基础生物化学PPT学习教案

1、会计学1基础生物化学基础生物化学第五章第五章生物氧化生物氧化第1页/共92页!生物氧化生物氧化!电子传递链（呼吸链）电子传递链（呼吸链）!氧化磷酸化氧化磷酸化!生物氧化与能量代谢生物氧化与能量代谢第2页/共92页第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述一一、生物氧化的概念生物氧化的概念二、生物氧化的特点二、生物氧化的特点三、氧化还原电位与自由能三、氧化还原电位与自由能四、高能化合物四、高能化合物第3页/共92页一、生物氧化的概念与意义一、生物氧化的概念与意义 P167CO2 + H2O +生物体生物体 燃料分子燃料分子 （糖、脂、蛋白质）（糖、脂、蛋白质）O2能量能量第4页/共92页1 1、CO

2、CO2 2的生成的生成脱羧酶脱羧酶第5页/共92页2 2、水的生成、水的生成 NADH或或FADH2底物底物电子传电子传递体递体脱氢酶，电子传递体，氧化酶脱氢酶，电子传递体，氧化酶第6页/共92页3 3、释放能量、释放能量 底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化 （呼（呼吸链）吸链）热能（少）热能（少）储存到储存到ATP ATP （多（多）生理意义：供给机体能量，生理意义：供给机体能量，保证正常生命活动的进行。保证正常生命活动的进行。第7页/共92页生物氧化的一般过程 TCA第一阶段第一阶段第三阶段第三阶段第二阶段第二阶段第8页/共92页参与生物氧化的参与生物氧化的酶类：酶类：l脱氢

3、酶类脱氢酶类lNADH 脱氢酶脱氢酶类类l需氧脱氢酶类需氧脱氢酶类l细胞色素酶类细胞色素酶类l加氧酶类加氧酶类第9页/共92页生物氧化生物氧化 体外燃烧体外燃烧物质物质氧化方式氧化方式：加氧、脱氢、：加氧、脱氢、失电子失电子（2）本质：耗氧、产物和能量相同）本质：耗氧、产物和能量相同二、生物氧化的特点二、生物氧化的特点第10页/共92页l条件剧烈条件剧烈l非酶促反应非酶促反应l碳和氧直接化合生成碳和氧直接化合生成COCO2 2l氢和氧直接化合氢和氧直接化合 生成生成H H2 2O Ol骤然放出能量骤然放出能量体外燃烧体外燃烧生物氧化生物氧化l温和环境温和环境l酶促反应酶促反应l有机酸脱羧生成有

4、机酸脱羧生成COCO2 2l底物脱下的氢经呼底物脱下的氢经呼 吸链生成吸链生成H H2 2O Ol逐步释放能量逐步释放能量热，热，ATP光，热光，热第11页/共92页三、自由能与氧化还原电位三、自由能与氧化还原电位1. 自由能自由能（G） P169G= GB - GAA B第12页/共92页标准自由能变化标准自由能变化( (G G0 0) )生化标准自由能变化生化标准自由能变化( (G G0 0 ) )单位为单位为J/mol、KJ/mol pH0，25，0.1Mpa，1mol/LpH7，25，0.1Mpa，1mol/L第13页/共92页2. 氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位：还原剂失去氧化

5、还原电位：还原剂失去电子的倾向电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）（或氧化剂得到电子的倾向）的大小。的大小。标准氧还原电位用标准氧还原电位用E0 表示表示生化标准氧还原电位用生化标准氧还原电位用E0 表表示示E0 愈大，得电子的倾向愈强愈大，得电子的倾向愈强 与电子的亲和力愈与电子的亲和力愈大大 E0 愈小，失电子的倾向愈强愈小，失电子的倾向愈强 与电子的亲和力愈与电子的亲和力愈小小 单位为伏特单位为伏特(v)第14页/共92页第15页/共92页自由能与氧化还原电位的关系：自由能与氧化还原电位的关系：G0 = nFE0 l N:转移的电子数转移的电子数l F:为法拉第常数（为法拉第常数（96.

