第七版生物化学 第06章生物氧化

生物化学第六章生物氧化BiologicalOxidation主讲人：王平潍坊医学院生化教研室生成ATP的氧化磷酸化体系其他不生成ATP的氧化体系目录概述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放能量，最终生成CO2和H2O的过程。糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能一、生物氧化〔BiologicalOxidation〕的概念此过程需耗氧、排出CO2，又在活细胞内进展，故又称细胞呼吸。糖原甘油三酯蛋白质葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoA电子传送H2OADP+PiATPCO2生物氧化的普经过程2HTAC1.ATP如何产生的？2.H2O如何生成？本章主要处理的问题是：体内氧化体外氧化〔1〕物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子〔2〕物质氧化时耗费的氧量、得到的产物和能量一样。1、一样点二.生物氧化的特点2、不同点体内氧化体外氧化〔1〕反响条件：温暖猛烈〔2〕反响过程：分步反响一步反响能量逐渐释放能量忽然释放〔3〕产物生成：间接生成直接生成〔4〕能量方式：热能、ATP热能、光能Section1TheOxidationSystemofProducingATP第一节生成ATP的氧化磷酸化体系呼吸链的种类及陈列顺序呼吸链的部位、概念及本质呼吸链的组成及特点呼吸链一氧化呼吸链是一系列有电子传送功能的氧化复原组分真核生物生物氧化发生的场所——线粒体原核生物生物氧化发生的场所——细胞质膜部位基本概念呼吸链营养物质代谢脱下的成对氢原子〔2H〕以复原当量方式存在，再经过多种酶和辅酶催化的氧化复原连锁反响逐渐传送，最终与氧结合生成水，逐渐释放的能量可驱动ATP生成。这包含多种氧化复原组分的传送链称为氧化呼吸链(oxidativerespiratorychain)又称电子传送链(electrontransferchain)。递氢体递电子体呼吸链中参与传送H的辅酶或辅基。呼吸链中参与传送电子的辅酶或辅基。本质：酶和辅酶。功能：传送氢和电子〔2H2H++2e〕呼吸链基本概念呼吸链呼吸链组成：递氢体和电子传送体。H2O〔一〕氧化呼吸链由4种具有传送电子才干的复合体组成呼吸链由一系列的氢传送体和电子传送体组成。电子传送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。组成四种酶复合体：复合体I～IV两个可灵敏挪动的成分：泛醌〔Q〕和细胞色素C呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置*泛醌和Cytc不包含在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体复合体酶称号复合体Ⅰ复合体Ⅱ复合体Ⅲ复合体ⅣNADH-泛醌复原酶琥珀酸-泛醌复原酶泛醌-细胞色素C复原酶细胞色素c氧化酶辅基FMN，Fe-SFAD，Fe-S铁卟啉，Fe-S铁卟啉，Cu多肽链数3941113复合体酶称号复合体Ⅰ复合体Ⅱ复合体Ⅲ复合体ⅣNADH-泛醌复原酶琥珀酸-泛醌复原酶泛醌-细胞色素C复原酶细胞色素c氧化酶辅基FMN，Fe-SFAD，Fe-S铁卟啉，Fe-S铁卟啉，Cu多肽链数39413功能:复合体ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-21、复合体Ⅰ〔NADH-泛醌复原酶〕是将NADH+H+中的电子传送给泛醌，每传送2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，有质子泵功能。1.NADH2.FMN3.Fe-S4.CoQ复合体Ⅰ组成黄素蛋白，辅基为FMN或FAD;铁硫蛋白，辅基为Fe-S。〔1〕NAD+和NADP+的构造R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+〔2〕尼克酰胺核苷酸的作用原理+H+e+H++H+2HHHeH+HNAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2H双电子传送体FMN称为黄素单核苷酸，是黄素蛋白(酶)的辅基，发扬功能的部位是异咯嗪环，氧化复原反响时不稳定中间产物是FMNH•,属于单、双电子传送体。FMNH•••复合体Ⅰ成分1FMN：递氢体复合体Ⅰ成分2Fe-S：单电子传送体铁硫簇(Fe-S)是铁硫蛋白(酶)中辅基，含有等量铁原子和硫原子，主要(2Fe-2S)或(4Fe-4S)方式存在.其中铁原子可进展Fe2+Fe3++e反响传送电子。