第08章生物氧化.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第 八 章,生 物 氧 化,Biological Oxidation,物质在生物体内进行氧化称,生物氧化,，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成,CO,2,和,H,2,O,的过程。,糖,脂肪,蛋白质,CO,2,和,H,2,O,O,2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,*生物氧化的概念,*,生物氧化与体外氧化之相同点,生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。,物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（,CO,2,，,H,2,O,）和释放能量均相同。,是在细胞内温和的环境中（体温，,pH,接近中性），在一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放有利于机体捕获能量，提高,ATP,生成的效率。,进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生,H,2,O,，有机酸脱羧产生,CO,2,。,*,生物氧化与体外氧化之不同点,生物氧化,体外氧化,能量是突然释放的。,产生的,CO,2,、,H,2,O,由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。,糖原,三酯酰甘油,蛋白质,葡萄糖,脂酸,+,甘油,氨基酸,乙酰,CoA,TAC,2H,呼吸链,H,2,O,ADP+Pi,ATP,CO,2,*生物氧化的一般过程,第一节,氧化呼吸链,Oxidative respiratory chain,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,Cytc,Q,NAD,H,+,H,+,NAD,+,延胡索酸,琥珀酸,1/2O,2,+,2H,+,H,2,O,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,1.,复合体,:NADH-,泛醌还原酶,功能,:,将电子从,NADH,传递给泛醌,(ubiquinone),复合体,NADH CoQ,FMN;Fe-S,N-1a,b,;,Fe-S,N-4,;,Fe-S,N-3,;Fe-S,N-2,FMN,：黄素单核苷酸,NAD,+,和,NADP,+,的结构,R=H:NAD,+,;R=H,2,PO,3,:NADP,+,NAD,+,：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸,NADP,+,：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,NAD,+,（,NADP,+,）和,NADH,（,NADPH,）相互转变,氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。,+2H,+,+2e,FMN,（黄素单核苷酸）,结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是,FMNH,。,FMN,FMNH,FMNH,2,Vit B,2,FMN,AMP,FAD,铁硫蛋白中辅基,铁硫簇,(Fe-S),含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行,Fe,2+,Fe,3+,+e,反应传递电子。,表示无机硫,泛醌（辅酶,Q,CoQ,Q,）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人,CoQ,10,），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。,复合体,的功能,NADH+H,+,NAD,+,FMN,FMNH,2,还原型,Fe-S,氧化型,Fe-S,Q,QH,2,2.,复合体,:,琥珀酸,-,泛醌还原酶,功能,:,将电子从琥珀酸传递给泛醌,复合体,琥珀酸 ,CoQ,Fe-S,1,;,b,560,;,FAD;,Fe-S,2,;,Fe-S,3,FAD,：黄素腺嘌呤二核苷酸,细 胞 色 素,细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。