第九章生物氧化

1、第八章第八章 生物氧化生物氧化biological oxidation2006-8第九章 生物氧化2導導 學學掌握生物氧化的概念與特點；體內(nèi)重要的呼掌握生物氧化的概念與特點；體內(nèi)重要的呼吸鏈的組成、排列順序及其作用；吸鏈的組成、排列順序及其作用；ATP的生的生成方式。成方式。熟悉影響氧化磷酸化的因素；熟悉影響氧化磷酸化的因素；ATP的利用與的利用與貯存。貯存。了解確定呼吸鏈排列順序的實驗依據(jù)；非線了解確定呼吸鏈排列順序的實驗依據(jù)；非線粒體氧化體系。粒體氧化體系。2006-8第九章 生物氧化3教學內(nèi)容教學內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 線粒體氧化體系線粒體氧化體系第三節(jié)第三節(jié) 生物氧化與

2、能量代謝生物氧化與能量代謝第四節(jié)第四節(jié) 非線粒體氧化體系非線粒體氧化體系2006-8第九章 生物氧化4第一節(jié)第一節(jié) 概述概述2006-8第九章 生物氧化5一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念H2O + CO2 + 能量能量生物體生物體 營養(yǎng)物營養(yǎng)物 （糖、脂、蛋白質(zhì)）（糖、脂、蛋白質(zhì)）O又稱細胞呼吸或組織呼吸又稱細胞呼吸或組織呼吸2006-8第九章 生物氧化6一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念 線粒體內(nèi)氧化：有線粒體內(nèi)氧化：有ATP生成生成 非線粒體氧化：無非線粒體氧化：無ATP生成，與生物轉(zhuǎn)化有關(guān)生成，與生物轉(zhuǎn)化有關(guān)2006-8第九章 生物氧化7二、生物氧化特點二、生物氧化特點 條件溫和（

3、條件溫和（3737C C，近，近中性）中性） 酶催化酶催化 逐步釋放能量逐步釋放能量 有機酸脫羧生成有機酸脫羧生成 C CO O2 2 有機物脫氫經(jīng)呼吸鏈生成有機物脫氫經(jīng)呼吸鏈生成 H H2 2O O2006-8第九章 生物氧化8三、生物氧化的方式三、生物氧化的方式（一）（一）CO2的生成的生成有機酸脫羧有機酸脫羧 單純脫羧單純脫羧-單純脫羧單純脫羧-單純脫羧單純脫羧 氧化脫羧氧化脫羧-氧化脫羧氧化脫羧-氧化脫羧氧化脫羧HOOCCH2-CH-COOHH3C-C-COOH + CO2O=OH蘋果酸酶蘋果酸酶NADP+NADPH + H+蘋果酸蘋果酸丙酮酸丙酮酸COOHR-CH-NH2R-CH2-

4、NH2 + CO2氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶-氨基酸氨基酸胺胺HOOCCH2-C-COOHO=H3C-C-COOH + CO2O=丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶草酰乙酸脫羧酶草酰乙酸脫羧酶草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸H3C-C-COOH + HSCoAO=H3C-C-SCoA + CO2O=NAD+NADH + H+丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA2006-8第九章 生物氧化9三、生物氧化的方式三、生物氧化的方式（二）（二）H2O的生成的生成代謝物（代謝物（AH2） 2H酶與輔酶酶與輔酶O2H2O2006-8第九章 生物氧化10三、生物氧化的方式三、生物氧化的方式（三）氧化的本質(zhì)

5、（三）氧化的本質(zhì) 加氧、脫氫、加水脫氫、脫電子加氧、脫氫、加水脫氫、脫電子2006-8第九章 生物氧化11第二節(jié)第二節(jié) 線粒體氧化體系線粒體氧化體系2006-8第九章 生物氧化12一、一、 呼吸鏈呼吸鏈 (respiratory chain)概念：概念： 定位于線粒體內(nèi)膜上的一組排列有序的遞氫體定位于線粒體內(nèi)膜上的一組排列有序的遞氫體和遞電子體（酶與輔酶）構(gòu)成的鏈狀傳遞體系，和遞電子體（酶與輔酶）構(gòu)成的鏈狀傳遞體系，也稱也稱電子傳遞鏈。電子傳遞鏈。(electron transport chain)2006-8第九章 生物氧化13線粒體內(nèi)膜上的酶與輔酶組成的復合體線粒體內(nèi)膜上的酶與輔酶組成的復

