动生--9章-生物氧化wyq幻灯片PPT课件.ppt

动生动生-9-9章章 生物氧化生物氧化wyqwyq幻灯片幻灯片生物氧化生物氧化（biologicaloxidation）是是指细胞内的糖、蛋白质和脂肪进行氧化分指细胞内的糖、蛋白质和脂肪进行氧化分解而生成解而生成CO2和和H2O，并释放能量，并释放能量的过程。的过程。生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反应。的一系列氧化还原反应。生物氧化的特点生物氧化的特点1.生物氧化是在生物氧化是在细胞内细胞内进行的。进行的。2.真核生物：真核生物：线粒体线粒体；原核生物：；原核生物：细胞质膜细胞质膜3.生物氧化是在常温、常压、近于中性及有生物氧化是在常温、常压、近于中性及有水环境中进行的。水环境中进行的。4.生物氧化所产生的生物氧化所产生的能量是逐步释放的能量是逐步释放的。5.生物氧化所产生的能量首先转移到一些特生物氧化所产生的能量首先转移到一些特殊的高能化合物中。殊的高能化合物中。9.1 氧化还原酶类氧化还原酶类v9.1.1 需氧脱氢酶需氧脱氢酶v9.1.2 不需氧脱氢酶不需氧脱氢酶(糖代谢的多种酶糖代谢的多种酶)v9.1.3 氧化酶氧化酶v9.1.4 过氧化酶（过氧化酶（POD）v 过氧化氢酶（过氧化氢酶（CAT）v 超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）9.2生物氧化中生物氧化中CO2的生成的生成2.氧化脱羧作用氧化脱羧作用氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在在氧化脱羧酶系氧化脱羧酶系的催化下，在的催化下，在脱羧脱羧的同时，的同时，也发生氧化（也发生氧化（脱氢脱氢）作用。例如苹果酸的氧）作用。例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。化脱羧生成丙酮酸。1.直接脱羧作用直接脱羧作用氧化代谢的中间产物羧酸在氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶脱羧酶的催的催化下，直接从分子中脱去羧基。例如草酰化下，直接从分子中脱去羧基。例如草酰乙酸的脱羧。乙酸的脱羧。9.3生物氧化中生物氧化中H2O的生成的生成代谢物代谢物MH2氧化型氧化型M还原型还原型1/2O2H2O一个或多个传递体一个或多个传递体脱氢酶脱氢酶氧化酶氧化酶9.3.2.1呼吸链呼吸链F在生物氧化过程中，从代谢物上脱下的氢在生物氧化过程中，从代谢物上脱下的氢由一系列传递体依次传递，最后与氧形成水由一系列传递体依次传递，最后与氧形成水的整个体系称为的整个体系称为呼吸链（呼吸链（respiratorychain）。F由于在传递过程中，在很多部位氢原子实由于在传递过程中，在很多部位氢原子实际上以质子（际上以质子（H+）形式进入基质，仅发生电形式进入基质，仅发生电子转移，因此呼吸链又称为子转移，因此呼吸链又称为电子传递链电子传递链（electron-transportchain）。电子传递链基本组分为：电子传递链基本组分为：1.黄素单核苷酸（黄素单核苷酸（FMN）2.泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q，CoQ）3.铁硫中心（铁硫中心（FeS）4.细胞色素（细胞色素（cyt）1黄素蛋白（黄素蛋白（FMN、FAD）通过异咯嗪环第通过异咯嗪环第1位和第位和第10位上的两个氮原子位上的两个氮原子反复进行加氢反复进行加氢（FMNH2）和脱氢反应。和脱氢反应。110 FMN FMNH2 Fe2+Fe3+e110F2泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q，CoQ）F电子传递链中唯一电子传递链中唯一的的非蛋白电子载体非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类为一种脂溶性醌类化合物。化合物。Q(醌型结构醌型结构)很容易很容易接受电子和质子，还原接受电子和质子，还原成成QH2（还原型）还原型）；QH2也容易给出电子和也容易给出电子和质子，重新质子，重新氧化成氧化成Q。CoQCoQH23铁硫中心（铁硫中心（FeS）它主要以它主要以(2Fe-2S)或或(4Fe-4S)形式存在。形式存在。铁硫蛋白通过铁硫蛋白通过Fe3+Fe2+变化起传递电子的变化起传递电子的作用。作用。2Fe-2S4Fe-4S铁硫蛋白铁硫蛋白4细胞色素（细胞色素（cyt）细胞色素是一类含有细胞色素是一类含有血红素辅基血红素辅基的电子传递的电子传递蛋白的总称。蛋白的总称。线粒体呼吸链中主要含有线粒体呼吸链中主要含有cyta、cyta3、cytb、cytc和和cytc15种种。组成它们的辅基分别。组成它们的辅基分别为血红素为血红素A、B和和C。