,3.,复合体,:,泛醌,-,细胞色素,c,还原酶,功能：,将电子从泛醌传递给细胞色素,c,复合体,QH,2,Cyt c,b,562,;b,566,;Fe-S;c,1,4.,复合体,:,细胞色素,c,氧化酶,功能：,将电子从细胞色素,c,传递给氧,复合体,还原型,Cyt c O,2,Cu,A,aa,3,Cu,B,其中,Cyt a,3,和,Cu,B,形成的活性部位将电子交给,O,2,。,由以下实验确定,标准氧化还原电位,拆开和重组,特异抑制剂阻断,还原状态呼吸链缓慢给氧,（二）呼吸链成分的排列顺序,1.NADH,氧化呼吸链,NADH,复合体,Q,复合体,Cyt c,复合体,O,2,2.,琥珀酸氧化呼吸链,琥珀酸 复合体,Q,复合体,Cyt c,复合体,O,2,*体内两条氧化呼吸链,NADH,氧化呼吸链,琥珀酸氧化呼吸链,电子传递链,第二节,氧化磷酸化,氧化磷酸化,*定义,氧化磷酸化,(oxidative phosphorylation),是指在呼吸链电子传递过程中偶联,ADP,磷酸化，生成,ATP,，又称为,偶联磷酸化,。,AH,2,2H,（,2H,+,+2e,）,H,2,O,氧化反应,ADP+Pi ATP,磷酸化反应,呼吸链,O,2,能量,A,氧化磷酸化,ATP,合酶,底物水平磷酸化,(substrate level phosphorylation),是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使,ADP,（,GDP,）磷酸化生成,ATP,（,GTP,）的过程。,一、氧化磷酸化偶联部位,氧化磷酸化偶联部位：,复合体,、,、,根据自由能变化和,P/O,比值,G=-nFE,线,粒,体,离,体,实,验,测,得,的,一,些,底,物,的,P/O,比,值,底,物,呼,吸,链,的,组,成,P/O,比,值,可,能,生,成,的,ATP,数,-,羟,丁,酸,NAD,+,复,合,体,CoQ,复,合,体,2.5,2.5,Cyt,c,复,合,体,O,2,琥,珀,酸,复,合,体,CoQ,复,合,体,1.5 1.5,Cyt,c,复,合,体,O,2,抗,坏,血,酸,Cyt,c,复,合,体,O,2,0.88,1,细,胞,色,素,c(Fe,2+,),复,合,体,O,2,0.61,-,0.68 1,1,、,P/O,比值,指氧化磷酸化过程中，每消耗,1/2,摩尔,O,2,所需磷酸的摩尔数，即所能合成,ATP,的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成,ATP,分子数）。,电子传递链自由能变化,ATP,ATP,ATP,氧化磷酸化偶联部位,NADH,FMN,(Fe-S),琥珀酸,FAD,(Fe-S),CoQ,Cyt bCyt c,1,Cyt c,Cyt aa,3,O,2,二、氧化磷酸化的偶联机理,1.,化学渗透假说,(chemiosmotic hypothesis),电子经呼吸链传递时，可将质子（,H,+,）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动,ADP,与,Pi,生成,ATP,。,线粒体基质,线粒体膜,+,-,H,+,O,2,H,2,O,H,+,e,-,ADP,+,Pi,ATP,化学渗透假说简单示意图,F,0,F,1,Cyt c,Q,NAD,H,+,H,+,NAD,+,延胡索酸,琥珀酸,H,+,1/2O,2,+,2H,+,H,2,O,ADP+Pi,ATP,H,+,H,+,H,+,胞液侧,基质侧,+,-,化学渗透假说详细示意图,2.ATP,合酶,由亲水部分,F,1,（,3,3,亚基）和疏水部分,F,0,（,ab,2,c,9,12,亚基）组成。,ATP,合酶结构模式图,F,1,：催化生成,ATP,F,0,:,形成跨膜质子通道,三、影响氧化磷酸化的因素,（一）抑制剂,A.,呼吸链抑制剂,阻断呼吸链中某些部位电子传递。,B.,解偶联剂,使氧化与磷酸化偶联过程脱离。,如：二硝基苯酚、解偶联蛋白,C.ATP,合酶抑制剂,如：寡霉素,鱼藤酮,粉蝶霉素,A,异戊巴比妥,抗霉素,A,二巯基丙醇,CO,、,CN,-,、,N,3,-,及,H,2,S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,F,0,F,1,Cyt c,Q,胞液侧,基质侧,解偶联,蛋白,热能,H,+,H,+,ADP+Pi,ATP,寡霉素,(oligomycin),可阻止质子从,F0,质子通道回流，抑制,ATP,生成,寡霉素,ATP,合酶结构模式图,（二）,ADP,的调节作用,ADP,浓度增高，氧化磷酸化速度加快。