力學上不利的反應可被熱力學有利的反應驅動A+C→B+D+熱能AB+CBDAD+C二.體內吸能過程與放能過程偶聯(lián)進行A+C→B+（三）放能反應時生成高能化合物提供吸能反應所需的自由能（三）放能反應時生成高能化合物提供吸能反應所需的自由能三.ATP在能量循環(huán)中的核心作用（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解時釋放出大量自由能高能磷酸化合物：

⊿G0′≥ATP的磷酸化合物。水解時釋放能量＞21kJ/mol的磷酸化合物。三.ATP在能量循環(huán)中的核心作用11-生物氧化課件高能磷酸化合物E.g.ATP,ADP,CP,1,3-DPG,PEP,氨基甲酰磷酸等高能硫酯化合物E.g.乙酰~CoA,琥珀酰~CoA,脂肪酰~CoA高能磷酸化合物（二）ATP將熱力學上不利的過程和有利的反應相偶聯(lián)（二）ATP將熱力學上不利的過程和有利的反應相偶聯(lián)（三）腺苷酸激酶催化腺嘌呤核苷酸之間相互轉變（四）核苷二磷酸激酶催化其它NTP生成（三）腺苷酸激酶催化腺嘌呤核苷酸之間相互轉變ATPUDP(CDP,GDP)二磷酸核苷激酶ADPUTP(CTP,GTP)ADPADP腺苷酸激酶ATPAMP11-生物氧化課件（五）磷酸肌酸作為肌和腦中能量的一種儲存方式ATP肌酸(C)肌酸激酶(CK)ADP磷酸肌酸(C~P)（五）磷酸肌酸作為肌和腦中能量的一種儲存方式11-生物氧化課件11-生物氧化課件第二節(jié)氧化磷酸化細胞內ATP形成的方式：氧化磷酸化（主要）

oxidativephosphorylation底物水平磷酸化

substrate-levelphosphorylation第二節(jié)氧化磷酸化細胞內ATP形成的方式：substrate-levelphosphorylationADP或者其他核苷二磷酸的磷酸化作用與底物的脫氫作用直接偶聯(lián)的反應過程。substrate-levelphosphory

oxidativephosphorylation代謝物脫下的氫（2H++2e-)經呼吸鏈傳給氧生成H2O的放能過程，與ADP磷酸化生成ATP的吸能過程相偶聯(lián)，稱為氧化磷酸化。

oxidativephosphorylationSH2H2→→→→1/2O2

→H2O氧化S能量ADP+PiATP磷酸化SH2氧化呼吸鏈

oxidativerepiratorychain

在線粒體內膜中由一系列具有電子傳遞功能的酶復合體按一定順序排列成鏈鎖性的氧化還原體系，又稱電子傳遞鏈（electrontransferchain）。氧化呼吸鏈在線粒體內膜中由一系列（一）呼吸鏈的組成4種酶復合體

用膽酸、脫氧膽酸處理線粒體內膜，可將呼吸鏈分離得到。（一）呼吸鏈的組成4種酶復合體復合物酶名稱輔基ⅠNADH-泛醌還原酶FMN,Fe-SⅡ琥珀酸-泛醌還原酶FAD,Fe-SⅢ泛醌-細胞色素C還原酶鐵卟啉,Fe-SⅣ細胞色素C氧化酶鐵卟啉,Cu2+復合物酶名稱輔基ⅠNADH-泛醌還原酶FMN,Fe-SⅡ琥11-生物氧化課件1.呼吸鏈的各種組分（1）NAD+或NADP+

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸nicotimamideadeninedinucleotide煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸nicotimamideadeninedinucleotidephosphate1.呼吸鏈的各種組分11-生物氧化課件11-生物氧化課件作用：遞氫

2HNAD+NADH+H+NADP+NADPH+H+11-生物氧化課件（2）黃素輔基（FMN或FAD）

黃素單核苷酸

FMN,

flavinmononucleotide黃素腺嘌呤二核苷酸FAD,flavinadeninedinucleotide（2）黃素輔基（FMN或FAD）··

作用：遞氫2HFMNFMNH2FAD

FADH2作用：遞氫（3）鐵硫蛋白（FeS或Fe-S）

ironsulfurprotein含有非血紅素鐵和對酸不穩(wěn)定的硫種類：FeS4Fe2S2Fe4S4（3）鐵硫蛋白（FeS或Fe-S）11-生物氧化課件作用：遞電子（單電子傳遞體）e[Fe3+-S][Fe2+-S]作用：遞電子（單電子傳遞體）（4）泛醌（Ubiquinone）

