生物化学(生物氧化)课件PPT.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 生物氧化,第一节 生物氧化概述,一,.,生物氧化,(,一,),生物氧化,(biological oxidation),：,糖、脂、蛋白质等有机,物质在活细胞内氧化分解，产生,CO,2,和,H,2,O,并放出能量的,作用称生物氧化。,特点,：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。,(,二,),生物氧化的方式,1.CO,2,的生成,脱羧作用：,脱羧和,脱羧两种类型,脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧,(1),直接脱羧 丙酮酸脱羧反应,(2),直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应,(3),氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应,(4),氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应,图,5-1,几种物质脱羧反应,反应部位,：真核线粒体、原核细胞膜,1,2.,水的生成,H,脱氢酶,传递体和氧化酶,O,2,生成,H,2,O,图,5-2,生物氧化体系,2,二,.,能量守恒与转化,(,一,),自由能的概念,自由能,(free energy),：在一个体系中，能够用来做有用功的那部份能量，又称,Gibbs,自由能，用符号,G,来表示。,(,二,),氧化还原电位,通常用氧化还原电极电位,(,氧化还原电势,),来相对表示各化合物对电子亲和力的大小。,电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方程为,:,E,=E,+,RT,nF,In,C,氧化态,C,还原态,3,(,三,),氧化还原电位与自由能的关系,G,=-nF E,三,.,高能磷酸化合物,(,一,),高能磷酸化合物的概念,高能磷酸化合物：,一般将水解时释放,20.9KJ/mol,以上自由能的化合物称之，含有高能量的键称为高能键，常用”符号表示，典型的代表是三磷酸腺苷,(ATP),含有两个高能键。,图,5-7,三磷酸腺苷的结构,4,图,5-7,三磷酸腺苷的结构,5,(,二,),高能化合物类型,1.,磷氧键型,(-O-P),(1),酰基磷酸化合物,(2),焦磷酸化合物,(3),烯醇式磷酸化合物,2.,氮磷键型,(-N-P),胍基磷酸化合物,3.,硫酯键型,3,-,磷酸腺苷,-5,-,磷酰硫酸,4.,甲硫键型,S-,腺苷甲硫氨酸,(,三,)ATP,的特殊作用,1.,作为中间传递体,ATPADP,循环是生物系统的能量交换中枢。,2.,作为中间载体 作为磷酸基团转移反应的中间载体。,6,第二节 呼吸链与氧化磷酸化,一,.,呼吸链,(,一,),线粒体,外膜 内膜 基质,线粒体基质酶类包括三羧酸循环酶类,脂肪酸,一氧化酶类和氨基酸分解代谢酶类等,.,图,5-16,线粒体的结构,(,二,),呼吸链,呼吸链,(respiratory chain,电子传递链,ETC):,指代谢物上,脱下的氢,(,质子和电子,),经一系列递氢体或电子传递体按对电,子亲和力渐渐升高的顺序依次传递，最后传给分子氧而生,成水的全部体系。,7,呼吸链,NADH,呼吸链,FADH,2,呼吸链,图,5-17 NADH,呼吸链（,A,）和,FADH2,呼吸链（,B,）,8,（三）呼吸链组成,1,、黄素蛋白（,flavoprotein,）两种,2,、铁硫蛋白（,Iron-sulfur protein,）,Fe,2,S,2,或,Fe,4,S,4,3,、细胞色素（,cytochrome,）,5,种 细胞色素,b,（,Cytb,）、细胞色素,c,1,（,Cytc,1,）、细胞色素,c,（,Cytc,）、细胞色素,a,（,Cyta),和细胞色素,a,3,(Cyta,3,),。