第六章生物氧化詳解演示文稿

第六章生物氧化詳解演示文稿本文檔共78頁；當前第1頁；編輯于星期三\13點30分優(yōu)選第六章生物氧化本文檔共78頁；當前第2頁；編輯于星期三\13點30分物質(zhì)在生物體內(nèi)氧化分解并釋放出能量的過程稱為生物氧化(biologicaloxidation)。What’sbiologicaloxidation?有機物+O2CO2+H2O+能量本文檔共78頁；當前第3頁；編輯于星期三\13點30分生物體內(nèi)的生物氧化過程與體外燃燒不同的是：在37℃，近于中性的含水環(huán)境中，由酶催化進行；反應逐步釋放出能量，相當一部分能量以高能磷酸酯鍵的形式儲存起來。本文檔共78頁；當前第4頁；編輯于星期三\13點30分糖原甘油三酯蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoA

呼吸鏈H2O

ADP+PiATP

CO2

生物氧化的一般過程2H

TAC本文檔共78頁；當前第5頁；編輯于星期三\13點30分Section1TheOxidationSystemofProducingATP第一節(jié)生成ATP的氧化體系本文檔共78頁；當前第6頁；編輯于星期三\13點30分在線粒體中，由若干遞氫體或遞電子體按一定順序排列組成的，與細胞呼吸過程有關(guān)的鏈式反應體系稱為呼吸鏈(respiratorychain)。一、線粒體氧化呼吸鏈What’srespiratorychain?本文檔共78頁；當前第7頁；編輯于星期三\13點30分構(gòu)成呼吸鏈的遞氫體或遞電子體通常以復合體的形式存在于線粒體內(nèi)膜上。本文檔共78頁；當前第8頁；編輯于星期三\13點30分（一）呼吸鏈的組成本文檔共78頁；當前第9頁；編輯于星期三\13點30分1．復合體Ⅰ（NADH-泛醌還原酶）：NADH還原酶+4×(Fe-S)FMN;Fe-SN-1a/b;

Fe-SN-2;

Fe-SN-3;Fe-SN-4NADH→→CoQ本文檔共78頁；當前第10頁；編輯于星期三\13點30分NADH還原酶NADH還原酶催化（NADH+H+）的脫氫反應，從而將2H傳遞給其輔基FMN，生成FMNH2。本文檔共78頁；當前第11頁；編輯于星期三\13點30分鐵硫蛋白鐵硫蛋白(Fe-S)共有9種同工蛋白；分子中含有由半胱氨酸殘基硫原子及無機硫原子與鐵離子形成的鐵硫中心(鐵硫簇)，一次可傳遞一個電子至CoQ。本文檔共78頁；當前第12頁；編輯于星期三\13點30分鐵硫中心的結(jié)構(gòu)SS無機硫半胱氨酸硫本文檔共78頁；當前第13頁；編輯于星期三\13點30分泛醌（CoQ）

泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）是游離存在于線粒體內(nèi)膜中的脂溶性有機化合物，由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應時可在醌型與氫醌型之間相互轉(zhuǎn)變。本文檔共78頁；當前第14頁；編輯于星期三\13點30分2．復合體Ⅱ（琥珀酸-泛醌還原酶）：琥珀酸脫氫酶+3×(Fe-S)+Cytb560FAD;Fe-S1;

b560;

Fe-S2;

Fe-S3琥珀酸→→CoQ本文檔共78頁；當前第15頁；編輯于星期三\13點30分這是一類以鐵卟啉為輔基的酶。在生物氧化反應中，其鐵離子可為+2價亞鐵離子，也可為+3價高鐵離子，通過這種轉(zhuǎn)變而傳遞電子。細胞色素為單電子傳遞體。細胞色素根據(jù)其鐵卟啉輔基的結(jié)構(gòu)以及吸收光譜的不同而分類。細胞色素類本文檔共78頁；當前第16頁；編輯于星期三\13點30分鐵卟啉輔基的分子結(jié)構(gòu)本文檔共78頁；當前第17頁；編輯于星期三\13點30分細胞色素可存在于線粒體內(nèi)膜，也可存在于微粒體。存在于線粒體內(nèi)膜的細胞色素有Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1；存在于微粒體的細胞色素有CytP450和Cytb5。本文檔共78頁；當前第18頁；編輯于星期三\13點30分細胞色素b的分子結(jié)構(gòu)本文檔共78頁；當前第19頁；編輯于星期三\13點30分細胞色素c的分子結(jié)構(gòu)本文檔共78頁；當前第20頁；編輯于星期三\13點30分3．復合體Ⅲ（泛醌-細胞色素c還原酶）：2×Cytb+Cytc1+(Fe-S)b562;b566;Fe-S;c1QH2→

