第八章-生物氧化课件

第八章第八章 生物氧化生物氧化biological oxidation本章主要内容本章主要内容概述概述生物氧化方式生物氧化方式线粒体氧化体系线粒体氧化体系生物氧化与能量代谢生物氧化与能量代谢非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述意义意义用于生命活动用于生命活动用于维持体温用于维持体温一、生物氧化概念、意义一、生物氧化概念、意义H2O+CO2+能量能量生物体生物体 营养物营养物 （糖、脂、蛋白质）（糖、脂、蛋白质）O二、生物氧化特点二、生物氧化特点温和环境（温和环境（3737CC中性）中性）酶催化酶催化逐步释放能量逐步释放能量有机酸脱羧生成有机酸脱羧生成 C CO O2 2有机物脱氢经呼吸链生成有机物脱氢经呼吸链生成 H H2 2O O第二节第二节 生物氧化方式生物氧化方式一、生物氧化中一、生物氧化中CO2的生成方式：的生成方式：有机酸脱羧有机酸脱羧 单纯脱羧单纯脱羧-单纯脱羧单纯脱羧-单纯脱羧单纯脱羧 氧化脱羧氧化脱羧-氧化脱羧氧化脱羧-氧化脱羧氧化脱羧HOOCCH2-CH-COOHH3C-C-COOH +CO2O=OH苹果酸酶苹果酸酶NADP+NADPH+H+苹果酸苹果酸丙酮酸丙酮酸COOHR-CH-NH2R-CH2-NH2 +CO2氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶-氨基酸氨基酸胺胺HOOCCH2-C-COOHO=H3C-C-COOH +CO2O=丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸H3C-C-COOH +HSCoAO=H3C-C-SCoA +CO2O=NAD+NADH+H+丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA二、生物氧化中物质的氧化方式二、生物氧化中物质的氧化方式 加氧加氧RCHO +1/2O2 RCOOH 脱氢脱氢RCH2OH RCHO-2H 加水脱氢加水脱氢CH3CHO CH3COOHCH3CHOHOH+H2O-2H 失电子失电子Fe2+Fe3+-e第三节第三节 线粒体氧化体系线粒体氧化体系(mitochondrion)一、一、呼吸链呼吸链(respiratory chain)线粒体内膜上线粒体内膜上一组排列有一组排列有序的序的递氢体递氢体和和递电子递电子体体（酶与辅酶）构成的功能（酶与辅酶）构成的功能单位，单位，也称也称电子传递链电子传递链(electron transport chain)线粒体呼吸链复合体线粒体呼吸链复合体FMN,Fe-S复合体复合体FAD,Fe-S,Cytb复合体复合体Cytb,Fe-S,Cytc1复合体复合体Cytaa3,Cu复合体复合体 二、呼吸链主要成分和作用二、呼吸链主要成分和作用递氢体递氢体 递电子体递电子体 烟酰胺烟酰胺(nicotinamide)脱氢酶脱氢酶（NAD+、NADP+）黄素蛋白黄素蛋白(flavoprotein)（FMN、FAD）铁硫蛋白铁硫蛋白(iron-sulfur cluster)（Fe-S）泛醌泛醌(Ubiquinone)（CoQ）细胞色素类细胞色素类(Cytochrome)（Cyt）烟酰胺烟酰胺(nicotinamide)核苷酸类（核苷酸类（NAD+、NADP+）递氢体递氢体黄素蛋白黄素蛋白(flavoprotein)类（类（FMN、FAD）递氢体递氢体铁硫蛋白铁硫蛋白(iron-sulfur cluster)Fe2+Fe3+e-传递电子方式：传递电子方式：递递电子体电子体泛醌泛醌（CoQ）(Ubiquinone)递氢体递氢体细胞色素细胞色素(Cytochrome)类类CytbCytb、Cytc Cytc1 1、CytcCytc、Cytaa Cytaa3 3组成呼吸链的细胞色素组成呼吸链的细胞色素:细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶Fe2+Fe3+e-递电子体递电子体NNNNFe3+H3C-CH3-CH-CH3CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-H3C-Cys SH3C-CH Cys S蛋蛋 白白 质质细细胞胞色色素素c c辅辅基基细胞色素系统传递电子的过程细胞色素系统传递电子的过程2Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+1/2O2O2-H2O2H+2e2e2e2e2e b c1 cCu2+aa3、三、呼吸链主要成分的排列顺序三、呼吸链主要成分的排列顺序 NADH NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链（FADHFADH2 2氧化呼吸链）氧化呼吸链）体内的两条呼吸链：体内的两条呼吸链：NADH FMN Q10 Cytb Cytc1 Cytc aa3 (Fe-S)(Fe-S)FAD.H2 (Fe-S)琥珀酸琥珀酸2H2H2H2H2H+2e2e2e2eO2122eO2-H2O线粒体呼吸链复合体线粒体呼吸链复合体FMN,Fe-S复合体复合体FAD,Fe-S,Cytb复合体复合体Cytb,Fe-S,Cytc1复合体复合体Cytaa3,Cu复合体复合体四、胞液中的四、胞液中的NADH的氧化的氧化胞液中生成的胞液中生成的NADH不能自由通透线粒体内膜，不能自由通透线粒体内膜，必须经过转运机制进入线粒体必须经过转运机制进入线粒体1、-磷酸甘油穿梭作用（神经组织和骨骼肌）磷酸甘油穿梭作用（神经组织和骨骼肌）2、苹果酸、苹果酸-天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌）天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌）磷酸甘油穿梭机制示意图磷酸甘油穿梭机制示意图2ATP2H-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭2ATP神经组织和骨骼肌神经组织和骨骼肌苹果酸苹果酸天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭3ATP2H苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭3ATP肝和心肌肝和心肌第四节第四节 