,4,、泛醌（,ubiquinone,）又称辅酶,Q,（,CoQ,）,（四）内膜复合物,1,、复合物,（,NADH,脱氢酶）,2,、复合物,（琥珀酸脱氢酶）,3,、复合物,（细胞色素,b,、细胞色素,c,1,和细胞色素,c,的复合体）,4,、复合物,（细胞色素氧化酶）,（五）电子传递链的排列顺序,9,图,5-23,电子传递体在呼吸链中的排列顺序,10,（六）电子传递抑制剂,1,、鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素,NADHCoQ,2,、抗霉素,A CytbCytc,1,3,、氰化物、叠氮化物、,CO Cytaa,3,O,2,图,5-25,电子传递链抑制部位,11,二、氧化磷酸化,（一）氧化磷酸化概念,氧化磷酸化：指的是与生物氧化作用相伴而生的磷酸,化作用，是将生物氧化过程中释放的自由能，用于,ADP,和无机磷酸生成高能,ATP,的作用。,1,、底物水平磷酸化,XP,ADPXH+ATP,2,、氧化磷酸化,NADH,或,FADH,2,O,2,产生,ATP,（二）氧化磷酸化作用机理,12,3,种假说,化学偶联假说,构像偶联假说,化学渗透假说,1961,年，英国,Mitchell,化学渗透假说,1,、,递氢体和递电子体,交替排列、有序定位、定向反应,2,、,电子传递链有着,H,+,泵,的作用，能定向地将,H,+,从,基质,泵到内,膜外,NADH,往返,3,次，,FADH,2,往返,2,次,3,、,完整的线粒体内膜有,选择透性,，,形成跨膜,pH,梯度,和跨膜电位,梯度,4,、,内膜上嵌有,F,0,F,1,-ATP,酶复合体,图,5-27,化学渗透假说,高能共价中间物,能量,膜蛋白、,ATP,酶构象改变,13,（三）氧化磷酸化的解偶联和抑制,1,、特殊试剂的解偶联作用,（,1,）解偶联剂,2,4-,二硝基苯酚（,DNP,）,（,2,）氧化磷酸化抑制剂 寡霉素,（,3,）离子载体抑制剂 缬氨,霉素,2,、激素控制的解偶联机制,褐色脂肪组织线粒体 产热素使氧化磷酸化解偶联，产生热量。,（四）线粒体外,NADH,的氧化磷酸化作用 了解,1,、,磷酸甘油穿梭途径,2,、苹果酸,天冬氨酸穿梭途径,（五）能荷,能荷,ATP+0.5ADP,ATP+ADP+AMP,能荷的数值可以从,0,（,AMP,）,1.0,（,ATP,），大多数细胞的能荷状态维持在,0.8,0.95,。,质子载体,14,一、需氧脱氢酶,氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以,FMN,或,FAD,为辅酶。,表,5-4,需氧脱氢酶,二、氧化酶,（一）多酚氧化系统,又称儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。,马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。,非线粒体氧化体系，与,ATP,的生成无关,第三节 其他生物氧化体系,15,图,5-36,多酚氧化酶系统,16,抗坏血酸,1/2O,2,抗坏血酸氧化酶,脱氧抗坏血酸,H,2,O,（三）抗氰氧化酶系统,一种非血红素铁蛋白，它不受氰或氰化物抑制，特别容,易受氧肟酸的抑制。,抗氰呼吸,图,5-38,抗氰氧化酶系统,NADHFMN CoQ Cytb Cytc,1,Cytc Cytaa,3,O,2,抗氰氧化酶,(Fe),（二）抗坏血酸氧化酶系统,抗坏血酸氧化酶是一种含铜的氧化酶，广泛分布植物中,（特别是黄瓜、南瓜）保护巯基、延缓衰老,17,三、超氧化物歧化酶和过氧化物氧化体系,（一）超氧化物歧化酶（,SOD superoxide dismatase,）,使超氧阴离子解毒的主要方式是由超氧化物歧化酶将,其转变为,H,2,O,2,。