→Cytc

本文檔共78頁；當前第21頁；編輯于星期三\13點30分Cyta+Cyta3

4．復合體Ⅳ（細胞色素c氧化酶）：CuA→a→a3→CuB還原型Cytc→→O2本文檔共78頁；當前第22頁；編輯于星期三\13點30分（二）呼吸鏈組分的排列順序通過四個方面的實驗可確定呼吸鏈各組分的排列順序：①標準氧化還原電位②拆開和重組③特異抑制劑阻斷④還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧本文檔共78頁；當前第23頁；編輯于星期三\13點30分本文檔共78頁；當前第24頁；編輯于星期三\13點30分氧化呼吸鏈的組成⑴NADH氧化呼吸鏈NADH→復合體Ⅰ→Q→復合體Ⅲ→Cytc→復合體Ⅳ→O2⑵琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸→復合體Ⅱ→Q→復合體Ⅲ→Cytc→復合體Ⅳ→O2本文檔共78頁；當前第25頁；編輯于星期三\13點30分本文檔共78頁；當前第26頁；編輯于星期三\13點30分

1．NADH氧化呼吸鏈：NAD+→[FMN(Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3

丙酮酸

-酮戊二酸

硫辛酸

FAD

1/2O2

H2O

異檸檬酸蘋果酸谷氨酸

-羥丁酸

-羥脂酰CoA

2e

2H

2H+

本文檔共78頁；當前第27頁；編輯于星期三\13點30分2.琥珀酸氧化呼吸鏈：琥珀酸→CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3→1/2O2FAD(Fe-S)

Cytb-磷酸甘油脂肪酰CoA[FAD(FP)]H2O

2e

2H+

本文檔共78頁；當前第28頁；編輯于星期三\13點30分兩條電子傳遞鏈的關(guān)系本文檔共78頁；當前第29頁；編輯于星期三\13點30分二、氧化磷酸化1.底物水平磷酸化：直接將底物分子中的高能鍵轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP分子中的末端高能磷酸鍵的過程稱為底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)。（一）生物體內(nèi)ATP的生成方式本文檔共78頁；當前第30頁；編輯于星期三\13點30分底物水平磷酸化見于下列三個反應：1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP3-磷酸甘油酸激酶