泛醌〔ubiquinone,Q〕亦称辅酶Q〔CoenzymeQ,CoQ〕人体中：CoQ10〔1〕构造1)含有很多异戊二烯侧链的醌类化合物2)脂溶性3)是电子传送体中独一可游离存在的电子载体〔无蛋白〕〔2〕作用：电子和质子的传送体在各复合体间募集并穿越传送复原当量和电子。在电子传送和质子挪动的偶联中起着中心作用。〔3〕泛醌的作用机理复合体Ⅰ电子传送：NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQMNADH+H+NAD+FMNFMNH2复原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2MH2M4H+2e2e2e2e代谢物2.复合体Ⅱ:琥珀酸-泛醌复原酶功能:将电子从琥珀酸传送给泛醌复合体Ⅱ琥珀酸→→CoQFAD;Fe-S1;Fe-S2;Fe-S3复合体Ⅱ没有H+泵的功能。构造及组成黄素蛋白，辅基为FAD;铁硫蛋白，辅基为Fe-S1234递氢体〔1〕黄素核苷酸的作用原理琥珀酸FADH2Fe-SCoQ电子传送3.复合体Ⅲ:泛醌-细胞色素c复原酶功能：将电子从泛醌传送给细胞色素c复合体ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1b562、b566是吸收波长不同的两个细胞色素，b562电位较高，又称bH;b566电位较低，又称bL。细胞色素b-c1复合体细胞色素体系〔cytochrome,Cyt〕〔1〕Cyt的本质细胞色素=酶蛋白+血红素细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传送的酶类。血红素中的铁原子可进展Fe2+Fe3++e反响传送电子,属单电子传送体。〔2〕Cyt的功能〔3〕Cyt的分类(根据吸收光谱和最大吸收峰的不同〕30多种a类：a、a1、a2、a3…b类：b、b1～7、P450…c类：c、c1、c2、c3…各种复原型细胞色素的主要光吸收峰细胞色素波长（nm）αβγa600439b562532429c550521415c1554524418Cytc是呼吸链独一水溶性球状蛋白，与线粒体内膜外外表疏松结合，不包含在复合体中,将获得的电子传送到复合体Ⅳ。电子传送过程：CoQH2→(Cytb566→Cytb562)→Fe－S→Cytc1→CytcQ循环复合体Ⅲ每传送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。4H+4.复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶功能：将电子从细胞色素c传送给氧复合体Ⅳ复原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3和CuB构成的活性部位将电子交给O2。功能将电子从细胞色素C传送给氧，递电子体。电子传送：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3–CuB→O2细胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2复原成水的过程，有强氧化性中间物一直和双核中心严密结合，不会引起细胞损伤。2H+2H2O(3)利用光谱变化确定各组分的氧化复原形状(1)测各组分氧化复原电位〔E0’〕递增研讨方法(2)呼吸链复合物重组(4)利用呼吸链抑制剂〔二〕氧化呼吸链组分按氧化复原电位由低到高的顺序陈列电子流动方向：总是由电负性较强的氧化复原对向具有更强电正性的氧化复原对流动。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→O2两条重要的呼吸链成分的陈列顺序NADHFMN(Fe-S)CoQCytbCytc1CytcCytaa3O2琥珀酸FAD(Fe-S)NADH氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链***呼吸链传送顺序细胞色素的传送方向笔洗一洗AA散b、c1、c、aa3洗一洗两种呼吸链的比较一样:1.将H传送给O2生成水；2.H和O2耗费，其它可反复运用；3.CoQ是两种呼吸链的集合点。不同点:NADH呼吸链琥珀酸呼吸链普遍程度较普遍次要起始物NADHFADH2ATP2.51.5

