生物氧化

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,*,生物化学,包四中 马惠文,生物氧化,二,.,生物氧化的概念：,是指在生物细胞内,糖、脂和蛋白质等有机物氧化分解,消耗,O,2,产生,CO,2,和,H,2,O,同时释放能量的过程。,一,.,氧化还原的本质：,氧化还原的本质是电子转移。失电子者为还原剂，得电子者为氧化剂。在化学反应中，失电子、脱氢、加氧都属于氧化；得电子、加氢、脱氧都属于还原。,AH,2,B A,BH,2,(,一,),生物体内电子转移的主要形式：,因为,H,原子可分解为,H,与,e,，因此其本质也是电子转移。,因加氧时，常伴有氧接受质子和电子而被还原成水，其本质也是电子转移。,三,.,生物氧化的特点：,1.,直接进行电子转移：,2.,氢原子的转移：,3.,有机还原剂直接加氧：,Fe,2,Cu,2,Fe,3,Cu,3.,能量是逐步释放的，避免损坏机体。,(,二,),生物氧化的特点：,1.,在细胞内完成，是常温、常压、,pH,近于中性的水环境中的一系列酶促反应。,2.,释放能量和体外同种氧化一样（糖、脂肪一样，蛋白质不同），但形式不同。生物氧化释放的能量一部分是热能，一部分转移到,ATP,中。,(,三,),生物氧化的一般过程：,水解,水解,水解,四,.,生物氧化中二氧化碳的生成：,脱羧反应：,生物氧化中,CO,2,的生成是由于糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的化合物进行脱羧反应所致。,根据位置,类型：,脱羧（,1,）,脱羧（,2,）,（,1,）,（,2,）,单纯脱羧,根据性质,氧化脱羧,如,:,丙酮酸、,酮戊二酸、苹果酸的氧化脱羧,糖代谢中，丙酮酸在进入三羧酸循环之前，在丙酮酸脱氢酶系的作用下，进行氧化脱酸，同时和,CoA,结合，形成乙酰辅酶,A,。,（一）水形成的方式：,生物氧化主要是通过脱氢来实现的。代谢物脱下的氢不能游离存在,必须为另一物质所,接受,。,五,.,生物氧化中水的生成：,糖酵解和三羧酸循环中产生的,NADH,H,不能直接与游离的氧分子结合，需要经过呼吸链的传递后，才能与氧结合生成水。,（二）呼吸链：,1.,概念：,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；,又称,电子传递链。,3.,呼吸链的组成,:,真核生物呼吸链在线粒体内膜上，原核生物在细胞膜上。,2.,分布：,烟酰胺脱氢酶类,(NADH,脱氢酶类,),黄素脱氢酶类,(,如,:,琥珀酸脱氢酶,),铁硫蛋白类,细胞色素类,辅酶,Q(,CoQ,),类,呼吸链是由氧化还原酶和它们的辅因子组成的,氢传递体和电子传递体,(,氢传递包括传递电子和质子,2H,+,+2e,-,表示,),此酶以,NAD,和,NADP,为辅酶。此类酶催化脱氢时，其辅酶,NAD,或,NADP,先与酶的活性部位结合，然后再脱下来。发生如下反应：,NADH,和,NADPH,只接受了底物脱下的一个氢原子和一个电子（一个质子，两个电子），另一个质子留在介质中。,（,1,）烟,(,尼克,),酰胺脱氢酶类：（递氢体,也递电子）,NAD,2H,（,2H,2e,）,NADH,H,NADP,2H,（,2H,2e,）,NADPH,H,此类酶以黄素单核苷酸,FMN,或黄素腺嘌呤二核苷酸,FAD,作为辅基。,（,2,）黄素脱氢酶类：（递氢体）,MH,2,酶,FMN M,酶,FMNH,2,MH,2,酶,FAD M,酶,FADH,2,借铁的变价传递电子,此类酶是一种脂溶性的醌类化合物，因广泛存在于生物界，故称泛醌。,（,4,）辅酶,Q,类（,CoQ,）：（递氢体）,（,3,）铁硫蛋白类：（,Fe,S,）,Fe,3,e Fe,2,此类酶是以铁卟啉为辅基的蛋白质，也依靠铁的变价传递电子。,除,aa,3,外，其余的细胞色素中的铁原子均与卟啉环和蛋白质形成,6,个配位键（共价键）。唯有,aa,3,的铁原子形成,5,个配位键，还保留一个配位键，故能与,O,2,、,CO,、,CN,等结合。