十二次生物氧化與氧化磷酸化一

十二次生物氧化與氧化磷酸化一糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能一、生物氧化得概念

第一節(jié)生物氧化概述(一)廣義和狹義得生物氧化概念廣義:有機(jī)物(糖、脂肪、蛋白質(zhì)等)在體內(nèi)氧化分解生成CO2和H2O,并逐步釋放能量,產(chǎn)生ATP得過程。包括有機(jī)物得氧化過程、呼吸鏈得電子傳遞和ATP得合成。狹義:呼吸鏈得電子傳遞和ATP得合成。(二)生物氧化得特點(diǎn)

1、生物氧化就是在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行得酶促氧化過程,反應(yīng)條件溫和(水溶液,中性pH和常溫)。2、氧化進(jìn)行過程中,必然伴隨生物還原反應(yīng)得發(fā)生。3、水就是許多生物氧化反應(yīng)得氧供體。通過加水脫氫作用直接參予了氧化反應(yīng)。4、在生物氧化中,碳得氧化和氫得氧化就是非同步進(jìn)行得。氧化過程中脫下來得氫質(zhì)子和電子,通常由各種載體,如NADH等傳遞到氧并生成水。5、生物氧化就是一個分步進(jìn)行得過程。每一步都由特殊得酶催化,每一步反應(yīng)得產(chǎn)物都可以分離出來。這種逐步進(jìn)行得反應(yīng)模式有利于在溫和得條件下釋放能量,提高能量利用率。6、生物氧化釋放得能量,通過與ATP合成相偶聯(lián),轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用得生物能ATP。生物氧化與體外氧化得相同點(diǎn):生物氧化中物質(zhì)得氧化方式有加氧、脫氫、失電子,遵循氧化還原反應(yīng)得一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗得氧量、最終產(chǎn)物(CO2、H2O)和釋放能量均相同。生物氧化與體外燃燒得不同點(diǎn)

生物氧化體外燃燒反應(yīng)條件溫和劇烈

(體溫、pH近中性)

(高溫、高壓)反應(yīng)過程逐步進(jìn)行的酶促反應(yīng)一步完成能量釋放逐步進(jìn)行瞬間釋放（化學(xué)能、熱能）（熱能）CO2生成方式有機(jī)酸脫羧碳和氧結(jié)合H2O需要不需要(三)生物氧化中物質(zhì)得氧化方式(3)加氧(2)脫氫(最主要)(1)失電子RH+O2ROH12COOHC=O+2HCH3(2H++2e)

COOHHO－CHCH3Fe2+Fe3++e(四)生物氧化中二氧化碳得生成

生物氧化中二氧化碳得生成就是由于糖、蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基得化合物進(jìn)行脫羧反應(yīng)。1、α-脫羧和β-脫羧;2、直接脫羧和氧化脫羧:氧化脫羧就是指脫羧過程中伴隨著氧化(脫氫)。10大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流CO2

丙酮酸脫氫酶系NADH+H+NAD+CoACH3C～SCoAO異檸檬酸脫氫酶NAD+NADH+H++CO2*丙酮酸脫羧酶CO2

CHOCH3(五)生物氧化中水得生成

生物氧化中所生成得水就是代謝物脫下得氫經(jīng)生物氧化作用和吸入得氧結(jié)合而成得。多數(shù)情況下脫氫酶和氧化酶之間需要一些電子傳遞體才能將質(zhì)子和電子交給氧生成水。二、生物氧化中有關(guān)得酶類(一)電子轉(zhuǎn)移酶只催化電子得得失,實(shí)際也就是電子傳遞體。主要有鐵硫蛋白和細(xì)胞色素類。(二)氧化酶類組成:結(jié)合酶酶蛋白輔基:含F(xiàn)e、Cu舉例:細(xì)胞色素氧化酶、抗壞血酸氧化酶等特點(diǎn):催化底物脫氫后,以O(shè)2為直接受氫體,生成H2O。RH22Cu2+O2－

