第四章生物氧化

1、第四章 生 物 氧 化 Whats biological oxidation?有機(jī)物有機(jī)物 + O2CO2 + H2O + 能量能量糖原糖原 甘油三酯甘油三酯 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA 呼吸鏈呼吸鏈 ADP+Pi ATP 生物氧化的一般過程生物氧化的一般過程第一節(jié) 生成ATP的氧化體系 一、線粒體氧化呼吸鏈Whats respiratory chain? 構(gòu)成呼吸鏈的構(gòu)成呼吸鏈的遞氫體遞氫體或或遞電子體遞電子體通常以復(fù)通常以復(fù)合體的形式存在于合體的形式存在于線線粒體內(nèi)膜粒體內(nèi)膜上。上。（一）呼吸鏈的組成（一）呼吸鏈的組成NADH還原酶還原酶

2、+ 4(Fe-S)FMN; Fe-SN-1a/b; Fe-SN-2; Fe-SN-3; Fe-SN-4 NADHCoQNADH還原酶還原酶鐵硫蛋白鐵硫蛋白鐵硫中心的結(jié)構(gòu)鐵硫中心的結(jié)構(gòu)無機(jī)硫無機(jī)硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫泛醌（泛醌（CoQ） 泛醌泛醌（輔酶（輔酶Q, CoQ, Q）是游離存在于線粒體內(nèi)）是游離存在于線粒體內(nèi)膜中的脂溶性有機(jī)化合物，由多個(gè)異戊二烯連接膜中的脂溶性有機(jī)化合物，由多個(gè)異戊二烯連接形成較長(zhǎng)的疏水側(cè)鏈（人形成較長(zhǎng)的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反），氧化還原反應(yīng)時(shí)可在醌型與氫醌型之間相互轉(zhuǎn)變。應(yīng)時(shí)可在醌型與氫醌型之間相互轉(zhuǎn)變。2 2復(fù)合體復(fù)合體（琥珀酸（琥珀酸- -泛醌還原

3、酶）：泛醌還原酶）： 琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶+3(Fe-S)FAD;Fe-S1; Fe-S2 ; Fe-S3 琥珀酸琥珀酸CoQ2Cyt b + Cyt c1 +(Fe-S)b562; b566; Fe-S; c1QH2 Cyt c 細(xì)胞色素類細(xì)胞色素類鐵卟啉輔基的分子結(jié)構(gòu)鐵卟啉輔基的分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞色素細(xì)胞色素b b的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)4 4復(fù)合體復(fù)合體（細(xì)胞色素（細(xì)胞色素c c氧化酶）：氧化酶）：CuAaa3CuB 還原型還原型Cyt c O2（二）呼吸鏈組分的排列順序（二）呼吸鏈組分的排列順序氧氧化化還還原原對(duì)對(duì)E (V)NAD+/NADH+H+-

4、0.32FMN/ FMNH2-0.30FAD/ FADH2-0.06Cyt b Fe3+/Fe2+0.04（或或0.10）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/ Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a Fe3+ / Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 0.551/2 O2/ H2O 0.82呼呼吸吸鏈鏈中中各各種種氧氧化化還還原原對(duì)對(duì)的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)氧氧化化還還原原電電位位氧化呼吸鏈的組成氧化呼吸鏈的組成胞液側(cè)胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè)基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 氧化呼吸鏈的排列順序氧化呼吸鏈的排列順序Q 1/2O2+2H+ H2O 延胡索酸延胡索酸

5、琥珀酸琥珀酸 e-Cytc e-e-e-e-NADH+H+ NAD+ 1 1NADHNADH氧化呼吸鏈：氧化呼吸鏈：NAD+ FMN (Fe-S)CoQb(Fe-S)c1caa3 丙酮酸丙酮酸 -酮戊二酸酮戊二酸 硫辛酸硫辛酸 FAD 1/2O2 H2O 異檸檬酸異檸檬酸蘋果酸蘋果酸谷氨酸谷氨酸 -羥丁酸羥丁酸 -羥脂酰羥脂酰CoA 2e 2H 2H+ 2. 2. 琥珀酸氧化呼吸鏈：琥珀酸氧化呼吸鏈：琥珀酸琥珀酸CoQb(Fe-S)c1caa31/2O2FAD(Fe-S) Cytb-磷酸甘油磷酸甘油脂肪酰脂肪酰CoAFAD(FP)H2O 2e 2H+ 兩條電子傳遞鏈的關(guān)系兩條電子傳遞鏈的關(guān)系二

6、、氧化磷酸化 （一）生物體內(nèi)（一）生物體內(nèi)ATPATP的生成方式的生成方式1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸+ATP3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP丙酮酸丙酮酸+ATP琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酰琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酸琥珀酸+CoA+GTP（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)部位（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)部位線粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的線粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/OP/O比值比值2. 2. 自由能變化與自由能變化與ATPATP的生成部位：的生成部位：氧化磷酸化可能的偶聯(lián)部位氧化磷酸化可能的