正常功能是与氧结合。,（,5,）细胞色素类（,Cyto,）：（递电子体）,Fe,3,e Fe,2,a,、,a,3,、,b,、,c,、,c,1,等。,种类：,不同种类的细胞色素的辅基结构及与蛋白质的连接方式不同。,在典型的呼吸链中递电子顺序：,bc,1,caa,3,O,2,其中仅最后一个,a,3,可被氧直接氧化，但现在不能把,a,和,a,3,分开，故把,a,和,a,3,合称为细胞色素氧化酶。,4.,呼吸链各组分在线粒体内膜上的分布及电子的传递,:,呼吸链由,4,种蛋白复合体组成,:,复合体,:,含有,NADH,脱氢酶、,FMN,和,3,个,Fe,S,蛋白,将,NADH,的电子传到,CoQ,质子泵,复合体,:,有琥珀酸脱氢酶及辅基,FAD,和,Fe,S,蛋白,将,FADH,2,的电子传给,Q,复合体,:,含,2,个,Cytb,、,Cytc,1,和,Fe,S,，把,QH,2,的电子传给,Cytc,质子泵,复合体,:,含细胞色素氧化酶,Cyta,和,Cyta,3,把,Cytc,的电子传给,O,2,激发,O,2,并与基质中的,H,+,结合成,H,2,O,质子泵,具有线粒体的生物中,根据接受代谢物上脱下氢的初始受体不同，典型的呼吸链有两种：,NADH,呼吸链应用最广，糖、脂、蛋白质三大物质分解代谢中脱氢氧化，绝大部分是,NADH,呼吸链完成的。,5.,典型的呼吸链,:,NADH,呼吸链：,FADH,2,呼吸链：（琥珀酸氧化呼吸链）,FAD,呼吸链中的黄素脱氢酶,(,琥珀酸脱氢酶,),只能催化某些代谢物脱氢。,按各传递体的标准氧化还原电位（,E,0,）,由低到高的顺序排列。,利用阻断呼吸链的特殊抑制剂，阻断链,中某些特定的电子传递来测定顺序。,6.,呼吸链中传递体的顺序：,（,1,）顺序：,（,2,）测定：,根据生物氧化方式，可分为底物水平的磷酸化和电子传递体系磷酸化。通常说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化。,六,.,氧化磷酸化作用：,生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用转移至高能磷酸化合物,ATP,中。,此种伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化称为氧化磷酸化作用。,（一）,ATP,的生成：,ATP,主要由,ADP,磷酸化生成，少数情况下，可由,AMP,焦磷酸化生成。,AMP,PPi,能量,ATP,ADP,Pi,能量,ATP,即：底物被氧化过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使,ADP,生成,ATP,。,1.,底物水平磷酸化：,是在被氧化的底物上发生磷酸化的作用。,X,P+ADP ATP+X,(,能量来源是,:,伴随着底物脱氢，分子内部能量重新分布。,),如：糖酵解中：,烯醇丙酮酸,2,磷酸 烯醇丙酮酸,甘油酸,1,，,3,二磷酸 甘油酸,3,磷酸,再如：三羧酸循环中：,琥珀酸辅酶,A,琥珀酸,底物磷酸化是无氧呼吸中取得能量的唯一方式,电子传递和磷酸化相耦联的部位：,实验证明有三处：,2.,电子传递体系磷酸化：（氧化磷酸化）,概念：,电子从,NADH,或,FADH,2,经过呼吸链传给氧形成水时，同时伴有,ADP,磷酸化为,ATP,。是,ATP,生成的主要方式。,每合成,1,摩尔,ATP,需能,30.52KJ,。,在,NADH,的呼吸链中有,3,个部位产生的自由能均超过此值。,常用的测定方法：,.,测定线粒体的,P/O,比值：,P/O,比值是指每消耗一摩尔,(1,分子,),氧所生成,ATP,的摩尔数,(,分子数,),。也是一对电子通过呼吸链至氧气所生成的,ATP,分子数,NADH,呼吸链的,P/O,值是,3,。,即：每消耗一摩尔氧原子可形成,3,摩尔,ATP,。,FADH,2,呼吸链的,P/O,值是,2,。,即：每消耗一摩尔氧原子可形成,2,摩尔,ATP,。