第八章-生物氧化.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,*,Biochemistry,生物化学与分子生物学系,“伊妹儿”地址：,手机：136 762 624 95,（短信为宜！勿扰偶及家人清梦）,请科代留下联系方式。,本人忌讳：迟到者；上课嘀嘀咕咕、叽叽喳喳者；上课咂吧咂吧吃东西者；搂搂抱抱、卿卿我我上演少儿不宜节目者。,欲拷课件者请在每一章上完后，并且只能在第8节课后拷，以防U盘带毒感染电脑影响教学。,第八章 生物氧化Biological Oxidation,本章主要内容,生物氧化概述,呼吸链,线粒体氧化体系,ATP,氧化磷酸化,其他生物氧化体系,意义,用于生命活动,用于维持体温,H,2,O+CO,2,+能量,生物体,营养物质,（糖、脂、蛋白质）,O,一、生物氧化(Biological oxidation)概述,有机物质在生物细胞内的氧化分解、最终生成,二氧化碳,和,水,并释放,能量,的过程，称为生物氧化。又称细胞氧化或,细胞呼吸,。,生物氧化的研究内容,1,）细胞如何在酶的作用下将有机化合物,中的,C,变为,CO,2,？,2,）细胞怎样在酶的作用下利用,O,2,将有机,化合物中的,H,氧化成,H,2,O,？,3,）当有机物被氧化为,CO,2,和,H,2,O,时，释放,的能量怎样贮存于,ATP,中？,在温和的环境中反应：体温，近于中性的,pH,，水环境。,在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进行。,在一系列反应中，每一部放出部分能量，逐步放出的,能量总和等于体外进行的相同氧化作用的能量。,释放的能量通常先储存在一些特殊的高能化合物如,ATP,中，然后通过这些物质的转移作用，满足机体各种需,能反应的要求。,在真核细胞内，生物氧化在线粒体内进行；在原核细,胞内，生物氧化在细胞膜上进行。,生物氧化的特点,生物氧化中二氧化碳的产生,有机物质,含羧基化合物,脱羧基,直接脱羧基,脱氢脱羧基,生物氧化中二氧化碳的产生,生物氧化中水的产生,2H,O,H,2,O,代谢分子中的,H,如何脱去？,脱出的,H,是否直接与氧接触结合？,呼吸作用吸入的,O,2,能否直接与氢结合？,生物氧化中水的产生,在,脱氢酶、,传递体,及,氧化酶,组成的生物氧化体系催化下生成水。,生物氧化中能量的生成,主要是通过,呼吸链,。,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,二、线粒体氧化体系,代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧分子，从而生成水的全部体系称为,呼吸链,，也称为,电子传递体系,或,电子传递链,(,electron transport chain,)。,化学本质,：线粒体内膜上一组排列有序的酶与辅酶构成的功能单位。,(一)呼吸链(respiratory chain),递氢体,：Co I（NAD）、Co（NADP）、,黄素辅酶（FAD、FMN）、辅酶Q 等。,电子传递体,：细胞色素b、c1、c、a、a3等。,传递体种类,线粒体呼吸链复合体,FMN,Fe-S,复合体,FAD,Fe-S,Cytb,复合体,Cytb,Fe-S,Cytc,1,复合体,Cytaa,3,Cu,复合体,烟酰胺,(nicotinamide),核苷酸类（NAD,+,、NADP,+,）,递氢体,黄素蛋白,(flavoprotein),类（FMN、FAD）,递氢体,铁硫蛋白,(iron-sulfur cluster),Fe,2+,Fe,3+,+e,-,传递电子方式：,递电子体,泛醌（CoQ）,(Ubiquinone),递氢体,细胞色素,(Cytochrome),类,组成呼吸链的细胞色素:,Cytb、Cytc,1,、Cytc、Cytaa,3,细胞色素氧化酶,Fe,2+,Fe,3+,+e,-,递电子体,N,N,N,N,Fe,3+,H,3,C-,-CH,3,-CH-CH,3,CH,3,CH,2,CH,2,COO,-,CH,2,CH,2,COO,-,H,3,C-,Cys,S,H,3,C-CH,Cys,S,蛋 白 质,细胞色素c辅基,(二)呼吸链主要成分的排列顺序,在具有线粒体的生物中，典型的呼吸链有两种，即,NADH呼吸链,和,FADH,2,呼吸链,。是根据接受代谢物上脱下的氢的,初始受体,不同区分的。