十二次生物氧化与氧化磷酸化一演示文稿

1、十二次生物氧化与氧化磷酸化一演示文稿第一页，共六十四页。十二次生物氧化与氧化磷酸化一第二页，共六十四页。第五节 磷酸戊糖途径一、磷酸戊糖途径的反应历程二、磷酸戊糖途径的化学计量与反应特点三、磷酸戊糖途径的意义四、磷酸戊糖途径调控第三页，共六十四页。糖 脂肪 蛋白质 CO2和H2O O2能量ADP+PiATP热能一、生物氧化的概念 第一节 生物氧化概述（一）广义和狭义的生物氧化概念第四页，共六十四页。广义：有机物（糖、脂肪、蛋白质等）在体内氧化分解生成CO2和H2O，并逐步释放能量，产生ATP的过程。 包括有机物的氧化过程、呼吸链的电子传递和ATP的合成。狭义：呼吸链的电子传递和ATP的合成。第

2、五页，共六十四页。（二）生物氧化的特点 1.生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。 2.氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发生。 3.水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作用直接参予了氧化反应。 4.在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。第六页，共六十四页。 5.生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。 6.生物氧化释放的能量，通过与ATP合

3、成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。第七页，共六十四页。生物氧化与体外氧化的相同点：生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2、H2O）和释放能量均相同。第八页，共六十四页。生物氧化与体外燃烧的不同点 生物氧化 体外燃烧反应条件 温 和 剧 烈 (体温、pH近中性) (高温、高压)反应过程 逐步进行的酶促反应 一步完成能量释放 逐步进行 瞬间释放 （化学能、热能） （热能）CO2生成方式 有机酸脱羧 碳和氧结合H2O 需 要 不需要第九页，共六十四页。(三)生物氧化中物质的氧化方式（3） 加氧（2）

4、脱氢 (最主要)（1） 失电子RH + O2 ROH12COOHC =O + 2H CH3 （2H+ +2e） COOH HOCH CH3Fe2+ Fe3+ + e第十页，共六十四页。（四）生物氧化中二氧化碳的生成 生物氧化中二氧化碳的生成是由于糖、蛋白质、脂肪等有机物转变成含羧基的化合物进行脱羧反应。1.-脱羧和-脱羧；2.直接脱羧和氧化脱羧：氧化脱羧是指脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。第十一页，共六十四页。CO2 丙酮酸脱氢酶系NADH+H+NAD+CoACH3CSCoAO第十二页，共六十四页。异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+H+CO2*第十三页，共六十四页。丙酮酸脱羧酶CO2 CHOCH3

5、第十四页，共六十四页。（五）生物氧化中水的生成 生物氧化中所生成的水是代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合而成的。 多数情况下脱氢酶和氧化酶之间需要一些电子传递体才能将质子和电子交给氧生成水。第十五页，共六十四页。二、生物氧化中有关的酶类（一）电子转移酶 只催化电子的得失，实际也是电子传递体。主要有铁硫蛋白和细胞色素类。第十六页，共六十四页。（二）氧化酶类组成：结合酶酶蛋白辅基：含Fe 、 Cu举例：细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等特点：催化底物脱氢后，以O2为直接受氢体，生成H2O。RH2 2Cu2+ O2 H2O R 2Cu+ O2122H+2e 2e 第十七页，共六十四页。（三）需

6、氧脱氢酶 特点：催化底物脱氢后，以O2为直接受氢体，生成H2O2。组成：结合酶酶蛋白辅基：FMN 、FADRH2 FMN /FAD H2O2 R FMNH2/FADH2 O2 2H2H举例：黄嘌呤氧化酶第十八页，共六十四页。（四）脱氢酶 特点：催化底物脱氢后，以NAD、NADP 、FAD或FMN等为直接受氢体。组成：结合酶酶蛋白辅基：NAD、NADP、FAD等RH2 NAD R NADH H2H举例：苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶等第十九页，共六十四页。（五）加氧酶（1） 单加氧酶（混合功能氧化酶、羟化酶）RH + NADPH + H+ + O2 单加氧酶ROH + NADP+ +

