11-生物氧化课件

11-生物氧化课件11-生物氧化课件1.糖、脂类和蛋白质分解为葡萄糖、脂肪酸、甘油及氨基酸2.进一步分解为二碳化合物即乙酰CoA3.三羧酸循环生物氧化的方式：加氧、脱氢、失电子

1.糖、脂类和蛋白质分解为葡萄糖、脂肪酸、甘油及氨基酸生物生物氧化的特点：A.温和条件下的酶促反应。B.反应过程中脱下的氢最终与氧生成水；以脱羧方式产生CO2。C.能量逐步释放，部分能量以ATP的形式贮存。D.氧化速率可由细胞自动调节控制。生物氧化的特点：生物氧化体系：A.生成ATP的氧化体系

E.g.线粒体内，耗氧并产生二氧化碳，伴有ATP生成。B.不生成ATP的氧化体系

E.g.内质网微粒体，与代谢物,药物或毒物的生物转化有关。生物氧化体系：第一节生物能学的基本原理生物系统遵循热力学定律（一）热力学第一定律（二）热力学第二定律第一节生物能学的基本原理生物系统遵循热力学定律熵（entropy）

表示一个系统的无序或随机程度。自由能

⊿G=⊿H-T⊿S；⊿G=⊿E-T⊿S熵（entropy）∆Gº:当反应物浓度为1mol/L，反应温度为25℃，压力为1大气压时，用∆Gº表示标准自由能变化。∆Gº

：生物化学反应时，将pH定为7.0，这种状态下的标准自由能变化用∆Gº

表示。∆Gº:当反应物浓度为1mol/L，反应温度为25℃，压二.体内吸能过程与放能过程偶联进行（一）代谢物释放的自由能提供另一代谢物的转变（二）一个热力学上不利的反应可被热力学有利的反应驱动A+C→B+D+热能AB+CBDAD+C二.体内吸能过程与放能过程偶联进行A+C→B+（三）放能反应时生成高能化合物提供吸能反应所需的自由能（三）放能反应时生成高能化合物提供吸能反应所需的自由能三.ATP在能量循环中的核心作用（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解时释放出大量自由能高能磷酸化合物：

⊿G0′≥ATP的磷酸化合物。水解时释放能量＞21kJ/mol的磷酸化合物。三.ATP在能量循环中的核心作用11-生物氧化课件高能磷酸化合物E.g.ATP,ADP,CP,1,3-DPG,PEP,氨基甲酰磷酸等高能硫酯化合物E.g.乙酰~CoA,琥珀酰~CoA,脂肪酰~CoA高能磷酸化合物（二）ATP将热力学上不利的过程和有利的反应相偶联（二）ATP将热力学上不利的过程和有利的反应相偶联（三）腺苷酸激酶催化腺嘌呤核苷酸之间相互转变（四）核苷二磷酸激酶催化其它NTP生成（三）腺苷酸激酶催化腺嘌呤核苷酸之间相互转变ATPUDP(CDP,GDP)二磷酸核苷激酶ADPUTP(CTP,GTP)ADPADP腺苷酸激酶ATPAMP11-生物氧化课件（五）磷酸肌酸作为肌和脑中能量的一种储存方式ATP肌酸(C)肌酸激酶(CK)ADP磷酸肌酸(C~P)（五）磷酸肌酸作为肌和脑中能量的一种储存方式11-生物氧化课件11-生物氧化课件第二节氧化磷酸化细胞内ATP形成的方式：氧化磷酸化（主要）

oxidativephosphorylation底物水平磷酸化

substrate-levelphosphorylation第二节氧化磷酸化细胞内ATP形成的方式：substrate-levelphosphorylationADP或者其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接偶联的反应过程。substrate-levelphosphory

oxidativephosphorylation代谢物脱下的氢（2H++2e-)经呼吸链传给氧生成H2O的放能过程，与ADP磷酸化生成ATP的吸能过程相偶联，称为氧化磷酸化。

oxidativephosphorylationSH2H2→→→→1/2O2

→H2O氧化S能量ADP+PiATP磷酸化SH2氧化呼吸链

oxidativerepiratorychain

在线粒体内膜中由一系列具有电子传递功能的酶复合体按一定顺序排列成链锁性的氧化还原体系，又称电子传递链（electrontransferchain）。氧化呼吸链在线粒体内膜中由一系列（一）呼吸链的组成4种酶复合体

