06生物氧化学习.pptx

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1、第一节 概 述第1页/共72页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CO2 和 H2O的过程。糖 脂肪 蛋白质 CO2和H2O O2能量ADP+PiATP热能*生物氧化的概念 第2页/共72页体内外氧化分解的共同点 体内氧化 体外氧化（1 1）物质氧化方式物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子：加氧、脱氢、失电子（2 2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和释放的能量相同。和释放的能量相同。第3页/共72页 体内氧化体内氧化 体外氧化体外氧化（1 1）反应条件：）反应条件：温和温和 剧烈剧烈（2 2）反应过程：）反

2、应过程：分步反应分步反应 一步反应一步反应 能量逐步释放能量逐步释放 能量突然释放能量突然释放（3 3）能量形式：）能量形式：热能、热能、高能化合物高能化合物 热能、光能热能、光能（4 4）COCO2 2生成：生成：脱羧脱羧 C C和和OO2 2直接反直接反应应（5 5）H H2 2OO生成：生成：脱下的脱下的H H经经传递传递 H H和和OO2 2直接反应直接反应 与与OO2 2 结合结合 体内外氧化分解的不同点下一页第4页/共72页 加氧RCHO +1/2O2 RCOOH 脱氢RCH2OH RCHO-2H 失电子Fe2+Fe3+-e物质的氧化方式返回第5页/共72页 特点特点 含有容易断裂

3、的含有容易断裂的“活泼键活泼键”，水解时水解时可释放大于可释放大于21KJ/mol的能量，常用符号的能量，常用符号 表示。表示。高能化合物 指含有高能键，在标准条件下（pH=7,250C,1mol/L)发生水解时可释放大量自由能的化合物。返回第6页/共72页高能化合物的类型u高能磷酸化合物：含有高能磷酸键u高能硫酯化合物：含有高能硫酯键第7页/共72页ATP第8页/共72页磷酸烯醇式丙酮酸磷酸肌酸乙酰磷酸酰基辅酶A第9页/共72页返回第10页/共72页CO2的生成方式（1 1）-单纯脱羧：单纯脱羧：NHNH2 2 RCHCOOHRCHCOOH RCHRCH2 2NHNH2 2+CO+CO2 2

4、氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶（2 2）-氧化脱羧氧化脱羧：第11页/共72页CO2的生成方式（4 4）-氧化脱羧氧化脱羧：（3 3）-单纯脱羧：单纯脱羧：CHCH2 2CCOOHCCOOH CHCH3 3CCOOH+COCCOOH+CO2 2草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶OOHOOC返回第12页/共72页H2O的生成 代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+NADH+H+乙醇脱氢酶例：12 O2NAD+电子传递链 H2O2eO=2H+返回第13页/共72页生物氧化

5、的过程多糖多糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质葡萄糖葡萄糖 甘油脂肪酸甘油脂肪酸 氨基酸氨基酸H HCOCO2 2TACTAC乙酰乙酰CoACoAOO2 2H H2 2OO能量能量第14页/共72页第二节 ATP的合成u 底物水平磷酸化u 氧化磷酸化第15页/共72页CHOCH2OHCH2O-PCOOCH2OHCH2O-P PCOOHCH2OHCH2O-PNAD+NADH+H+H3PO4ADPATP 在生物氧化过程中，底物因脱氢、脱水等反应而使能量在分子内重新分布，形成高能化合物，然后将高能化合物中的能量转移给ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的过程。底物水平磷酸化第16页/共72页氧化磷酸化

6、 在生物氧化过程中，营养物质氧化释放的电子经呼吸链传递给O2生成H2O，所释放的自由能推动ADP磷酸化生成ATP的过程。第17页/共72页呼吸链：线粒体内膜上一组排列有序的递氢体和递电子体（酶与辅酶）构成的功能单位，也称电子传递链(electron transport chain)第18页/共72页呼吸链的组成*泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。第19页/共72页1.复合体：NADH-泛醌还原酶u 功能:将电子从NADH传递给泛醌(ubiquinone)复合体NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2 催化反应：NADH+H+

7、Q NAD+QH2第20页/共72页NAD+和NADP+的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+第21页/共72页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。第22页/共72页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。第23页/共72页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Fe2+Fe3+e 反应传递电子。表示无机硫 第24页/共72页 铁硫蛋白 S SS S无机硫半胱氨酸硫第25页/共72页泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链

