琥珀酸氧化呼吸链课件

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,*,2004.1,*,生物氧化,*,第八章 生 物 氧 化,(,Biological oxidation),1,第八章 生 物 氧 化1,主 要 内 容,概述,生物氧化方式,线粒体氧化体系,生物氧化与能量代谢,非线粒体氧化体系,2,主 要 内 容概述2,第一节 生物氧化概述,一、概念,能量,+,H,2,O+CO,2,生物体,营养物,（糖、脂、蛋白质）,O,意义：,提供各种生命活动所需的能量,维持体温,.,3,第一节 生物氧化概述一、概念能量+H2O+CO2生,二、生物氧化特点：,生物氧化,体外燃烧,温和环境（37,C,近,中性）,条件剧烈，高温、高压,需,酶催化,，使有机物氧化分解,不需酶催化,C,O,2,是,有机酸脱羧生成,的 碳和氧直接化合生成,CO,2,有机物脱下的氢,经呼吸链生成,H,2,O,H,2,O,为灭火剂,逐步释放能量,并形成,ATP,能量以光和热形式骤然放出,4,二、生物氧化特点：4,第二节 生物氧化方式,一、生物氧化中,CO,2,的生成方式,(,有机酸在酶的催化下脱羧产生,CO,2,),1.-,单纯脱羧,COO,H,R-CH-NH,2,R-CH,2,-NH,2,+,CO,2,氨基酸脱羧酶,-,氨基酸,胺,5,第二节 生物氧化方式一、生物氧化中CO2的生成方式1.,H,3,C-C-,COO,H,+,H,SCoA,O=,H,3,C-C-SCoA +,CO,2,O=,NAD,+,NAD,H,+,H,+,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸,乙酰,CoA,2.,氧化脱羧,6,H3C-C-COOH +HSCoAO=H3C-C-SC,H,OOC,CH,2,-C-COOH,O=,H,3,C-C-COOH +,CO,2,O=,丙酮酸羧化酶,草酰乙酸脱羧酶,草酰乙酸,丙酮酸,3.,单纯脱羧,7,HOOCCH2-C-COOHO=H3C-C-COOH +,H,OOC,CH,2,-CH-COOH,H,3,C-C-COOH +,CO,2,O=,OH,苹果酸酶,NADP,+,NADPH+H,+,苹果酸,丙酮酸,4.,氧化脱羧,8,HOOCCH2-CH-COOHH3C-C-COOH +,二、生物氧化中物质的氧化方式,物质脱氢（,2,H,）、脱电子（,2,e,）、加氧（,O,2,）,均称为氧化反应。,生物体内物质氧化特殊性：,常见氧化方式为：,加水脱氢反应,脱氢过程包括电子转移,：,H H,+,+e,-,3.,氧化还原反应偶联进行,。,9,二、生物氧化中物质的氧化方式 物质脱氢（2H）、脱电子（,AH,2,A,B,BH,2,CH,2,C,D,DH,2,H,2,O,O,2,1),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,E,O,值,小,E,O,值,大,10,AH2 B CH2 D H2O1)氧,第三节 线粒体氧化体系,是定位在线粒体内膜上的一组排列有序的递氢体和递电子体,(,酶与辅酶,),构成的链状传递体系,也称,电子传递链,(electron transfer chain),。,呼吸链,（,respiratory chain,）,11,第三节 线粒体氧化体系呼吸链11,(,一,),呼吸链主要成员及其作用,烟酰胺脱氢酶类,黄素蛋白类,铁硫蛋白（,Fe-S）,泛醌（,CoQ）,细胞色素类（,Cyt）,12,(一)呼吸链主要成员及其作用 烟酰胺脱氢酶类 12,烟酰胺脱氢酶类,（,nicotinamide dehydrogenases,）,NAD,+,(COI),辅酶,NADP,+,(COII),作用,:,递氢体,功能部位：,吡啶环,13,烟酰胺脱氢酶类（nicotinamide dehydroge,呼吸链,2,H +NAD,+,NADH+H,+,传递给,FMN,(3),递氢机理,14,黄素蛋白酶类,(flavin proteinases),FMN-,呼吸链中,FMN,作为,NADH,脱氢酶,的辅基,;,(1),辅基,FAD-,作为,琥珀酸脱氢酶,的辅基,;,作用,:,递氢体,功能部位：,异咯嗪环的,N,1,和,N,10,（,FP,1,）,(,FP,2,),15,黄素蛋白酶类(flavin