,（三）甲状腺激素,诱导,Na,+,K,+,ATP,酶生成，加速,ATP,的分解，,ADP,增多促进氧化磷酸化。,（四）线粒体,DNA,突变,与线粒体,DNA,病及衰老有关。,四、,ATP,高能磷酸键与高能磷酸化合物,高能磷酸键,水解时释放的能量,大于,21kJ/mol,的磷酸酯键，常表示为,P,。,高能磷酸化合物,含有高能磷酸键的化合物,核苷二磷酸激酶的作用,ATP+UDP ADP+UTP,ATP+CDP ADP+CTP,ATP+GDP ADP+GTP,腺苷酸激酶的作用,ADP+ADP ATP+AMP,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。,ATP,的生成和利用,ATP,ADP,肌酸,磷酸,肌酸,氧化磷酸化,底物水平磷酸化,P,P,机械能,(,肌肉收缩,),渗透能,(,物质主动转运,),化学能,(,合成代谢,),电能,(,生物电,),热能,(,维持体温,),生物体内能量的储存和利用都以,ATP,为中心。,五、通过线粒体内膜的物质转运,线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白,(transporter),对各种物质的转运。,线粒体内膜的主要转运蛋白,转运蛋白,进入线粒体,出线粒体,ATP-ADP,转位酶,ADP,3-,ATP,4-,磷酸盐转运蛋白,H,2,PO,4,-,+H,+,二羧酸转运蛋白,HPO,4,2-,苹果酸,-,酮戊二酸转运蛋白,苹果酸,-,酮戊二酸,天冬氨酸,-,谷氨酸转运蛋白,谷氨酸,天冬氨酸,单羧酸转运蛋白,丙酮酸,OH,-,三羧酸转运蛋白,苹果酸,柠檬酸,碱性氨基酸转运蛋白,鸟氨酸,瓜氨酸,肉碱转运蛋白,脂酰肉碱,肉碱,（一）胞浆中,NADH,的氧化,胞浆中,NADH,必须经一定,转运机制,进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。,转运机制,主要有,-,磷酸甘油穿梭,(-glycerophosphate shuttle),苹果酸,-,天冬氨酸穿梭,(malate-asparate shuttle),1.,-磷酸甘油穿梭机制,（脑和骨骼肌）,-,磷酸甘油脱氢酶,NADH+H,+,FAD,H,2,NAD,+,FAD,线粒体,内膜,线粒体,外膜,膜间隙,线粒体,基质,-磷酸甘油,脱氢酶,呼吸链,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,2.,苹果酸,-,天冬氨酸穿梭机制,（肝和心肌）,NADH,+H,+,NAD,+,NADH,+H,+,NAD,+,谷氨酸,-,天冬氨酸,转运体,苹果酸-,-酮,戊二酸转运体,苹果酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,谷氨酸,苹果酸,脱氢酶,谷草转,氨酶,胞液,线,粒,体,内,膜,基质,呼吸链,天冬氨酸,（二）,ATP-ADP,转位酶促进,ADP,进入和,ATP,移出紧密偶联,第三节 其他氧化与抗氧化体系,一、线粒体氧化呼吸链可产生活性氧（,ROS,）,O,2,-,、,OH,、,H,2,O,2,、,1,O,2,、,LOO,及,LOOH,等含氧的活性物质都具有较氧活泼的化学性质，统称为,ROS,。,（一）过氧化氢酶,(catalase),又称触酶，其辅基含,4,个血红素,2H,2,O,2,2H,2,O,+,O,2,过氧化氢酶,二、抗氧化酶体系,（二）超氧化物歧化酶,过氧化氢酶,2O,2,+2H,+,SOD,H,2,O,2,+O,2,H,2,O,+,O,2,SOD：超氧化物歧化酶(superoxide dismutase),H,2,O,2,(,ROOH),H,2,O,(ROH+H,2,O),2G,SH,G,S,S,G,NADP,+,NADPH+H,+,*,此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤,谷胱甘肽还原酶,（三）,含硒的谷胱甘肽过氧化物酶,谷胱甘肽过氧化物酶,四、微粒体中的酶类,（一）单加氧酶,(monoxygenase),*催化的反应：,RH+NADPH+H,+,+O,2,ROH+NADP,+,+H,2,O,故又称混合功能氧化酶,(,mixed-function oxidase,),或羟化酶,(,hydroxylase,),。,上述反应需要,细胞色素,P,450,(Cyt P,450,),参与。,