⑴

⑵丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸+ADP丙酮酸+ATP⑶琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酸+CoA+GTP本文檔共78頁；當前第31頁；編輯于星期三\13點30分2.氧化磷酸化：在線粒體中，底物分子脫下的氫原子經(jīng)遞氫體系傳遞給氧，在此過程中釋放能量使ADP磷酸化生成ATP，這種能量的生成方式就稱為氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)。本文檔共78頁；當前第32頁；編輯于星期三\13點30分（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)部位1.P/O比值：通過測定在氧化磷酸化過程中，氧的消耗與無機磷酸消耗之間的比例關(guān)系，可以反映底物脫氫氧化與ATP生成之間的比例關(guān)系。每消耗一摩爾氧原子所消耗的無機磷原子的摩爾數(shù)稱為P/O比值。本文檔共78頁；當前第33頁；編輯于星期三\13點30分線粒體離體實驗測得的一些底物的P/O比值本文檔共78頁；當前第34頁；編輯于星期三\13點30分合成1molATP時，需要提供的能量至少為ΔG0‘=-30.5kJ/mol，相當于氧化還原電位差ΔE0’=0.2V。因此，在NADH氧化呼吸鏈中有三處可以生成ATP，而在琥珀酸氧化呼吸鏈中，只有兩處可以生成ATP。2.自由能變化與ATP的生成部位：本文檔共78頁；當前第35頁；編輯于星期三\13點30分氧化磷酸化的偶聯(lián)部位本文檔共78頁；當前第36頁；編輯于星期三\13點30分（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機制1.化學滲透假說：目前公認的氧化磷酸化的偶聯(lián)機制是1961年由PeterMitchell提出的化學滲透學說(chemios-motichypothesis)。本文檔共78頁；當前第37頁；編輯于星期三\13點30分化學滲透假說的基本要點該學說認為氧化呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜上，當氧化反應進行時，H+通過氫泵作用被排斥到線粒體內(nèi)膜外側(cè)（膜間腔），從而形成跨膜pH梯度和跨膜電位差。當質(zhì)子順濃度梯度回流時，這種形式的“勢能”可以被存在于線粒體內(nèi)膜上的ATP合酶利用，生成高能磷酸基團，并與ADP結(jié)合而合成ATP。本文檔共78頁；當前第38頁；編輯于星期三\13點30分質(zhì)子梯度的形成機制質(zhì)子的轉(zhuǎn)移主要通過氧化呼吸鏈在遞氫或遞電子過程中所形成的氧化還原袢來完成。每傳遞兩個氫原子，就可向膜間腔釋放10個質(zhì)子。本文檔共78頁；當前第39頁；編輯于星期三\13點30分復合體Ⅰ的氧化還原袢本文檔共78頁；當前第40頁；編輯于星期三\13點30分復合體Ⅲ的氧化還原袢本文檔共78頁；當前第41頁；編輯于星期三\13點30分復合體Ⅳ的氧化還原袢本文檔共78頁；當前第42頁；編輯于星期三\13點30分質(zhì)子梯度的形成本文檔共78頁；當前第43頁；編輯于星期三\13點30分ATP的合成當質(zhì)子從膜間腔返回基質(zhì)中時，這種“勢能”可被位于線粒體內(nèi)膜上的ATP合酶利用以合成ATP。本文檔共78頁；當前第44頁；編輯于星期三\13點30分嵌于線粒體內(nèi)膜上，其頭部呈顆粒狀，突出于線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)。膜間腔基質(zhì)2.ATP合酶：本文檔共78頁；當前第45頁；編輯于星期三\13點30分ATP合酶的分子結(jié)構(gòu)由親水部分F1(33亞基)和疏水部分F0(a1b2c9~12亞基)組成。本文檔共78頁；當前第46頁；編輯于星期三\13點30分ATP合酶F1段的結(jié)構(gòu)側(cè)面圖正面圖本文檔共78頁；當前第47頁；編輯于星期三\13點30分ATP合成模式圖本文檔共78頁；當前第48頁；編輯于星期三\13點30分三、氧化磷酸化的影響因素ATP/ADP比值是調(diào)節(jié)氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，當ATP/ADP比值升高時，則氧化磷酸化速度減慢。（一）ATP/ADP比值本文檔共78頁；當前第49頁；編輯于星期三\13點30分甲狀腺激素可間接影響氧化磷酸化的速度。其原因是甲狀腺激素可以激活細胞膜上的Na+,K+-ATP酶，使ATP水解增加，導致ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加快。（二）甲狀腺激素本文檔共78頁；當前第50頁；編輯于星期三\13點30分（三）藥物和毒物1．呼吸鏈抑制劑：能夠抑制呼吸鏈遞氫或遞電子過程的藥物或毒物稱為呼吸鏈抑制劑。本文檔共78頁；當前第51頁；編輯于星期三\13點30分能夠抑制第一位點的有異戊巴比妥、粉蝶霉素A、魚藤酮等；能夠抑制第二位點的有抗霉素A和二巰基丙醇；能夠抑制第三位點的有CO、H2S和CN-、N3-。其中，CN-和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而CO和H2S主要抑制還原型Cytaa3-Fe2+。本文檔共78頁；當前第52頁；編輯于星期三\13點30分2．解偶聯(lián)劑：不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程，但能使氧化產(chǎn)生的能量不能用于ADP磷酸化的藥物或毒物稱為解偶聯(lián)劑。解偶聯(lián)劑通常引起線粒體內(nèi)膜對質(zhì)子的通透性增加，從而使線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度不能形成。主要的解偶聯(lián)劑有2,4-二硝基酚。本文檔共78頁；當前第53頁；編輯于星期三\13點30分能抑制ATP合酶的質(zhì)子回流，從而使線粒體內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子電化學梯度增高，對呼吸鏈的電子傳遞和ADP磷酸化均產(chǎn)生抑制作用的藥物和毒物稱為氧化磷酸化抑制劑，如寡霉素。3．氧化磷酸化抑制劑：本文檔共78頁；當前第54頁；編輯于星期三\13點30分氧化磷酸化的抑制劑本文檔共78頁；當前第55頁；編輯于星期三\13點30分四、高能磷酸鍵的儲存與釋放生物化學中常將水解時釋放的能量>20kJ/mol的磷酸鍵稱為高能磷酸鍵。主要有以下幾種類型：1．磷酸酐鍵：包括各種多磷酸核苷類化合物，如ADP，ATP，GDP，GTP，CDP，CTP，GDP，GTP及PPi等，水解后可釋放出30.5kJ/mol的自由能。（一）高能磷酸鍵的類型本文檔共78頁；當前第56頁；編輯于星期三\13點30分2．混合酐鍵：由磷酸與羧酸脫水后形成的酐鍵，主要有1,3-二磷酸甘油酸等化合物。在標準條件下水解可釋放出61.9kJ/mol的自由能。3．烯醇磷酸鍵：見于磷酸烯醇式丙酮酸中，水解后可釋放出61.9kJ/mol的自由能。4．磷酸胍鍵：見于磷酸肌酸中，水解后可釋放出43.9kJ/mol的自由能。本文檔共78頁；當前第57頁；編輯于星期三\13點30分幾種常見的高能化合物本文檔共78頁；當前第58頁；編輯于星期三\13點30分磷酸肌酸（creatinephosphate,C～P）是骨骼肌和腦組織中能量的貯存形式。磷酸肌酸中的高能磷酸鍵不能被直接利用，必須先將其高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ATP，才能供生理活動之需。反應過程由磷酸肌酸激酶（CPK）催化完成。本文檔共78頁；當前第59頁；編輯于星期三\13點30分磷酸肌酸激酶的作用本文檔共78頁；當前第60頁；編輯于星期三\13點30分（二）ATP循環(huán)ATP是生物界普遍使用的供能物質(zhì)，有“通用貨幣”之稱。ATP分子中含有兩個高能磷酸酐鍵（A-P~P~P），均可以水解供能。ATP水解為ADP并供出能量之后，又可通過氧化磷酸化重新合成，從而形成ATP循環(huán)。本文檔共78頁；當前第61頁；編輯于星期三\13點30分ATP循環(huán)ATP