proteinases)（FP1,（,3,）递氢机理,NADH+H,+,FMNH,2,均可传递给,CO,Q,琥珀酸脱氢,FADH,2,呼吸链,（,Fe-S,）,1,10,16,（3）递氢机理 NADH+H+,CH,2,-S,Fe,S,Fe,S,Fe,S,Fe,S,CH,2,-S,S-CH,2,S-CH,2,3.,铁硫蛋白类,(iron-sulfur proteins,Fe-S,),17,CH2-SFeSFeSFeSFeSCH2-SS-CH2,铁硫蛋白类,常见铁硫族,:,Fe,4,-S,4,或,Fe,2,-S,2,18,铁硫蛋白类常见铁硫族:Fe4-S4 或 Fe,在呼吸链中：,FMN,(,Fe-S,),存在形式,FAD,(,Fe-S,).b,(2),作用,:,递电子体,递电子机理,Fe,3+,Fe,2+,and,Cyt.b.C,1,(,Fe-S,),等复合物形式,e,e,19,在呼吸链中：and Cyt.b.C1等复合物形式,4.,泛醌,（,ubiquinone,CoQ,10,Q,10,）,结构,醌类化合物,作用,:,递氢体,20,4.泛醌（ubiquinone,CoQ10,Q,(3),递氢机理,FMN,H,2,COQ2H,2e,2H,+,传递给一系列,Cyt,类进一步传递,在呼吸链中,（,Fe-S,）,FAD,H,2,（,Fe-S,）,21,(3)递氢机理 FMNH2 COQ2H2e2H+传递给,5.,细胞色素类,(,Cytochromes,Cyt.,),根据吸收光谱特征，,Cyt.,类分为,a,、,b,和,c,三大类：,*,Cyt.b,、,c,1,、,c,、,a,和,a,3,存在于,线粒体内膜,作为,呼吸链成员；,Cyt.b,5,和,Cyt.p450,主要存在于肝细胞,微粒体,，,参与,生物转化,。,22,5.细胞色素类(Cytochromes,Cyt.,(1)Cyt.,类基本结构,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,-,细胞色素,H,3,C-,Cys,S,H,3,C-CH,Cys,S,多肽链,蛋白质部分,铁卟啉,23,(1)Cyt.类基本结构NNNNFe3+H3C-CH3-,Cyt b,、,c,1,、,c,、,a,、,Cyt a,3,不能与,O,2,和,可与,O,2,也可与,CO,、,CN,-,等结合，,CO,和,CN,-,结合,Cyt a,3,:,通过与,氧,结合,，可,将电子直接传递给氧，,Cyt a,3,被称为,细胞色素氧化酶,Cyt a,3,：,当与,CO,或,CN,-,结合,，,使呼吸链中断,。,24,Cyt b、c1、c 、a 、,(2),作用,递电子体,(3),递电子机理,Fe,3+,Fe,2+,e,e,(4),递电子顺序,Cyt.b,c,1,c a a,3,O,2,e e e e e,25,(2)作用e e(4)递电子顺序 e,在呼吸链中,细胞色素类,递电子的过程,2,Fe,2+,2,Fe,3+,2,Fe,3+,2,Fe,2+,2,Fe,3+,2,Fe,2+,2,Fe,3+,2,Fe,2+,1/2,O,2,O,2-,H,2,O,2,e,2,e,2,e,2,e,2,e,2b,2c,1,2,c,2 a.a,3,COQ2H,2H,+,-,-,2,e,2,H,+,26,在呼吸链中细胞色素类递电子的过程2Fe2+2Fe3+2Fe3,CoQ,Cytc,NADH-CoQ,还原酶,琥珀酸-,CoQ,还原酶,CoQ-Cytc,还原酶,Cyt,氧化酶,琥珀酸等,苹果酸等,NADH,O,2,线粒体呼吸链四大复合体,复合体,I,FMN,(Fe-S),复合体,FAD,(Fe-S).b,复合体,Cyt.b,C,1,(Fe-S),复合体,复合物,a.a,3,.,Cu,2+,27,CoQCytcNADH-CoQ还原酶琥珀酸-CoQ还原酶Co,1、将测得各组分的,还原电位,(,E,0,),值,由小 大,排列,;,2、测定各组分,氧化态和还原态两种形式的,吸收光谱,的,变化,;,3、使用特异抑制剂,分析抑制点前后,各组份的,氧化,还原态,的变化,;,4、分离并提取各组份,在体外重组成复合物,以,重现递,H,和递,e,功能。