生物化学第九章生物氧化ppt课件

1、生生 物物 氧氧 化化Biological OxidationBiological Oxidation物质在生物体内进展氧化称生物氧化，主物质在生物体内进展氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐渐释要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐渐释放能量，最终生成放能量，最终生成CO2 和和 H2O的过程。的过程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能第一节第一节 生物氧化的概念生物氧化的概念 生物氧化和有机物在体外氧化熄灭的本质一样，都是脱氢、失电子或与氧结合，耗费氧气，都生成CO2和H2O，所释放的能量也一样。但二者进展的方式和历程却不

2、同： 生物氧化 体外熄灭1、细胞内温暖条件 高温或高压、枯燥条常温、常压、中性pH、水溶液2、一系列酶促反响 无机催化剂逐渐氧化放能，能量利用率高 能量迸发释放3、释放的能量转化成ATP被利用 转换为光和热，散失二、生物氧化的特点糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP * * 生物氧化的普经过程生物氧化的普经过程第二节 CO2的生成第三节 生物氧化中水的生成一、呼吸链电子传送链的概念1.概念： 在生物氧化过程中，代谢物上脱下的氢经过一系列的按一定顺序陈列的氢传送体和电子传送体的传送，最后传

3、送给分子氧并生成水，这种氢和电子的传送体系称为电子传送链。又称谓吸链。2、呼吸链电子传送链分布原核细胞存在于质膜上真核细胞存在于线粒体的内膜上 线粒体呼吸链线粒体呼吸链 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-二、呼吸链的组成成分和作用二、呼吸链的组成成分和作用 一一 NAD+NAD+和和NADP+NADP+为辅酶的脱氢酶为辅酶的脱氢酶 【组成成分】【组成成分】 酶蛋白、尼克酰胺酶蛋白、尼克酰胺VppVpp核糖、磷酸与核糖、磷酸与AMPAMP。 【作用】辅酶接受代谢

4、物脱下的【作用】辅酶接受代谢物脱下的2H2H，传送，传送给黄素蛋白。给黄素蛋白。NADH 是由是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得接受多种代谢产物脱氢得到的产物。到的产物。NADH所携带的高能电子是所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。线粒体呼吸链主要电子供体之一。烟酰胺脱氢酶类 以NAD,NADP为辅酶 氧化复原反响发生时，变化发生在五价氮和三价氮之间二、黄素酶二、黄素酶- -黄素蛋白黄素蛋白FlavoproteinFlavoprotein【组成成分】酶蛋白、黄素单核苷酸【组成成分】酶蛋白、黄素单核苷酸FMNFMN黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸FADFAD，它们由核黄素，它们由

5、核黄素Vit B2Vit B2、磷酸、磷酸、AMPAMP组成。组成。 【作用】进展可逆的脱氢加氢反响。【作用】进展可逆的脱氢加氢反响。【传送机制】异咯嗪的第【传送机制】异咯嗪的第1 1、1010位位N N上可加氢上可加氢【主要方式】琥珀酸脱氢酶以【主要方式】琥珀酸脱氢酶以FADFAD为辅酶，将为辅酶，将代谢物脱下的代谢物脱下的H H传入呼吸链。传入呼吸链。 FMN构造中含核黄素，发扬功能的部位是异咯嗪，氧化复原反响时不稳定中间产物是FMN。三、铁硫蛋白三、铁硫蛋白iron-sulfur iron-sulfur protein,Fe-Sprotein,Fe-S 铁硫蛋白与黄素蛋白构成复合物存在。

6、铁硫蛋白与黄素蛋白构成复合物存在。【组成成分】含等量的铁原子和硫原子【组成成分】含等量的铁原子和硫原子 Fe2 S2Fe2 S2，Fe4S4Fe4S4铁原子与铁硫蛋白的半铁原子与铁硫蛋白的半胱氨酸相连胱氨酸相连【作用】将【作用】将FMNFMN或或FADFAD中的电子传送给泛醌。中的电子传送给泛醌。【传送机制】单电子传送【传送机制】单电子传送 Fe2+ Fe2+ Fe3+e Fe3+e 铁硫蛋白中辅基铁硫簇FeS含有等量铁原子和硫原子，基中铁原子可进展Fe2+ Fe3+e反响传送电子表示无机硫原子 铁硫聚簇有几种不同的类型，有的只含有一个铁原子FeS，有的只含有两个铁原子2Fe-2S，有的含有4