H2OR2Cu+O2122H+2e2e(三)需氧脫氫酶

特點(diǎn):催化底物脫氫后,以O(shè)2為直接受氫體,生成H2O2。組成:結(jié)合酶酶蛋白輔基:FMN、FADRH2FMN/FADH2O2R

FMNH2/FADH2

O2

2H2H舉例:黃嘌呤氧化酶(四)脫氫酶

特點(diǎn):催化底物脫氫后,以NAD＋、NADP＋、FAD或FMN等為直接受氫體。組成:結(jié)合酶酶蛋白輔基:NAD＋、NADP＋、FAD等RH2NAD＋

R

NADH＋H＋2H舉例:蘋果酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶等(五)加氧酶(1)單加氧酶(混合功能氧化酶、羥化酶)RH+NADPH+H++O2

單加氧酶ROH+NADP++H2O(2)雙加氧酶O2色氨酸加雙氧酶色氨酸甲酰犬尿氨酸(六)其她酶類(1)過氧化氫酶(2)過氧化物酶

RH2+

H2O2R

+

2H2O

過氧化物酶H2O2+

H2O22

H2O+

O2

過氧化氫酶(3)超氧物歧化酶(SOD)2O2·+2HH2O2+O2SOD+三、高能化合物(一)高能化合物得概念一般將水解時能夠釋放20、92kJ/mol(5Kcal/mol)以上自由能得化合物稱為高能化合物。在高能化合物分子中,釋放出大量自由能時水解斷裂得活潑共價鍵稱為高能鍵。

按其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所含高能鍵得特征分:磷氧鍵型磷氮鍵型硫碳鍵型(硫酯鍵型、甲硫鍵型)(二)高能化合物得類型(1)磷氧鍵型(－O-P)(A)?；姿峄衔?,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨?；佘账?B)焦磷酸化合物ATP(三磷酸腺苷)焦磷酸(C)烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)磷氧鍵型:酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物(2)氮磷鍵型(如胍基磷酸化合物)磷酸肌酸磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量得作用。H(3)硫碳鍵型?；o酶AA、硫酯鍵型B、甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸(三)最重要得高能化合物—ATP(1)ATP得分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與水解自由能得關(guān)系①ATP就是生物體通用得能量貨幣。②ATP就是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)得中間載體。ATP在傳遞能量方面起著轉(zhuǎn)運(yùn)站得作用,她就是能量得攜帶者和轉(zhuǎn)運(yùn)者,但不就是能量得貯存者。(2)ATP在能量轉(zhuǎn)化中得作用

磷酸基團(tuán)往往從磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能高得物質(zhì)向勢能低得物質(zhì)轉(zhuǎn)移。磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能在數(shù)值上等于其水解反應(yīng)得ΔG0’。磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能(kcal/mol)246810121416ATPPEP1,3-二P甘油酸6-P葡萄糖3-P甘油ATP就是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)得中間載體第二節(jié)電子傳遞鏈一、電子傳遞鏈得概念和存在部位概念:在生物氧化過程中,代謝物上脫下得氫經(jīng)過一系列得按一定順序排列得氫傳遞體和電子傳遞體得傳遞,最終與氧結(jié)合生成水。這些氫和電子得傳遞體系稱為電子傳遞鏈、由于此過程與細(xì)胞呼吸有關(guān),所以將此傳遞鏈稱為呼吸鏈。2H

2H++2e部位:真核線粒體得內(nèi)膜上,原核生物在細(xì)胞膜上。二、電子傳遞鏈得組分

(一)黃素蛋白類脫氫酶(二)鐵硫蛋白類(三)輔酶Q

(四)細(xì)胞色素類黃素單核苷酸得結(jié)構(gòu)黃素蛋白類黃素腺嘌呤二核苷酸得結(jié)構(gòu)黃素核苷酸得作用原理核黃素(黃色)-2H+2H還原型核黃素(無色)FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子,其中鐵原子可進(jìn)行Fe2+

Fe3++e反應(yīng)傳遞電子。?表示無機(jī)硫Fe2+Fe3+-e+e鐵硫蛋白得作用原理FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b輔酶Q得結(jié)構(gòu)及作用原理O