6、403KJ/V/mol）l E0 :生化标准氧化还原电位的变化生化标准氧化还原电位的变化 E0 = E0 受体受体 - E0 供体供体l G0 :生化标准自由能的变化生化标准自由能的变化第16页/共92页四、高能化合物四、高能化合物1、高能化合物的概念、高能化合物的概念在在标准条件下标准条件下发生水解时，发生水解时，能够释放能够释放21kJ/mol以上自由能的以上自由能的化合物化合物。高能键高能键：在高能化合物分子中，水解断裂：在高能化合物分子中，水解断裂释放出大量自由能的活泼共价键。释放出大量自由能的活泼共价键。用用 表示。表示。不稳定不稳定高能磷酸化合物高能磷酸化合物第17页/共92页 磷

7、酸化合物磷酸化合物水解自由能水解自由能 GG（kJ/moLkJ/moL）磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEPPEP）-61.69-61.69氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸-50.50-50.50乙酰基磷酸乙酰基磷酸-43.12-43.12磷酸肌酸（磷酸肌酸（CPCP）-43.12-43.12焦磷酸（焦磷酸（PPiPPi）-33.49-33.49ATPATP（ADP + PiADP + Pi）-30.56-30.56葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸（磷酸（G-1-PG-1-P）-20.93-20.93葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸（磷酸（G-6-PG-6-P）-13.82-13.82-磷酸甘油磷酸甘油-9

8、.21-9.21第18页/共92页2、高能化合物的类型、高能化合物的类型按其分子结构特点及所含高能键的特点：按其分子结构特点及所含高能键的特点：磷氧磷氧键型键型磷氮磷氮键型键型硫酯硫酯键型键型甲硫甲硫键型键型第19页/共92页 （1 1）磷氧键型）磷氧键型（O P） 酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸乙酰磷乙酰磷酸酸COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-CH3COOPOO-O-第20页/共92页H3N+COOPOO-O-氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸R COOPOOO-A酰基腺苷酸酰基腺苷酸RCH COOPOOO-AN+H3氨酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸第21页/共9

9、2页焦磷酸化合焦磷酸化合物物O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO- ATP（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷）O-POO-O POO-O-焦磷焦磷酸酸！第22页/共92页烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸第23页/共92页OPOONHCNHNCH3CH2COOHOPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH2磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸这两种在生物体内起储存能量的作用这两种在生物体内起储存能量的作用第24页/共92页O SOO-OCH2OHHOHHOHHNNNH2NNO POO-3-3-

10、磷酸腺苷磷酸腺苷-5-5-磷酸硫酸磷酸硫酸RCOSCoA酰基辅酶酰基辅酶A A第25页/共92页COO-CHNH3+CH2CH2S+H3CAS-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸第26页/共92页O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)3.最重要的高能化合物最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷三磷酸腺苷)ADPATPAMP负电荷集中负电荷集中共振杂化共振杂化第27页/共92页v磷酸基团转移的磷酸基团转移的共同中间体共同中间体vATP是生物体通用的是生物体通用的能量货币能量货币vATP是能量的携带者和转运者是能量的携带者和转运者ATP的特殊作用的

11、特殊作用 磷酸精氨酸磷酸精氨酸能量贮存者能量贮存者 磷酸原磷酸原 磷酸肌酸磷酸肌酸 第28页/共92页第29页/共92页2468101214160PPPPPATP磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷酸甘油酸高能P供体磷酸肌酸(高能磷酸基团贮备物)6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸基团转移势能/4.18kJ.mol-1ATP作为磷酸基团共同中间传递体示意图作为磷酸基团共同中间传递体示意图第30页/共92页ADP+Pi ATP第31页/共92页核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶 NMP + ATP NDP + ADP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶 NDP + ATP NTP + ADP其它形式的高能磷酸化合物其它形

12、式的高能磷酸化合物UTP用于糖原的合成用于糖原的合成l CTP用于磷脂的合成用于磷脂的合成l GTP用于蛋白质的合成用于蛋白质的合成第32页/共92页第二节第二节 电子传递链电子传递链 一、电子传递链的概念一、电子传递链的概念 二、电子传递链的组成二、电子传递链的组成 三、主要的电子传递链三、主要的电子传递链 四、电子传递抑制剂四、电子传递抑制剂第33页/共92页一、电子传递链的概念一、电子传递链的概念1.概念概念 （组成（组成+定位定位+顺序）顺序）由递氢体或递电子体在线粒体内膜上按一定由递氢体或递电子体在线粒体内膜上按一定顺序排列组成的顺序排列组成的连锁反应体系连锁反应体系称为电子传递称为