ADP

肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P

~P

機械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運)化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)本文檔共78頁；當前第62頁；編輯于星期三\13點30分（三）多磷酸核苷間的能量轉(zhuǎn)移在生物體內(nèi)，除了可直接使用ATP供能外，還使用其他形式的高能磷酸鍵供能，如UTP用于糖原的合成，CTP用于磷脂的合成，GTP用于蛋白質(zhì)的合成等。核苷單磷酸激酶NMP+ATPNDP+ADP核苷二磷酸激酶NDP+ATPNTP+ADP本文檔共78頁；當前第63頁；編輯于星期三\13點30分五、線粒體外NADH的穿梭胞液中的3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油或乳酸脫氫，均可產(chǎn)生NADH。這些NADH可經(jīng)穿梭系統(tǒng)而進入線粒體氧化磷酸化，產(chǎn)生H2O和ATP。本文檔共78頁；當前第64頁；編輯于星期三\13點30分（一）磷酸甘油穿梭系統(tǒng)主要存在于腦和骨骼肌中。NADH通過此穿梭系統(tǒng)帶一對氫原子進入線粒體，由于經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈進行氧化磷酸化，故只能產(chǎn)生2分子ATP。本文檔共78頁；當前第65頁；編輯于星期三\13點30分

線粒體內(nèi)膜

線粒體外膜膜間腔

線粒體基質(zhì)磷酸甘油穿梭系統(tǒng)

FADH2

NAD+

FAD

-磷酸甘油脫氫酶

琥珀酸氧化呼吸鏈

磷酸二羥丙酮

-磷酸甘油

NADH+H+-磷酸甘油脫氫酶本文檔共78頁；當前第66頁；編輯于星期三\13點30分（二）蘋果酸穿梭系統(tǒng)主要存在于肝和心肌中。胞液中NADH+H+的一對氫原子經(jīng)此穿梭系統(tǒng)帶入一對氫原子，由于經(jīng)NADH氧化呼吸鏈進行氧化磷酸化，故可生成3分子ATP。本文檔共78頁；當前第67頁；編輯于星期三\13點30分谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運體蘋果酸--酮戊二酸轉(zhuǎn)運體

胞液

基質(zhì)

NADH+H+

NAD+NADH+H+NAD+

蘋果酸草酰乙酸

-酮戊二酸

谷氨酸蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶NADH呼吸鏈

天冬氨酸

蘋果酸穿梭系統(tǒng)本文檔共78頁；當前第68頁；編輯于星期三\13點30分六、二氧化碳的生成在生物體內(nèi)，CO2是通過有機酸的脫羧作用生成的。按照羧基所連接的位置不同，可將有機酸的脫羧作用分為-脫羧和-脫羧。按照脫羧時是否伴有氧化作用，可將有機酸的脫羧作用分為單純脫羧和氧化脫羧。本文檔共78頁；當前第69頁；編輯于星期三\13點30分1.–單純脫羧：見于氨基酸的脫羧作用。R-CH-COOHNH2氨基酸脫羧酶R-CH2-NH2+CO2氨基酸胺本文檔共78頁；當前第70頁；編輯于星期三\13點30分2.–單純脫羧：見于草酰乙酸的脫羧作用。+CO2CH2-COOH│CO-COOHCH3│CO-COOH草酰乙酸脫羧酶草酰乙酸丙酮酸本文檔共78頁；當前第71頁；編輯于星期三\13點30分3.-氧化脫羧：見于丙酮酸的脫氫與脫羧作用。丙酮酸脫氫酶系CH3-CO-COOH+HSCoACH3CO~SCoA+CO2NAD+NADH+H+丙酮酸乙酰CoA本文檔共78頁；當前第72頁；編輯于星期三\13點30分4.