线粒体内的磷酸甘油脱氢酶课件

1、学习要求：1 细胞是如何利用氧分子把代谢物分子中的氢氧化成水的？2 细胞是如何在酶的催化下把代谢物分子中的碳变成二氧化碳？3 当有机物被氧化时，细胞是如何将氧化时产生的能量搜集和贮存起来的？第一节 概述第二节 生物氧化过程中水的生成第三节 ATP的生成第四节 其它氧化体系练习题第一节 概述 线粒体氧化体系 供给能量 非线粒体氧化体系 其它特殊功能 一、生物氧化的概念物质在生物体内的氧化分解过程。呼吸作用O2CO2 + H2O细胞呼吸（微生物）本质 生物氧化的本质是电子的得失，失电子者为还原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体。在生物体内，它有三种方式：加氧氧化电子转移 二、生物氧化的方

2、式O2苯丙氨酸 酪氨酸乳酸脱氢酶 脱氢氧化三、生物氧化的特点1、细胞内温和环境中的酶促反应。2、有机酸脱羧产生CO2，底物脱氢传递给氧产生H2O。3、能量逐步释放，与生成ATP相偶联。4、可受多种因素的调节。四、参与生物氧化的酶类（一）氧化酶类催化代谢物脱氢，将氢直接交给氧生成水 SSH2 H2 H2O 1/2O2辅酶：金属离子（二）需氧脱氢酶类催化代谢物脱氢，直接将氢传给氧生成H2O2 SSH2 H2 H2O2 O2辅酶：FMN FAD（三）不需氧脱氢酶类催化代谢物脱氢，将脱下的氢经一系列传递体的传递交给氧，生成水 SSH2 H2 一系列传递H2 H2O 1/2O2辅酶：NAD+ NADP+

3、 FAD FMN（四）其它酶类除上述酶外，体内还有一些氧化还原酶类，如加单氧酶、加双氧酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等。往往存在于非线粒体氧化体系中。五、二氧化碳的生成氧化脱羧基作用（oxidative decarboxylation）-氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧-氧化脱羧：苹果酸的氧化脱羧直接脱羧基作用（oxidative decarboxylation）-直接脱羧：氨基酸的脱羧-直接脱羧：草酰乙酸脱羧直接脱羧作用（direct decarboxylation）-直接脱羧：如氨基酸脱羧RCHNH2COOH RCH2NH2 CO2 氨基酸 胺-直接脱羧：如草酰乙酸脱羧氧化脱羧作用（oxidativ

4、e decarboxylation ）-氧化脱羧：如丙酮酸的氧化脱羧：-氧化脱羧：如苹果酸的氧化脱羧：返回目录第二节 生物氧化过程中水的生成 在生物氧化中，水是代谢物上脱下的氢与生物体吸进的O2化合生成的。代谢物上的氢需要在脱氢酶的作用下才能脱下，吸入的O2要通过氧化酶的作用才能转化为高活性的氧。在此过程中，还需要有一系列传递体才能把氢传递给氧，生成水. 代谢物M2H 氧化型 H2O 一个或多个传递体 M 还原型 O2 生物氧化过程中水的生成线粒体的结构 线粒体有双层膜结构，外膜光滑，内膜折叠成嵴，伸向基质。内外膜之间为膜间腔。线粒体呼吸链呼吸链存在于线粒体内膜上，能将底物脱下的氢逐步传递给氧

5、，生成水并释放出能量的酶和辅酶组成的连锁反应体系。 递氢体 递电子体2H = 2H+ + 2e呼吸链又名电子传递链一、呼吸链的组成及作用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD或CoI）黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸（FMN和FAD）铁硫蛋白（铁硫中心）泛醌（CoQ）细胞色素（ Cyta 、Cytb、Cytc）（一）以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶类利用分子中烟酰胺基团的可逆性还原而递氢，还原形成的NADH即可参与组成呼吸链而进行电子传递。 递 氢 体NAD（P）+2H NAD（P）H+H+（二）黄素蛋白辅基：黄素单核苷酸（FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD） 递 氢 体 FMN+2H FMNH2