用胆酸、脱氧胆酸处理线粒体内膜，可将呼吸链分离得到。（一）呼吸链的组成4种酶复合体复合物酶名称辅基ⅠNADH-泛醌还原酶FMN,Fe-SⅡ琥珀酸-泛醌还原酶FAD,Fe-SⅢ泛醌-细胞色素C还原酶铁卟啉,Fe-SⅣ细胞色素C氧化酶铁卟啉,Cu2+复合物酶名称辅基ⅠNADH-泛醌还原酶FMN,Fe-SⅡ琥11-生物氧化课件1.呼吸链的各种组分（1）NAD+或NADP+

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸nicotimamideadeninedinucleotide烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸nicotimamideadeninedinucleotidephosphate1.呼吸链的各种组分11-生物氧化课件11-生物氧化课件作用：递氢

2HNAD+NADH+H+NADP+NADPH+H+11-生物氧化课件（2）黄素辅基（FMN或FAD）

黄素单核苷酸

FMN,

flavinmononucleotide黄素腺嘌呤二核苷酸FAD,flavinadeninedinucleotide（2）黄素辅基（FMN或FAD）··

作用：递氢2HFMNFMNH2FAD

FADH2作用：递氢（3）铁硫蛋白（FeS或Fe-S）

ironsulfurprotein含有非血红素铁和对酸不稳定的硫种类：FeS4Fe2S2Fe4S4（3）铁硫蛋白（FeS或Fe-S）11-生物氧化课件作用：递电子（单电子传递体）e[Fe3+-S][Fe2+-S]作用：递电子（单电子传递体）（4）泛醌（Ubiquinone）

辅酶QCoenzymeQ，CoQ，Q

脂溶性醌类化合物

人：CoQ10，Q10

（4）泛醌（Ubiquinone）··作用：递氢

2HCoQCoQH211-生物氧化课件（5）细胞色素

cytochromes,Cyt以血红素为辅基的结合蛋白质分类：Cyta:a，a1，a2，a3Cytb:b，b1-7，P450Cytc:c，c1-5（5）细胞色素····作用：递电子（单电子传递体）

e

Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+

传递顺序：CoQH2→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2作用：递电子（单电子传递体）

CoQ

2Cty-Fe2+

1/2O2

2e

b→Fe-S→C1→C→aa3

2Cyt-Fe3+

O-2

2e

2H

2H+

CoQH2H2OCoQ2Cty-Fe452.四种复合体2.四种复合体11-生物氧化课件（1）ComplexⅠNADH-泛醌还原酶电子传递顺序：NADH→FMN,Fe-S→→CoQ（1）ComplexⅠ（2）ComplexⅡ琥珀酸-泛醌还原酶组成：4个亚基

70kD，30kD，2个小的疏水亚基（2）ComplexⅡ功能

70kD：与FAD相连30kD：含有3个铁硫中心疏水亚基：锚定复合体Ⅱ传递顺序琥珀酸→FAD,Fe-S→CoQ功能（3）ComplexⅢ泛醌-细胞色素C还原酶

细胞色素bc1

电子传递顺序：QH2→Cytb,Fe-S,Cytc1→Cytc（3）ComplexⅢ11-生物氧化课件11-生物氧化课件（4）ComplexⅣ细胞色素C氧化酶结构：

二聚体，每个单体包括13个亚基，其主要作用的是亚基I,II,III。四个氧化还原中心:cyta;cyta3;CuB;CuA（4）ComplexⅣ····电子传递顺序：还原型Cytc→Cytaa3→O211-生物氧化课件FMN(Fe-S)FAD(Fe-S)Cytb,C1(Fe-S)Cytaa3Cu2+NADH琥珀酸CoQCytC

