生物化学ppt课件-生物氧化

生物氧化BiologicalOxidation第6章生物氧化BiologicalOxidation第6章1糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能生物氧化的概念物质在生物体内进行氧化称生物氧化(biologicaloxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和H2O的过程。生命活动维持体温糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能ADP+PiATP热能生物2生物氧化与体外氧化之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。生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱3生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化与体外氧化之不同点4糖原甘油三酯蛋白质葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸链H2OADP+PiATPCO2生物氧化的一般过程NADH+H+FADH2糖原甘油三酯蛋白质葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC5第一节生成ATP的氧化磷酸化体系第二节其他不生成ATP的氧化体系本章主要内容第一节生成ATP的氧化磷酸化体系本章主要内容6生成ATP的氧化磷酸化体系TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing第一节生成ATP的氧化磷酸化体系TheOxidativePho7定义组成一、氧化呼吸链递氢体和电子传递体（2H

2H++2e）指线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子传递功能的酶复合体，可通过链锁的氧化还原将代谢物脱下的电子最终传递给氧生成水。这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratorychain)又称电子传递链(electrontransferchain)。定义组成一、氧化呼吸链递氢体和电子传递体（2H2H+8（一）氧化呼吸链的组成酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成（一）氧化呼吸链的组成酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存9人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体10ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+

FADFADH2

1/2O2+2H+H2O胞液侧基质侧线粒体内膜eeeee呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置泛醌CoQ和Cytc均不包含在上述四种复合体中ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+111、复合体I：NADH-泛醌还原酶电子传递过程：NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQ每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体Ⅰ有质子泵功能。作用：将NADH+H+中的电子传递给泛醌(ubiquinone)1、复合体I：NADH-泛醌还原酶电子传递过程：每传递2个12复合体I的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2NADHNAD+FMN4Fe-4SQ2Fe-2SQH2QH22e-2H+黄素蛋白铁硫蛋白疏水蛋白胞浆侧基质侧复合体I的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH2132、复合体Ⅱ：琥珀酸-泛醌还原酶复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶。电子传递：琥珀酸→FAD→几种Fe-S→CoQ复合体Ⅱ没有H+泵的功能。功能：将电子从琥珀酸传递到泛醌。2、复合体Ⅱ：琥珀酸-泛醌还原酶复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀14生物化学ppt课件-生物氧化153、复合体Ⅲ：泛醌-细胞色素c还原酶泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体Ⅲ。电子传递过程：CoQH2→(Cytb562→Cytb566)→Fe-S→Cytc1→Cytc功能：将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c。3、复合体Ⅲ：泛醌-细胞色素c还原酶泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集16生物化学ppt课件-生物氧化17复合体Ⅲ的电子传递通过“Q循环”实现。复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体Ⅲ也有质子泵作用。Cytc是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体Ⅳ。复合体Ⅲ的电子传递通过“Q循环”实现。复合体Ⅲ每传递2个电子184、复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶Cyta3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移。电子传递：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3-CuB→O2功能：将电子从细胞色素c传递给氧其中Cyta3和CuB形成的活性部位将电子交给O2。4、复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶Cyta3–CuB形成活性双19生物化学ppt课件-生物氧化20（二）氧化呼吸链组分1、NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O22、琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2交汇点（二）氧化呼吸链组分1、NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ21NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链乳酸、丙酮酸、异柠檬酸、

-酮戊二酸、苹果酸、

-羟脂酰CoA、

-羟丁酸等琥珀酸

-磷酸甘油（线粒体）脂酰CoA等NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy22ATP生成方式二、氧化磷酸化底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)与脱氢反应偶联，生成底物分子的高能键，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。ATP生成方式二、氧化磷酸化底物水平磷酸化(substra23P/O比值指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值底物呼吸链的组成P/O比值可生成的ATP

-羟丁酸NAD+→复合体I→CoQ→复合体III→Cytc→复合体IV→O22.52.5琥珀酸复合体II→CoQ→复合体III→Cytc→复合体IV→O21.51.5抗坏血酸Cytc→复合体IV→O20.881细胞色素c(Fe2+)复合体IV→O20.61-0.681P/O比值指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成A24ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、ⅣATPATPATP氧化磷酸化偶联部位NADHFMN琥珀酸FA25化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)（二）氧化磷酸化的偶联机制电子经呼吸链传递时，可将质子(H+)从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。氧化磷酸化的偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度化学渗透假说(chemiosmotichypothesi26ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液侧

基质侧++++++++++---------复合体Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有质子泵功能。ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+27即复合体VATP合酶F1：亲水部分线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，催化ATP合成。F0：疏水部分镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子通道。即复合体VATP合酶F1：亲水部分F0：疏水部分281.呼吸链抑制剂2.解偶联剂3.氧化磷酸化抑制剂（ATP合酶抑制剂）三、影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂1.呼吸链抑制剂三、影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂291、呼吸链抑制剂抑制复合体I：鱼藤酮、粉蝶霉素A及异戊巴比妥等阻断传递电子到泛醌。抑制复合体II：萎锈灵抑制复合体Ⅲ：抗霉素A阻断CytbH传递电子到泛醌；粘噻唑菌醇则作用QP位点。抑制复合体Ⅳ：CN-、N3-紧密结合氧化型Cyta3，阻断电子由Cyta到CuB-Cyta3间传递。

