生物化学第六章 生物氧化.pptx

1、第六章 生物氧化,Biological Oxidation,物质在生物体内进行氧化称生物氧化，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。,一、生物氧化的概念,二、生物氧化的特点,在体温、近于中性的含水环境中由酶催化。 能量逐步释放，部分存于ATP。 3. 分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。,生物氧化与体外燃烧的比较,反应条件 温 和 剧 烈 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 CO2生成方式 有机酸脱羧 碳和氧结合 H2O 需 要 不需要,三、生物氧化所讨论的问题,1、CO2是如何生成的？ 2、H2O 是如何生成的

2、？ 3、ATP是如何产生的？,直接脱羧：,氧化脱羧：,（一)、CO2的生成,（二）、H2O的生成,MH2,M,NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ,递氢体,递氢体H2,还原型Fe2+,Cyt递电子体b, c1, c, aa3,氧化型Fe3+, O2,O2-,H2O,2H+,2e,脱氢酶 传递体 氧化酶,（三）、ATP的生成,英国生物化学家Peter Mitchell获得1978年的诺贝尔化学奖,本章主要内容,第一节、电子传递链 第二节、氧化磷酸化 第三节、其它末端氧化酶系统（自学）,Electron transfer chain,第一节、电子传递链,一、电子传递链（呼吸链）,*定义 代

3、谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。 *组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）,An electron micrograph of mitochondrion,呼吸链（电子传递链）的类型,根据接受氢的初受体不同，典型的呼吸链有两种： NADH呼吸链 FADH2呼吸链,Cytc,Q,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,*四个蛋白复合体：复合体 *两个可灵活移动的成分：泛醌（Q

4、）和细胞色素C,复合体：NADH脱氢酶（NADH一泛醌还原酶） 复合体：琥珀酸脱氢酶（琥珀酸一泛醌还原酶） 复合体：细胞色素b、c1复合体（细胞色素还原酶） 复合体：细胞色素氧化酶,复合体 ,复合体的功能,泛醌 (ubiquinone, UQ),辅酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），属于脂溶性醌类化合物,复合体的功能,复合体的功能,复合体的功能,呼吸链中电子传递有着严格的方向和顺序,FADH2呼吸链,呼吸链中传递体的顺序,NADH呼吸链,自由能变化( G0)：在体外标准条件下（PH7，温度25时），大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。 G0nFE0,生成1摩尔ATP需多少能量？,已知

5、n=2; F=96.48KJ/Vmol,E0=？,0.158V,能生成ATP的部位？,复合体,复合体,复合体,大约40-50kJ即可生成1摩尔ATP。 G0nFE0,生成1摩尔ATP需多少能量？,已知 n=2; F=96.48KJ/Vmol,E0=？,0.21-0.26V,在生理条件下,？,电子传递抑制剂,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,NAD FP Q b c aa3,NAD FP Q b c aa3,抗霉素 A的抑制部位,呼吸链的比拟图解,Oxidative phosphorylation,第二节、氧化磷酸化,一、氧化磷酸化的概念:,是

6、指细胞内伴随有机物氧化，利用生物氧化过程中释放的自由能，促使ADP与无机磷酸结合生成ATP的过程。,二、氧化磷酸化的类型:,（1）底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) :,XP + ADP ATP + X,（2）氧化磷酸化： (oxidative phosphorylation),NADHFMNCoQbc1caa3O2,2.5ADP,2.5ATP,NADH的P/O=2.5,FADH2的P/O=1.5,氧化磷酸化的P/O比,三、氧化磷酸化的机理,比较著名的假说有三个： 化学偶联假说 构象偶联假说 化学渗透学说 目前得到公认的是“化学渗透学说”。,英国

7、生物化学家Peter Mitchell（1961年）,化学渗透学说 Chemiosmotic hypothesis,（1）电子传递体在线粒体内膜上有着不对称分布， 递氢体和递电子体交替排列，催化是定向的；,化学渗透学说 Chemiosmotic hypothesis,（2）复合物I、III、IV将H+从基质内泵向内膜的外侧， 而将电子传向其后的电子传递体；,化学渗透学说 Chemiosmotic hypothesis,（3）内膜对质子不具有通透性，这样在内膜两侧形成质子浓度梯度，这就是推动ATP合成的原动力；,化学渗透学说 Chemiosmotic hypothesis,（4）当存在足够高的跨

8、膜质子化学梯度时，强大的质子流通过F1-F0-ATPase进入基质时，释放的自由能推动ATP合成。,ATP 合 酶,化学渗透学说 Chemiosmotic hypothesis,ATP合酶作用机理,化学计算估计每生成1分子ATP需3个H从线粒体内膜外侧回流进入基质中。,ATP4-,ADP3-,H2PO4-,每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需4个H回流进入线粒体基质中,根据当前最新测定， H经复合体、从线粒体内膜基质泵出到内膜外侧时，一对电子泵出的质子数依次为4、2、4，而每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需4 H个回流进入线粒体基质中,NADH氧化呼吸链每传递2H仅生成 2.5分子A

9、TP FADH2氧化呼吸链每传递2H仅生成 1.5分子ATP,结论：,四、影响氧化磷酸化的因素,1、呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 2、解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白 3、氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素,呼吸链抑制剂,Q,胞液侧,基质侧,解偶联 蛋白,*使电子传递所产生的自由能以热能的形式被消耗。,解偶联蛋白作用机制,寡霉素作用机制,寡霉素,*阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成,五、通过线粒体内膜的物质转运,胞浆中NADH的转运？,转运机制主要有： -磷酸甘油穿梭( -glycerophosphate shuttle) 主要存在于脑和骨骼肌 苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle) 主要存在于肝和心肌,NADH+H+,FADH2,NAD+,FAD,线粒体 内膜,线粒体 外膜,膜间隙,线粒体 基质,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,磷酸甘油穿梭系统,苹果酸穿梭系统,六、能荷(energy charge),能荷=,