第七章 生物氧化.ppt

1、第七章生 物 氧 化,溫州醫(yī)學院生物化學教研室 李春洋,生物氧化是指營養(yǎng)物質在生物體內進行氧化分解的過程；狹義的生物氧化主要是指糖、脂肪、蛋白質等在體內徹底氧化分解生成CO2和H2O，并釋放大量能量的過程。 生物氧化主要在線粒體中進行，所釋放的能量用于合成ATP和維持體溫（線粒體氧化體系）；線粒體外也可以進行氧化，但氧化釋放的能量主要供非營養(yǎng)物質的生物轉化（非線粒體氧化體系）。,生物氧化的特點：,生物氧化是細胞內進行的酶促反應過程，反應條件溫和（37、pH近中性）； 生物氧化代謝終產物CO2來自于有機酸脫羧，H2O則是由底物分子脫下的氫與氧結合而生成的； 生物氧化產生的能量是逐步釋放的，有利于

2、機體捕獲能量，增加ATP生成的效率。,第一節(jié)生物氧化的酶類,一、參與線粒體氧化體系的酶類,氧化酶類主要存在于線粒體，如細胞色素氧化酶； 需氧脫氫酶類亦稱為“結合酶”，主要存在于過氧化酶體，如黃嘌呤氧化酶、單胺氧化酶等； 不需氧脫氫酶類是生物氧化最主要的酶類，如以乳酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶等。,二、非線粒體氧化體系的酶類,第二節(jié)CO2 的 生 成,一、直接脫羧作用,催化此類反應的多為脫羧酶，根據(jù)脫羧基位置的不同雙分為-直接脫羧作用和-直接脫羧作用。,CO2,氨基酸脫羧酶,CO2,丙酮酸羧化酶,二、氧化脫羧作用,根據(jù)脫羧基位置的不同雙分為-氧化脫羧作用和-氧化脫羧作用。,+ HSCoA,NAD+,C

3、O2,丙酮酸脫氫酶復合體,NADH+H+,CH3COSCoA,NADP+,CO2,蘋果酸酶,NADPH+H+,第三節(jié)線粒體氧化體系,糖原,葡萄糖,甘油三酯,脂肪酸 + 甘油,蛋白質,氨基酸,乙酰CoA,CO2,2H,ADP+Pi,ATP,H2O,呼吸鏈,TAC,第一階段,第二階段,第三階段,一、呼吸鏈,（一）呼吸鏈的概念 線粒體內膜上存在著一系列按次序排列的有氧化還原活性的酶和輔酶，它們將代謝物脫下的氫通過連鎖的遞氫和遞電子反應最終與O2結合生成H2O，稱為電子傳遞鏈；由于這條鏈與細胞呼吸攝氧有關，所以也稱為呼吸鏈。,線粒體內膜蛋白質用膽酸等去污劑處理及離子交換層析分離，可純化出內膜的呼吸鏈成

4、分，得到4種仍具有傳遞電子功能的蛋白質-酶復合體，各含不同的組分。,1. NAD+或NADP+ NAD+或NADP+為體內多種不需氧脫氫酶的輔酶，能可逆地進行加氫和脫氫反應。,（二）呼吸鏈的組成,2. 黃素蛋白,黃素蛋白種類較多，其輔基是FAD或FMN（與酶蛋白結合牢固，不能作為底物或產物）,3. 鐵硫蛋白類,鐵硫蛋白又稱鐵硫中心，其特點是含有等量的非血紅素鐵原子和硫原子，通過其中的鐵原子與鐵硫蛋白中蛋白部分的半胱氨酸殘基的硫相連接。,4. 泛醌,泛醌又稱為輔酶Q（CoQ），是一類脂溶性醌類化合物，廣泛分布于生物界。,細胞色素是一類廣泛分布于生物體內含有鐵卟啉輔基的電子傳遞蛋白的總稱。細胞色素

5、按吸收光譜可分為a、b、c三類。,5. 細胞色素類,細胞色素c（Cytc）為位于線粒體內膜的外側，是唯一能溶于水的細胞色素。 細胞色素a和a3不易分開，所以 它們合稱為為細胞色素aa3；由 于其可將電子直接傳遞給氧， 又稱為細胞色素氧化酶。,（三）呼吸鏈上電子傳遞體的排列與呼吸鏈類型,1.電子傳遞體的排列 各組分的標準氧化還原電位 在有氧條件下氧化反應達到平衡時各傳遞體的還原程度 用呼吸鏈特異的抑制劑 在體外將呼吸鏈拆開和重組,2.呼吸鏈類型,（1）NADH氧化呼吸鏈 （2）琥珀酸氧化呼吸鏈（FADH2氧化呼吸鏈）,二、氧化磷酸化,由代謝物脫下的氫，經線粒體電子傳遞鏈傳遞，最終與氧結合生成水，