6、 FAD+2H FADH2（三）泛醌（CoQ）是一种脂溶性的醌类化合物，其分子中的苯醌结构能进行可逆的加氢反应。 递 氢 体CoQ + 2H CoQH2（四）铁硫蛋白分子中常含2或4个Fe（称非血红素铁）和2或4个对酸不稳定的硫，其中一个Fe原子能可逆地还原而传递电子。在HADH脱氢酶和琥珀酸脱氢酶中均含有多个不同的铁硫蛋白，它们可将电子由FMNH2（或FADH2）转移到泛醌上。Fe2+ Fe3+ + e 递电子体（五）细胞色素细胞色素属于电子传递体，其传递电子的方式如下： 2CytFe3+ + 2e 2CytFe2+细胞色素 是属于色蛋白类的结合蛋白质，辅基是铁卟啉的衍生物，因其有颜色又普遍

7、存在于细胞内，故称为细胞色素。根据其结构与吸收光谱的不同可将细胞色素分为a、b和c三类。 细胞色素c 的结构示意图 a cCyta Cytb Cytc a3 c1b c1 c aa3 递电子体它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与细胞色素c1含有相同的辅基，但是蛋白组成则有所不同。在电子传递过程中，cyt. c通过 Fe3+ Fe2+ 的互变起电子传递中间体作用。细胞色素c（cyt.c）简写为cyt. c 氧化酶，即复合物IV，它是位于线粒体呼吸链末端的蛋白复合物，由12个多肽亚基组成。活性部分主要包括cyt. a和a3。细胞色素c氧化酶cy

8、t.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。cyt.a a3可以直接以O2为电子受体。在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生 Cu+ Cu2+ 的互变，将cyt.c所携带的电子传递给O2。线粒体呼吸链的组成NADH-Q还原酶（NADH dehydrogenase，complex I）琥珀酸-Q还原酶（succinate-Q reductase,complex )Q-细胞色素C还原酶（cytochrome reductase, complex 细胞色素C氧化酶（cytochrome oxidase， complex ） Complex I结构示意图Complex 结构示意图Co

9、mplex 结构示意图Complex 结构示意图各复合物之间的相互关系二、呼吸链成分的排列按照标准氧化还原电位（E0）由低到高的顺序排列。NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链NADH氧化呼吸链 是细胞内最主要的呼吸链，因为生物氧化过程中绝大多数脱氢酶都是以NAD+为辅酶，当这些酶催化代谢物脱氢后，脱下来的氢使NAD+转变为NADH，后者通过这条呼吸链将氢最终传给氧而生成水。NADH呼吸链各成员的排列见图琥珀酸氧化呼吸链 这个呼吸链由琥珀酸脱氢酶复合体、CoQ和细胞色素组成。其中琥珀酸脱氢酶复合体包括FAD、铁硫中心和另一种细胞色素b（称为b558）。琥珀酸氧化呼吸链的电子传递途径如图：呼吸链

10、成分排列总结NADH呼吸链SH2NADHFMN(Fe-S)CoQ b c1 c aa3 O2SH2CoQ c O2FADH2呼吸链SH2FAD(Fe-S)CoQ b c1 c aa3 O2SH2CoQ c O2某些代谢物在线粒体中氧化的呼吸链线粒体中某些重要底物氧化时的呼吸链三、胞液中NADH的氧化线粒体中的NADH可以直接进入呼吸链氧化，但胞液中的NADH不能自由透过线粒体内膜，需要某种转运机制的帮助。 -磷酸甘油穿梭 苹果酸-天冬氨酸穿梭磷酸甘油穿梭作用-磷酸甘油脱氢酶有两种： 线粒体外的磷酸甘油脱氢酶（以NAD+为辅酶） 线粒体内的磷酸甘油脱氢酶（以FAD为辅基的一种不需氧黄酶）通过这种