O2

ⅠⅡⅢⅣFMNFADCytb,C1Cytaa3NADH琥珀酸CoQC（二）呼吸链组分的排列顺序1.NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→CoQH2→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→CoQH2→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2（二）呼吸链组分的排列顺序2.琥珀酸氧化呼吸链3.呼吸链组分排列顺序的确定标准氧化还原电位体外拆解和重组阻断剂阻断传递链缓慢氧化，观察各组分氧化顺序3.呼吸链组分排列顺序的确定····11-生物氧化课件

琥珀酸

FAD苹果酸

(Fe-S)Β-羟脂酰CoAΒ-羟丁酸

NAD+FMNCoQbc1

caa3O2谷氨酸(Fe-S)异柠檬酸FADFADFAD(Fe-S)

硫辛酸

丙酮酸α-酮戊二酸

α-磷酸甘油脂肪酰CoA

线粒体内某些代谢物氧化时的呼吸链

11-生物氧化课件二.氧化磷酸化

oxidativephosphorylation代谢物脱下的氢（2H++2e-)经呼吸链传给氧生成H2O的放能过程，与ADP磷酸化生成ATP的吸能过程相偶联，称为氧化磷酸化。

二.氧化磷酸化

oxidativephospSH2H2→→→→1/2O2

→H2O氧化S能量ADP+PiATP磷酸化SH2（一）氧化磷酸化偶联部位

偶联部位指氧化过程（放能过程）与磷酸化过程（吸能过程）相关的部位，即ATP生成的部位。1.P/O比值P/O比值指物质氧化时，每消耗1mol原子O所消耗的无机磷的mol数，即生成ATP的mol数。（一）氧化磷酸化偶联部位偶联部位指氧FMN(Fe-S)FAD(Fe-S)Cytb,C1(Fe-S)Cytaa3Cu2+NADH琥珀酸CoQCytC

O2

β-羟丁酸抗坏血酸FMNFADCytb,C1Cytaa3NADH琥珀酸CoQC底物P/O比值可能生成的ATPβ-羟丁酸2.4～2.83琥珀酸1.72抗坏血酸0.881Cytc0.61～0.681实验验证底物P/O比值可能生成的ATPβ-羟丁酸2.4～2.83琥珀2.自由能2.自由能

琥珀酸

FAD

Fe-S

NADH→FMN→Fe→S→CoQ→b→c1→c→aa3

→O2

ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP

部位1部位2部位3

2H经NADH氧化呼吸链被氧化生成水时，产生2.5个ATP。2H经琥珀酸氧化呼吸链被氧化生成水时，产生1.5个ATP。2H经NADH氧化呼吸链被氧化生成水时，产生2.5个ATP。（二）氧化磷酸化偶联机制化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说（二）氧化磷酸化偶联机制化学偶联假说化学渗透假说H+不断出进线粒体内膜的循环式运动，将电子传递过程中的自由能转变为ATP分子中的化学能。化学渗透假说证据：氧化磷酸化需要完整封闭的线粒体内膜线粒体内膜对H+,OH-,K+,Cl+不通透电子传递链驱动质子出线粒体，形成可测定的电化学梯度在线粒体内膜增加使质子通过的物质，ATP合成减少证据：11-生物氧化课件11-生物氧化课件（二）ATP合酶催化生成ATP，由F1（亲水部分）和F0（疏水部分）组成。F1具ATP合成酶活性α3β3γδεOSCP（寡霉素敏感蛋白）IF1（调节亚基）（二）ATP合酶F1具ATP合成酶活性11-生物氧化课件F0质子通道由a1b2c9-12组成动物线粒体F0还有d,e,f,g,A6L,F6亚基F0质子通道11-生物氧化课件11-生物氧化课件11-生物氧化课件质子通过ATP合酶F0顺浓度梯度回流使F1γ亚基旋转γ亚基旋转使β亚基构象改变导致ATP合成和释放质子通过ATP合酶F0顺浓度梯度回流使F1γ亚基旋转γ亚基旋三.影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂1.呼吸链抑制剂