13、电子传递链链(又称呼吸链又称呼吸链)。典型的呼吸链典型的呼吸链 FADH2呼吸链呼吸链NADH呼吸链呼吸链第34页/共92页2、分布、分布原核细胞存在于原核细胞存在于质膜质膜上上真核细胞存在于真核细胞存在于线粒体内膜线粒体内膜上上 第35页/共92页按照氧化还原电位大小的顺序排列按照氧化还原电位大小的顺序排列E0 小小 E0 大大3、顺序、顺序第36页/共92页二、电子传递链的组成二、电子传递链的组成l 烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类 l 黄素蛋白类黄素蛋白类 l 铁硫蛋白（铁硫蛋白（Fe-SFe-S）l 泛醌（泛醌（CoQCoQ）l 细胞色素类（细胞色素类（CytCyt）递氢体递氢体递氢体递氢

14、体递氢体递氢体第37页/共92页1. 烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类 NAD+(1) 辅酶辅酶 NADP+(2) 作用作用: 递氢体递氢体 双电子双电子载体载体第38页/共92页 2H + NAD+ NADH + H+ 传递给传递给 FMN吡啶环吡啶环第39页/共92页2. 黄素蛋白酶类黄素蛋白酶类(FP) FMN-NADH脱氢酶脱氢酶的辅基的辅基(1) 辅基辅基 FAD-琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶的辅基的辅基(2) 作用作用: 递氢体递氢体 （FP1）(FP2)双电子双电子载体载体第40页/共92页 NADH + H+ FMNH2 传递给传递给COQ 琥珀酸琥珀酸 FADH2呼吸呼吸链链（Fe-

15、S）110异咯嗪环异咯嗪环呼吸呼吸链链第41页/共92页CH2-SFeSFeSFeSFeSCH2-SS-CH2S-CH23. 3. 铁硫蛋白类铁硫蛋白类 (Fe-S )常见铁硫族常见铁硫族: Fe4-S4 或或 Fe2-S2第42页/共92页在呼吸链中：在呼吸链中： FMN (Fe-S)(1) 存在形式存在形式 FAD (Fe-S).b(2) 作用作用: 递电子体递电子体(3) 递电子机理递电子机理 Fe3+ Fe2+ 和和 Cyt.b. C1 (Fe-S)等复合物形式等复合物形式 - e + e第43页/共92页(1) 结构结构 醌类化合物醌类化合物(2) 作用作用: 递氢体递氢体 双电子双

16、电子载体载体第44页/共92页 FMNH2 COQ2HCyt类类在呼吸链中在呼吸链中（Fe-S） FADH2 （Fe-S）醌醌酚酚第45页/共92页5. 细胞色素类细胞色素类(Cyt) 蛋白质部分蛋白质部分 铁卟啉铁卟啉（辅基（辅基）包括包括Cytb、c1、c、a和和a3 (1) 组成组成第46页/共92页NNNNFe3+H3C-CH3-CH - CH3CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-H3C- Cys SH3C- CH Cys S 多肽链多肽链细细胞胞色色素素第47页/共92页(2)作用：递电子体作用：递电子体 (3)递电子机理递电子机理 Fe3+ Fe2+ + e - e第48

17、页/共92页2Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+1/2 O2O2- H2O2e2e2e2e2e2b2c1 2c2 a.a3COQ2H 2H+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2e2H+ （4）递电子顺序）递电子顺序 Cytb c1 c a a3 O2Cytaa3: 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶第49页/共92页NADH呼吸链呼吸链NADH FMN COQ Cyt.bc FMN COQ Cyt.bc1 1 c a.ac a.a3 3 O O2 2 +H+H+ + (Fe-S)(Fe-S) (Fe-S)

18、 (Cu2+) 复合体复合体复合体复合体复合体复合体I第50页/共92页FADH2 呼吸链（琥珀酸呼吸链）呼吸链（琥珀酸呼吸链） FAD H2 COQ Cyt.bc1 c a.a3 O2 (Fe-S) (Fe-S) (Cu2+) 复合体复合体复合体复合体复合体复合体II 第51页/共92页琥珀酸琥珀酸NADH复合体复合体I复合体复合体II 复合体复合体复合体复合体Q 是交是交汇点汇点第52页/共92页电子传递方向电子传递方向第53页/共92页I的的功能：功能：将电子从将电子从NADH传递给传递给UQ质子质子泵泵4H+NADH 脱氢酶脱氢酶第54页/共92页的的功能：将电子从琥珀酸传递给功能：将