輔酶QCoenzymeQ，CoQ，Q

脂溶性醌類化合物

人：CoQ10，Q10

（4）泛醌（Ubiquinone）··作用：遞氫

2HCoQCoQH211-生物氧化課件（5）細胞色素

cytochromes,Cyt以血紅素為輔基的結合蛋白質分類：Cyta:a，a1，a2，a3Cytb:b，b1-7，P450Cytc:c，c1-5（5）細胞色素····作用：遞電子（單電子傳遞體）

e

Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+

傳遞順序：CoQH2→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2作用：遞電子（單電子傳遞體）

CoQ

2Cty-Fe2+

1/2O2

2e

b→Fe-S→C1→C→aa3

2Cyt-Fe3+

O-2

2e

2H

2H+

CoQH2H2OCoQ2Cty-Fe452.四種復合體2.四種復合體11-生物氧化課件（1）ComplexⅠNADH-泛醌還原酶電子傳遞順序：NADH→FMN,Fe-S→→CoQ（1）ComplexⅠ（2）ComplexⅡ琥珀酸-泛醌還原酶組成：4個亞基

70kD，30kD，2個小的疏水亞基（2）ComplexⅡ功能

70kD：與FAD相連30kD：含有3個鐵硫中心疏水亞基：錨定復合體Ⅱ傳遞順序琥珀酸→FAD,Fe-S→CoQ功能（3）ComplexⅢ泛醌-細胞色素C還原酶

細胞色素bc1

電子傳遞順序：QH2→Cytb,Fe-S,Cytc1→Cytc（3）ComplexⅢ11-生物氧化課件11-生物氧化課件（4）ComplexⅣ細胞色素C氧化酶結構：

二聚體，每個單體包括13個亞基，其主要作用的是亞基I,II,III。四個氧化還原中心:cyta;cyta3;CuB;CuA（4）ComplexⅣ····電子傳遞順序：還原型Cytc→Cytaa3→O211-生物氧化課件FMN(Fe-S)FAD(Fe-S)Cytb,C1(Fe-S)Cytaa3Cu2+NADH琥珀酸CoQCytC

O2

ⅠⅡⅢⅣFMNFADCytb,C1Cytaa3NADH琥珀酸CoQC（二）呼吸鏈組分的排列順序1.NADH氧化呼吸鏈NADH→復合體Ⅰ→CoQH2→復合體Ⅲ→Cytc→復合體Ⅳ→O22.琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸→復合體Ⅱ→CoQH2→復合體Ⅲ→Cytc→復合體Ⅳ→O2（二）呼吸鏈組分的排列順序2.琥珀酸氧化呼吸鏈3.呼吸鏈組分排列順序的確定標準氧化還原電位體外拆解和重組阻斷劑阻斷傳遞鏈緩慢氧化，觀察各組分氧化順序3.呼吸鏈組分排列順序的確定····11-生物氧化課件

琥珀酸

FAD蘋果酸

(Fe-S)Β-羥脂酰CoAΒ-羥丁酸

NAD+FMNCoQbc1

caa3O2谷氨酸(Fe-S)異檸檬酸FADFADFAD(Fe-S)

硫辛酸

丙酮酸α-酮戊二酸

α-磷酸甘油脂肪酰CoA

線粒體內某些代謝物氧化時的呼吸鏈

11-生物氧化課件二.氧化磷酸化

oxidativephosphorylation代謝物脫下的氫（2H++2e-)經呼吸鏈傳給氧生成H2O的放能過程，與ADP磷酸化生成ATP的吸能過程相偶聯(lián)，稱為氧化磷酸化。

二.氧化磷酸化

oxidativephospSH2H2→→→→1/2O2

→H2O氧化S能量ADP+PiATP磷酸化SH2（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位

偶聯(lián)部位指氧化過程（放能過程）與磷酸化過程（吸能過程）相關的部位，即ATP生成的部位。1.P/O比值P/O比值指物質氧化時，每消耗1mol原子O所消耗的無機磷的mol數(shù)，即生成ATP的mol數(shù)。（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位偶聯(lián)部位指氧FMN(Fe-S)FAD(Fe-S)Cytb,C1(Fe-S)Cytaa3Cu2+NADH琥珀酸CoQCytC

O2

β-羥丁酸抗壞血酸FMNFADCytb,C1Cytaa3NADH琥珀酸CoQC底物P/O比值可能生成的ATPβ-羥丁酸2.4～2.83琥珀酸1.72抗壞血酸0.881Cytc0.61～0.681實驗驗證底物P/O比值可能生成的ATPβ-羥丁酸2.4～2.83琥珀2.自由能2.自由能