ATP是如何生成？目的要求〔一〕掌握生物氧化的概念。了解生物氧化的方式及生物氧化的特点。〔二〕掌握呼吸链的概念、组成及特点，两条重要的氧化呼吸链陈列顺序。了解呼吸链排列顺序确定的实验根据。二、氧化磷酸化*定义氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸链电子传送过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。底物程度磷酸化(substratelevelphosphorylation)直接将代谢分子中的能量转移至ADP〔或GDP〕，生成ATP〔或GTP〕的过程。琥珀酸+CoA+GTP⑶琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酰CoA合成酶***底物程度磷酸化仅见于以下三个反响：糖酵解途径中〔2个〕三羧酸循环中〔1个〕概念:每耗费1mol氧原子，所耗费的无机磷摩尔数一对电子经过呼吸链P/O比值：一对电子经过呼吸链时生成ATP的个数1个氧原子2e+OO2-ADP+PiATP无机磷个数生成ATP的个数1.根据P/O比值推测生成ATP的偶联部位〔一〕氧化磷酸化偶联部位是在复合体Ⅰ、Ⅲ、ⅣP/O比值=ATP数利用P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位：－羟丁酸：P/O＝32e从NADH到O2生成3个ATP琥珀酸：P/O＝22e从琥珀酸到O2生成2个ATP因此，NADH→Q存在偶联部位。抗坏血酸：P/O＝12e从Cytc到O2生成1个ATP因此，Cytaa3→O2存在偶联部位。Q→Cytc存在偶联部位。规范自在能：⊿Gº'=-nF⊿Eº‘2.根据自在能变化推测偶联部位合成1molATP时，需提供的能量至少为ΔG0‘=-30.5kJ/mol。电子传送链自在能变化ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位结论〔二〕氧化磷酸化的偶联机理1.化学浸透假说(chemiosmotichypothesis)电子经呼吸链传送时，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，其能量驱动ADP与Pi生成ATP。了解因提出氧化磷酸化偶联机制：化学浸透学说而在1978年获诺贝尔化学奖的PeterDMitchell线粒体基质线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化学浸透假说简单表示图电子传送给氧释出的能量推进质子泵将H+泵至内膜胞液侧，构成化学梯度〔势能〕当H+顺梯度回到基质面时，释出的能量使ADP磷酸化为ATPⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液侧基质侧++++++++++---------电子传送过程复合体Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有质子泵功能。1.ATP合酶ATP合酶构造方式图催化亚基〔三〕质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成F1:亲水部分组成：α3β3γδε,OSCP,IF1亚基功能：催化ATP生成。F0:疏水部分组成：a,b2,c9~12亚基功能：构成质子通道，将质子梯度产生的能量导向F1。寡霉素柄部:存有其他亚基，其中一个称为寡霉素敏感蛋白〔OSCP)，在寡霉素存在时使ATP合酶不能合成ATP。当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改动。ATP合酶的任务机制〔2〕ATP合成的结合变构机制(bindingchangemechanism)L结合ADP和Pi；T合成ATP；O释放ATP。三、氧化磷酸化作用可受某些内外源要素影响〔一〕有3类氧化磷酸化抑制剂1、呼吸链抑制剂复合体Ⅰ抑制剂：鱼藤酮(rotenone)、粉蝶霉素A(piericidinA)及异戊巴比妥(amobarbital)等阻断传送电子到泛醌。复合体Ⅱ的抑制剂：萎锈灵(carboxin)。复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A(antimycinA)阻断CytbH传送电子到泛醌(QN)；粘噻唑菌醇那么作用QP位点。复合体Ⅳ抑制剂：CN－、N3－严密结合中氧化型Cyta3，阻断电子由Cyta到CuB-Cyta3间传送。CO与复原型Cyta3结合，阻断电子传送给O2。作用：阻断电子传送NADHFMN(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H＋膜内外电化学梯度电子传送使H＋跨膜转移H＋经ATP合酶的F0单元回流ATP合成H＋经从其它途径回流能量以热能散失，不能合成ATP呼吸链正常2、解偶联剂破坏电子传送建立的跨膜质子电化学梯度作用：使氧化过程与磷酸化过程脱节举例：2，4-二硝基苯酚、解偶联蛋白。解偶联蛋白作用机制〔棕色脂肪组织线粒体〕ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能H+H+ADP+PiATP硬肿症给大白鼠注射DNP能够出现什么景象？寡霉素可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。