生物氧化與氧化磷酸化-課件

生物氧化與氧化磷酸化1ppt課件本章內容

生物氧化概述電子傳遞鏈氧化磷酸化其他末端氧化酶系統(tǒng)2ppt課件（一）生物氧化概念

生物細胞將糖、脂肪、蛋白質等有機化合物氧化分解，最終生成CO2和H2O并釋放能量的作用。又稱作組織呼吸、細胞呼吸。一生物氧化概述

糖脂肪蛋白質CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能3ppt課件（二）生物氧化的特點1.生物氧化是在生物細胞內進行的酶促氧化過程，反應條件溫和（水溶液，中性pH、常溫、常壓），需要大量的酶和輔酶參與。2.氧化進行過程中，伴隨有還原反應的發(fā)生。3.氧化反應分階段進行，能量逐步釋放。4.生物氧化釋放的能量，通常被偶聯(lián)的磷酸化反應利用，貯存于高能化合物中。4ppt課件生物氧化與體外氧化之相同點：☆生物氧化中物質的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應的一般規(guī)律?！疃挤臒崃W規(guī)律?！钗镔|在體內外氧化時所消耗的氧量、最終產物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。5ppt課件是在細胞內溫和的環(huán)境中（體溫，pH接近中性），在一系列酶促反應逐步進行，能量逐步釋放，提高ATP生成的效率。進行廣泛的加水脫氫反應使物質能間接獲得氧，并增加脫氫的機會；脫下的氫與氧結合產生H2O，有機酸脫羧產生CO2。生物氧化與體外氧化之不同點：生物氧化體外氧化反應是在強酸、強堿、高溫、高壓條件下進行的。能量是突然釋放的。產生的CO2、H2O由物質中的碳和氫直接與氧結合生成。6ppt課件（三）生物氧化中物質氧化的方式氧化反應還原反應失電子脫氫加氧得電子加氫脫氧7ppt課件乳酸脫氫酶苯丙氨酸酪氨酸O28ppt課件（四）生物氧化中CO2

和H2O的生成1.CO2的生成：代謝底物在酶的作用下，經過一系列的脫氫與加水反應生成含羧基的化合物，通過脫羧反應生成。包括直接脫羧和氧化脫羧9ppt課件氧化脫羧脫羧酶直接脫羧10ppt課件2.H2O的生成

代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應的氫載體（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H2O

。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+

乙醇脫氫酶例：1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO=2H+11ppt課件真核生物線粒體內膜或原核生物細胞膜上的呼吸鏈作用下產生NADH鏈12ppt課件（五）高能磷酸化合物1.高能化合物生物體通過生物氧化所產生的能量，除一部分用以維持體溫外，大部分可以通過磷酸化作用轉移至高能磷酸化合物中。根據生物體內高能化合物鍵的特性可以把他們分成以下幾種類型：13ppt課件（1）磷氧鍵型

?；姿峄衔?-磷酸甘油酸磷酸乙酰磷酸14ppt課件氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账?5ppt課件焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾16ppt課件烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸PEP17ppt課件（2)氮磷鍵型磷酸肌酸（CP）磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內起儲存能量的作用。18ppt課件(3)硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸?；o酶A19ppt課件(4)甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸(SAM)20ppt課件2.ATP的結構及其在能量轉換中的作用ATP是生物能存在的主要形式ATP是能夠被生物細胞直接利用的能量形式。ATP被用作“能量通貨”ATP作為磷酸基團轉移的載體存在21ppt課件機械能--運動化學能--合成滲透能--分泌吸收電能--生物電熱能--體溫光能--生物發(fā)光ATP是生物系統(tǒng)能量交換的中心熒火蟲ATP的特殊作用22ppt課件ATP的生成和利用ATPADP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(物質主動轉運)化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內能量的儲存和利用都以ATP為中心。23ppt課件二電子傳遞鏈(electrontransportchain)(呼吸鏈respiratorychain)（一）線粒體的結構24ppt課件25ppt課件(二）概念電子傳遞鏈：又叫電子傳遞體系，是指代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落后，經過一系列的傳遞體，最后傳遞給被激活的氧原子，而生成水的全部體系。由于好氧故又稱呼吸鏈。在真核生物細胞內，它位于線粒體內膜上，原核生物中，它位于細胞膜上。26ppt課件線粒體呼吸鏈27ppt課件(三)組成

呼吸鏈由許多個組分組成，參加呼吸鏈的氧化還原酶有黃素蛋白、鐵硫蛋白、細胞色素、輔酶Q等。28ppt課件29ppt課件30ppt課件1.黃素蛋白（flavoprotein）：許多脫氫酶以NAD+/NADP+