琥珀酸

FAD

Fe-S

NADH→FMN→Fe→S→CoQ→b→c1→c→aa3

→O2

ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP

部位1部位2部位3

2H經NADH氧化呼吸鏈被氧化生成水時，產生2.5個ATP。2H經琥珀酸氧化呼吸鏈被氧化生成水時，產生1.5個ATP。2H經NADH氧化呼吸鏈被氧化生成水時，產生2.5個ATP。（二）氧化磷酸化偶聯(lián)機制化學偶聯(lián)假說構象偶聯(lián)假說化學滲透假說（二）氧化磷酸化偶聯(lián)機制化學偶聯(lián)假說化學滲透假說H+不斷出進線粒體內膜的循環(huán)式運動，將電子傳遞過程中的自由能轉變?yōu)锳TP分子中的化學能?；瘜W滲透假說證據(jù)：氧化磷酸化需要完整封閉的線粒體內膜線粒體內膜對H+,OH-,K+,Cl+不通透電子傳遞鏈驅動質子出線粒體，形成可測定的電化學梯度在線粒體內膜增加使質子通過的物質，ATP合成減少證據(jù)：11-生物氧化課件11-生物氧化課件（二）ATP合酶催化生成ATP，由F1（親水部分）和F0（疏水部分）組成。F1具ATP合成酶活性α3β3γδεOSCP（寡霉素敏感蛋白）IF1（調節(jié)亞基）（二）ATP合酶F1具ATP合成酶活性11-生物氧化課件F0質子通道由a1b2c9-12組成動物線粒體F0還有d,e,f,g,A6L,F6亞基F0質子通道11-生物氧化課件11-生物氧化課件11-生物氧化課件質子通過ATP合酶F0順濃度梯度回流使F1γ亞基旋轉γ亞基旋轉使β亞基構象改變導致ATP合成和釋放質子通過ATP合酶F0順濃度梯度回流使F1γ亞基旋轉γ亞基旋三.影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑1.呼吸鏈抑制劑

可阻斷呼吸鏈中某些部位的電子傳遞。三.影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑①魚滕酮、安密妥、粉蝶霉素A等：復合體ⅠFeS→CoQ②萎銹靈，丙二酸等：復合體Ⅱ③抗霉素A：復合體ⅢcytbH→CoQ①魚滕酮、安密妥、粉蝶霉素A等：④粘噻唑菌醇，標樁霉素CoQ→Fe2S2⑤氰化物，疊氮化物cyta→a3-CuB⑥CO，H2Sa3→O2④粘噻唑菌醇，標樁霉素2.解偶聯(lián)劑①2,4-二硝基酚(DNP)，F(xiàn)CCP等②解偶聯(lián)蛋白（UCP）③纈氨霉素，短菌桿肽等3.氧化磷酸化抑制劑寡霉素，二環(huán)己基碳二亞胺2.解偶聯(lián)劑11-生物氧化課件11-生物氧化課件11-生物氧化課件（二）ADP的調節(jié)作用ADP↑→氧化磷酸化↑呼吸控制率respiratorycontrolratio,RCR

當過量底物存在時，加入ADP后的耗氧速率與僅有底物時耗氧速率之比（二）ADP的調節(jié)作用ADP↑→氧化磷酸化↑呼吸控制率（三）甲狀腺素誘導Na+,k+-

ATP酶生成→ADP↑→氧化磷酸化↑使解偶聯(lián)蛋白表達增加（三）甲狀腺素誘導Na+,k+-ATP酶生成→ADP↑→（四）線粒體DNA突變

線粒體DNA突變→ATP↓→疾?。ㄋ模┚€粒體DNA突變線粒體DNA突變→ATP↓四.線粒體內膜對物質的轉運線粒體外膜：線粒體孔蛋白線粒體內膜：轉運蛋白

線粒體內膜轉運蛋白大多含有3個100個氨基酸殘基為單位的重復結構。每個單位存在2個跨膜段，有利于形成跨膜轉運通道。四.線粒體內膜對物質的轉運線粒體外膜：線粒體孔蛋白11-生物氧化課件（一）胞液中NADH的氧化α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)（一）胞液中NADH的氧化α-磷酸甘油穿梭1.α-磷酸甘油穿梭部位：腦、骨骼肌1.α-磷酸甘油穿梭11-生物氧化課件11-生物氧化課件1分子NADH+H+通過該穿梭生成ATP分子1.5個。1分子G在腦和骨骼肌有氧氧化生成ATP分子30個。1分子NADH+H+通過該穿梭生成ATP分子1.5個。2.蘋果酸-天冬氨酸穿梭部位：肝、心肌2.蘋果酸-天冬氨酸穿梭11-生物氧化課件11-生物氧化課件1分子NADH+H+通過該穿梭生成ATP分子2.5個。1分子G在肝和心肌有氧氧化生成ATP分子32個。1分子NADH+H+通過該穿梭生成ATP分子2.5個。（二）腺苷酸轉運蛋白

又稱ATP-ADP載體，反向轉運ADP與ATP。（二）腺苷酸轉運蛋白又稱ATP-ADP載體，反向11-生物氧化課件（三）Ca2+通過線粒體內膜的機制（三）Ca2+通過線粒體內膜的機制（四）線粒體蛋白質的跨膜轉運（四）線粒體蛋白質的跨膜轉運第三節(jié)其它氧化途徑一.微粒體中的酶類1.加單氧酶（monooxygenase）催化氧分子中的1個氧原子加到底物分子上，另1個被氫還原成水。第三節(jié)其它氧化途徑一.微粒體中的酶類1.加單氧酶（m需要CytP450。在肝和腎的微粒體中含量最多。參與類固醇激素、膽汁酸、膽色素等合成，VD3羥化，以及藥物和毒物的生物轉化。需要CytP450。11-生物氧化課件2.加雙氧酶催化2個氧原