7、个铁原子4Fe-4S铁硫蛋白类四辅酶QCoQ 辅酶QCoQ又称泛醌，有时简称Q。是脂溶性辅酶。在线粒体内膜中是一种均一的流动库，可以结合到膜上，也可以游离形状存在。 CoQ和FMN都是NADH-Q复原酶的辅酶。 CoQ和FMN一样，都可以接受或给出一个或两个电子，由于它们都有稳定的半醌方式。复合体复合体: NADH-泛醌复原酶泛醌复原酶u 功能功能: 将电子从将电子从NADH传送给泛醌传送给泛醌 (ubiquinone) 复合体复合体NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 复合体复合体的功能的功能 NADH+H+ NAD+ FMN

8、 FMNH2复原型复原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2 复合体复合体: : 琥珀酸琥珀酸- -泛醌复原酶泛醌复原酶u 功能功能: : 将电子从琥珀酸传送给泛醌将电子从琥珀酸传送给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 五细五细 胞胞 色色 素素 类类细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传送的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。子传送的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。细胞色素细胞色素c 它是电子传送链中一个它是电子传送链中一个独立的蛋白质电子载体，独立的蛋白质电子载体，位于线粒体内膜

9、外表，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于属于膜周蛋白，易溶于水。它与细胞色素水。它与细胞色素c1c1含含有一样的辅基，但是蛋有一样的辅基，但是蛋白组成那么有所不同。白组成那么有所不同。在电子传送过程中，在电子传送过程中，cyt. ccyt. c经过经过Fe3+ Fe3+ Fe2+ Fe2+ 的互变起电子传的互变起电子传送中间体作用。送中间体作用。 细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶n简写为简写为cyt. c cyt. c 氧氧化酶，它是位于线化酶，它是位于线粒体呼吸链末端的粒体呼吸链末端的蛋白复合物，由蛋白复合物，由1212个多肽亚基组成。个多肽亚基组成。活性部分主要包括活性部分主要包括

10、cyt acyt a和和a3a3。ncyt acyt a和和a3a3组成一个复合体，除了含有铁卟组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。啉外，还含有铜原子。cyt aa3cyt aa3可以直接以可以直接以O2O2为电子受体。为电子受体。n在电子传送过程中，分子中的铜离子可以在电子传送过程中，分子中的铜离子可以发生发生Cu+ Cu+ Cu2+ Cu2+ 的互变，将的互变，将cyt.ccyt.c所携带所携带的电子传送给的电子传送给O2O2。细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶复合体复合体: 泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c复原酶复原酶 u 功能：将电子从泛醌传送给细胞色素功能：将电子从泛醌传送给

11、细胞色素c c 复合体复合体QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1复合体: 细胞色素c氧化酶u 功能：将电子从细胞色素功能：将电子从细胞色素c传送给氧传送给氧 复合体复合体复原型复原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB构成的活性部位将电子交给构成的活性部位将电子交给O2。 由以下实验确定由以下实验确定 规范氧化复原电位规范氧化复原电位 拆开和重组拆开和重组 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 二呼吸链成分的陈列顺序二呼吸链成分的陈列顺序体内主要呼吸链体内主要呼吸链1 1、NADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链 【组成与作用】脱氢酶【组成与作用】脱

12、氢酶CoICoI、黄素蛋白、黄素蛋白、铁硫蛋白、铁硫蛋白、CoQCoQ和细胞色素。和细胞色素。 2 2、FADHFADH氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链【组成和作用】脱氢酶【组成和作用】脱氢酶FADFAD、CoQCoQ、细胞、细胞色素色素【差别】脱下的【差别】脱下的2H2H不经过不经过NAD+NAD+传送传送, ,其他过程其他过程与与NADHNADH呼吸链一样呼吸链一样. .电子在呼吸链中的传送方式电子在呼吸链中的传送方式(I)(II)(III)(IV)电子传送链第四节第四节 生物氧化和能量代谢生物氧化和能量代谢一、高能磷酸键与高能磷酸化合物一、高能磷酸键与高能磷酸化合物

13、u高能磷酸键高能磷酸键u水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯键，常表示为键，常表示为 P。u高能磷酸化合物高能磷酸化合物u含有高能磷酸键的化合物含有高能磷酸键的化合物 ATP的生成和利用的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物程度磷酸化底物程度磷酸化 机械能机械能( (肌肉收缩肌肉收缩) )浸透能浸透能( (物质自动转运物质自动转运) ) 化学能化学能( (合成代谢合成代谢) )电能电能( (生物电生物电) )热能热能( (维持体温维持体温) )生物体内能量的储存和利生物体内能量的储存和利用都以用都以ATP为中心。为