11、穿梭作用，线粒体外的NADH+H+只能产生两个ATP，比线粒体内的NADH+H+氧化少产生一个ATP磷酸甘油穿梭系统图苹果酸穿梭作用线粒体内外都具有苹果酸脱氢酶，而且辅酶（NAD+）相同通过这种穿梭作用，线粒体外的NADH+H+能产生3个ATP。 苹果酸穿梭系统图返回目录第三节 ATP的生成生物氧化不仅消耗氧，产生二氧化碳和水，更重要的是有能量的生成和释放。生物氧化中释放的能量大约有40%以化学能的形式储存于ATP和其它高能化合物中，其中ATP是体内各种生命活动及代谢过程中主要供能的高能化合物。一、生物体内的高能化合物磷氧键型高能化合物：包括1，3二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、NTP、dNT

12、P、NDP、dNDP等。其中尤以ATP分布广、浓度大，是所有生命形式的主要的能量载体。氮磷键型高能化合物：如磷酸肌酸、磷酸精氨酸。硫脂键型高能化合物：如脂酰CoA。甲硫键型高能化合物：如S腺苷蛋氨酸根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们分成以下几种类型：磷氧键型 酰基磷酸化合物3-磷酸甘油酸磷酸乙酰磷酸10.1千卡/摩尔11.8千卡/摩尔氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩尔烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩尔氮磷键型磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩尔7.7千卡/摩尔这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。硫酯键型3-磷酸腺

13、苷-5-磷酸硫酸酰基辅酶A甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸二、ATP的生成 吸能ADP+Pi ATP 放能 底物水平磷酸化（3个） 氧化磷酸化（主要产能方式）底物水平磷酸化 底物水平磷酸化是指底物脱氢或脱水而引起分子内部能量聚集，形成高能键，它可转移给ADP形成ATP的过程。 S-P ADP S ATP底物水平磷酸化底物水平磷酸化氧化磷酸化1、概念底物脱下的氢经呼吸链氧化成水的同时，释放的能量使ADP磷酸化，生成ATP的反应。氧化磷酸化是指当氢或电子从NADH或FADH2经过电子传递体系(呼吸链)传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP的全过程，又名电子传递体系磷酸化。2、偶联部位呼吸链上既发生

14、氧化又发生磷酸化的部位P/O：氧化磷酸化中，每消耗1摩尔氧时所消耗的无机磷的摩尔数。 氧化磷酸化中，每消耗1摩尔氧时所消耗的ADP的摩尔数。 氧化磷酸化中，每消耗1摩尔氧时所生成的ATP的摩尔数。 研究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比值是指每消耗一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。根据所消耗的无机磷酸摩尔数，可间接测出ATP生成量。实验指明NADH呼吸链的P/O值是3，即每消耗一摩尔氧原子就可形成3摩尔ATP，FADH2呼吸链的P/O值是2，即消耗一摩尔氧原子可形成2摩尔ATP。两大呼吸链的偶联部位NADH呼吸链SH2 NADH FMN(Fe-S) Co

15、Q ATPb c1 c aa3 O2 ATP ATPFADH2呼吸链SH2 FAD(Fe-S) CoQ b c1 c aa3 O2 ATP ATP3、偶联机制化学渗透假说的主要论点呼吸链存在于线粒体内膜之上，当氧化进行时，呼吸链起质子泵作用，质子被泵出线粒体内膜之外侧，造成了膜内外两侧间跨膜的化学电位差，后者被膜上ATP合酶所利用，使ADP与Pi合成ATP。合成ATP的酶系 镶嵌在线粒体内膜上合成ATP的酶系是一个复合物，称为ATP合酶。它由两个主要部分F0和F1再加柄连接而构成。F1即偶联因子，呈球形，通过一个柄（由蛋白质组成）接到包埋在线粒体内膜的柄底F0上，故又称三联体。ATP合酶合成A

