第七章-石河子大学课件

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,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,石河子大学医学院,生物化学,兵团精品课程,第 六 章,生 物 氧 化,Biological Oxidation,石河子大学医学院生化系,物质在生物体内进行氧化称,生物氧化,，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成,CO,2,和,H,2,O,的过程。,糖,脂肪,蛋白质,CO,2,和H,2,O,O,2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,*生物氧化的概念,*,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。,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。,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,第六章 生物氧化,第一节,生成,ATP,的氧化磷酸化体系,第二节,其他不生成,ATP,的氧化体系,（不要求）,第六章 生物氧化,第一节,生成,ATP,的氧化磷酸化体系,第二节,其他不生成,ATP,的氧化体系,（不要求）,第一节,生成,ATP,的氧化体系,The Oxidation System of ATP Producing,定义,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,（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,复合体,酶名称,复合体,复合体,复合体,复合体,NADH,-,泛醌还原酶,琥珀酸,-,泛醌还原酶,泛醌,-,细胞色素,C,还原酶,细胞色素,c,氧化酶,辅基,FMN,，,Fe,-,S,FAD,，,Fe,-,S,铁卟啉，,Fe,-,S,铁卟啉，,Cu,多肽链数,39,4,11,13,复合体,酶名称,复合体,复合体,复合体,复合体,NADH,-,泛醌还原酶,琥珀酸,-,泛醌还原酶,泛醌,-,细胞色素,C,还原酶,细胞色素,c,氧化酶,辅基,FMN,，,Fe,-,S,FAD,，,Fe,-,S,铁卟啉，,Fe,-,S,铁卟啉，,Cu,多肽链数,39,4,13,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,Cytc,Q,NAD,H,+,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,-,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,NAD,+,和,NADP,+,的结构,R=H:NAD,+,;R=H,2,PO,3,:NADP,+,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。,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,。,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,铁硫蛋白,S,S,无机硫,半胱氨酸硫,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。,复合体,的功能,NADH+H,+,NAD,+,FMN,FMNH,2,还原型,Fe-S,氧化型,Fe-S,Q,QH,2,2.,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,细 胞 色 素,细胞色素是一类以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。,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,1,4.,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,。,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,（二）呼吸链成分的排列顺序,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,NADH,氧化呼吸链,FADH,2,氧化呼吸链,电子传递链,二、氧化磷酸化,*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）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,P/O,比值,:,物质氧化时，每消耗,1mol,氧原子所消耗的无机磷的,mol,数,线,粒,体,离,体,实,验,测,得,的,一,些,底,物,的,P/O,比,值,底,物,呼,吸,链,的,组,成,P/O,比,值,可,能,生,成,的,ATP,数,-,羟,丁,酸,NAD,+,复,合,体,CoQ,复,合,体,2.4,2.8 2.5,Cyt,c,复,合,体,O,2,琥,珀,酸,复,合,体,CoQ,复,合,体,1.7 1.5,Cyt,c,复,合,体,O,2,抗,坏,血,酸,Cyt,c,复,合,体,O,2,0.88,1,细,胞,色,素,c(Fe,2+,),复,合,体,O,2,0.61,-,0.68 1,ATP,ATP,ATP,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,区段,电位变化,(,E,0,),自由能变化,G,0,=,-,nF,E,0,能否生成,ATP,(,G,0,是否大于,30.5KJ),Cyt,aa,3,O,2,0.58V 112.0KJ/mol,能,NAD,+,CoQ,0.36V 69.5KJ/mol,能,CoQCyt,c 0.19V 36.7KJ/mol,能,（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,。,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,化学渗透假说,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,+,-,化学渗透假说详细示意图,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,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,三、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,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,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,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,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,（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。,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,四、,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,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,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。,ATP,的生成和利用,ATP,ADP,肌酸,磷酸,肌酸,氧化磷酸化,底物水平磷酸化,P,P,机械能,(,肌肉收缩,),渗透能,(,物质主动转运,),化学能,(,合成代谢,),电能,(,生物电,),热能,(,维持体温,),生物体内能量的储存和利用都以,ATP,为中心。,五、通过线粒体内膜的物质转运,线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白,(transporter),对各种物质的转运。,线粒体内膜的主要转运蛋白,（一）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),1.,-,磷酸甘油穿梭机制,NADH+H,+,FAD,H,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,2.,苹果酸,-,天冬氨酸穿梭,机制,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,（二）腺苷酸转运蛋白,腺苷酸转运蛋白,(adenine nucleotide transporter),参