作為電子受體，大多以NAD+為輔酶。

電子和氫離子一起被接受，還原型CoⅠ將氫移到NADH（黃素）脫氫酶上。31ppt課件電子傳遞鏈中的黃素蛋白有兩種，分別以FMN或FAD為輔基FAD和FMN32ppt課件33ppt課件2.鐵硫蛋白（iron-sulfurprotein

）

含鐵-硫絡合物的非血紅素鐵蛋白，為單電子傳遞體。通過Fe的變價傳遞電子。主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。作用：Fe2+Fe3++e

34ppt課件3.細胞色素（ctyochromes)是一類以鐵卟啉為輔基的蛋白質。

其作用靠鐵和銅的變價傳遞電子由CoQ傳到氧。

35ppt課件Cytc36ppt課件Cytaa337ppt課件38ppt課件4.輔酶Q（CoenzymeQCoQ）又稱泛醌（ubiquinone，CoQ)。1.含有很多異戊二烯側鏈的醌類化合物2.脂溶性，可在線粒體內膜中移動3.接受多種脫氫酶脫下的氫和電子變?yōu)榉捍迹–oQH2）4.是電子傳遞體中唯一可游離存在的電子載體（無蛋白）5.可在黃素脫氫酶類與細胞色素類之間起載體作用6.泛醇將電子傳給細胞色素bc1復合體，H+釋出39ppt課件40ppt課件復合體酶名稱復合體Ⅰ復合體Ⅱ復合體Ⅲ復合體ⅣNADH-泛醌還原酶琥珀酸-泛醌還原酶泛醌-細胞色素C還原酶細胞色素c氧化酶輔基FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S鐵卟啉，F(xiàn)e-S鐵卟啉，Cu多肽鏈數(shù)3941013復合體酶名稱復合體Ⅰ復合體Ⅱ復合體Ⅲ復合體ⅣNADH-泛醌還原酶琥珀酸-泛醌還原酶泛醌-細胞色素C還原酶細胞色素c氧化酶輔基FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S鐵卟啉，F(xiàn)e-S鐵卟啉，Cu多肽鏈數(shù)394101341ppt課件復合物Ⅰ——NADH-CoQ

還原酶

NADH脫氫酶輔基為FMN的黃素蛋白.鐵硫蛋白催化電子從NADH,傳遞給泛醌,使4H+釋放入內外膜間隙.NADHFMN，F(xiàn)e-SCoQ42ppt課件復合物Ⅱ——

琥珀酸-泛醌還原酶琥珀酸脫氫酶由4-5種不同的蛋白質組成，140kD含有一個FAD，2個鐵硫蛋白及細胞色素b560.催化電子從琥珀酸轉至輔酶Q，但不轉移質子。電子傳遞的方向為：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。43ppt課件復合物ⅢQ-cytc還原酶細胞色素b、c1復合體二聚體形式存在，每個單體包含兩個細胞色素b（b562、b566）、一個細胞色素c1和一個鐵硫蛋白。催化電子從輔酶Q傳給細胞色素c，每轉移一對電子，同時將4個質子由線粒體基質泵至膜間隙。b566

b562

Fe-S

c1QH2Cytc44ppt課件復合物Ⅳ——Cyt氧化酶包含兩個血紅素（a、a3）和一個含銅蛋白(CuB)通過Fe、Cu的變價傳遞電子

Cu2++eCu+

Fe3++e

Fe2+Cyta

Cyta3CytcO245ppt課件（三）呼吸鏈的電子傳遞順序呼吸鏈的各組分在線粒體內膜上按照各組分的氧化還原電位的高低，由低向高排列。在線粒體內膜上主要有兩條呼吸鏈：

NADH呼吸鏈

FADH2

呼吸鏈

46ppt課件呼吸鏈中電子傳遞時自由能的下降FADH22e-NADH47ppt課件NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-S復合物IV復合物I復合物IIINADH-Q還原酶細胞色素還原酶細胞色素氧化酶FADH2Fe-S琥珀酸復合物II琥珀酸-Q還原酶48ppt課件NADHFMN(Fe-S)Qbc1caa3O2琥珀酸

FAD(Fe-S)Qbc1caa3O2NADH氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈49ppt課件（四）呼吸鏈的電子傳遞抑制劑魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素A抗霉素A氰化物、疊氮化物、CO、H2S50ppt課件魚藤酮殺粉蝶菌素Ａ安密妥

