生物化學簡明教程生物氧化

生物化學簡明教程生物氧化第1頁/共54頁新陳代謝定義：生物與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和能量交換的過程。外界物質(zhì)細胞物質(zhì)消化、吸收、合成排泄分解中間代謝（metabolisim）第2頁/共54頁中間代謝能量代謝分解代謝（異化作用）合成代謝（同化作用）小分子→生物大分子

需要能量生物大分子→小分子放出能量物質(zhì)代謝第3頁/共54頁新陳代謝的研究方法活體內(nèi)與活體外實驗代謝途徑阻斷法同位素示蹤法第4頁/共54頁自由能和高能化合物可用于作功的能量

水解反應(yīng)或基團轉(zhuǎn)移時，可產(chǎn)生大量自由能的化學鍵稱作高能鍵，具有高能鍵的化合物稱作高能化合物高能鍵和高能化合物：自由能：第5頁/共54頁第6頁/共54頁ATP腺苷三磷酸(ATP)第7頁/共54頁第8頁/共54頁ATP是能量的攜帶者和傳遞者;但ATP不是能量的貯存者;磷酸肌酸，為高能磷酸基的暫時貯存形式，存在于肌肉和其他興奮性組織，如腦和神經(jīng)細胞中。在脊椎動物中，肌酸與ATP反應(yīng)可逆地生成磷酸肌酸，這個反應(yīng)是由肌酸激酶催化的。磷酸肌酸的功能是保持肌肉，特別是骨骼肌和心肌有較高的ATP水平。第9頁/共54頁有機物在生物體細胞內(nèi)的氧化稱為生物氧化。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能BiologicalOxidation生物氧化第10頁/共54頁生物氧化的特點：1、氧化的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移(1)直接進行電子轉(zhuǎn)移Fe2+Cu2++Fe3++Cu+(2)氫原子的轉(zhuǎn)移AH2B+A+BH2(3)有機還原劑直接加氧RHO2+ROH+H2O+2H++2e第11頁/共54頁2、在細胞中進行；3、在一系列酶、輔酶和中間傳遞體的作用下逐步進行；4、能量的釋放也是逐步進行的，且轉(zhuǎn)移到一些高能化合物中去；5、生物氧化的部位：在真核細胞中，生物氧化主要在線粒體內(nèi)進行，在原核生物中，生物氧化在細胞膜上進行。第12頁/共54頁要解決的3個問題：如何生成CO2?如何生成H2O?如何生成ATP?第13頁/共54頁生物氧化中CO2的生成1、直接脫羧2、氧化脫羧方式：脫羧第14頁/共54頁丙酮酸脫羧酶直接脫羧第15頁/共54頁HCOHCOOHCH2COOH+NADP+C=OCH2COOH+NADPH+H+蘋果酸酶氧化脫羧+CO2第16頁/共54頁⑶脫下的氫經(jīng)一系列傳遞體，傳給氧，形成水。生物氧化中水的生成1、過程：⑴氫的激活脫落；（脫氫酶）M·2HM+2H⑵氧的活化；（氧化酶）1/2O2+2e1/2O22-第17頁/共54頁2、呼吸鏈（respiratorychain）

代謝物上的氫被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)過一系列的傳遞體，最終傳遞給被激活的氧分子，而形成水的全部體系稱為呼吸鏈，又稱為電子傳遞鏈（electrontransportchain）第18頁/共54頁第19頁/共54頁第20頁/共54頁NADH呼吸鏈：NADHFMNCoQCytbCytc1Cytaa3CytcO2FADH2呼吸鏈FADH2CoQCytbCytc1Cytaa3CytcO2第21頁/共54頁呼吸鏈中的遞氫體NAD+、FMN、FAD、CoQNADP+、呼吸鏈中的遞電子體CytbCytc1CytcCytaCyta3第22頁/共54頁氧化還原電位NADHFMNCoQCytbCytc1Cytaa3CytcO2-0.32-0.18-0.30+0.1+0.07+0.22+0.25+0.29+0.816FADE0’呼吸鏈各組分排列的順序第23頁/共54頁NADH-CoQ還原酶(復合物Ⅰ)4個質(zhì)子從基質(zhì)排出到間隙由42條多肽鏈組成，其輔基是FMN第24頁/共54頁NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2第25頁/共54頁琥珀酸脫氫酶(復合物Ⅱ)由4條多肽鏈組成，其輔基是FAD第26頁/共54頁