,呼吸链排列顺序的依据,理论依据,标准氧化还原电位,实验依据,呼吸链中各组分的氧化还原电位,1)氧化还原偶联进行；,2)氧化还原能力的大小用E,O,值表示；,3)E,O,值越小，表示还原性越强，越易提供2H或2e,(二)呼吸链主要成分的排列顺序,呼吸链排列顺序的依据,理论依据,标准氧化还原电位,实验依据,拆开和重组,特异抑制剂阻断,还原状态呼吸链缓慢给氧,两条主要呼吸链的排列顺序,NADH,复合体I,CoQ,复合体III,Cyt c,复合体IV,O,2,琥珀酸,复合体II,NADH氧化呼吸链,琥珀酸(FADH,2,)氧化呼吸链,NADH,FMN,(Fe-S),琥珀酸,FAD,(Fe-S),CoQ,Cyt bCyt c1Cyt c,Cyt aa,3,O,2,NADH氧化呼吸链,FADH,2,氧化呼吸链,两条主要呼吸链的排列顺序,NADH FMN Q,10,Cytb Cytc,1,Cytc aa,3,(Fe-S)(Fe-S),FADH,2,(Fe-S),琥珀酸,2H,2H,2H,2H,2H,+,2e,2e,2e,2e,O,2,1,2,2e,O,2-,H,2,O,两条主要呼吸链的排列顺序,细胞色素的排列顺序,笔洗一洗AA散,b、c,1,、c、aa,3,洗一洗,线粒体呼吸链复合体,FMN,Fe-S,复合体,FAD,Fe-S,Cytb,复合体,Cytb,Fe-S,Cytc,1,复合体,Cytaa,3,Cu,复合体,TCA,生物氧化的一般过程,1.,ATP（三磷酸腺苷）,分子结构,ATP等分子中的焦磷酸键在水解或转移时，可释放很高的能量，大于30.56 kJ/moL，称,高能磷酸键,。,(三)ATP的生成利用与储存,某些磷酸化合物的水解自由能,磷酸化合物,水解自由能,G（kJ/moL）,磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）,-,61.69,氨基甲酰磷酸,-,50.50,乙酰基磷酸,-,43.12,磷酸肌酸（CP）,-,43.12,焦磷酸（PPi）,-,33.49,ATP（ADP+Pi）,-,30.56,葡萄糖-1-磷酸（G-1-P）,-,20.93,葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）,-,13.82,-磷酸甘油,-,9.21,高能磷酸化合物有转移其磷酰基的倾向，,形成较低能量的磷酸酯。ATP是磷酰基的传递体。,2.ATP具有较高的磷酸基团转移势,(三)ATP的生成利用与储存,生物氧化中能量的生成,主要是通过,呼吸链,。,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,(三)ATP的生成利用与储存,3.,ATP 生成方式,底物水平磷酸化：,直接将代谢物分子中的能量转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的过程。,磷酸甘油酸激酶,3-磷酸甘油酸,这是,糖酵解,中第一次,底物水平,磷酸化反应,A,D,P,A,T,P,1,3-二磷酸甘油酸,(1,3-DPG),OPO,3,2-,见P221反应7,COO,-,C-O,P,CH,2,磷酸烯醇,式丙酮酸,COO,-,C=O,CH,2,ADP ATP,丙酮酸,丙酮酸激酶,(Mg,2+,K,+,),糖酵解,中第二次底物,水平磷酸化反应,见P222第一个反应,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酰CoA,GDP+Pi,GTP,ATP,ADP,琥珀酸,HSCoA,琥珀酰CoA,+GDP +Pi,琥珀酸+GTP+CoA-SH,P227图95之反应,底物水平磷酸化特点,底物被氧化的过程中，形成了某些高能化合物。,通过酶的作用使ADP（GDP）生成ATP（GTP）。,底物磷酸化和氧的存在与否无关。,氧化磷酸化,代谢物在分解代谢中产生的,还原当量（2H）,经电子传递链传递给,氧,生成,水,时，释放出大量能量，在ATP合酶的催化下，使,ADP磷酸化,生成,ATP,的过程。,(四)氧化磷酸化,（oxidative phosphorylation）,1.,氧化磷酸化耦联部位的确定,测定,P/O,比值,计算各阶段释放的自由能来推测,P/O值是指物质氧化时,每,消耗1mol氧原子,所,消耗的无机磷的mol数,即,生成ATP的mol数,。,ADP+,H,3,P,O,4,ATP,(1)测,不同作用物,经呼吸链氧化的P/O值,实质：每消耗1mol,氧原子所产生的,ATP,的mol数。