7、 H2O第二十页，共六十四页。（2）双加氧酶O2色氨酸加双氧酶色氨酸甲酰犬尿氨酸第二十一页，共六十四页。（六）其它酶类 （1）过氧化氢酶（2）过氧化物酶 RH2 + H2O2 R + 2H2O 过氧化物酶H2O2 + H2O2 2 H2O+ O2 过氧化氢酶（3）超氧物歧化酶（SOD）2O2+2HH2O2+O2SOD+第二十二页，共六十四页。三、高能化合物(一)高能化合物的概念一般将水解时能够释放20.92 kJ /mol（5Kcal/mol)以上自由能的化合物称为高能化合物。在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解断裂的活泼共价键称为高能键。第二十三页，共六十四页。 按其分子结构特点及所含

8、高能键的特征分：磷氧键型磷氮键型硫碳键型（硫酯键型、甲硫键型）（二）高能化合物的类型第二十四页，共六十四页。 （1）磷氧键型（O-P)(A)酰基磷酸化合物1,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸第二十五页，共六十四页。氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸第二十六页，共六十四页。（B）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸第二十七页，共六十四页。（C）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）磷氧键型：酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物第二十八页，共六十四页。（2） 氮磷键型（如胍基磷酸化合物）磷酸肌酸磷酸精氨酸这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。H第二十九页，共六十四页。（3）硫碳键型酰基

9、辅酶AA、硫酯键型第三十页，共六十四页。B、甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸第三十一页，共六十四页。（三）最重要的高能化合物ATP（1）ATP的分子结构特点与水解自由能的关系第三十二页，共六十四页。 ATP是生物体通用的能量货币。 ATP是磷酸基团转移反应的中间载体。 ATP在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携带者和转运者，但不是能量的贮存者。 （2）ATP在能量转化中的作用第三十三页，共六十四页。 磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能低的物质转移。 磷酸基团转移势能在数值上等于其水解反应的G0。磷酸基团转移势能（kcal/mol)246810121416ATPPEP1，3-二P甘油酸

10、6-P葡萄糖3-P甘油ATP是磷酸基团转移反应的中间载体第三十四页，共六十四页。第二节 电子传递链第三十五页，共六十四页。一、电子传递链的概念和存在部位 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排列的氢传递体和电子传递体的传递，最终与氧结合生成水。这些氢和电子的传递体系称为电子传递链.由于此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为呼吸链。2H 2H + + 2e 部位:真核线粒体的内膜上，原核生物在细胞膜上。第三十六页，共六十四页。二、电子传递链的组分 （一）黄素蛋白类脱氢酶 （二）铁硫蛋白类 （三）辅酶Q （四）细胞色素类第三十七页，共六十四页。黄素单核苷酸的结构黄素蛋白

11、类第三十八页，共六十四页。黄素腺嘌呤二核苷酸的结构第三十九页，共六十四页。黄素核苷酸的作用原理核黄素(黄色)-2H+2H还原型核黄素(无色)FAD/FMN FADH2/FMNH2+2H-2H第四十页，共六十四页。铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。 表示无机硫 第四十一页，共六十四页。Fe 2+ Fe 3+-e+e铁硫蛋白的作用原理FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b第四十二页，共六十四页。辅酶Q的结构及作用原理O CH3 CH3H3COH3COO（CH2CH=C CH2）n HOOH3COH3COCH3RH3COH3C

12、OOHOHCH3R+2H-2H泛醌第四十三页，共六十四页。细胞色素体系（Cyt）（1） Cyt的本质细胞色素 = 酶蛋白 + 血红素（2） Cyt的分类30多种a类：a、a1、a2、 a3 b类：b、b17、P450 c类：c、c1、c2、 c3 第四十四页，共六十四页。血红素Ab型血红素第四十五页，共六十四页。c型血红素b型血红素第四十六页，共六十四页。线粒体（ a、a3 、b、 c、 c1）微粒体（ b5、P450 ）（3） Cyt的存在部位Cyt aa3 （细胞色素氧化酶）： 呼吸链中唯一直接将e传递给O2 （4）Cyt在呼吸链中的作用2Cyt-Fe3+2e 2Cyt-Fe2+ 2Cyt

