生物氧化00002.pptx

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第九章 生物氧化(biological oxidation),1/63,什么是生物氧化？,概念,：,糖、脂肪、蛋白质等生物燃料物质在生物体内进行氧化分解，逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O过程。,又称（,细胞）呼吸作用,(,因为生物氧化是在组织细胞内进行，消耗O2并放出CO2，所以生物氧化又称为组织呼吸或细胞呼吸作用。),方式,：加氧、脱氢、失电子。,提问：,我们身体内生物氧化与有机物体外氧化燃烧有何相同与区分？,2/63,答案：,相同点化学本质,（物质、能量）,不一样点条件、过程（,CO,2,生成、,H,2,O,生成、,能量,生成,呼吸链）,点燃-酶催化,CO,2,、H,2,O、能量,产生位置,一体,分离,3/63,糖原,三酯酰甘油,蛋白质,葡萄糖,脂酸+甘油,氨基酸,乙酰,CoA,TAC,ADP+Pi,ATP,ADP+Pi,ATP,(2H,+,+2e),呼吸链,H,2,O,ADP+Pi,ATP,CO,2,*生物氧化普通过程：,4/63,生物氧化是在生物细胞内进行酶促氧化过程，反应,条件温和,（水溶液，中性pH和常温）。,氧化进行过程中，必定伴随,生物还原反应,发生。,水是许多生物氧化反应,氧供体,。经过加水脱氢作用直接参予了氧化反应。,在生物氧化中，,碳氧化和氢氧化是非同时进行,。氧化过程中脱下来氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。,生物氧化是一个,分步进行,过程。每一步都由特殊酶催化，每一步反应产物都能够分离出来。这种逐步进行反应模式有利于在温和条件下释放能量，提升能量利用率。,生物氧化释放能量，经过与,ATP,合成相偶联，转换成生物体能够直接利用生物能ATP。,生物氧化特点,5/63,生物氧化主要讨论三个方面内容：,(1)细胞怎样在酶作用下将有机化合物中碳变成CO,2,？,(2)在酶作用下，细胞怎样利用分子氧将有机化合物中氢氧化成H,2,O？,(3)当有机化合物被氧化成CO,2,和H,2,O时，释放能量怎样贮存于ATP中？,6/63,二氧化碳生成,体内二氧化碳生成并不是代谢物中碳原子与氧直接化合结果，而是,在酶催化下代谢底物经一系列脱氢、加水等反应，转变成含羧基化合物，然后经脱羧反应生成CO,2,，其中氧多来自H,2,O分子,。,生物氧化中有时需要H,2,O，有时产生H,2,O！,7/63,直接脱羧,CH,3,C,COO,H,O,CH,3,CHO+,CO,2,丙酮酸脱羧酶,（-脱羧）,H,OOC,C H,2,C COOH,丙酮酸羧化酶,CH,3,CCOOH+,CO,2,O,O,（,-脱羧）,氧化脱羧,：在脱羧过程中伴伴随氧化（脱氢）。,H,OOC,CH,2,C,H,O,H,COOH,CH,3,CCOOH+,CO,2,NADP,+,NADP,H,+,H,+,O,8/63,水生成-呼吸链,生物氧化中H,2,O生成-生物氧化中所产生H,2,O是代谢底物脱下氢经,呼吸链,与氧结合而成。,概念,代谢物脱下成对氢原子（2H）经过各种酶和辅酶所催化连锁反应逐步传递，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)。,9/63,注意,（1）此过程与细胞呼吸(经呼吸得到氧)相关，所以,此传递链称为呼吸链。,（2）酶和辅酶按一定次序排列在线粒体内膜；,传递氢酶和辅酶递氢体,传递电子酶和辅酶递电子体,递氢体、递电子体都起传递电子作用，又称,电子传递体。,10/63,呼吸链作用,接收还原性辅酶上氢原子对(2H+2e)，使辅酶分子氧化，并将电子对次序传递，直至激活分子氧，使氧负离子(O2-)与质子对(2H+)结合，生成水。电子对在传递过程中逐步氧化放能，所释放能量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反应，生成ATP。