,.,根据氧化还原电位之间的电位差计算能量求得,:,现在观点：,NADH,2.5,；,FADH,2,1.5,3.,氧化磷酸化作用的机制：,化学渗透学说：,主要论点：,呼吸链在传递质子和电子的过程中起质子泵的作用，,3,次泵出,H,到内膜外。由于内膜不让泵出的,H,自由返回基质，造成,H,浓度的跨膜梯度，此梯度是,ATP,合成的动力。,H,在通过,ATP,合成酶的通道返回基质时伴有,ATP,的合成。,已知的阻断剂及阻断部位：,4.,氧化磷酸化的抑制作用：,呼吸链阻断剂：,能够阻断呼吸链中某一部位电子流的物质称为电子传递阻断剂或呼吸链阻断剂。,2,，,4,二硝基苯酚是最早发现的一种解耦联剂。,解耦联剂：,解耦联剂对于电子传递没有抑制作用，只抑制由,ADP,变为,ATP,的磷酸化作用。即：它使产能过程与贮能过程相脱离。,鱼藤酮,抗霉素,A,NAD FMN,CoQCytob,Cytoc,1,CytocCytoaa,3,O,2,CO,氰化物,电子传递和,ATP,形成的偶联关系是相辅相成的，,ATP,的生成必须以电子传递为前提，而呼吸链只有生成,ATP,才能推动电子的传递。完整的线粒体只有当无机磷酸和,ADP,都充分时电子传递速度才能达到最高水平。当缺少,ADP,时，因为缺少磷酸的受体则不能进行磷酸化作用。,ATP,ADP,之比在细胞内对电子传递速度起着重要的调节作用，同时对还原型辅酶的积累和氧化也起调节作用。,ADP,作为关键物质对氧化磷酸化作用的调节称为呼吸控制。,5.,氧化磷酸化的调控：,氧化磷酸化作用的进行和细胞对,ATP,的需要是相适应的。这种精确的适应是靠以,ADP,作为关键物质的“呼吸控制”来实现的。,细胞利用,ATP,时，细胞内,ATP,水平迅速下降，同时,ADP,的浓度迅速升高。于是,ATP,的合成加快，电子传递加速，底物不断被氧化，氧的利用也增加。,反之，,ATP,在细胞内积累时，,ADP,浓度必然很低。这时电子传递变缓或停止，还原型辅酶浓度增加以致不能再接受电子，于是整个呼吸链也受到抑制或停止。,解析,：电子传递和,ATP,形成的偶联关系是相辅相成的，,ATP,的生成必须以电子传递为前提，而呼吸链只有生成,ATP,才能推动电子的传递。完整的线粒体只有当无机磷酸和,ADP,都充分时电子传递速度才能达到最高水平。当缺少,ADP,时，因为缺少磷酸的受体则不能进行磷酸化作用。,ATP,ADP,之比在细胞内对电子传递速度起着重要的调节作用，同时对还原型辅酶的积累和氧化也起调节作用。,(09,年联赛,)38.,在离体的完整线粒体中，有可氧化底物存在时，,加入哪一种物质可提高电子传递和氧气的摄入量,?,A,TCA,循环的酶,B,ADP C,FADH,2,D,NADH,NADH,必须通过线粒体内膜上的呼吸链，,其中的氢才能被氧化生成水。但胞液中,（糖酵解）形成的,NADH,不能透过正常线,粒体内膜，故线粒体外的,NADH,必需通过,穿梭系统才能将氢带入线粒体内。,（二）胞液中,NADH,的氧化磷酸化：,糖酵解：,3,磷酸甘油醛,1,，,3,二磷酸甘油酸,产生,2,个,NADH,（,1,）苹果酸穿梭系统：,动物体内有两种主要的穿梭系统：,存在于肝、肾、心等的组织中,苹果酸脱氢酶,谷草转氨酶,线粒体内膜上的不同转位酶,H,NADH,NAD,H,NADH,NAD,苹果酸,草酰乙酸,苹果酸,草酰乙酸,天冬氨酸,谷氨酸,戊酮二酸,谷氨酸,戊酮二酸,天冬氨酸,胞液,内膜,线粒体,（,2,）,磷酸甘油穿梭系统：,线粒体内 膜,NADH+H,磷酸二羟丙酮,NAD,磷酸甘油,磷酸甘油,FAD,FADH,2,磷酸二羟丙酮,CoQ,b c,1,c aa,3,O,2,胞液中,磷酸甘油脱氢酶（辅酶为,NAD,）,线粒体内,磷酸甘油脱氢酶（辅基为,FAD,）,存在于肌肉、神经组织。所以葡萄糖在这些组织中彻底氧化所产生的,ATP,比其他组织要少,2,个。,ATP,ADP,肌酸,磷酸肌酸,（三）磷酸肌酸是动物体内高能磷酸化合物的贮存形式：,ATP,可把高能磷酸键传递给肌酸，生成磷酸肌酸。肌肉收缩时，磷酸肌酸又可转出高能磷酸键，使,ADP,