CH3CH3H3COH3COO(CH2CH=CCH2)nHOOH3COH3COCH3RH3COH3COOHOHCH3R+2H-2H泛醌細(xì)胞色素體系(Cyt)(1)Cyt得本質(zhì)細(xì)胞色素=酶蛋白+血紅素(2)Cyt得分類30多種a類:a、a1、a2、a3…b類:b、b1～7、P450…c類:c、c1、c2、c3…血紅素Ab型血紅素c型血紅素b型血紅素線粒體(a、a3

、b、c、c1)微粒體(b5、P450)(3)Cyt得存在部位Cytaa3(細(xì)胞色素氧化酶):呼吸鏈中唯一直接將e傳遞給O2

(4)Cyt在呼吸鏈中得作用2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+

2Cytaa3-Fe2++1/2O2

2Cytaa3-Fe3++O2-

總結(jié):呼吸鏈各組分得作用名稱本質(zhì)在呼吸鏈中作用尼克酰胺核苷酸NAD+、

NADP+不需氧脫氫酶的輔酶NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2HFAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H黃素蛋白結(jié)合酶FMN、FAD

鐵硫蛋白結(jié)合酶

Fe、S

Fe2+Fe3+-e+e名稱本質(zhì)在呼吸鏈中作用CoQ

CoQH2+2H-2H輔酶Q(CoQ)脂溶性醌類化合物Fe2+Fe3+-e+e結(jié)合酶鐵卟啉細(xì)胞色素(Cyt)三、呼吸鏈上電子傳遞體得排列(一)電子傳遞鏈在膜上得存在狀態(tài)除了CoQ和細(xì)胞色素C外,電子傳遞鏈上得電子傳遞體組成了四個復(fù)合體。復(fù)合體酶名稱輔基復(fù)合體ⅠNADH-泛醌還原酶FMN,Fe-S復(fù)合體Ⅲ泛醌-細(xì)胞色素C還原酶鐵卟啉,Fe-S

復(fù)合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶FAD,Fe-S復(fù)合體Ⅳ細(xì)胞色素C氧化酶鐵卟啉,CuⅢⅠⅡⅣ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜呼吸鏈各復(fù)合體位置示意圖1、復(fù)合體ⅠNADH-泛醌還原酶復(fù)合體Ⅰ將電子從還原型煙酰胺(尼克酰胺)腺嘌呤二核苷酸(NADH)傳遞給泛醌復(fù)合體Ⅰ含有以黃素單核苷酸為輔基得黃素蛋白和以鐵硫簇(Fe-S)為輔基得鐵硫蛋白。復(fù)合體Ⅰ得功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH22、復(fù)合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶

復(fù)合體Ⅱ?qū)㈦娮訌溺晁醾鬟f給泛醌復(fù)合體Ⅱ含有以黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)為輔基得黃素蛋白、鐵硫蛋白和細(xì)胞色素(Cyt)b5603、復(fù)合體Ⅲ泛醌-細(xì)胞色素C還原酶

復(fù)合體Ⅲ將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素C復(fù)合體Ⅲ含有2種細(xì)胞色素b(Cytb562,Cytb566)、細(xì)胞色素C1和鐵硫蛋白4、復(fù)合體Ⅳ細(xì)胞色素C氧化酶

復(fù)合體Ⅳ將電子從細(xì)胞色素C傳遞給氧復(fù)合體Ⅳ中含有Cyta和Cyta3

RH2O2還原態(tài)氧化態(tài)(二)呼吸鏈成分得排列順序

1、研究方法(3)利用呼吸鏈抑制劑(2)呼吸鏈復(fù)合物重組(1)測各組分氧化還原電位(E0′)遞增(4)利用光譜變化確定各組分得氧還狀態(tài)呼吸鏈中各氧還對得Eo’氧化還原對(V)NAD+/NADH+H+-0、32FMN/FMNH2-0、30FAD/FADH2-0、06Q/QH20、04(或0、10)Cytb(Fe3+)/(Fe2+)0、07Cytc1(Fe3+)/(Fe2+)0、22Cytc(Fe3+)/(Fe2+)0、25