烟大生化24课件

Biologicaloxidation生物能量转换示意图Chapter24生物氧化4/10/20231生物体把能量用在生命活动的各个方面4/10/202321、生命活动能量的来源体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化生物氧化和燃烧：化学本质相同，方式不同4/10/20233近中性、约37℃水溶液逐步进行的一系列酶促反应逐步释放能量：维持体温合成ATP3、特点与意义4/10/202351）相同点4/10/202362）不同点4/10/20237一、氧化—还原电势1、氧化—还原反应的概念

氧化—还原反应：反应过程中电子从一物质（还原剂）转移到另一物质（氧化剂）的化学反应。4/10/202392、氧化—还原电势的概念电动势（ε）：ε=E（正极电极电势）–E（负极电极电势）3、生物体内重要的氧化—还原电势（117页）4/10/202310氧化-还原电势与自由能的变化生物氧化：氧化、还原相互偶联线粒体呼吸链：推动电子从NADH传递到O2的力，电势差4/10/202311二、电子传递过程和氧化呼吸链（一）生物氧化的方式加氧、脱氢和失电子需要递氢体、递电子体4/10/202313（糖、Fat、AA等）脱氢脱氢酶辅酶（氧化型）NAD+、FAD还原型辅酶（NADH、FADH2）氢以质子形式脱下，进入递氢体电子沿一系列的电子传递体，转移到分子氧同时逐步释放大量的自由能ADP磷酸化形成ATP质子和离子氧结合生成水CO2的产生：酶催化有机酸的脱羧反应4/10/202314线粒体的结构呼吸链4/10/202315（三）呼吸链（电子传递链）概念的建立代谢物脱下的氢，经一系列递氢体或电子传递体的依次传递，最后传给分子氧从而生成水的全部体系按照还原电势大小排列（电子亲和力不断增加）待氧化底物NAD+E-FMNFeSCoQCyt-bCyt-cCyt-aO2NADH2H+½O¯H2O电子从NADH到O2的传递所经过的途径——电子传递链呼吸链4/10/2023174/10/202318ATP合成酶NADH-Q还原酶复合体Ⅰ复合体Ⅱ复合体Ⅲ细胞色素氧化酶质子梯度复合体Ⅳ琥珀酸-Q还原酶细胞色素还原酶（四）呼吸链（电子传递链）组成(质子泵)4/10/202319ComplexI琥珀酸-Q还原酶ComplexⅡ细胞色素还原酶ComplexⅣ结构示意图ComplexⅢ结构示意图细胞色素氧化酶4/10/2023211、NADH-Q还原酶：NADH脱氢酶将电子从NADH经FMN、Fe-S（酶的两个辅基）传给泛醌4/10/2023224/10/2023234/10/2023252、泛醌（Q，CoQ）电子传递链中唯一的非蛋白电子载体脂溶性易接受电子和质子，还原成QH2（还原型）；

QH2也容易给出电子和质子，重新氧化成Q。电子和质子的传递体4/10/202326细胞色素（cyt.）含铁的电子传递体辅基为铁卟啉的衍生物铁原子处于卟啉环的中心，构成血红素线粒体呼吸链：细胞色素a,b,c和c1等辅基分别为血红素A、B和CFe3+

Fe2+，传递电子4/10/202329独立的蛋白质电子载体内膜外表（膜周蛋白，易溶于水）与cytc1辅基相同，蛋白组成不同

Fe3+

Fe2+

，电子传递中间体作用4、细胞色素c（cyt.c）4/10/2023305、Cytc氧化酶复合物Ⅳ线粒体呼吸链末端的蛋白复合物12个多肽亚基活性部分：cyta、a34/10/202331cyt.a、a3组成一个复合体含铁卟啉、Cu直接以O2为电子受体电子传递Cu+

Cu2+

将cytc携带的电子→O24/10/202332线粒体内膜，蛋白复合物4个多肽亚基活性部分：FAD、Fe-S催化琥珀酸的脱氢氧化和Q的还原6、琥珀酸-Q还原酶（复合物Ⅱ）琥珀酸：TCA中间产物琥珀酸-Q还原酶催化，将两个高能电子传递给Q再通过QH2-cytc还原酶、cytc和cytc氧化酶传递到O24/10/202333线粒体氧化体系：线粒体以提供能量（产生ATP）为主要功能的生物氧化体系