,11/63,第一节 生成ATP氧化体系,呼吸链;氧化磷酸化;影响氧化磷酸化原因,第二节 其它氧化体系,需氧脱氢酶和氧化酶;过氧化酶体中酶类;超氧物歧化酶;微粒体中酶类,12/63,第一节 生成ATP氧化体系,一、呼吸链,（,电子传递链,）：,递氢体和递电子体在线粒体内膜上组成一条递氢连锁反应体系，称为呼吸链。,（一）呼吸链组成,13/63,线粒体结构,呼吸链,14/63,15/63,Cytc,Q,NAD,H,+,H,+,NAD,+,延胡索酸,琥珀酸,1/2O,2,+,2H,+,H,2,O,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,16/63,氧化酶,2e,2H,+,H,2,O,O,2-,1/2 O,2,电子传递体,氢传递体,脱氢辅酶,-2H,MH,2,NADH,链,辅酶Q,NADH-,辅酶Q,还原酶,细胞色素,C,还原酶,3,复合体,细胞色素,C,细胞色素,氧化酶,4复合体,电子传递体,H,+,2e,1,复合体,氢传递体,线粒体,外膜,线粒体,内膜,间隙,17/63,NADH,链,是绝大部分有机物,氢最终氧化路径！,18/63,FADH,2,链以,FADH,2,为起点,，,没有“”复合体，代以“”复合体,，其余与NADH链相同。,呼吸链组成,1.,复合体,-,NADH-泛醌还原酶,：含黄素蛋白和铁硫蛋白（辅基FMN，Fe-S）,组成,：,FMN+,铁硫蛋白,铁硫蛋白,电子传递体,Fe,3+,+,e,Fe,2+,19/63,20/63,功效,氢传递体 CoQ+2H CoQH2,泛醌即辅酶Q,(CoQ),化学本质,脂溶性醌类化合物,（又称泛醌）,氧化态,还原态,21/63,2.复合体,琥珀酸-泛醌还原酶,含黄素蛋白,（FAD）、,铁硫蛋白,和,细胞色素b,560,细胞色素（蛋白）,a、a,3,、b、c、c,1,共性,以,卟啉铁,为辅基,a,类中卟啉环,c,类、,b,中卟啉环,卟啉环,共 同,功效,电子传递体,Fe,3+,+,e,Fe,2+,22/63,3,复合体,泛醌,-,细胞色素c,还原酶,组成,细胞色素,b（Cyt,b,562,、,b,566,）,、,C,1,蛋白,+,铁硫蛋白,功效,传递电子,23/63,4复合体,细胞色素c,氧化酶,组成,Cyt,a+,Cyt,a,3,+,2铜（Cu,)离子,功效,传递电子给氧,(名,使,Cyt c,氧化),Cu,2,e Cu,24/63,NADH氧化呼吸链,FADH,2,氧化呼吸链,呼吸链各组份排列次序,(,呼 吸 链 简 图,),25/63,NADH,链,FADH,2,链,1,2,3,Q,C,2,为何是这么一个次序呢？,Q,3,C,4,26/63,依据,各传递体Eo、复合体组成、链阻断试验,提问：,NADH链,NADHFMNCoQbc,1,caa,3,O,2,判断,各自所发生“,传递反应,”Eo大小次序？,答案：,升序,。,Eo,-,0.32,-,0.30,0.04(或0.1),0.07,0.22,0.25,0.29,0.82,（二）呼吸链中传递体次序确定,27/63,、氧化磷酸化作用,（oxidative phosphorylation）,氧化,氧化还原反应,磷酸化,特指,ADP,磷酸化成,ATP,（储能）,依据氧化方式不一样分为两类,1底物水平磷酸化：,直接将代谢物分子中能量转移至,ADP,（或,GDP,）生成,ATP,（或,GTP,）。,无氧ATP形成机制,2 电子传递体系氧化磷酸化：,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。,是,与电子传递链相伴,有氧ATP形成机制,。,28/63,底物水平磷酸化仅见于以下三个反应：,29/63,氧化磷酸化作用机理,是,1961,年由,Mitchell,提出,30/63,经过,X,射线衍射技术分析其结构,当质子从膜间腔返回基质中时，这种“势能”可被位于线粒体内膜上ATP合成酶利用以合成ATP。,ATP可合成机制,ATP合成酶分子结构,31/63,P/O比值及氧化磷酸化偶联部位,研究氧化磷酸化最惯用方法是测定线粒体或其制剂P/O比值和电化学试验。