19、电子从琥珀酸传递给UQ(Q)琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶第55页/共92页的功能：将电子的功能：将电子从从UQ传递给传递给cytc质子质子泵泵2H+细胞色素还原酶细胞色素还原酶第56页/共92页的功能：将电的功能：将电子子从从cytc传递给传递给O2质子质子泵泵4H+细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶第57页/共92页三、主要呼吸链三、主要呼吸链1.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链最初电子供体：最初电子供体：NADH最终电子受体：最终电子受体：O2 NADH 复合体复合体I COQ 复合体复合体 CytC 复合体复合体 O2总反应式：总反应式：NADH+H+1/2O2NAD+H2O第58页/共92页2.FA

20、DH2氧化呼吸链氧化呼吸链最初电子供体：最初电子供体：FADH2最终电子受体：最终电子受体：O2 FADH2 复合体复合体II COQ 复合体复合体 CytC 复合体复合体 O2总反应式：总反应式：FADH2+1/2O2FAD+H2O第59页/共92页NADH FMN CoQ Cytb Cytc1 Cytc aa3 + H+ (Fe-S) (Fe-S) ( Cu2+) FAD.H2 (Fe-S) II IIIIIV琥珀酸琥珀酸 O2两条重要的呼吸链两条重要的呼吸链第60页/共92页四、电子传递抑制剂四、电子传递抑制剂1 1、概念、概念 P181P181第61页/共92页鱼藤酮安密妥杀粉蝶菌素抗

21、霉素A氰化物一氧化碳硫化氢叠氮化合物2 2、常用的电子传递抑制剂、常用的电子传递抑制剂第62页/共92页第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化一、一、氧化磷酸化的氧化磷酸化的概念概念二、二、氧化磷酸化的作用机制氧化磷酸化的作用机制三、三、ATPATP合酶合酶四、四、氧化磷酸化的解偶联和抑制氧化磷酸化的解偶联和抑制五、线粒体穿梭系统五、线粒体穿梭系统六、能荷六、能荷第63页/共92页一、一、氧化磷酸化的氧化磷酸化的概念概念 概念：概念：伴随电子从底物到氧的传递，伴随电子从底物到氧的传递，ADP被被磷酸化形成磷酸化形成ATP的酶促过程。的酶促过程。 根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为根据生物氧化方式

22、，可将氧化磷酸化分为 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 电子传递体系磷酸化（主要方式）电子传递体系磷酸化（主要方式） 第64页/共92页l底物水平磷酸化：由高能中间产物上的磷酸底物水平磷酸化：由高能中间产物上的磷酸基团转移到基团转移到ADP分子上形成分子上形成ATP的过程。的过程。l电子传递体系磷酸化电子传递体系磷酸化：电子从：电子从NADH或或FADH2经过电子传递体系经过电子传递体系( (呼吸链呼吸链) )传递给氧传递给氧形成水时，同时伴有形成水时，同时伴有ADP磷酸化为磷酸化为ATP的过的过程。程。第65页/共92页二、二、氧化磷酸化的作用机制氧化磷酸化的作用机制1.ATP产生的数量产生的数

23、量2.ATP产生的部位（偶联部位）产生的部位（偶联部位）3.能量偶联假说能量偶联假说第66页/共92页2H+2e+O H2OADP+Pi ATP1.ATP产生的数量产生的数量 P185P/O：每消耗：每消耗1mol 氧原子，所消耗的无机磷的摩尔数氧原子，所消耗的无机磷的摩尔数一对电子通过呼吸链一对电子通过呼吸链生成生成ATP的个数的个数NADH呼吸链的呼吸链的P/O值是值是2.5FADH2呼吸链的呼吸链的P/O值是值是1.5第67页/共92页ADP+Pi ATP 合成合成1mol ATP需需30.5KJ2.ATP产生的部位产生的部位O2aa3cbQNADH69.5KJ102.3KJ40.5KJ