13、aa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2- 第四十七页，共六十四页。总结：呼吸链各组分的作用名称 本质 在呼吸链中作用尼克酰胺核苷酸NAD+ 、 NADP+不需氧脱氢酶的辅酶NAD(P)+ NAD(P)H+H+2H-2HFAD/FMN FADH2/FMNH2+2H-2H黄素蛋白结合酶 FMN 、FAD 铁硫蛋白结合酶 Fe 、S Fe2+ Fe 3+-e+e第四十八页，共六十四页。名称 本质 在呼吸链中作用CoQ CoQH2+2H-2H辅酶Q(CoQ)脂溶性醌类化合物Fe2+ Fe 3+-e+e结合酶铁卟啉 细胞色素(Cyt) 第四十九页，共六十四页。三、 呼吸链上电子

14、传递体的排列（一）电子传递链在膜上的存在状态 除了CoQ和细胞色素C外，电子传递链上的电子传递体组成了四个复合体。第五十页，共六十四页。复合体 酶名称 辅基复合体 NADH-泛醌还原酶 FMN,Fe-S复合体 泛醌-细胞色素C还原酶 铁卟啉,Fe-S 复合体 琥珀酸-泛醌还原酶 FAD,Fe-S复合体 细胞色素C氧化酶 铁卟啉,Cu第五十一页，共六十四页。 胞液侧 基质侧 线粒体内膜 呼吸链各复合体位置示意图第五十二页，共六十四页。1、复合体 NADH-泛醌还原酶复合体将电子从还原型烟酰胺（尼克酰胺）腺嘌呤二核苷酸（NADH）传递给泛醌复合体含有以黄素单核苷酸为辅基的黄素蛋白和以铁硫簇（Fe-

15、S)为辅基的铁硫蛋白。第五十三页，共六十四页。复合体的功能 NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2还原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH2第五十四页，共六十四页。2、复合体 琥珀酸-泛醌还原酶 复合体将电子从琥珀酸传递给泛醌复合体含有以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基的黄素蛋白、铁硫蛋白和细胞色素（Cyt)b560第五十五页，共六十四页。3、复合体 泛醌-细胞色素C还原酶 复合体 将电子从 泛醌传递给细胞色素C复合体 含有2种细胞色素b（Cyt b562, Cyt b566）、 细胞色素C1和铁硫蛋白第五十六页，共六十四页。4、复合体 细胞色素C氧化酶 复合体 将电子从 细胞色素C传递

16、给氧复合体中含有Cyta和Cyta3第五十七页，共六十四页。 RH2 O2还原态氧化态（二）呼吸链成分的排列顺序 1、研究方法（3）利用呼吸链抑制剂（2）呼吸链复合物重组（1）测各组分氧化还原电位（E0） 递增（4）利用光谱变化确定各组分的氧还状态第五十八页，共六十四页。呼吸链中各氧还对的Eo氧化还原对 (V)NAD+/NADH +H+ -0.32FMN/FMNH2 -0.30FAD/FADH2 -0.06Q/QH2 0.04(或0.10)Cyt b (Fe3+)/(Fe2+) 0.07Cyt c1 (Fe3+)/(Fe2+) 0.22Cyt c (Fe3+)/(Fe2+) 0.25Cyt a

17、 (Fe3+)/(Fe2+) 0.29Cyt a3 (Fe3+)/(Fe2+) 0.551/2O2/H2O 0.82 _Eo第五十九页，共六十四页。 NADH FMN（Fe-S） CoQ Cytb、c1 Cytc Cytaa3 O2 （Fe-S） （Cu2+） FAD（Fe-S） 琥珀酸呼吸链复合物重组第六十页，共六十四页。2Fe2+2Fe3+2e b 2Fe2+2Fe3+2ec12Fe2+2Fe3+2ec2Fe2+2Fe3+2eaa31/2O2O2-2e2H+H2O呼吸链中细胞色素的排列及电子传递过程 b c1 c aa3 1/2O第六十一页，共六十四页。(三)线粒体内重要的两条呼吸链1、NADH氧化呼吸链RH2 NAD+ FMNH2 CoQ 2Cyt-Fe2+ 1/2O2 （Fe-S）R NADH FMN CoQH2 2Cyt-Fe3+ O