,+,+2H,+,H,2,O,2,+O,2,O,2,+H,+,HO,2,-,HO,2,+HO,2,自发地,H,2,O+O,2,（二）过氧化氢的消除和利用,H,2,O,2,是一种有害物质,1,、过氧化氢酶,2H,2,O,2,过氧化氢酶,2H,2,O+O,2,2,、过氧化物酶,RH,2,H,2,O,2,过氧化物酶,R+2H,2,O,18,第六章 糖代谢,分解代谢,合成代谢,1,、大分子分解为,G,、脂肪酸、,甘油、,aa,2,、,G,、脂肪酸、甘油、,aa,降解,为乙酰,CoA +,少量,ATP,3,、乙酰,CoA,氧化成,CO,2,和,H,2,O,+,大量,ATP,反应,代谢途径,反应网络,代谢,糖的消化和吸收,多糖,寡糖,单糖,淀粉,糖元,蔗糖、麦芽糖,异麦芽糖、乳糖,葡萄糖,果糖,半乳糖,ATP,供氢体为,NADPH,19,第六章 糖代谢,糖的主要生理功能,糖的分布,糖的生理意义,结合糖,糖蛋白,氨基多糖,蛋白多糖,糖脂,20,第一节 糖酵解,一、糖酵解的反应过程糖酵解（,glycolysis,）：在无氧气的条件下，,G,降解为乙醇或乳酸并伴随着少量,ATP,生成的一系列反应，称之为糖酵解又称,EMP,途径（,Embden-Meyerhof-Parnas,）。,（一）糖酵解生化过程,1,、第一阶段生成三碳糖,5,步反应。（,1,）葡萄糖的磷酸化,图,6-1,葡萄糖的磷酸化,21,（,2,）,6-,磷酸葡萄糖异构化为,6-,磷酸果糖,图,6-2 6-,磷酸葡萄糖的异构化,（,3,）,6-,磷酸果糖磷酸化,图,6-4 6-,磷酸果糖磷酸化,22,（,4,）,1,，,6-,二磷酸果糖的裂解,图,6-5 1,，,6-,二磷酸果糖的裂解,23,（,5,）磷酸三碳糖互变,图,6-6,磷酸三碳糖的互变,24,2,、第二阶段生成 乳酸（乙醇）,6,步反应,（,1,）,3-,磷酸甘油醛氧化为,1,，,3,二磷酸甘油酸,图,6-7 3-,磷酸甘油醛氧化为,1,，,3,二磷酸甘油酸,25,（,2,）从,1,，,3,二磷酸甘油酸形成,ATP,图,6-8,从,1,，,3,二磷酸甘油酸形成,ATP,26,（,3,）、,3,磷酸甘油酸异构化,图,6-9 3,磷酸甘油酸异构化,27,（,4,）,2,磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸,图,6-10 2,磷酸甘油酸脱水形 成磷酸烯醇式丙酮酸,28,（,5,）磷酸烯醇式丙酮酸转移磷酸基团产生,ATP,图,6-11,从磷酸烯醇式丙酮酸形成,ATP,图,6-12,烯醇式丙酮酸重排成丙酮酸,（,6,）丙酮酸进一步转变为乳酸（乙醇）,乳酸发酵和乙醇发酵,图,6-13,丙酮酸变成乳酸,图,6-14,丙酮酸变成乙醇,总反应式,：,葡萄糖,2Pi,2ADP2,乳酸,2ATP,2H,2,O,葡萄糖,2Pi,2ADP,2H,+,2,乙醇,2CO,2,2ATP,2H,2,O,29,（二）糖酵解的调节,调节位点：,3,个限速酶，己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。,（三）糖酵解的生理意义,1,、提供能量 某些情况（剧烈运动 乳酸）,2,、病理情况下获取能量 严重贫血、大量失血、呼吸障碍等。,3,、合成其他物质的原料 中间产物（磷酸二羟基丙酮、丙酮酸等）,30,第 二节 有,氧,呼吸,有氧,呼吸,：,G,在有氧气的条件下，氧化分解,成,CO,2,和,H,2,O,的过程。,两个阶段,1,、胞液阶段 葡萄糖丙酮酸,2,、线粒体阶段 丙酮酸乙酰,CoA,柠檬酸循环,三羧酸循环（,TCA,循环，,Krebs,循环）,31,一、三羧酸循环的生化过程,1,、丙酮酸氧化为乙酰,CoA 5,步反应、,3,种酶,图,6-16,丙酮酸转变为乙酰,CoA,的总反应,图,6-17,丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应,32,2,、三羧酸循环,6,个步骤,(9,个反应,),（,1,）草酰乙酸与乙酰,CoA,缩合形成柠檬酸,图,6-19,草酰乙酸与乙酰,CoA,催合形成柠檬酸,33,（,2,）柠檬酸异构化形成异柠檬酸,图,6-20,柠檬酸异构化形异柠檬酸,（,3,）异柠檬酸氧化脱羧生成,酮戍二酸,图,6-21,异柠檬酸氧化脱羧生成,酮戍二酸,（,4,）,酮戍二酸氧化脱羧生成琥珀酰,CoA,酮戍二酸氧化脱羧生成琥珀酰,CoA,34,（,5,）琥珀酰,CoA,产生琥珀酸和,GTP,图,6-23,由琥