,呼吸链各组份排列顺序的依据,28,1、将测得各组分的还原电位(E0)值由小 大排列;呼吸链,(,二,),体内重要呼吸链,NADH+H,+,氧化呼吸链,(,1),组成成员,(2),排列顺序,(3),产生,ATP,数,(3,分子,),NADH,FMN COQ Cyt.bc,1,c a.a,3,O,2,+H,+,(Fe-S),(Fe-S),(Cu,2+,),29,(二)体内重要呼吸链NADH FMN COQ,2.,F,ADH,2,氧化呼吸链（,琥珀酸氧化呼吸链）,（,1,）组成成员 （,2,）排列顺序 （,3,）产生,ATP,数,(2,分子,),FAD H,2,COQ Cyt.bc,1,c a.a,3,O,2,(Fe-S),(Fe-S),(Cu,2+,),30,2.FADH2氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）FAD,NADH,FMN,CoQ,Cytb Cytc,1,Cytc aa,3,+H,+,(Fe-S),(Fe-S),(Cu,2+,),FAD.H,2,(Fe-S),II,I,III,IV,琥珀酸,O,2,CoQ,(Q),是两条重要呼吸链的,交汇点,31,NADH FMN FAD.H2 II,呼吸链四个复合物的电子和质子流动总图,32,呼吸链四个复合物的电子和质子流动总图32,CH,2,OH,C=O,CH,2,O-P,磷酸二羟,丙酮,CH,2,OH,CHOH,CH,2,O-P,3-,磷酸甘油,NAD,H+H,+,NAD,+,Q,H,2,Q,1/2,O,2,H,2,O,2,P,3,磷酸甘油脱氢酶（,FAD,）,线粒体内膜,基质,胞液,3-,磷酸甘油,脱氢酶,磷酸甘油穿梭机制示意图,四、胞液中的,NADH,的氧化,33,CH2OH磷酸二羟CH2OH3-磷酸甘油NADH+H+NAD,胞液侧 线粒体内膜 基质侧,2,1,3,4,1,苹果酸天冬氨酸穿梭示意图,34,胞液侧 线粒体内膜,胞液中,NADH,的氧化,（小结）,1、,3-,磷酸甘油,穿梭作用,（神经组织和骨骼肌）,胞液,NADH+H,+,线粒体,FADH,2,产生,2,分子,ATP,2、,苹果酸-天冬氨酸,穿梭作用,（肝和心肌）,胞液,NADH+H,+,线粒体,NADH+H,+,产生,3,分子,ATP,呼吸链,呼吸链,35,胞液中NADH的氧化（小结）1、3,第四节 生物氧化与能量代谢,糖,约60%以热能形式,脂类,散失，,维持体温；,蛋白质,约40%以化学能形式形,成,高能化合物,(,如，,ATP),，,以驱动各种生命活动。,高能化合物：,是指水解时释出的能量,30,KJ/mol,的、,含有,磷酸酯键,或硫酯键的化合物。,o,能量,36,第四节 生物氧化与能量代谢 糖,一,.,高能化合物的种类,通式 举例 释放能量（,PH7.0,25）,(kJ/mol (kcal/mol),高能键符号：“,”,脂,脂,37,一.高能化合物的种类 通式,（一）底物水平磷酸化,(substrate level phosphrylation),二、,ATP,的形成,38,（一）底物水平磷酸化(substrate level pho,1、,1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,ADP,ATP,3-磷酸甘油酸激酶,2、,磷酸烯醇式丙酮酸,ADP,ATP,丙酮酸,丙酮酸激酶,3、,琥珀酸酰,CoA,琥珀酸+,CoASH,GDP,H,3,PO,4,GTP,底物水平磷酸化,ADP,ATP,琥珀酸硫激酶,39,1、1，3-二磷酸甘油酸,（二）氧化磷酸化,(oxidative phosphorylation),1.氧化磷酸化偶联,一系列递氢、递电子体,释放能量，驱动各种生命活动,40,（二）氧化磷酸化(oxidative phosphoryl,2.氧化磷酸化的偶联部位,（1）磷氧比（,P/O,）值测定,每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷摩尔数，,即合成,ATP,的摩尔数。,通过加入不同底物，分别测定,P/O,比值，,推测,ATP,生成数（,偶联部位,）。,41,2.氧化磷酸化的偶联部位（1）磷氧比（P/O）值测定,呼吸链形成,ATP,的偶联部位,NADH,氧化呼吸链：,P/O 3,，,有,3,个偶联部位，,生成,3,分子,ATP；,FADH,2,氧化呼吸链：,P/O 2,，,有,2,个偶联部位，,生成,2,分子,ATP。