CO与还原型Cyta3结合，阻断电子传递给O2阻断呼吸链某些部位的电子传递。1、呼吸链抑制剂抑制复合体I：鱼藤酮、粉蝶霉素A及异戊巴比妥30NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥×抗霉素A二巯基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各种呼吸链抑制剂的阻断位点NADHFMN琥珀酸FADCoQCytb→Cytc→Cy31破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度解偶联剂(uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶联相互分离，基本作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度，使电化学梯度储存的能量以热能形式释放，ATP的生成受到抑制。如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶联蛋白(uncouplingprotein,UCP1)。2、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度解偶联剂(uncoup32解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧解偶联蛋白热能

H+

H+ADP+PiATP基质侧解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F33同时抑制电子传递和ATP的生成这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可结合F0单位，二环己基碳二亚胺(dicyclohexylcarbodiimide,DCCP)共价结合F0的c亚基谷氨酸残基，阻断质子从F0质子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递3、ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成这类抑制剂对电子传递及ADP磷34寡霉素(oligomycin)ATP合酶结构模式图可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。寡霉素寡霉素(oligomycin)ATP合酶结构模式图可阻35ADP可促进氧化磷酸化的速率。（二）ADP的调节作用（三）甲状腺激素刺激（四）线粒体DNA突变(mtDNA)Na+,K+-ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。影响氧化磷酸化，使ATP生成减少而致病。ADP可促进氧化磷酸化的速率。（二）ADP的调节作用（三）36ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用高能磷酸键水解时释放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯键，常表示为

P。高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物四、ATP的核心作用ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用高能磷酸键水37几种常见的高能化合物通式举例释放能量kcal/mol磷酸肌酸-10.5磷酸烯醇式丙酮酸-14.8乙酰磷酸-10.1ATP、GTP、UTP、CTP-7.3乙酰CoA-7.5

NH

‖R—C—N~PO3H2︳H

O

‖RC~SCoA

OO

‖

‖—P—O~P—OH︳︳OHOH

O

‖RC—O~PO3H2

CH

‖RC—O~PO3H2几种常见的高能化合物通式举例释放能量kcal/mol磷酸肌酸38五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运线粒体外膜通透性高，线39线粒体内膜的转运转运蛋白功能胞浆线粒体基质

-酮戊二酸转运蛋白苹果酸

-酮戊二酸天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白谷氨酸天冬氨酸磷酸盐转运蛋白H2PO4-+H+H2PO4-+H+ATP-ADP转位酶ADP3-ATP4-单羧酸转运蛋白丙酮酸OH-二羧酸转运蛋白HPO42-苹果酸三羧酸转运蛋白苹果酸柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白脂酰肉碱肉碱线粒体内膜的转运转运蛋白功能胞浆线粒体基质-酮戊二酸转运40

-磷酸甘油穿梭苹果酸-天冬氨酸穿梭转运机制：（一）胞浆中NADH的氧化胞浆中NADH必须经一定穿梭机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。-磷酸甘油穿梭转运机制：（一）胞浆中NADH的氧化胞浆中N411、

-磷酸甘油穿梭机制

-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中1、-磷酸甘油穿梭机制-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌422、苹果酸-天冬氨酸穿梭机制苹果酸-天冬氨酸穿梭机制主要存在于肝和心肌中2、苹果酸-天冬氨酸穿梭机制苹果酸-天冬氨酸穿梭机制主要存在43（二）ATP-ADP转位酶ATP-ADP转位酶促进ADP进入和ATP移出紧密偶联（二）ATP-ADP转位酶ATP-ADP44其他不生成ATP的氧化体系TheOthersOxidativeEnzymeSystemswithoutATPProducing第二节其他不生成ATP的氧化体系TheOthersOxidat45反应活性氧类(reactiveoxygenspecies,ROS)O2e-O·-2e-+2H+H2O2e-+H+OH·H2Oe-+H+H2O反应活性氧类一、抗氧化酶体系抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能反应活性氧类(reactiveoxygenspecie46ROS主要来源线粒体：氧化呼吸链是体内O·-2（超氧阴离子）的主要来源；

O·-2在线粒体中再生成H2O2和·OH。过氧化酶体：FAD将从脂肪酸等底物获得的电子交给O2

生成H2O2和羟自由基·OH。胞浆需氧脱氢酶（如黄嘌呤氧化酶等）也可催化生成O·-2。细菌感染、组织缺氧等病理过程，环境、药物等外源因素也可导致细胞产生活性氧类。ROS主要来源线粒体：氧化呼吸链是体内O·-2（超氧阴离子）47需氧脱氢酶和氧化酶需氧脱氢酶和氧化酶48抗氧化酶体系1、过氧化氢酶(catalase)2H2O22H2O+O2

过氧化氢酶

又称触酶，其辅基含4个血红素抗氧化酶体系1、过氧化氢酶(catalase)2H2O2492、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathioneperoxidase,GPx)H2O2+2GSH→2H2O+GS-SG2GSH+R-O-OH→GS-SG+H2O+