,P/O值=,=,消耗,P,mol,数,消耗,O,mol,数,消耗,ADP,mol,数,消耗,O,mol,数,生成,ATP,mol,数,消耗,O,mol,数,=,线粒体离体实验中测得一些底物的P/O值,底物,呼吸链的组成,P/O值,生成ATP数,1.,-羟丁酸,NAD,+,FMNCoQCytO,2,2.42.8,3,琥珀酸,FADCoQCytO,2,1.7,2,抗坏血酸,CytcCytaa,3,O,2,0.88,1,Cytc(Fe,2+,),Cytaa,3,O,2,0.610.68,1,2.,3.,4.,比较1、2，第一个偶联部位,NAD,+,CoQ,之间,比较2、3，第二个偶联部位,CoQ,Cytc,之间,比较3、4，第三个偶联部位,Cytaa,3,O,2,之间,(2)计算自由能变化,ADP+Pi ATP,G,0,=30.5,kJ/mol,G,0,=-n F,E,0,G,0,0 吸能,G,0,=0 无能变化,呼吸链电子传递时G,0,的变化,部位 E,0,（V）G,0,(kJ/mol),NADH-CoQ 0.33 -63.7,CoQ-Cyt c 0.31 -59.8,Cyt aa,3,-O,2,0.58 -110,ADP+Pi,ATP,FADH,2,ADP+Pi,ATP,0.33v-63.7kJ/mol,0.58v-110kJ/mol,NADH,FMN,CoQ,Cytb,Cytc,1,Cytc,Cytaa,3,O,2,0.31v-59.8kJ/mol,ADP+Pi,ATP+H,2,O,ATP,形成部位,NADH,至泛醌,细胞色素,b,至细胞色素,c,细胞色素,a,3,至分子氧,琥珀酸等脱氢时不经,NAD,传递，绕过了,NADH,CoQ,一步，所以只形成,2,分子,ATP。,F,0,F,1,Cyt c,Q,NAD,H,+,H,+,NAD,+,延胡索酸,琥珀酸,H,+,1/2O,2,+,2H,+,H,2,O,ADP+Pi,ATP,H,+,H,+,H,+,胞液侧,基质侧,+,-,2.,氧化磷酸化的机制,化学渗透学说,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)：,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。,ATP合酶,由亲水部分 F,1,（,3,3,亚基）和疏水部分 F,0,（a,1,b,2,c,912,亚基）组成。,ATP合酶结构模式图,当H,+,顺浓度递度经F,0,中a亚基和c亚基之间回流时，亚基发生旋转，3个亚基的构象发生改变。,ATP合酶的工作机制,3,氧化磷酸化的调控,(四)氧化磷酸化,ADP,的调节,抑制剂,（,inhibitor,）,甲状腺素,（,thyroxine,）,的,调节,线粒体,(,mitochondrial),DNA,突变,（,mutation,）,解耦联剂,呼吸链抑制剂,ATP,合酶抑制剂,3.1 ADP的调节,ADP/ATP,：,氧化磷酸化,ADP/ATP,：,氧化磷酸化,3,氧化磷酸化的调控,常见解耦联剂：,2,，,4-,二硝基苯酚（,DNP,）,作用机理：,破坏,内膜两侧的,电化学梯度,而使氧,化与磷酸化脱离、解耦联。,氧化照常进行，,ATP,不生成。,3.2 抑制剂,解耦联剂,3,氧化磷酸化的调控,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,F,0,F,1,Cyt c,Q,胞液侧,基质侧,解偶联,蛋白,热能,H,+,H,+,ADP+Pi,ATP,鱼藤酮,粉蝶霉素A,异戊巴比妥,抗霉素A,二巯基丙醇,CO、CN,-,、,N,3,-,及H,2,S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,机理：阻断氢、电子的传递,3.2 抑制剂,呼吸链抑制剂,注射死刑,的执行是通过以下三种药剂分别注射（按顺序）完成的：,硫喷妥钠,：瞬发性的,巴比妥酸盐,，一种能在几秒内让被处刑者失去知觉的药物。,巴夫龙：,非去极化型,肌肉松弛剂,，导致完全、迅速而持久的骨骼肌麻痹，包括横膈膜和其他的呼吸肌,这将最终因窒息而导致死亡。,氯化钾溶液：,使,心跳停止,，因心脏麻痹而导致死亡。,吉林通化一酒店起火,致10人死亡35人受伤,这些伤员几乎没有一个有烧伤和烫伤，主要症状是头晕、恶心、咽喉痛。