生物氧化与能量代谢生物氧化与能量代谢biological oxidation and bioenergetics营养物质的氧化分解过程营养物质的氧化分解过程糖原糖原 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质葡萄糖葡萄糖 脂肪酸脂肪酸 氨基酸氨基酸 甘油甘油乙酰辅酶乙酰辅酶ATCA2H1/2O2ADPPiATPH2O一、高能化合物的种类一、高能化合物的种类J高能磷酸化合物高能磷酸化合物J高能硫脂化合物高能硫脂化合物J水解时释放的自由能水解时释放的自由能 30 KJ/mol 的化合物的化合物CH3COSCoACOOHC-OPCH2=ATP ADP二、高能磷酸化合物二、高能磷酸化合物ATP的形成的形成CHOCH2OHCH2O-PCOOCH2OHCH2O-P PCOOHCH2OHCH2O-PNAD+NADH+H+H3PO4ADPATP1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化2、氧化磷酸化、氧化磷酸化ATP的生成方式的生成方式substrate level phosphorylationoxidative phosphorylation氧化磷酸化偶联部位确认氧化磷酸化偶联部位确认I 计算各阶段释放的自由能来推测计算各阶段释放的自由能来推测I P/OP/O比值的测定比值的测定每消耗每消耗1 1molmol原子氧时原子氧时ADPADP磷酸化摄取无机磷酸磷酸化摄取无机磷酸的摩尔数（即合成的的摩尔数（即合成的ATPATP的摩尔数）的摩尔数）线粒体离体实验测得的一些底物的线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值比值底物底物呼吸链的组成呼吸链的组成P/O比值比值生成生成ATP数数-羟丁酸羟丁酸NAD+FMNQCytbc1 caa3 O22.42.83琥珀酸琥珀酸FADQCytbc1 caa3 O21.72抗坏血酸抗坏血酸CytcCytaa3O20.881Cytc（Fe2+）Cytaa3O20.610.681呼吸链偶联部位：呼吸链偶联部位：NADHQ、QCytc、Cytaa3O2氧化磷酸化产生氧化磷酸化产生ATPATP的偶联的偶联部位部位底物底物 NAD FMN Q b c1 c aa3 O2 （Fe-S）FAD（Fe-S）底物（琥珀酸）底物（琥珀酸）PPPADP ATPADP ATPADP ATP三、氧化磷酸化作用机理三、氧化磷酸化作用机理（一）线粒体（一）线粒体(mitochondrion)结构结构线粒体内膜和脊上有许多球状小体突出：线粒体内膜和脊上有许多球状小体突出：ATP合成酶系合成酶系 四、影响氧化磷酸化的因素四、影响氧化磷酸化的因素 抑制剂抑制剂（inhibitor）ADP的调节的调节 甲状腺素甲状腺素（thyroxine）的的调节调节 线粒体线粒体（mitochondrial）DNA突变突变（mutation）（一）抑制剂（一）抑制剂呼吸链抑制呼吸链抑制NADH FMN Q b c1 c aa3 O2 Fe-S阿米妥阿米妥 抗霉素抗霉素A CN、N3-鱼藤酮鱼藤酮 CO、H2S机理：阻断氢与电子的传递机理：阻断氢与电子的传递常见解偶联剂：常见解偶联剂：2，4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNP）作用机理：作用机理：破坏破坏内膜两侧的内膜两侧的电化学梯度电化学梯度而使氧而使氧 化磷酸化偶联脱离。化磷酸化偶联脱离。氧化照常进行，氧化照常进行，ATP不能生成。不能生成。（一）抑制剂（一）抑制剂解偶联剂解偶联剂（二）（二）ADP的调节的调节 ADP/ATP：氧化磷酸化氧化磷酸化 ADP/ATP：氧化磷酸化氧化磷酸化NaNa+-K-K+-ATP-ATP酶生成酶生成ATPATP水解水解氧化磷酸化氧化磷酸化ATPATP合成合成耗氧量和产热量耗氧量和产热量（三）甲状腺素的调节（三）甲状腺素的调节诱导诱导甲状腺素甲状腺素（thyroxine）（四）线粒体（四）线粒体DNA突变突变mtDNA编码呼吸链复合体的多肽链及蛋白质编码呼吸链复合体的多肽链及蛋白质mtDNA突变突变影响氧化磷酸化影响氧化磷酸化ATP生成减少生成减少mtDNA病病（mitochondrial DNA）聋、盲、痴呆、肌无力、糖尿病聋、盲、痴呆、肌无力、糖尿病五、五、ATP利用利用代谢物代谢物分分解解氧氧化化CO2 H2O能能热能（散发）热能（散发）化学能化学能（储能）（储能）ATPADP PiCCP+能能机械能（肌肉收缩）机械能（肌肉收缩）化学能（合成代谢）化学能（合成代谢）渗透能（吸收分泌）渗透能（吸收分泌）电能（神经传导生物电）电能（神经传导生物电）热能（维持体温）等热能（维持体温）等ATP的生成和利用的生成和利用高能键转移高能键转移ATP +UDPCDPGDPADP +UTP（糖原合成）糖原合成）CTP（磷脂合成）磷脂合成）GTP（蛋白质合成）蛋白质合成）磷酸肌酸的生成磷酸肌酸的生成 H2N+C-NH2 H3C-N CH2 COO-H2N+H O C-NP-OHH3C-N OH CH2 COO-肌酸激酶肌酸激酶肌酸肌酸磷酸肌酸磷酸肌酸（CPCP）ATPADP肌肉和脑组织中能量的贮存形式肌肉和脑组织中能量的贮存形式