可阻断呼吸链中某些部位的电子传递。三.影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂①鱼滕酮、安密妥、粉蝶霉素A等：复合体ⅠFeS→CoQ②萎锈灵，丙二酸等：复合体Ⅱ③抗霉素A：复合体ⅢcytbH→CoQ①鱼滕酮、安密妥、粉蝶霉素A等：④粘噻唑菌醇，标桩霉素CoQ→Fe2S2⑤氰化物，叠氮化物cyta→a3-CuB⑥CO，H2Sa3→O2④粘噻唑菌醇，标桩霉素2.解偶联剂①2,4-二硝基酚(DNP)，FCCP等②解偶联蛋白（UCP）③缬氨霉素，短菌杆肽等3.氧化磷酸化抑制剂寡霉素，二环己基碳二亚胺2.解偶联剂11-生物氧化课件11-生物氧化课件11-生物氧化课件（二）ADP的调节作用ADP↑→氧化磷酸化↑呼吸控制率respiratorycontrolratio,RCR

当过量底物存在时，加入ADP后的耗氧速率与仅有底物时耗氧速率之比（二）ADP的调节作用ADP↑→氧化磷酸化↑呼吸控制率（三）甲状腺素诱导Na+,k+-

ATP酶生成→ADP↑→氧化磷酸化↑使解偶联蛋白表达增加（三）甲状腺素诱导Na+,k+-ATP酶生成→ADP↑→（四）线粒体DNA突变

线粒体DNA突变→ATP↓→疾病（四）线粒体DNA突变线粒体DNA突变→ATP↓四.线粒体内膜对物质的转运线粒体外膜：线粒体孔蛋白线粒体内膜：转运蛋白

线粒体内膜转运蛋白大多含有3个100个氨基酸残基为单位的重复结构。每个单位存在2个跨膜段，有利于形成跨膜转运通道。四.线粒体内膜对物质的转运线粒体外膜：线粒体孔蛋白11-生物氧化课件（一）胞液中NADH的氧化α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)（一）胞液中NADH的氧化α-磷酸甘油穿梭1.α-磷酸甘油穿梭部位：脑、骨骼肌1.α-磷酸甘油穿梭11-生物氧化课件11-生物氧化课件1分子NADH+H+通过该穿梭生成ATP分子1.5个。1分子G在脑和骨骼肌有氧氧化生成ATP分子30个。1分子NADH+H+通过该穿梭生成ATP分子1.5个。2.苹果酸-天冬氨酸穿梭部位：肝、心肌2.苹果酸-天冬氨酸穿梭11-生物氧化课件11-生物氧化课件1分子NADH+H+通过该穿梭生成ATP分子2.5个。1分子G在肝和心肌有氧氧化生成ATP分子32个。1分子NADH+H+通过该穿梭生成ATP分子2.5个。（二）腺苷酸转运蛋白

又称ATP-ADP载体，反向转运ADP与ATP。（二）腺苷酸转运蛋白又称ATP-ADP载体，反向11-生物氧化课件（三）Ca2+通过线粒体内膜的机制（三）Ca2+通过线粒体内膜的机制（四）线粒体蛋白质的跨膜转运（四）线粒体蛋白质的跨膜转运第三节其它氧化途径一.微粒体中的酶类1.加单氧酶（monooxygenase）催化氧分子中的1个氧原子加到底物分子上，另1个被氢还原成水。第三节其它氧化途径一.微粒体中的酶类1.加单氧酶（m需要CytP450。在肝和肾的微粒体中含量最多。参与类固醇激素、胆汁酸、胆色素等合成，VD3羟化，以及药物和毒物的生物转化。需要CytP450。11-生物氧化课件2.加双氧酶催化2个氧原