作用：抑制电子传送及氧化磷酸化过程举例：寡霉素3、ATP合酶抑制剂不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响ADP/ATP↓：抑制氧化磷酸化，ATP生成↓ADP/ATP↑：促进氧化磷酸化，ATP生成↑H2O+NAD+NADH+H++O212ADP+PiATP氧化磷酸化〔二〕ADP是调理正常人体氧化磷酸化速率的主要要素。ATP分解产热量ATP合成耗氧量〔三〕甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时添加。Na+，K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均添加。〔四〕线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能。四、ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起中心作用高能磷酸: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。ATP1、ATP分子中的高能磷酸基的来源〔1〕氧化磷酸化：主要来源〔2〕底物程度磷酸化

核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用ADP+ADPATP+AMP2.多磷酸核苷间的能量转移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。3.ATP的生

成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸氧化磷酸化底物程度磷酸化~P~P机械能(肌肉收缩)浸透能(物质自动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。线粒体外NADH2的氧化1.α-磷酸甘油穿越2.苹果酸-天冬氨酸穿越〔二〕两种穿越系统的比较五、线粒体内膜对各种物质进展选择性转运〔一〕胞浆中NADH经过穿越机制进入线粒体氧化呼吸链1.α-磷酸甘油穿越〔1〕特点：线粒体内外的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶不同胞液-----NAD+线粒体---FADFADH2经琥珀酸氧化呼吸链1.5ATP主要存在于骨骼肌、脑

NADH+H+FADH2NAD+FAD线粒体内膜线粒体外膜膜间隙线粒体基质α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油〔2〕过程2.苹果酸-天冬氨酸穿越系统〔1〕特点：苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD+经过NADH氧化呼吸链2.5ATP主要存在于肝、心肌组织中。

NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸转运体苹果酸-α-酮戊二酸转运体苹果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链天冬氨酸〔2〕过程AH2A2HRCOOHCO2+RHE代谢物氧化产物2Hα-磷酸甘油穿越苹果酸穿越+O212H2O能量ADP+H3PO4ATP+H2O氧化磷酸化胞液线粒体呼吸链〔二〕两种穿越系统的比较α-磷酸甘油穿越苹果酸-天冬氨酸穿越穿越物质α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮苹果酸、谷氨酸天冬aa、α-酮戊二酸进入线粒体后转变成的物质FADH2NADH+H+进入呼吸链琥珀酸氧化呼吸链NADH氧化呼吸链生成ATP数1.52.5存在组织骨骼肌、神经组织肝脏和心肌组织一样点将胞浆中NADH的复原当量转运到线粒体内ATP4-F0F1胞液侧基质侧腺苷酸转运蛋白磷酸盐转运蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-〔二〕ATP-ADP转位酶促进ADP进入和ATP移出严密偶联〔一〕掌握氧化磷酸化的概念及偶联部位。熟习氧化磷酸偶联部位确定的实验及数据，P/O比值的定义及意义。了解氧化磷酸化的偶联机制。熟习ATP合酶组成及作用〔二〕熟习抑制剂、ADP、甲状腺素对氧化磷酸化的影响。了解线粒体DNA突变对氧化磷酸化的影响。目的要求第二节其他不生成ATP的氧化体系TheOthersOxidativeEnzymeSystemswithoutATPProducing其他不生成ATP的氧化体系包括过氧化物酶体系：与ATP的生成无关，去除活性氧。微粒体氧化体系：与ATP的生成无关，光滑内质网上发生，机体对非营养物质发生的生物转化，与机体排毒及排出异物有关。一、抗氧化酶体系有去除反响活性氧类的