—“发电站”非线粒体氧化体系：线粒体外行使特殊作用（如清除代谢有害物）为主要功能的生物氧化体系（五）生物氧化的体系细胞定位和功能4/10/202334（六）参与生物氧化的酶类●氧化酶类：Cyt氧化酶类，易被CO、氰化物等抑制●需氧脱氢酶类：以FMN或FAD为辅基作为递氢体的结合酶类不易被CO、氰化物等抑制。●不需氧脱氢酶类：以NAD+（或NADP+）为辅酶、以FMN（或FAD）为辅基（递氢体）的结合酶类4/10/202335（六）线粒体呼吸链的类型组成成分、排列顺序、功能差异NADH呼吸链：主要（人、动物）∵NAD+：大多数脱氢酶的辅酶每传递一对电子产生2.5分子ATP●FADH2呼吸链：FADH2起始每传递一对电子产生1.5分子ATP。●呼吸链的作用：（1）代谢水的生成；（2）能量的生成。4/10/202336NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链4/10/202337NADH氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链1234FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)FMN(黄素单核苷酸)4/10/2023384/10/2023394/10/202340概念：能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质鱼藤酮、抗霉素A、氰化物等作用部位：1、鱼藤酮等：NADH→CoQ2、抗霉素A：QH2→细胞色素3、氰化物、CO等：细胞色素氧化酶（七）电子传递的抑制剂（128页）4/10/202341〒4/10/202342三、氧化磷酸化作用（一）线粒体的结构要点（130页）需氧细胞生命活动的能量来源——“发电站”两层膜：内膜有许多向内折叠的嵴，内膜球体结构4/10/202343内膜脊膜4/10/2023444/10/2023451948年由EugeneKennedy和AlbertLehninger发现在真核细胞中线粒体是氧化磷酸化的部位，从而开辟了生物能传递研究的新纪元。4/10/202346线粒体内三羧酸循环4/10/202347（二）概念伴随生物氧化作用而发生的电子沿呼吸链传递的氧化作用和释放的自由能转移给ADP，使ADP磷酸化生成高能ATP相偶联的过程NADH+H++3ADP+3Pi+½O2

→NAD++4H2O+3ATP2-磷酸-甘油酸脱水所引起的内部能量重新分布，能量与ADP作用产生一个ATP伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化4/10/202348（三）机制1、P/O比值每消耗1mol原子氧时，ADP磷酸化摄取无机磷（酸）的mol数（生成ATP的mol数）NADHP/O=3FADH2P/O=24/10/202349代谢物脱出的氢，大多数通过呼吸链完成氧化ATP形成主要靠呼吸链的氧化磷酸化作用2、ATP生成部位4/10/2023503、氧化磷酸化作用机制的解释1）偶联机制——化学渗透学说a.线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵b.电子传递链中，电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内侧的H+迁移到膜外侧（膜对H+是不通透的）。膜的内、外侧产生跨膜质子梯度(pH)和电位梯度（）；c.膜内外势能差（pH和）的驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道（ATP酶的组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP。4/10/2023514/10/202352线粒体基质线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化学渗透假说简单示意图4/10/2023532）构象学说P．D．Boyer（1964）呼吸作用放出的能被偶联膜（线粒体内膜）含蛋白质的还原型电子递体（Ared）吸收，Ared变构成为激活态的氧化型构象Aox，促进ADP磷酸化，产生ATP相似4/10/202354（四）与底物水平磷酸化作用的原则区别

底物水平磷酸化：

代谢物在分解代谢过程中由于脱氢或脱水等作用使能量在分子内部重新分配，形成高能磷酸化合物，然后将高能磷酸基团转移到ADP形成ATP的过程。氧化磷酸化：ATP的生成基于与呼吸链电子传递相偶联的磷酸化作用底物水平磷酸化：基于酶的催化将高能磷酸基团直接转移生成ATP区别：4/10/202355（五）氧化磷酸化作用解偶联和抑制

解偶联剂：电子传递和ATP形成分离抑制ATP形成，不抑制电子传递结果：过分利用氧和燃料底物，能量不能储存（2，4—二硝基苯酚、芳香族化合物）

不影响底物水平磷酸化4/10/202356氧化磷酸化抑制剂：

既抑制氧的利用又抑制ATP的形成，不直接抑制电子传递链上载体的作用。寡霉素离子载体抑制剂：增加一价阳离子的通透性而破坏氧化磷酸化过程。短杆菌肽4/10/20