包括遇难者，尽管身体熏得黑乎乎的，但是没有烧伤痕迹，,主要都是窒息死亡,。,如,寡霉素,与,ATP,合酶,F,0,部分结合，抑制其质子通道功能。,3.2 抑制剂,ATP合酶抑制剂（,氧化磷酸化抑制剂）,3,氧化磷酸化的调控,化学渗透示意图及各种抑制剂对氧化磷酸化的影响,Na,+,-K,+,-ATP酶生成,ATP水解,氧化磷酸化,ATP合成,耗氧量和产热量,3.3 甲状腺素的调节,3,氧化磷酸化的调控,解偶联蛋白基因表达,mtDNA编码呼吸链复合体的多肽链及蛋白质,mtDNA突变,影响氧化磷酸化,ATP生成减少,mtDNA病,聋、盲、痴呆、肌无力、糖尿病,3,氧化磷酸化的调控,3.4 线粒体DNA突变,（五）NADH从胞液转入线粒体的两种穿梭作用,在肝和心肌等组织,3ATP,通过该穿梭作用，胞液中的NADH转入到线粒体后转变为FADH,2,，进入琥珀酸呼吸链氧化。这解释了为什么1 mol葡萄糖经过有氧氧化可能生成36,或,38 mol的ATP。,脑和骨骼肌,2ATP,内,（五）NADH从胞液转入线粒体的两种穿梭作用,第三节 非线粒体氧化体系,一、微粒体氧化体系,（一）加单氧酶(monoxygenase),*催化的反应：,RH+NADPH+H,+,+O,2,R,O,H+NADP,+,+H,2,O,故又称混合功能氧化酶,(,mixed-function oxidase,),或羟化酶,(,hydroxylase,)。,上述反应需要,细胞色素P,450,(Cyt P,450,),参与。,（二）加双氧酶,此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。,例 如：,(O,2,),色氨酸吡咯酶,二、过氧化物酶体中的酶类,（1）过氧化氢酶(catalase),又称触酶，其辅基含4个血红素,2H,2,O,2,2H,2,O,+,O,2,过氧化氢酶,(一)过氧化氢及超氧离子的生成,(二）过氧化氢及超氧离子的作用和毒性,反应氧族化学性质活泼，可以使磷脂中的不饱和脂肪酸氧化成过,氧化脂质，损伤生物膜；过氧化脂质与蛋白质结合成的复合物积累,成的棕褐色色素颗粒即脂褐素，与组织老化有关。,（三）过氧化氢及超氧离子的清除,（2）过氧化物酶,(perioxidase),以血红素为辅基，催化,H,2,O,2,直接氧化酚类或胺类化合物,R+,H,2,O,2,RO+,H,2,O,RH,2,+,H,2,O,2,R+2,H,2,O,过氧化物酶,过氧化物酶,谷胱甘肽过氧化物酶,H,2,O,2,(,ROOH),H,2,O,(ROH+H,2,O),2G,SH,G,S,S,G,NADP,+,NADPH+H,+,*,此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤,谷胱甘肽还原酶,（3）含硒的谷胱甘肽过氧化物酶,三、超氧化物歧化酶（SOD）,SOD催化超氧离子自由基的歧化反应。,本 章 小 结,1.生物氧化概念、特点,2.呼吸链的概念、组成、排列,3.两条呼吸链及ATP生成部位,4.影响氧化磷酸化的主要因素,5.胞浆中,NADH,+,穿梭作用（两种穿梭方式）,6.氧化磷酸化、底物水平磷酸化为机体生成ATP的两种方式，它们的概念及本质区别。,7.P/O比值,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,1.不是呼吸链中的递氢体和递电子体的是,A.FAD B.肉碱 C.Cyt b D.铁硫蛋白 E.CoQ,2.呼吸链中能直接将电子传给氧的物质是,A.CoQ B.Cyt b C.铁硫蛋白 D.Cyt aa3 E.Cytc,3.NADH氧化呼吸链中不包括,A复合体I B.复合体 C.复合体,D复合体 E.以上都是,4.各种细胞色素在呼吸链中的排列顺序是,A.CC1baa3O2 B.Cb1C1aa3O2,C.bC1Caa3O2 D.bCC1aa3O2,E.C1Cbaa3O2,5.氧化磷酸化的偶联部位是,A.FADH2CoQ B.NADHFMN C.CytbCytc,D.CoQCytc,E.FADH2CoQ,6.下列不是琥珀酸氧化呼吸链组成成分的是,A.FMN,B.CoQ C.铁硫蛋白D.Cytc E.Cytb,7不能抑制氧化磷酸化生成ATP的物质有（）,A.寡霉素 B.2,4-二硝基苯酚 C.氰化物,D.琥珀酸,E.氟离子,8、阿密妥、鱼藤酮抑制呼吸链中（）,A.NADHCoQ,B.CoQb C.c1c,D.bc1 E.aaO2,