復合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3

功能:將請氫從琥珀酸傳遞給泛醌第27頁/共54頁CoQ-Cytc還原酶復合物(復合物Ⅲ)4個質(zhì)子從基質(zhì)排出到間隙Cytbc1復合物包含Cytb、Cytc1和FeS蛋白，由11條多肽鏈組成。第28頁/共54頁

復合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1

功能：將電子從泛醌傳遞給細胞色素c第29頁/共54頁細胞色素C氧化酶復合物(復合物Ⅳ)2個質(zhì)子從基質(zhì)排出到間隙包含Cyta和Cyta3蛋白，由13條多肽鏈組成。第30頁/共54頁

功能：將電子從細胞色素c傳遞給氧

復合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB第31頁/共54頁第32頁/共54頁424第33頁/共54頁電子傳遞抑制劑NADHCoQCytbCytc1Cytaa3CytcO2魚藤酮安密妥殺粉蝶菌素抗霉素ACN-N3-CO第34頁/共54頁四、ATP的生成底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)電子傳遞體系磷酸化(electrontransportphosphorylation)第35頁/共54頁底物水平磷酸化烯醇式丙酮酸磷酸丙酮酸丙酮酸激酶第36頁/共54頁甘油酸磷酸激酶底物水平磷酸化第37頁/共54頁底物水平磷酸化GTP琥珀酸硫激酶琥珀酰輔酶A琥珀酸CoASH第38頁/共54頁氧化磷酸化指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。(oxidativephosphorylation)第39頁/共54頁蘋果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)胞液中的NADH如何進入線粒體？α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)第40頁/共54頁α-磷酸甘油穿梭主要存在于肌肉、神經(jīng)組織第41頁/共54頁蘋果酸穿梭主要存在于肝臟、腎臟和心臟第42頁/共54頁442第43頁/共54頁化學滲透學說1、呼吸鏈上的電子在傳遞過程中產(chǎn)生的能量驅(qū)使H+從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進入到膜間隙；2、泵出膜外側(cè)的H+不能自由返回內(nèi)側(cè)，因而使內(nèi)膜外側(cè)的H+離子濃度高于內(nèi)側(cè)，造成了離子濃度的跨膜梯度，此H+濃度差使外側(cè)的pH較內(nèi)側(cè)低1.4單位左右，并使原有的內(nèi)負外正的跨膜電位增高。H+梯度所包含的能量可以驅(qū)使ADP和Pi生成ATP;3、H+通過ATP合酶上特殊的途徑(F0)，返回基質(zhì)，使質(zhì)子發(fā)生逆向回流。由于H+梯度所釋放的自由能,耦聯(lián)ADP與Pi合成ATP，質(zhì)子的電化學梯度也隨之消失。第44頁/共54頁ATP合酶：F0+F1（EC3.6.3.14）

F0：a、b、c3種亞基（a1、b2、c9-12）

F1：α、β、γ、δ、ε5種不同亞基（9條多肽鏈）第45頁/共54頁ATP4-F0F1胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白磷酸轉(zhuǎn)運蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-第46頁/共54頁氧化磷酸化的P/O比每合成1molATP需3個質(zhì)子通過ATP合成酶，同時產(chǎn)生的每1個ATP從線粒體基質(zhì)進入胞質(zhì)還需要消耗1個質(zhì)子每產(chǎn)生1個ATP需消耗多少個質(zhì)子？一對電子從NADH傳到氧共產(chǎn)生多少個ATP？（4+4+2）/4=2.5因此P/O比=2.5第47頁/共54頁三、影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈抑制劑阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2.解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：2，4-二硝基苯酚，解偶聯(lián)蛋白3.氧化磷酸化抑制劑對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（一）抑制劑第48頁/共54頁魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點第49頁/共54頁氧化磷酸化的解偶聯(lián)ⅢⅠ

Ⅱ

F0

F1

Ⅳ

CytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能

H+H+ADP+PiATP第50頁/共54頁

寡霉素(oligomycin)可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素氧化磷酸化抑制劑第51頁/共54頁Binding-changemechanismofPaulBoyer,rotationofthegamma-subunit(darkblue)relativetothea,b-ring(thethreea,b-pairsarerepresentedbydifferentshadesofgreen,red,orblue)inducesachangeinthebindingaffinitiesof