,P/O比值是指每消耗一摩尔氧所消耗无机磷酸摩尔数。依据所消耗无机磷酸摩尔数，可间接测出ATP生成量。,32/63,P/O 比值：,物质氧化时，每消耗1摩氧原子所消耗无机,磷摩尔数(或ADP摩尔数),即生成ATP摩尔数。,试验：,ATP,ATP,ATP,-羟丁酸,抗坏血酸,细胞色素C(Fe,2+,),P/O=2.42.8,生成3ATP,P/O=1.7,生成2ATP,P/O=0.88,生成1ATP,P/O=0.61,0.68,生成1ATP,33/63,氧化磷酸化偶联部位,P/O比值：物质氧化时每消耗1摩尔氧原子所消耗无机磷摩尔数。,34/63,试验指明NADH呼吸链P/O值是3，即每消耗一摩尔氧原子就可形成3摩尔ATP，FADH2呼吸链P/O值是2，即消耗一摩尔氧原子可形成2摩尔ATP。,35/63,ATP产生部位都是有大电位差改变地方，比如，NADH呼吸链生成ATP三个部位是：E0值在此三个部位有大“跳动”，都在0.2伏以上。,36/63,自由能改变,合成每摩尔ATP需能30.5kj（7.3kcal）,大约每0.2V电势差能够释放30.5kj,区段,电位改变,(,E,),自由能改变,G,=-nF,E,能否生成ATP,(,G,是否大于,30.5KJ,),Cytaa,3,O,2,0.53V 102.3KJ/mol,能,NAD,+,CoQ 0.36V 69.5KJ/mol,能,CoQCytc 0.21V 40.5KJ/mol,能,37/63,三、影响氧化磷酸化原因,（一）呼吸链抑制剂,MH,2,NADH,-0.32,FMN,-0.30,CoQ,+0.10,b,+0.07,c,1,+0.22,c,+0.25,aa,3,+0.29,O,2,+0.816,FAD,-0.18,鱼藤酮,安密妥,粉蝶霉素A,抑制剂：,抗霉素A、二巯基丙醇,氰化物，CO，H,2,S，叠氮化合物,38/63,2.,解偶联剂,：,氧化与磷酸化偶联过程脱离比如：二硝基苯酚,3,氧化磷酸化抑制剂：对电子传递及ADP磷酸化均抑制 比如：寡霉素,（二）ADP调整作用,ATP/ADP比值是调整氧化磷酸化速度主要原因。ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加紧；反之，当ATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢,39/63,（三）甲状腺素,甲状腺激素可间接影响氧化磷酸化速度。其原因是甲状腺激素能够激活细胞膜上Na+,K+-ATP酶，使ATP水解增加，因而使ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加紧。,总效应：ATP合成，ATP分解也,表现为氧耗，产热,甲亢：易热，易喘，情绪激动,40/63,线粒体DNA(mitochondial DNA),氧自由基 氧化磷酸化,突变,ATP,呼吸链及线粒 体蛋白质合成 mtDNA病,线粒体DNA病与衰老相关。,(四)线粒体DNA突变,41/63,42/63,四、ATP和其它高能磷酸化合物,ATP,结构,ATP,功效,为体内各种生理活动提供能量形成磷酸酯类中间代谢物参加酶共价修饰,43/63,高能磷酸键与高能磷酸化合物,高能磷酸键,：,水解时释放能量大于21KJ/mol磷酸酯键，常表示为P。,ATP,水解时释放能量为30.5KJ/mol,高能磷酸化合物,：,含有高能磷酸键化合物,44/63,45/63,各种高能磷酸化合物生成及其在能量转换,UDP,ATP,UTP,ADP,CDP,ATP,CTP,ADP,GDP,ATP,GTP,ADP,ADP,ADP,ATP,AMP,腺苷酸激酶,(adenylate kinase),二磷酸核苷酸激酶,46/63,磷酸肌酸激酶,(creatine phosphate,CP),肌酸,磷酸肌酸,ATP,ADP,47/63,ATP生成和利用,ATP,ADP,肌酸,磷酸,肌酸,氧化磷酸化,底物水平磷酸化,P,P,机械能(肌肉收缩),渗透能(物质主动转运),化学能(合成代谢),电能(生物电),热能(维持体温),48/63,ATP作用,作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需能量；,供给机体生命活动所需能量；,生成核苷三磷酸（NTP）；,将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸（creatine phosphate）形式储存,。