16、TP的酶系4、影响氧化磷酸化的因素ADP/ATP比值的影响 氧化磷酸化主要受细胞对能量需求的调节。激素的调节 甲状腺激素能促进线粒体的氧化磷酸化，增加ATP的形成。抑制剂的作用 抑制剂的作用*呼吸链抑制剂 如阿的平、阿米妥、鱼藤酮、抗霉素A、一氧化碳和氰化物等均因能抑制呼吸链而抑制氧化磷酸化（如图）*氧化磷酸化抑制剂（ATP合酶抑制剂） 如寡霉素*解偶联剂 如2,4-二硝基苯酚、细菌或病毒产生的解偶联剂等三、高能化合物的储存和利用 ATP是生物界普遍的供能物质，体内的分解代谢和合成代谢的偶联都以ATP为偶联剂。ATP分子含有两个高能磷酸键，在体外标准条件下测定，每个高能磷酸键水解时释放约7.3

17、kcalmol1的能量。 在细胞内如脊椎动物肌肉和神经组织的磷酸肌酸和无脊椎动物的磷酸精氨酸才是真正的能量储存物质，又称为磷酸原。当机体消耗ATP过多致使ADP增多时，磷酸肌酸可将其高能键转给ADP生成ATP，以供生理活动之用。催化这一反应的酶是肌酸磷酸激酶（CPK）。 肌酸 ATP 磷酸肌酸 ADP 当机体代谢中需要ATP提供能量时，ATP可以多种形式实行能量的转移和释放：葡萄糖ATP 6磷酸葡萄糖 ADP 5磷酸核糖ATP 5磷酸核糖1焦磷酸 AMP氨基酸 ATP 氨酰- AMP Ppi蛋氨酸ATP S腺苷蛋氨酸 PPi + Pi 体内能量的转移、储存和利用体内能量的直接供应者：ATP特殊

18、之处：糖原合成的能量供应：UTP磷脂合成的能量供应：CTP蛋白质合成的能量供应：GTP体内能量的储存者：CP 返回第四节 非线粒体氧化体系微粒体氧化体系加单氧酶 加双氧酶过氧化物酶体氧化体系过氧化氢及超氧离子的生成过氧化氢及超氧离子的毒性作用过氧化氢及超氧离子的消除加单氧酶催化的反应进行时，需要氧和还原型辅助因子。反应通式如下：RHO2NADPHH ROHNADPH2O加单氧酶加双氧酶此类酶催化氧分子直接加到作用物分子上: 在生物氧化过程中，呼吸链末端每分子氧必须接受4个电子才能完全还原，生成2O2，可以与H结合生成水，如果电子供给不足，则生成过氧化基团O22或超氧离子。过氧化氢及超氧离子的生

19、成 O24e 2O2 2H2O O22e O22 H2O2 O2e O2过氧化氢及超氧离子的毒性作用超氧离子为带有负离子的自由基，反应活泼，与过氧化氢作用可以生成性质更活泼的羟自由基OH。它们作用于DNA时可使其氧化、修饰、甚至断裂；作用于蛋白质时可使其巯基氧化而改变其功能或引起酶活性丧失；作用于脂质中的不饱和脂肪酸等则可产生过氧化脂质，引起生物膜损伤。过氧化氢及超氧离子的消除超氧化物歧化酶（SOD） 2O22H H2O2 O2过氧化氢酶 H2O2 + H2O2 2H2O + O2过氧化物酶 RH2 H2O2 R 2H2O 返回目录课后练习1、关于生物体的能量代谢叙述正确的是（ ）A、营养物质氧化过程中释放的能量全部变成ATP B、体内各种生理活动和蛋白质、糖原、磷脂等合成过程中必须由ATP直接供能 C、氧化磷酸化是ATP生成的唯一方式 D、含有高能键的化合物必然是有机磷酸化合物 E、供给机体生命活动的能量来自营养分子中蕴藏的化学能答案：E2、