生物氧化医学课件

,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,目 录,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,目 录,目 录,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,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,生物氧化经典医学课件,生物氧化经典医学课件,1,（优选）生物氧化经典医学课件,（优选）生物氧化经典医学课件,2,*,生物氧化与体外氧化之相同点,生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。,物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（,CO,2,，,H,2,O,）和释放能量均相同。,* 生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化中物质的氧化方式有加氧,3,是在细胞内温和的环境中（体温，,pH,接近中性），在一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放有利于有利于机体捕获能量，提高,ATP,生成的效率。,进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生,H,2,O,，有机酸脱羧产生,CO,2,。,*,生物氧化与体外氧化之不同点,生物氧化,体外氧化,能量是突然释放的。,产生的,CO,2,、,H,2,O,由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。,是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性），在一系列酶促反,4,糖原,三酯酰甘油,蛋白质,葡萄糖,脂酸,+,甘油,氨基酸,乙酰,CoA,TAC,2H,呼吸链,H,2,O,ADP+Pi,ATP,CO,2,*,生物氧化的一般过程,糖原 三酯酰甘油 蛋白质 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基,5,第一节,呼吸链,respiratory chain,第一节 呼吸链respiratory chain,6,定义,存在于线粒体内膜上的功能单位，代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,）,一、呼吸链,定义一、呼吸链,7,与线粒体DNA病及衰老有关。,物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。,NAD+和NADP+：递氢体,* 生物氧化的一般过程, 特异抑制剂阻断,琥珀酸 CoQ,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。,Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。,化学渗透假说简单示意图,H+m内膜基质侧H+；,对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。,苹果酸-天冬氨酸穿梭,苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,QH2 Cyt c,化学渗透假说简单示意图,细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。,苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,ATP + GDP ADP + GTP,（一）呼吸链的组成,四种具有传递电子功能的酶复合体,(complex),*,泛醌 和,Cyt c,均不包含在上述四种复合体中。,人线粒体呼吸链复合体,与线粒体DNA病及衰老有关。（一）呼吸链的组成四种具有传递电,8,Cytc,Q,NADH+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,-, Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡,9,NAD,+,和,NADP,+,的结构,R=H: NAD,+,; R=H,2,PO,3,:NADP,+,1.NAD,+,和,NADP,+,：递氢体,NAD+和NADP+的结构R=H: NAD+; R,10,NAD,+,（,NADP,+,）和,NADH,（,NADPH,）相互转变,氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。,NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变氧化还,11,FMN,结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是,FMN,。,2.FMN,和,FAD:,递氢体,FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应,12,铁硫蛋白中辅基铁硫簇,(Fe-S),含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行,Fe,2+,Fe,3+,+e,反应传递电子。,表示无机硫,3.,铁,-,硫蛋白：递电子体,铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中,13,铁硫蛋白,S,S,无机硫,半胱氨酸硫,铁硫蛋白 SS无机硫半胱氨酸硫,14,泛醌（辅酶,Q, CoQ, Q,）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人,CoQ,10,），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。,4.,泛醌：递氢体,泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏,15,细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。,5.,细胞色素：递电子体,细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们,16,生物氧化医学课件,17,1.,复合体,: NADH-,泛醌还原酶,功能,:,将电子从,NADH,传递给泛醌,(ubiquinone),复合体,NADH CoQ,FMN; Fe-S,N-1a,b,;,Fe-S,N-4,;,Fe-S,N-3,; Fe-S,N-2,（,二）四种复合体的辅基及功能,1. 复合体: NADH-泛醌还原酶 功能: 将电子从N,18,与线粒体DNA病及衰老有关。