7、偶聯(lián)部位（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)滲透假說的基本要點(diǎn)化學(xué)滲透假說的基本要點(diǎn)質(zhì)子梯度的形成質(zhì)子梯度的形成ATP的合成的合成膜間腔膜間腔基質(zhì)基質(zhì)2. ATP2. ATP合酶：合酶：ATPATP合成模式圖合成模式圖氧化磷酸化的抑制劑與解偶聯(lián)劑氧化磷酸化的抑制劑與解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑四、高能磷酸鍵的儲(chǔ)存與釋放（一）高能磷酸鍵的類型（一）高能磷酸鍵的類型幾種常見的高能化合物幾種常見的高能化合物磷酸肌酸激酶的作用磷酸肌酸激酶的作用（二）（二）ATPATP循環(huán)循環(huán)ATPATP循環(huán)循環(huán)ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸

8、化 機(jī)械能機(jī)械能( (肌肉收縮肌肉收縮) )滲透能滲透能( (物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)) ) 化學(xué)能化學(xué)能( (合成代謝合成代謝) )電能電能( (生物電生物電) )熱能熱能( (維持體溫維持體溫) )（三）多磷酸核苷間的能量轉(zhuǎn)移（三）多磷酸核苷間的能量轉(zhuǎn)移 核苷單磷酸激酶核苷單磷酸激酶NMP + ATPNDP + ADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶NDP + ATPNTP + ADP五、線粒體外NADH的穿梭（一）磷酸甘油穿梭系統(tǒng)（一）磷酸甘油穿梭系統(tǒng) 線粒體線粒體 內(nèi)膜內(nèi)膜 線粒體線粒體 外膜外膜膜間腔膜間腔 線粒體線粒體 基質(zhì)基質(zhì)磷酸甘油穿梭系統(tǒng)磷酸甘油穿梭系統(tǒng) FADH2 NAD+ F

9、AD -磷酸甘磷酸甘油脫氫酶油脫氫酶 琥珀酸琥珀酸氧化氧化呼吸鏈呼吸鏈 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 PiCH2O-CH2OH C=OPiCH2O-CH2OH C=O-磷酸甘油磷酸甘油 PiCH2O-CH2OH CHOHPiCH2O-CH2OH CHOH NADH+H+ - -磷酸甘磷酸甘油脫氫酶油脫氫酶（二）蘋果酸穿梭系統(tǒng)（二）蘋果酸穿梭系統(tǒng) 谷氨酸谷氨酸- -天冬氨酸天冬氨酸 轉(zhuǎn)運(yùn)體轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸蘋果酸- - -酮酮 戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體 胞液胞液 基質(zhì)基質(zhì) NADH +H+ NAD+ -OOC-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-C-COO-OHHNADH +H+ NAD+ -OOC-

10、CH2-C-COO-OHH蘋果酸蘋果酸 -OOC-CH2-C-COO-O草酰乙酸草酰乙酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O- -酮戊二酸酮戊二酸 -OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H谷氨酸谷氨酸 蘋果酸蘋果酸 脫氫酶脫氫酶 谷草轉(zhuǎn)谷草轉(zhuǎn) 氨酶氨酶 NADH呼吸鏈呼吸鏈 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H天冬氨酸天冬氨酸 -OOC-CH2-C-COO-H3N+H-OOC-CH2-CH2-C-COO-H3N+H蘋果酸穿梭系統(tǒng)蘋果酸穿梭系統(tǒng)六、二氧化碳的生成R-CH-COOHNH2氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶R-CH2-NH2 + CO2

11、氨基酸氨基酸胺胺+ CO2CH2-COOHCO-COOHCH3CO-COOH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丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系CH3-CO-COOH + HSCoACH3COSCoA + CO2CO-COOH + CO2CH3CH2-COOHOHCH-COOHNADP+ NADPH + H+蘋果酸蘋果酸丙酮酸丙酮酸蘋果酸酶蘋果酸酶第二節(jié) 其他氧化體系一、需氧脫氫酶和氧化酶二、過氧化物酶體中的氧化酶類2H2O2 2H2O + O2 過氧化氫酶過氧化氫酶 （一）過氧化氫酶（一）過氧化氫酶R + H2O2 RO + H2O RH2+ H2O2 R + 2H2O 過氧

12、化物酶過氧化物酶 過氧化物酶過氧化物酶 （二）過氧化物酶（二）過氧化物酶三、超氧物歧化酶呼吸鏈電子傳遞過程或體內(nèi)某些物質(zhì)（如黃嘌呼吸鏈電子傳遞過程或體內(nèi)某些物質(zhì)（如黃嘌呤）氧化時(shí)，均可產(chǎn)生呤）氧化時(shí)，均可產(chǎn)生超氧陰離子超氧陰離子（O2）。）。超氧陰離子的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡滓鹆字蹶庪x子的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，易引起磷脂分子中的不飽和脂肪酸氧化生成分子中的不飽和脂肪酸氧化生成過氧化脂質(zhì)過氧化脂質(zhì)，損，損傷生物膜。傷生物膜。H2O + O2 過氧化氫酶過氧化氫酶SOD2O2+ 2H+ H2O2 + O2 四、微粒體中的氧化酶類RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2O （一）加單氧酶（一）加單氧酶混合功能氧化酶的催