14、中心。 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMP肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种储存方式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种储存方式。 二、二、ATP的构成的构成一底物程度磷酸化一底物程度磷酸化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子脱氢、脱水，引是底物分子脱氢、脱水，引起分子内部能量重新分布，生成高能键，使起分子内部能量重新分布，生成高

15、能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程。的过程。 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物程度磷酸化底物程度磷酸化 ATP的构成的两种方式：的构成的两种方式：OHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸(1,3-(1,3-diphosphoglyceradiphosphoglycerate)te)3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate)(glyceraldehyde 3-phosphate)OHHOCCHCH2OPOOHOH3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶+ NADH+H+NAD+HPO4 2-OPO 3 2-3-磷酸甘

16、油酸激酶磷酸甘油酸激酶HOHOOCCHCH2OPOOHOH 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)OHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸(1,3-(1,3-diphosphoglyceradiphosphoglycerate)te)OPO 3 2-ADPATPMg2+二氧化磷酸化二氧化磷酸化n*1、 定义定义n氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在氧化反响和是指在氧化反响和磷酸化反响的偶联，呼吸链电子传送磷酸化反响的偶联，呼吸链电子传送过程中释放能量使过程中释放能量使ADP磷酸化，生成磷

17、酸化，生成ATP。2、氧化磷酸化的作用机制 (1)ATP产生的数量 研讨氧化磷酸化最常用的方法是测定线粒体或其制剂的P/O比值和电化学实验。 P/O比值:是指每耗费一摩尔氧所耗费无机磷酸的摩尔数。根据所耗费的无机磷酸摩尔数，可间接测出ATP生成量。又可以看作是当一对电子经过呼吸链传至O2所产生的ATP分子数。 实验阐明：NADH呼吸链的P/O值是3，即每耗费一摩尔氧原子就可构成3摩尔ATP，FADH2呼吸链的P/O值是2，即耗费一摩尔氧原子可构成2摩尔ATP。(2)ATP产生的部位 ATP产生的部位都是有大的电位差变化的地方，例如，NADH呼吸链生成ATP的三个部位是：E0值在此三个部位有大的

18、“跳动，都在0.2伏以上。五、氧化磷酸化的抑制常用的几种电子传送抑制剂及其作用部位1鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：其作用是阻断电子在NADHQ复原酶内的传送，所以阻断了电子由NADH向CoQ的传送。2抗霉素A：它是由链酶素分别出的抗生素，有干扰细胞色素复原酶中电子从细胞色素b 向cytC1的传送作用。3氰化物CN-、叠氮化物N3-、一氧化碳CO等：其作用是阻断电子在细胞色素氧化酶中传送，即阻断了电子由cytaa3向分子氧的传送。 鱼藤酮安密妥杀粉蝶菌素抗霉素A氰化物一氧化碳硫化氢叠氮化合物六、六、 氧化磷酸化的作用机理氧化磷酸化的作用机理一、线粒体的构造一、线粒体的构造线粒体是生物氧化和能量转换

19、的主线粒体是生物氧化和能量转换的主要场所。要场所。1 1、ATPATP酶复合体酶复合体n 线粒体内膜的外表有一层规那么地间格陈列着的球状颗粒，称为ATP酶复合体，是ATP合成的场所。nATPATP酶，含有酶，含有5 5种不种不同的亚基按同的亚基按3 3、3 3、1 1、1 1 和和1 1 的比例结合。的比例结合。nOSCPOSCP为一个蛋白，为一个蛋白，是能量转换的通道。是能量转换的通道。nF0F0为一个疏水蛋白，为一个疏水蛋白，是与线粒体电子传是与线粒体电子传送系统衔接的部位。送系统衔接的部位。当当H+顺浓度递度经顺浓度递度经F0中中a亚基和亚基和c亚基之间亚基之间回流时，回流时，亚基发生旋转，亚基发生旋转，3个个亚基的构象发生亚基的构象发生改动。改动。ATP合酶的任务机制合酶的任务机制氧化与磷酸化作用如何偶联尚不够清楚，目前主要有三个学说：化学耦联学说构造耦联学说化学浸透学说二二 氧化磷酸化的作用机理氧化磷酸化的作用机理1.化学偶联假说1953 以为电子传送过程产生一种活泼的高能共价中间物。它随后的裂解驱