,-磷酸甘油穿梭机制,FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2,NAD+和NADP+：递氢体,脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。,胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。, 拆开和重组,苹果酸-天冬氨酸穿梭,（三）呼吸链成分的排列顺序,（一）氧化磷酸化偶联部位,FMN和FAD:递氢体,H+c 内膜胞液侧H+,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,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。,化学渗透假说简单示意图,由亲水部分 F1（33亚基 ）和疏水部分 F0（a1b2c912亚基）组成。,（一）氧化磷酸化偶联部位,胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。,苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis),复合体,复合体,的功能,NADH+H,+,NAD,+,FMN,FMNH,2,还原型,Fe-S,氧化型,Fe-S,Q,QH,2,与线粒体DNA病及衰老有关。复合体的功能 NADH+H+,19,2.,复合体,:,琥珀酸,-,泛醌还原酶,功能,:,将电子从琥珀酸传递给泛醌,复合体,琥珀酸 ,CoQ,Fe-S,1,;,b,560,;,FAD;,Fe-S,2,;,Fe-S,3,2. 复合体: 琥珀酸-泛醌还原酶 功能: 将电子从琥珀,20,生物氧化医学课件,21,3.,复合体,:,泛醌,-,细胞色素,c,还原酶,功能：将电子从泛醌传递给细胞色素,c,复合体,QH,2, Cyt c,b,562,; b,566,; Fe-S; c,1,3. 复合体: 泛醌-细胞色素c还原酶 功能：将电子从泛,22,生物氧化医学课件,23,4.,复合体,:,细胞色素,c,氧化酶,功能：将电子从细胞色素,c,传递给氧,复合体,还原型,Cyt c O,2,Cu,A,aa,3,Cu,B,其中,Cyt a,3,和,Cu,B,形成的活性部位将电子交给,O,2,。,4. 复合体: 细胞色素c氧化酶 功能：将电子从细胞色素c,24,生物氧化医学课件,25,由以下实验确定, 标准氧化还原电位, 拆开和重组, 特异抑制剂阻断, 还原状态呼吸链缓慢给氧,（三）呼吸链成分的排列顺序,由以下实验确定（三）呼吸链成分的排列顺序,26,生物氧化医学课件,27,1. NADH,氧化呼吸链,NADH ,复合体,Q ,复合体,Cyt c ,复合体,O,2,2.,琥珀酸氧化呼吸链,琥珀酸 复合体, Q ,复合体,Cyt c ,复合体,O,2,1. NADH氧化呼吸链,28,H+m内膜基质侧H+；,复合体,第二节 生物氧化与能量代谢,高能磷酸键与高能磷酸化合物,NADH CoQ,CuAaa3CuB,二、影响氧化磷酸化的因素,苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,QH2 Cyt c,（一）氧化磷酸化偶联部位,泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。,Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。,H+m内膜基质侧H+；,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis),- - - - - - - - -,化学渗透假说简单示意图,（二）四种复合体的辅基及功能,Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。,* 生物氧化的一般过程,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis),电子传递链自由能变化,第二节 生物氧化与能量代谢,FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2,- - - -,* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。,（二）ADP的调节作用,（一）氧化磷酸化偶联部位,CuAaa3CuB,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis),* 生物氧化与体外氧化之相同点,* 生物氧化与体外氧化之不同点,复合体: 琥珀酸-泛醌还原酶,NADH CoQ,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,琥珀酸 CoQ,（一）氧化磷酸化偶联部位,* 生物氧化与体外氧化之不同点,H+c 内膜胞液侧H+,脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。,ATP + GDP ADP + GTP,FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2,H+ 跨膜质子电化学梯度；,NADH,氧化呼吸链,FADH,2,氧化呼吸链,H+m内膜基质侧H+；第二节 生物氧化与能量代谢NADH,29,电子传递链,电子传递链,30,二 胞浆中,NADH,的氧化,胞浆中,NADH,必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。,转运机制主要有,-,磷酸甘油穿梭,(-glycerophosphate shuttle),苹果酸,-,天冬氨酸穿梭,(malate-asparate shuttle),二 胞浆中NADH的氧化胞浆中NADH必须经一定转运机制,31,1.,-,磷酸甘油穿梭机制,1. -磷酸甘油穿梭机制,32,NADH+H,+,FADH,2,NAD,+,FAD,线粒体,内膜,线粒体,外膜,膜间隙,线粒体,基质,-,磷酸甘油,脱氢酶,呼吸链,磷酸二羟丙酮,-,磷酸甘油,NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD,33,2.,苹果酸,-,天冬氨酸穿梭机制,2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,34,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,NADH NAD+ NADH NAD+ 谷氨酸-苹果,35,第二节,生物氧化与能量代谢,第二节 生物氧化与能量代谢,36,一、,ATP,得生成方式,*,定义,氧化磷酸化,(oxidative phosphorylation),是指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。