抗霉素Ａ二巰基丙醇

CO、CN-、N3-及Ｈ２Ｓ51ppt課件（一）氧化磷酸化1.定義：呼吸鏈中電子的傳遞過程偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP的方式，這種氧化放能反應與磷酸化吸能反應的偶聯(lián)，稱為氧化磷酸化作用。2.氧化磷酸化作用是體內產生ATP的主要方式三氧化磷酸化oxidatirephosphorylation52ppt課件3.根據生物氧化方式，可將氧化磷酸化分為底物水平磷酸化及氧化磷酸化（電子傳遞磷酸化）。底物水平磷酸化：Substrate-levelphospharylation,底物被氧化的過程中，形成了某些高能磷酸化合物的中間產物，通過酶的作用可使ADP生成ATP。53ppt課件底物磷酸化形成高能磷酸化合物的能量來自底物脫氫，分子內部能量的重新分布。如：糖酵解過程產生ATP54ppt課件P/O比值是指每消耗一摩爾氧所消耗無機磷酸的摩爾數(shù)或每消耗1mol氧所生成的ATP的mol數(shù).根據所消耗的無機磷酸摩爾數(shù)，可間接測出ATP生成量。實驗指明NADH呼吸鏈的P/O值是3，即每消耗一摩爾氧原子就可形成3摩爾ATP，F(xiàn)ADH2呼吸鏈的P/O值是2，即消耗一摩爾氧原子可形成2摩爾ATP。(二)P/O55ppt課件56ppt課件(三)ATP產生的部位氧化磷酸化偶聯(lián)的部位就是ATP產生的部位。呼吸鏈中產生ATP的部位有三個：NADHCoQCytbCytc1

Cytaa3O257ppt課件

氧化與磷酸化作用如何耦聯(lián)尚不夠清楚，目前主要有三個學說：化學偶聯(lián)學說、結構偶聯(lián)學說與化學滲透學說化學滲透學說的主要論點呼吸鏈存在于線粒體內膜之上，當氧化進行時，呼吸鏈起質子泵作用，質子被泵出線粒體內膜之外側，造成了膜內外兩側間跨膜的化學電位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP與Pi合成ATP。(四)ATP產生的機理58ppt課件Fl蛋白：是球狀結構，由5種不同的多肽鏈組成，催化ATP合成的部位在β亞基上

F0質子通道：是跨線粒體內膜的疏水蛋白質，由4種多肽鏈組成

F0和Fl之間的柄：包含有兩種蛋白質。一種為寡霉素敏感蛋白(OSCP)

，一種為偶合因子6

寡霉素結合區(qū)(四)ATP產生的機理1.線粒體偶聯(lián)因子F1-F0-ATP合酶系統(tǒng)59ppt課件ATP合成酶由疏水的F0(a1b2c9

12)和親水的F1(

3

3

)組成.質子穿過a時,推動c環(huán)象轉動,連帶F1轉動.60ppt課件ATP酶的旋轉催化理論

亞基有三種構象:松L、緊T、放O。生產ATP的過程：結和（L）脫水（T）松開（O）（O）H+H+H+

61ppt課件線粒體基質

線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP2.化學滲透偶聯(lián)假說(chemiosmotichypothesis):

P.Mitchell1961年提出，1978年獲諾貝爾化學獎電子傳遞釋出的能量用于形成跨膜的質子（H+）梯度，此梯度用以驅動ATP的合成。62ppt課件主要內容：電子傳遞的自由能驅動H+從線粒體基質跨過內膜進入到膜間隙，從而形成跨線粒體內膜的H+電化學梯度，這個梯度的電化學電勢驅動ATP的合成。63ppt課件某些特殊的試劑可將氧化磷酸化過程分成若干個反應階段，根據這些試劑的作用方式將其分成三類：

解偶聯(lián)劑氧化磷酸化抑制劑離子載體抑制劑(四)氧化磷酸化的抑制劑和解偶聯(lián)劑64ppt課件1.解偶聯(lián)劑（uncouplers）作用：使ADP磷酸化與電子傳遞兩個過程分離，只抑制ATP的生成，而不抑制電子傳遞的過程，使電子傳遞過程中產生的能量全部以熱能的形式散發(fā)出來。典型的解偶聯(lián)劑

2,4-二硝基苯酚（2,4-dinitrophenolDNP）65ppt課件DNP的解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內膜內外低pH高pH不能形成質子梯度，使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。抑制ATP的生成，不抑制電子傳遞，使電子傳遞產生的自由能都變?yōu)闊崮苌⑹А?6ppt課件作用：

既抑制氧的吸收利用又抑制ATP的形成，卻不直接抑制電子傳遞鏈上的載體的作用，直接干擾ATP的生成。典型的抑制劑寡霉素（oligomycin）

2.氧化磷酸化抑制劑67ppt課件

寡霉素(oligomycin)對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。寡霉素68ppt課件3.離子載體抑制劑（Ionophore）作用方式：插入線粒體內膜的脂質雙分子層中，結合某些離子，并作為離子的載體，使離子穿過線粒體內膜，不能形成離子梯度。典型的抑制劑：纈氨霉素：結合K+短桿菌肽：結合K+

、Na+和其他一些一價陽離子69ppt課件五線粒體的穿梭系統(tǒng)生物氧化和氧化磷酸化主要發(fā)生在線粒體內，NAD