6、合體 復合體復合體NADH泛醌還原酶泛醌還原酶 復合體復合體 琥珀酸泛醌還原酶琥珀酸泛醌還原酶 復合體復合體泛醌泛醌CytC還原酶還原酶復合體復合體細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶2006-8第九章 生物氧化14 （一）呼吸鏈主要成分和作用（一）呼吸鏈主要成分和作用（遞氫體（遞氫體 或或 遞電子體）遞電子體） 煙酰胺脫氫酶煙酰胺脫氫酶 （NAD+、NADP+） 黃素蛋白黃素蛋白 （FMN、FAD） 鐵硫蛋白鐵硫蛋白 （Fe-S） 泛醌泛醌 （CoQ） 細胞色素類細胞色素類 （Cyt）2006-8第九章 生物氧化15輔酶輔酶 NAD+NADP+1、 煙酰胺脫氫酶類煙酰胺脫氫酶類作用：遞氫體作用：遞氫

7、體2006-8第九章 生物氧化16 呼吸鏈呼吸鏈 2H + NAD+ NADH + H+ 傳遞給傳遞給 FMN遞氫機制遞氫機制2006-8第九章 生物氧化17 FMNNADH脫氫酶脫氫酶的輔基的輔基 輔基輔基 FAD 琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶的輔基的輔基2、 黃素蛋白酶類黃素蛋白酶類 作用：遞氫體作用：遞氫體2006-8第九章 生物氧化18 NADH + H+ FMNH2 均可傳遞給均可傳遞給CoQ 琥珀酸脫氫琥珀酸脫氫 FADH2呼吸鏈呼吸鏈（Fe-S） 1 10遞氫機制遞氫機制2006-8第九章 生物氧化193 3、 鐵硫蛋白鐵硫蛋白 （Fe-S）Fe2+Fe3+ + e-遞電子機制遞電子

8、機制作用作用遞電子體遞電子體2006-8第九章 生物氧化20作用作用遞氫體遞氫體遞氫機制遞氫機制4、 泛醌（人體內(nèi)：泛醌（人體內(nèi)： CoQ10）2006-8第九章 生物氧化21 FMNH2 CoQ2H2e 2H+傳遞給一系列傳遞給一系列Cyt類進一步傳遞類進一步傳遞在呼吸鏈中在呼吸鏈中:（Fe-S） FADH2（Fe-S）2006-8第九章 生物氧化225、細胞色素類、細胞色素類( Cytochromes, Cyt. ) 根據(jù)吸收光譜特征，根據(jù)吸收光譜特征，Cyt.類分為類分為a、b和和c三大類：三大類：CytbCytb、 Cytc Cytc1 1、 Cytc Cytc、 Cytaa Cyta

9、a3 3組成呼吸鏈的細胞色素組成呼吸鏈的細胞色素:細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶Cyta3 1/2O2 O2-2e2006-8第九章 生物氧化23Cyt C的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)Fe2+Fe3+ + e-遞電子體：遞電子體：2006-8第九章 生物氧化24CoQCoQH22 F e3 +2 F e2 +2 F e3 +2 F e2 +2 F e2 +2 F e3 +2 F e3 +2 F e2 +C y t bFe-SC y t c1C y t cC o Q - C y t c 還 原 酶2006-8第九章 生物氧化25復合體：細胞色素氧化酶功能：將電子從C y t c 最終傳遞到O2組成：C y t a

10、 、C y t a3、C u212 F e3 +2 F e2 +2 F e2 +2 F e3 +2 Cu2 +2 Cu+CytcCy t a2 F e2 +2 F e3 +Cy t a3H2O細胞色素氧化酶O2Cyta3 1/2O2 O2-2e與與CO，CN-結(jié)合，失去傳遞電子能力結(jié)合，失去傳遞電子能力細胞色素細胞色素氧化酶氧化酶2006-8第九章 生物氧化26線粒體呼吸鏈四大復合體線粒體呼吸鏈四大復合體FMN,Fe-S復合體復合體FAD,Fe-S復合體復合體Cytb,Fe-S,Cytc1復合體復合體Cytaa3,Cu復合體復合體2006-8第九章 生物氧化27（二）呼吸練各成分在線粒體內(nèi)膜上

11、的定位（二）呼吸練各成分在線粒體內(nèi)膜上的定位2006-8第九章 生物氧化28二、體內(nèi)重要呼吸鏈的排列順序二、體內(nèi)重要呼吸鏈的排列順序 NADH NADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈 琥珀酸氧化呼吸鏈（琥珀酸氧化呼吸鏈（FADHFADH2 2氧化呼吸鏈）氧化呼吸鏈）體內(nèi)的兩條呼吸鏈：體內(nèi)的兩條呼吸鏈：2006-8第九章 生物氧化29體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈2006-8第九章 生物氧化30NADHFMNCoQCytbCytc1CytcCytaa31/2O2（Fe-S）（Fe-S）2H2H+ 2eO2-H2O FAD (Fe-S) 琥珀酸琥珀酸2 2、琥珀酸氧化呼吸鏈、琥珀酸氧化呼吸鏈1、N