8、（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。第26页/共72页复合体的功能 NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH2第27页/共72页2.复合体：琥珀酸-泛醌还原酶u 功能:将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体琥珀酸 CoQFAD;Fe-S1;Fe-S2;Fe-S3 第28页/共72页第29页/共72页3.复合体：泛醌-细胞色素c还原酶 u 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c 复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1第30页/共72页细 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

9、类，根据它们吸收光谱不同而分类。第31页/共72页第32页/共72页第33页/共72页4.复合体：细胞色素c氧化酶u 功能：将电子从细胞色素功能：将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧 复合体还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。第34页/共72页第35页/共72页 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呼吸链成分的排列顺序第36页/共72页1.NADH氧化呼吸链NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O22.琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2呼吸链成分的排

10、列顺序第37页/共72页第38页/共72页氧化磷酸化偶联部位复合体、根据P/O比值和自由能变化P/O比值：每消耗1摩尔氧原子所消耗Pi的摩尔数或合成ATP的摩尔数。第39页/共72页第40页/共72页电子传递链自由能变化 第41页/共72页氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电子经呼吸链传递时，可将质子（电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内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度回流时驱动ADP

11、与与Pi生成生成ATP。第42页/共72页线粒体基质 线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图第43页/共72页化学渗透假说目 录第44页/共72页 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸 琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧 基质侧+-化学渗透假说详细示意图第45页/共72页ATP合酶由亲水部分 F1（33亚基）和疏水部分 F0（a1b2c912亚基）组成。ATP合酶结构模式图第46页/共72页当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，亚基发生旋转，3个亚基的构象发生改变。ATP合

12、酶的工作机制第47页/共72页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）抑制剂第48页/共72页鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥 抗霉素A二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及H2S 各种呼吸链抑制剂的阻断位点第49页/共72页不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响 第50页/共72页解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）F F0 0 F F1 1 Cyt cQ胞液侧 基质侧 解偶联 蛋白热能 H H+H H+ADP+Pi ATP 第51页/共72

13、页 寡霉素寡霉素(oligomycin)可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成寡霉素寡霉素ATP合酶结构模式图第52页/共72页（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。第53页/共72页电子传递链及氧化 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 录第54页/共72页代谢物分解氧化CO2 H2O能热能（散发）化学能（储能）ATPADP PiCCP

14、+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ATP的生成和利用第55页/共72页高能键转移ATP +UDPCDPGDPADP +UTP（糖原合成）CTP（磷脂合成）GTP（蛋白质合成）第56页/共72页磷酸肌酸的生成 H2N+C-NH2 H3C-N CH2 COO-H2N+H O C-NP-OHH3C-N OH CH2 COO-肌酸激酶肌酸磷酸肌酸（CP）ATPADP肌肉和脑组织中能量的贮存形式第57页/共72页胞浆中NADH的氧化胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。进入线粒体，再经

15、呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制转运机制主要有主要有-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭(malate-asparate shuttle)第58页/共72页1.-磷酸甘油穿梭机制（肌肉、神经组织）第59页/共72页 NADH+H+FADH2 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 第60页/共72页2.苹果酸-天冬氨酸穿梭机制（心肌、肝脏）第61页/共72页NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸 转运体苹果酸-酮 戊二

16、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 第62页/共72页第三节 其他氧化酶系第63页/共72页一、需氧脱氢酶和氧化酶 第64页/共72页二、过氧化物酶体中的酶类 （一）过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含4个血红素2H2O2 2H2O+O2 过氧化氢酶 第65页/共72页（二）过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物 R+H2O2 RO+H2O RH2+H2O2 R+2H2O 过氧化物酶 过氧化物酶 第66页/共72页反应氧族超氧离子(O2)、H2O2、羟

17、自由基(OH)的统称。三、超氧化物歧化酶2O2+2H+SODH2O2+O2 H2O+O2 过氧化氢酶SOD：超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)第67页/共72页 谷胱甘肽谷胱甘肽过氧化物过氧化物酶酶 H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G SH G S S G NADP+NADPH+H+*此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤 谷胱甘肽还原酶 3.含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 第68页/共72页四、微粒体中的酶类 （一）加单氧酶(monoxygenase)*催化的反应：RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶(hydroxylase)。上述反应需要细胞色素P450(Cyt P450)参与。第69页/共72页目 录第70页/共72页（二）加双氧酶 此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。例 如：(O2)色氨酸吡咯酶第71页/共72页感谢您的观看。第72页/共72页