24、第68页/共92页偶联部位：电子传递过程中产生偶联部位：电子传递过程中产生ATP 的部位的部位NADH呼吸链呼吸链: 3个偶联部位个偶联部位FADH2呼吸链：呼吸链：2个偶联部位个偶联部位第69页/共92页3.能量偶联假说能量偶联假说目前主要有三个学说目前主要有三个学说化学耦联学说化学耦联学说结构耦联学说结构耦联学说化学渗透学说化学渗透学说第70页/共92页l化学偶联假说（化学偶联假说（19531953）产生一种活泼的高能共价中间物，它的裂产生一种活泼的高能共价中间物，它的裂解驱动氧化磷酸化作用。解驱动氧化磷酸化作用。l构象偶联假说（构象偶联假说（19641964）蛋白质组分形成一种高能构象，

25、并通过蛋白质组分形成一种高能构象，并通过ATP的合成而恢复其原来的构象。的合成而恢复其原来的构象。第71页/共92页l化学渗透学说（化学渗透学说（19611961）内内膜膜膜间膜间空间空间基质基质ATP 合酶合酶PH低低电位高电位高PH高高电位低电位低第72页/共92页l化学渗透学说（化学渗透学说（19611961）X递递H体与递体与递e体交替排列体交替排列 H+泵出内膜泵出内膜X递递H体有体有H泵作用泵作用 e传给递传给递e体体 X线粒体膜对线粒体膜对H+不通透，造成跨膜不通透，造成跨膜H+电化电化 学梯度学梯度XH+通过通过ATP酶酶回流回流，生成，生成ATP基质基质质子梯度质子梯度 (

26、pH) 和电位梯度（和电位梯度（）第73页/共92页ADP+PATP化学渗透假说示意图化学渗透假说示意图第74页/共92页氧化作用氧化作用（电子传递）（电子传递）磷酸化作用磷酸化作用（ATP 生成）生成）跨膜跨膜H+电化学梯度电化学梯度动力动力第75页/共92页三、三、ATP合酶合酶（FoF1ATP酶）酶）l由由FO和和F1组成组成lFO疏水蛋白，疏水蛋白，为返回提供通道为返回提供通道lF1由由 3 3 亚基组成亚基组成其其 亚基可催化亚基可催化ADP磷酸磷酸化为化为ATP头头柄柄基质基质第76页/共92页四、四、氧化磷酸化的解偶联和抑制氧化磷酸化的解偶联和抑制1.解偶联剂：解偶联剂：l不抑制

27、递氢或递电子过程，但能使氧化产生的不抑制递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于能量不能用于ADP磷酸化磷酸化 l主要的解偶联剂有主要的解偶联剂有2,4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNP）胞液胞液基质基质膜膜第77页/共92页阻止阻止H+从从Fo单元单元回流回流抑制抑制ATP合成合成 寡霉素寡霉素2.氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂:抑制抑制O2的利用的利用抑制电子传递抑制电子传递第78页/共92页3.离子载体抑制剂离子载体抑制剂能携带离子（能携带离子（H H+ +离子以外）穿过膜，离子以外）穿过膜，破坏跨膜电化学梯度，从而破坏氧化破坏跨膜电化学梯度，从而破坏氧化磷酸化过程。磷酸化过程。

28、l 缬氨霉素缬氨霉素 K+l 短感菌肽短感菌肽 Na+ K+脂溶性脂溶性第79页/共92页电子传递电子传递跨膜质子跨膜质子电化学梯度电化学梯度ATP ATP 生成生成电子传递电子传递抑制剂抑制剂解偶联剂解偶联剂氧化磷酸化氧化磷酸化抑制剂抑制剂离子载体离子载体抑制剂抑制剂第80页/共92页五、线粒体外五、线粒体外NADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化穿梭系统穿梭系统3.植物线粒体外植物线粒体外NADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化1. -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭2.苹果酸穿梭苹果酸穿梭第81页/共92页磷酸甘油穿梭系统磷酸甘油穿梭系统NADH磷酸甘油磷酸甘油FADH2第82页/共92页部位：脑、骨骼肌部位：脑、骨骼肌 NADH（细胞液）（细胞液） 催化酶：磷酸甘油脱氢酶催化酶：磷酸甘油脱氢酶 FAD（膜间空间）（膜间空间）产生能量：产生能量： 1NADH 1.5ATP1. -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 -磷酸甘油磷酸甘油穿梭穿梭第83页/共92页苹果酸穿梭机制苹果酸穿