12、ADH氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈CoQCytbCytc1CytcCytaa31/2O2（Fe-S）2006-8第九章 生物氧化31三、胞液中的三、胞液中的NADH的氧化的氧化 胞液中生成的胞液中生成的NADH不能自由通透線粒體內(nèi)膜，不能自由通透線粒體內(nèi)膜，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)運機制進入線粒體必須經(jīng)過轉(zhuǎn)運機制進入線粒體1. 甘油甘油-3-磷酸穿梭作用（神經(jīng)組織和骨骼?。┝姿岽┧笞饔茫ㄉ窠?jīng)組織和骨骼?。?. 蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用（肝和心?。┨於彼岽┧笞饔茫ǜ魏托募。?006-8第九章 生物氧化32甘油甘油-3-磷酸穿梭機制示意圖磷酸穿梭機制示意圖2ATPNADH+H+3-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭2AT

13、P神經(jīng)組織和骨骼肌神經(jīng)組織和骨骼肌FADH22006-8第九章 生物氧化33蘋果酸蘋果酸天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭3ATPNADH+H+蘋果酸蘋果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 3ATP肝和心肌肝和心肌 NADH+H+2006-8第九章 生物氧化34第三節(jié)第三節(jié) 生物氧化與能量代謝生物氧化與能量代謝 約約60%以熱能形式散失，以熱能形式散失， 維持體溫；維持體溫； 糖糖 脂類脂類 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 約約40%以化學能形式形成以化學能形式形成 高能化合物高能化合物 (如，如，ATP)，以驅(qū)動各種生命活動。以驅(qū)動各種生命活動。 2006-8第九章 生物氧化35營養(yǎng)物質(zhì)的氧化分解過程營養(yǎng)物質(zhì)的氧化分解過程糖

14、原糖原 脂肪脂肪 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)葡萄糖葡萄糖 脂肪酸脂肪酸 氨基酸氨基酸 甘油甘油乙酰輔酶乙酰輔酶ATCA2H1/2O2ADPPiATPH2O2006-8第九章 生物氧化36一、高能化合物的種類一、高能化合物的種類J 水解時釋放的自由能水解時釋放的自由能 30 KJ/mol 的含有磷酸鍵的含有磷酸鍵 或硫酯鍵的化合物或硫酯鍵的化合物J 高能硫酯化合物高能硫酯化合物CH3COSCoAJ 高能磷酸化合物高能磷酸化合物COOHC-OPCH2= =ATP ADP2006-8第九章 生物氧化37二、二、ATP的生成的生成ATP與高能磷酸鍵OOOPOOPOO-ATPADPAMPOOPNNNNNH2OOHOH

15、CH2O2006-8第九章 生物氧化38（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化(substrate level phosphrylation) 在分解代謝過程中，底物因脫氫、脫水等作用在分解代謝過程中，底物因脫氫、脫水等作用而使能量在分子內(nèi)部重新分布，形成高能化合而使能量在分子內(nèi)部重新分布，形成高能化合物，然后將高能鍵轉(zhuǎn)移給物，然后將高能鍵轉(zhuǎn)移給ADP（GDP）形成）形成ATP（GTP）的過程。）的過程。2006-8第九章 生物氧化39底物水平磷酸化底物水平磷酸化12006-8第九章 生物氧化40底物水平磷酸化底物水平磷酸化22006-8第九章 生物氧化41底物水平磷酸化底物水平磷酸化320

16、06-8第九章 生物氧化42（二）（二） 氧化磷酸化氧化磷酸化（oxidative phosphorylation） 生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化生成水時，所釋放的能量能夠偶聯(lián)化生成水時，所釋放的能量能夠偶聯(lián)ADP磷酸磷酸化生成化生成ATP的過程。的過程。2006-8第九章 生物氧化43底物底物 2H H2O 底物氧化底物氧化 偶聯(lián)偶聯(lián) 能量能量ADP+H3PO4 ATP ADP磷酸化磷酸化 釋放釋放 自由能自由能1、氧化磷酸化及其偶聯(lián)、氧化磷酸化及其偶聯(lián)2006-8第九章 生物氧化442、氧化磷酸化偶聯(lián)部位、氧化磷酸化偶聯(lián)部位I 計算各階

17、段釋放的自由能計算各階段釋放的自由能I P/OP/O比值的測定比值的測定 每消耗每消耗1 1molmol原子氧時原子氧時ADPADP磷酸化攝取無磷酸化攝取無機磷酸的摩爾數(shù)（即合成的機磷酸的摩爾數(shù)（即合成的ATPATP的摩爾數(shù)）的摩爾數(shù)）氧化磷酸化偶聯(lián)部位即氧化磷酸化偶聯(lián)部位即ATP生成部位生成部位推測偶聯(lián)部位推測偶聯(lián)部位2006-8第九章 生物氧化45線粒體離體實驗測得的一些底物的線粒體離體實驗測得的一些底物的P/O比值比值底物底物呼吸鏈的組成呼吸鏈的組成P/O比值比值生成生成ATP數(shù)數(shù)-羥丁酸羥丁酸NAD+FMNQCytbc1 caa3 O22.42.83琥珀酸琥珀酸FADQCytbc1 c