,底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation),是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使,ADP,磷酸化生成,ATP,的过程。,一、ATP得生成方式* 定义底物水平磷酸化 (substr,37,（一）氧化磷酸化偶联部位,氧化磷酸化偶联部位：复合体,、,、,根据自由能变化和,P/O,比值,G=-nFE,（一）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：复合体、,38,生物氧化医学课件,39,ATP,ATP,ATP,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位电子传递,40,（二） 氧化磷酸化的偶联机理,1.,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,。,（二） 氧化磷酸化的偶联机理1. 化学渗透假说(chemio,41,线粒体基质,线粒体膜,+ + + +,- - - -,H,+,O,2,H,2,O,H,+,e,-,ADP,+,Pi,ATP,化学渗透假说简单示意图,线粒体基质 线粒体膜 + + + + - - -,42,化学渗透假说,目 录,化学渗透假说目 录,43,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,* 生物氧化的一般过程,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,(malate-asparate shuttle),胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,第二节 生物氧化与能量代谢,化学渗透假说简单示意图,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,化学渗透假说简单示意图,第一节 呼吸链respiratory chain,* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。,四种具有传递电子功能的酶复合体(complex),Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。,H+ 跨膜质子电化学梯度；,高能磷酸键与高能磷酸化合物,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,ATP + GDP ADP + GTP,H+c 内膜胞液侧H+,NADH CoQ,脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。,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,NADH+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,+ + + + + + + + + +,- - - - - - - - -,化学渗透假说详细示意图,各种呼吸链抑制剂的阻断位点 F0 F1 Cyt,44,2. 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,9,12,亚基）组成。,ATP,合酶结构模式图,2. ATP合酶由亲水部分 F1（33亚基 ）和,45,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,当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，亚基发生,46,二、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,（一）抑制剂,二、影响氧化磷酸化的因素1. 呼吸链抑制剂 （一）抑制剂,47,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,鱼藤酮抗霉素ACO、CN-、各种呼吸链抑制剂的阻断位点,48,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,49,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,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体） F0 F,50,寡霉素,(oligomycin),可阻止质子从,F0,质子通道回流，抑制,ATP,生成,寡霉素,ATP,合酶结构模式图,寡霉素(oligomycin) 寡霉素ATP合酶结构模式图,51,（二）,ADP,的调节作用,呼吸控制率,(respiratory control ratio, RCR),（三）甲状腺激素,Na,+,K,+,ATP,酶和解偶联蛋白基因表达均增加。,（四）线粒体,DNA,突变,与线粒体,DNA,病及衰老有关。,（二）ADP的调节作用,52,电子传递链及氧化 磷酸化系统概貌,H,+,跨膜质子电化学梯度；,H,+,m,内膜基质侧,H,+,；,H,+,c,内膜胞液侧,H,+,目 录,电子传递链及氧化 磷酸化系统概貌H+ 跨膜质子,53,三、,ATP,高能磷酸键与高能磷酸化合物,高能磷酸键,水解时释放的能量大于,21KJ/mol,的磷酸酯键，常表示为,P,。,高能磷酸化合物,含有高能磷酸键的化合物,三、ATP高能磷酸键与高能磷酸化合物 高能磷酸键,54,生物氧化医学课件,55,核苷二磷酸激酶的作用,ATP + UDP ADP + UTP,ATP + CDP ADP + CTP,ATP + GDP ADP + GTP,腺苷酸激酶的作用,ADP + ADP ATP + AMP,核苷二磷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用,56,H+m内膜基质侧H+；,(malate-asparate shuttle),G=-nFE,* 生物氧化与体外氧化之不同点,* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。,H+ 跨膜质子电化学梯度；,（三）呼吸链成分的排列顺序,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,高能磷酸键与高能磷酸化合物,二、影响氧化磷酸化的因素,- - - -,（一）氧化磷酸化偶联部位,寡霉素(oligomycin),H+c 内膜胞液侧H+,H+ 跨膜质子电化学梯度；,高能磷酸键与高能磷酸化合物,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,（二）四种复合体的辅基及功能,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。,H+m内膜基质侧H+；肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织,57,