,苹果酸,抗坏血酸,42,呼吸链形成ATP的偶联部位 NADH氧化呼吸链,NADH FMN CoQ Cytb c,1,c aa,3,O,2,(Fe-S),FADH,2,(Fe-S),52.1,kj/mol,40.5,kj/mol,102.3,kj/mol,（2）自由能变化,NADH,氧化呼吸链,偶联部位,NAD,+,CoQ,Cyt.b c,a.a,3,O,2,43,NADH FMN CoQ Cytb,四、影响氧化磷酸化的因素,抑制剂,ADP,的调节,甲状腺激素的调节,线粒体,DNA,突变,44,四、影响氧化磷酸化的因素 抑制剂44,（一）抑制剂,1.呼吸链抑制剂,CN,-,FAD.H,2,CO,(Fe-S),NADH,FMN,CoQ,Cyt.b,C,1,C,aa,3,O,2,(Fe-S),阿米妥 抗霉素,A,鱼藤酮,-,-,-,45,（一）抑制剂 -45,2.解偶联剂,解除偶联,解除偶联,二硝基苯酚（,DNP）,DNP,解除氧化与磷酸化的偶联作用,耗,O,2,量,、,耗,Pi,量,P/O,比值,ATP,生成,一系列递氢、递电子体,46,2.解偶联剂 解除偶联 解除偶联 二硝基苯酚（DN,（二）,ADP,的调节,(,ADP,Pi,),氧化磷酸化,（三）甲状腺激素（,T,3,/T,4,）的调节,ATP,ADP+Pi,产热量,氧化磷酸化,ATP,生成,（,耗,O,2,量,）,Na,+,-K,+,-ATPase,47,（二）ADP的调节 (ADPPi),（四）线粒体,DNA,突变,mt DNA,编码呼吸链复合体的,部分,多肽链及蛋白质,mtDNA,突变,影响氧化磷酸化,能量代谢障碍,各种 疾病,48,（四）线粒体DNA突变mt DNA编码呼吸链复合体的部分多肽,五、,ATP,利用,ATP+H,2,O ADP+Pi+,30.5 Kj,49,五、ATP利用ATP+H2O,代谢物,氧化,分解,CO,2,H,2,O,能,热能,（散发）,化学能,ATP,ADP,Pi,C,CP,+,能,机械能（肌肉收缩）,化学能（合成代谢）,渗透能（吸收分泌）,电能（神经传导生物电）,热能（维持体温）等,1.ATP,驱动各种生命活动,50,代谢物氧化分解CO2 H2O能 热能,2.ATP,中高能键的“,”转移,ATP,+,UDP,CDP,GDP,ADP,+,UTP,参与糖原合成,CTP,参与磷脂合成,GTP,参与蛋白质合成,51,2.ATP中高能键的“”转移ATP +UD,3.,能量的储存,H,2,N,+,C-NH,2,H,3,C-N,CH,2,COO,-,H,2,N,+,H,O,C-N,P-O,-,H,3,C-N,O,-,CH,2,COO,-,ATP,ADP,肌酸激酶,肌酸,磷酸肌酸（,CP,）,（储能形式）,52,3.能量的储存 H2N+H2N,第五节 非线粒体氧化体系,RH+O,2,+NADPH+H,+,ROH+NADP,+,+H,2,O,羟化酶,（,加单氧酶系,）,O,2,O,O,使,RH,羟化成,ROH,使,NADPH+H,+,氧化成,H,2,O,一、微粒体氧化体系,（混合功能氧化酶）,53,第五节 非线粒体氧化体系RH+O2+NADPH,加单氧酶系组成,酶系：,Cytp450,Cytp450,还原酶等,辅基：,FAD,(,Fe-S),2,NADP,等,54,加单氧酶系组成酶系：54,加单氧酶反应机理,55,加单氧酶反应机理55,二、过氧化物酶体氧化体系,（一）过氧化氢酶,（,catalase,CAT，,又称,触酶,）,2,H,2,O,2,2H,2,O +O,2,（二）过氧化物酶,（,peroxidase,POD）,Ar-OH,R-HO +H,2,O,2,R-COOH +2H,2,O+NH,3,R-NH,2,56,二、过氧化物酶体氧化体系2H2O2,谷胱甘肽过氧化物酶,（,GSH-Px）,（,催化的反应）,H,2,O,2,+2GSH GSSG+2H,2,O,ROOH+GSH ROH+H,2,O+GSSG,57,谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）57,三、超氧化物歧化酶,（,SOD）,SOD,类型：,胞液,Cu.Zn-SOD；,线粒体,Mn-SOD,2,O,2,-,+2H,H,2,O,2,+O,2,CAT,2H,2,O,+O,2,SOD,58,三、超氧化物歧化酶（SOD）SOD类型：2 O2-+,