18、aa3 O21.72抗壞血酸抗壞血酸CytcCytaa3O20.881Cytc（Fe2+）Cytaa3O20.610.681推測呼吸鏈偶聯(lián)部位：推測呼吸鏈偶聯(lián)部位： NADHQ ，QCytc ， Cytaa3O22006-8第九章 生物氧化46呼吸鏈各部位釋放的自由能呼吸鏈各部位釋放的自由能 （kj/mol） 52.1 40.5 102.3NADH：3ATP FADH2：2ATP2006-8第九章 生物氧化473、氧化磷酸化作用機理、氧化磷酸化作用機理線粒體線粒體(mitochondrion)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：線粒體內(nèi)膜和脊上有許多球狀小體突出：線粒體內(nèi)膜和脊上有許多球狀小體突出： ATP合成酶系合

19、成酶系2006-8第九章 生物氧化482006-8第九章 生物氧化492006-8第九章 生物氧化50 2006-8第九章 生物氧化51三、影響氧化磷酸化的因素三、影響氧化磷酸化的因素 抑制劑抑制劑（inhibitor） ADP的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 甲狀腺素甲狀腺素（thyroxine）的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 線粒體線粒體（mitochondrial）DNA突變突變（mutation）2006-8第九章 生物氧化521、抑制劑、抑制劑呼吸鏈抑制呼吸鏈抑制機理：阻斷氫與電子的傳遞機理：阻斷氫與電子的傳遞2006-8第九章 生物氧化53作用機理：作用機理： 破壞內(nèi)膜兩側(cè)的電化學梯度而使氧化磷酸化偶聯(lián)破壞內(nèi)膜兩側(cè)的電

20、化學梯度而使氧化磷酸化偶聯(lián)脫離。氧化照常進行，脫離。氧化照常進行，ATPATP不能生成。不能生成。1、抑制劑、抑制劑解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑 解除偶聯(lián)解除偶聯(lián)2 2，4-4-二硝基二硝基苯酚（苯酚（DNPDNP）2006-8第九章 生物氧化542、ADP的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) ADP/ATP 氧化磷酸化氧化磷酸化 ADP/ATP 氧化磷酸化氧化磷酸化2006-8第九章 生物氧化55 Na Na+ +-K-K+ +-ATP-ATP酶酶 ATPATP水解水解氧化磷酸化氧化磷酸化ATPATP合成合成耗氧量和產(chǎn)熱量耗氧量和產(chǎn)熱量3、甲狀腺激素的調(diào)節(jié)、甲狀腺激素的調(diào)節(jié)（）（） 甲狀腺激素甲狀腺激素（thyroxine）2

21、006-8第九章 生物氧化564、線粒體、線粒體DNA突變突變 mtDNA編碼呼吸鏈復合體蛋白的部分多肽鏈編碼呼吸鏈復合體蛋白的部分多肽鏈mtDNA突變突變影響氧化磷酸化影響氧化磷酸化ATP生成減少生成減少mtDNA病病 （mitochondrial DNA） 多種疾病多種疾病2006-8第九章 生物氧化57四、四、 ATP的利用、轉(zhuǎn)移與貯存的利用、轉(zhuǎn)移與貯存 ATP + H2O ADP + Pi + 30.5 Kj2006-8第九章 生物氧化58ATP的生成和利用的生成和利用2006-8第九章 生物氧化59高能鍵的轉(zhuǎn)移高能鍵的轉(zhuǎn)移ATP + UDPCDPGDPADP + UTP（糖原合成）糖

22、原合成）CTP（磷脂合成）磷脂合成）GTP（蛋白質(zhì)合成）蛋白質(zhì)合成）2006-8第九章 生物氧化60 能量的儲存（磷酸肌酸的生成）能量的儲存（磷酸肌酸的生成）肌肉和腦組織中能量的貯存形式肌肉和腦組織中能量的貯存形式2006-8第九章 生物氧化61第五節(jié)第五節(jié) 非線粒體氧化體系非線粒體氧化體系RH + ORH + O2 2 + NADPH + H + NADPH + H+ +ROH + NADPROH + NADP+ + + H + H2 2O O加單氧酶系加單氧酶系一、微粒體氧化體系一、微粒體氧化體系 加單氧酶系加單氧酶系, monooxygenases, MOA （羥化酶）（羥化酶） Cytp4502006-8第九章 生物氧化62二、過氧化物酶體氧化體系二、過氧化物酶體氧化體系（一）過氧化氫酶（一）過氧化氫酶（catalase, C