6、同時釋放出大量能量，這些能量中的大部分可驅動ADP磷酸化生成ATP，供生命活動的需要，這個過程稱為氧化磷酸化（又稱偶聯(lián)磷酸化）。 不與脫氫反應偶聯(lián)，直接將高能代謝物分子中的能量轉移至ADP生成ATP的過程，稱為底物水平磷酸化。,（一） P/O比值,氧化呼吸中，每消耗1摩爾氧原子所消耗無機磷酸的摩爾數(shù)（或ADP的摩爾數(shù)）稱為P/O比值； P/O比值實質上指的是呼吸過程中磷酸化的效率（即生成ATP的摩爾數(shù)）。,（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機制,1953年，E.Slater提出了“化學偶聯(lián)學說”； 1961年，Peter Mitchell提出了“化學滲透學說”（1978年獲得諾貝爾化學獎）。 1964年，

7、P.Boyer提出了“構象變化偶聯(lián)學說”。,1.化學滲透學說的基本觀點,線粒體內膜中電子傳遞與 H+ 釋放相偶聯(lián)； H+ 不能自由透過線粒體內膜，結果使得線粒體內膜外側 H+濃度增高，基質內 H+ 濃度降低，形成電化學濃度梯度； 線粒體外的 H+ 可以通過線粒體內膜上特異的質子通道順 H+ 濃度梯度進入線粒體基質中，在此過程中所釋放的自由能用于ATP的合成； 解偶聯(lián)劑的作用是促進H+ 被動擴散。,2.ATP合酶（復合體）,ATP合酶是線粒體內膜蛋白復合體，包含2個結構域：F0和F1。 F1由五種親水性的亞基組成，其功能是催化生成ATP； F0又稱為基底部，鑲嵌于內膜中，由三種疏水的亞基組成。,

8、3.ATP的生成機制,1989年Paul Boyer提出“結合變構機制”，認為亞基是ATP合酶催化部位，通過亞基構象的轉變，不斷從基質中結合ADP +Pi，催化其合成ATP，并釋放入基質。,（三）影響氧化磷酸化的因素,1.抑制劑 （1）電子傳遞抑制劑，如：魚藤酮、二疏基丙醇、粉喋霉素A等。 （2）解偶聯(lián)劑，如：二硝基苯酚、雙香豆素、纈氨霉素等。 （3）氧化磷酸化抑制劑，如：寡霉素、櫟皮素等。 （4）離子載體抑制劑，如：纈氨霉素、短桿菌肽等。,2. ADP的調節(jié) 3. 甲狀腺激素 4. 線粒體DNA突變的影響,三、細胞液中NADH的氧化作用,線粒體內生成的NADH可直接進入呼吸鏈的氧化磷酸化過程

9、，但在胞液中產生的NADH不能自由透過線粒體內膜。 胞液中NADH通過-磷酸甘油穿梭（腦、骨骼?。┖吞O果酸-天冬氨酸穿梭（肝、心?。┻M入線粒體。,第四節(jié)ATP與能量代謝,ATP幾乎是高等生物細胞能夠直接利用的唯一能源形式。 糖、脂肪及蛋白質等營養(yǎng)物質氧化過程中產生的能量大約40%以化學能形式儲存起來，其中大部分被ADP磷酸化利用生成ATP而儲存起來，ATP是體內能量儲存和利用中心； 磷酸酯水解時釋放大于21kJ/mol的能量，通常稱為高能化學鍵，主要包括高能磷酸鍵和高能硫酯鍵等。,一、ATP的生成,底物水平磷酸化高能化合物將能量直接轉移給ADP（或GDP），使其磷酸化生成ATP（或GTP）的過

10、程稱為底物水平磷酸化。 氧化磷酸化代謝物脫下的氫經電子傳遞鏈交給氧生成水的同時釋放出大量能量，并偶聯(lián)ADP磷酸化生成ATP的過程稱為氧化磷酸化。,二、ATP能量的轉移和儲存,NDP + ATP,NTP + ADP,核苷二磷酸激酶,ATP + AMP,腺苷酸激酶,肌酸激酶,+ ADP,2ADP,三、ATP循環(huán),第五節(jié)非線粒體氧化體系,一、微粒體氧化體系,1.加單氧酶系 加單氧酶系催化向氧分子中的一個氧原子加到底物分子上（羥化），另一個氧原子與NADPH+H+中的氫結合生成水，故又將單加氧酶稱為混合功能氧化酶或羥化酶。 加單氧酶主要分布于肝臟、腎上腺的微粒體中，主要功能是參與類固醇激素的合成、維生素D3的羥化，膽汁酸和膽色素的生物合成及生物轉化作用等過程。,2.加雙氧酶,+ O2,色氨酸吡咯酶,色氨酸,甲酰犬尿酸原,二、過氧化體氧化酶系,存在于粒細胞和吞噬細胞中的H2O2可殺死被吞噬的有害細菌；在甲狀腺上皮細胞的H2O2可使