珀酰,CoA,产生琥珀和,GTP,35,（,6,）琥珀酸重新氧化使草酰乙酸再生,3,步反应,图,6-24,琥珀酸重新氧化使草酰乙酸再生,36,二、三羧酸循环生成的,ATP,乙酰,CoA,3NAD,+,FAD,GDP,Pi,2H,2,O,CO,2,3NADH,FADH,2,GTP,2H,+,CoASH,每个分子,G,彻底氧化为,H,2,O,和,CO,2,，共能产生：,5,（或,7,）,12.52,30,（或,32,）分子,ATP,三、三羧酸循环的回补反应,草酰乙酸的回补反应,1,、丙酮酸的羧化,图,6-25,丙酮酸的羧化,2,、磷酸烯醇式丙酮酸的羧化,图,6-26,磷酸烯醇式丙酮酸的羧化,37,3,、氨基酸形成草酰乙酸,图,6-27,由氨基酸形成草酰乙酸,四、三羧酸循环的调节,1,、柠檬酸本身制约系统的调节,3,种限速酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和,酮戍二酸脱氢酶复合体。,最关键的底物乙酰,CoA,、草酰乙酸和产物,NADH,。,2,、,ATP,、,ADP,、和,Ca,2+,对三羧酸循环的调节,ATP,浓度 异柠檬酸脱氢酶活性,ADP,浓度 异柠檬酸脱氢酶活性,Ca,2+,浓度,丙酮酸脱氢酶复合体、,酮戍二酸脱氢酶复合体,图,6-28,乙酰,CoA,调节部位,38,五、巴斯德效应,巴斯德效应（,Pasteur effect,）：氧气抑制酒精发酵的现象称之,原因：供氧充足,ATP/ADP,升高抑制磷酸果糖激酶,活性,F,6,P,和,G,6,P,已糖激酶 抑制糖酵解,第三节 磷酸戍糖途径,植物遇到逆境或遭受病虫害时，磷酸戍糖途径（,Pentose aphosphate pathway,PPP,途径）,一、磷酸戍糖途径的生化过程,两个阶段,氧化阶段,非氧化阶段,39,1,、氧化阶段 六碳糖脱羧形成五碳糖,3,步反应,（,1,）生成,6,磷酸葡萄糖酸,内酯,（,2,）生成,6,磷酸葡萄糖酸,（,3,）生成,5,磷酸核酮糖,图,6-29,磷酸戍糖途径氧化阶的反应,2,、非氧化阶段,5,步反应,（,1,）,5,磷酸核酮糖异构化为,5,磷酸核糖,图,6-30,5,磷酸核酮糖异构化为,5,磷酸核糖,40,（,2,）,5,磷酸核酮糖转变为,5,磷酸木酮糖,图,6-31,5,磷酸核酮 糖转变为,5,磷酸木酮糖,（,3,）,5,磷酸木酮糖与,5,磷酸核糖作用形成,7,磷酸景天庚酮糖和,3,磷酸甘油醛,图,6-32,5,磷酸木酮糖与,5,磷酸核糖作用形成,7,磷酸景无庚酮糖和,3,磷酸甘油醛,41,（,4,）形成,6,磷酸果糖和,4,磷酸赤藓糖,图,6-33,7,磷酸天庚酮糖和,6,磷酸果糖,（,5,）形成,3,磷酸甘油醛和,6,磷酸果糖,图,6-34,5,磷酸木酮糖与,.6,磷酸果糖,图,6-35,磷酸戍糖途径,总反应式：,6G,6,P,7H,2,O,12NADP,+,6CO,2,5G,6,P,12NADPH,12H,+,Pi,42,二、磷酸戍糖途径的调节,限速酶：,6,磷酸葡萄糖脱氢酶，最重要的调节因子是,NADP,+,的水平,三、磷酸戍糖途径生理意义,1,、磷酸戍糖途径的主要作用是产生,NADPH,用于生物合成,2,、磷酸戍糖途径的直接产物是某些生物合成的原料,3,、磷酸酸戊糖途径与光合作用有密切关系,4,、磷酸戊糖途径与糖的有氧分解和无氧分解是相联系的,5,、磷酸戊糖途径与植物的抗病性有关,4-,磷酸赤藓糖磷酸烯醇式丙酮酸莽草酸芳香族,aa(TrP,、,IAA),多酚物质（绿原酸、咖啡酸）,木质素,43,6-8,返回,44,7-10,返回,45,7-11,返回,46,7-12,返回,47,7-13,返回,48,7-15,返回,49,7-17,返回,50,7-18,返回,51,7-22,返回,52,7-23,返回,53,7-24,返回,54,7-25,返回,55,7-26,返回,56,7-27,返回,57,7-28,返回,58,7-29,返回,59,7-30,返回,60,7-31,返回,61,7-32,返回,62,5-18,返回,63,5-18,返回,64,6-1,返回,65,6-4,返回,66,