,49/63,ATP在能量转运中地位和作用,ATP,是细胞内“能量通货”,ATP是生物界普遍使用供能物质，有“通用货币”之称。ATP分子中含有两个高能磷酸酐键，均能够水解供能。,ATP水解为ADP并供出能量之后，又可经过氧化磷酸化重新合成，从而形成ATP循环。,ATP,是细胞内磷酸基团转移中间载体,P,P,P,P,ATP,P,0,2,10,8,6,4,12,14,磷酸基团转移能,磷酸烯醇式丙酮酸,3-磷酸甘油酸磷酸,磷酸肌酸,（磷酸基团贮备物）,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油,50/63,五.、线粒体外NADH穿梭,胞液中3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产生NADH。这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生H2O和ATP。,51/63,胞液中NADH氧化磷酸化,NADH,+,H,+,NAD,+,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,线粒体内膜,1、-磷酸甘油穿梭作用,-磷酸甘油,FAD,磷酸二羟丙酮,FADH,2,NADHFMNCoQbc,1,caa,3,O,2,主要存在于,骨骼肌,、,神经细胞,1对H进入FADH2呼吸链，产生2个ATP。,52/63,酵解,NADH,草酰乙酸,天冬氨酸,NAD,+,苹果酸,苹果酸,NAD,+,草酰乙酸,NADH,天冬氨酸,NADH呼吸链,2、苹果酸-天冬氨酸转运NADH系统,主要存在于,肝,、,心肌,组织中。,1对H进入NADH呼吸链，产生3个ATP,。,53/63,NADH,+H,+,NAD,+,NADH,+H,+,NAD,+,谷氨酸-,天冬氨酸,转运体,苹果酸-,-酮,戊二酸转运体,苹果酸,草酰乙酸,-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,54/63,55/63,56/63,第二节 非线粒体氧化体系,与ATP合成无关，但含有主要生理功效,57/63,1、微粒体氧化体系,主要在细胞光滑内质网上进行。催化分子氧中二个氧原子分别进行不一样反应。,一个O加到底物分子上，另一个O则与NADPH上二个H作用形成H,2,O，不生成,ATP,。,加单氧酶,。,RH +NADPH+H,+,+O,2,ROH +NADP,+,+H,2,O,生理功效：胆酸生成中环核羟化；不饱和脂肪酸双键引进；维生素D活化；药品、致癌物和毒物氧化解毒等。,58/63,2.过氧化物酶体系,在过氧化物酶体上进行较为简单氧化反应。过氧化物酶体含有较多需氧脱氢酶，能够催化氨基酸、黄嘌呤等代谢脱氢、加氧，并生成H,2,O,2,。,RCHCOOH+,O,2,+H,2,O,NH,2,RCCOOH+H,2,O,2,+NH,3,O,H,2,O,2,功用：参加甲状腺中活性碘生成；在中性粒细胞中可杀死被吞噬进细菌；使过氧化物（ROOH）转变为无毒醇类。,H,2,O,2,毒性：使酶失活；损伤膜功效；生成脂褐素颗粒。,59/63,2H,2,O,2,2H,2,O +O,2,过氧化氢酶,R+H,2,O,2,RO+H,2,O,过氧化物酶,RH,2,+H,2,O,2,R +2H,2,O,过氧化物酶,60/63,3、需氧脱氢酶和氧化酶,61/63,需氧脱氢酶作用,SH,2,FMN(FAD)H,2,O,2,甲稀白,甲稀兰,S FMNH,2,O,2,(FADH,2,),62/63,氧化酶作用,2H,+,SH,2,2Cu,2+,O,=,H,2,O,S 2Cu,+,O,2,63/63,