细胞色素主要是通过细胞色素主要是通过Fe3+Fe2+的互变的互变起传递电子的作用的。起传递电子的作用的。vCytaa3:细胞色素氧化酶，细胞色素细胞色素氧化酶，细胞色素c氧化酶氧化酶传递电子的作用传递电子的作用vCu2+Cu+血红素辅基血红素辅基cytaF线粒体末端氧化呼吸链有两条：线粒体末端氧化呼吸链有两条：FNADH氧化呼吸链：氧化呼吸链：最初的供氢体最初的供氢体NADHFADH2氧化呼吸链：氧化呼吸链：最初的供氢体最初的供氢体FADH2两条呼吸链中除两条呼吸链中除CoQ和和cytc外，其余组分形成嵌外，其余组分形成嵌入内膜的结构化超分子复合体。这些复合体有入内膜的结构化超分子复合体。这些复合体有4类：类：.NADH-Q还原酶还原酶.琥珀酸琥珀酸Q还原酶还原酶.QH2细胞色素细胞色素c还原酶还原酶.细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶线粒体呼吸链线粒体呼吸链电子传递链各组分的排列顺序电子传递链各组分的排列顺序线粒体末端氧化呼吸链有两条：线粒体末端氧化呼吸链有两条：1.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链2.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链电子从低电位流向高电位：电子从低电位流向高电位：NADHFMNCoQcytbcytc1cytccytaa3O2FADH2氧化还原电位氧化还原电位E0E0正正E0负负E0氧化极氧化极E0还原极还原极 E0越小，供电子倾向越大，其还原力越强越小，供电子倾向越大，其还原力越强 E0越大，得电子倾向越大，其氧化力越强越大，得电子倾向越大，其氧化力越强产生产生ATP部位部位NADHCoQcytbcytc1cytaa3O29.3.2.3电子传递链的抑制电子传递链的抑制（1 1）鱼藤酮）鱼藤酮(rotenone)(rotenone)、安密妥、安密妥、杀粉蝶菌素杀粉蝶菌素:抑制电子从抑制电子从NADH CoQ（2 2）抗霉素）抗霉素A A(antimycin A):(antimycin A):抑制电子抑制电子CoQ cyt c1（3 3）N N3 3,CO,CN,CO,CN-:抑制电子抑制电子cyt aa3 O29.3.2.4细胞液中细胞液中NADH的氧化的氧化NADH从细胞液进入线粒体的途径：从细胞液进入线粒体的途径：1.磷酸甘油穿梭途径磷酸甘油穿梭途径(glycerol 3-phosphate shuttle system)：主要存在于肌肉细胞中。：主要存在于肌肉细胞中。1 FADH 1 FADH 生成生成 1.5 ATP 1.5 ATP 2.苹果酸天冬氨酸穿梭途径苹果酸天冬氨酸穿梭途径(malate-aspartate shuttle system)：主要存在于心脏和肝细胞中。：主要存在于心脏和肝细胞中。1 NADH 1 NADH 生成生成 2.5 ATP 2.5 ATP 磷酸甘油穿梭途径磷酸甘油穿梭途径3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮苹果酸天冬氨酸穿梭途径苹果酸天冬氨酸穿梭途径苹果酸苹果酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸天冬氨酸天冬氨酸部位：肝、心肌部位：肝、心肌氧化氧化磷酸化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指生物体氧化过程中释放出自由能驱动是指生物体氧化过程中释放出自由能驱动ADP磷酸化形成磷酸化形成ATP的过程。的过程。四、氧化磷酸化作用四、氧化磷酸化作用磷氧比（磷氧比（P/O）是指每消耗一原子氧时，是指每消耗一原子氧时，有多少摩尔原子的无机磷被酯化为有机磷，有多少摩尔原子的无机磷被酯化为有机磷，即产生多少摩尔即产生多少摩尔ATP。9.4生物氧化中生物氧化中ATP的的生成生成9.4.1ATP与高能磷酸化合物与高能磷酸化合物生物体内有许多磷酸化合物，当其磷酰基生物体内有许多磷酸化合物，当其磷酰基水解时，释放大量的能量，这些化合物称为水解时，释放大量的能量，这些化合物称为高能磷酸化合物高能磷酸化合物。如。如ATP。一般将水解时能够释放一般将水解时能够释放21kJ/mol（5千卡千卡/mol）以上自由能（）以上自由能（G-21kJ/mol）的化合物称为）的化合物称为高能化合物高能化合物。根据生物体内高能化合物键的特性可以把根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们分成以下几种类型。他们分成以下几种类型。能荷能荷能荷表示细胞的腺苷酸库中充满高能能荷表示细胞的腺苷酸库中充满高能磷酸根的程度。磷酸根的程度。v当能荷当能荷=0=0时时,细胞内的腺苷酸全是细胞内的腺苷酸全是AMPAMP;v当能荷当能荷=0.5=0.5时时,细胞内的腺苷酸全是细胞内的腺苷酸全是ADPADP;v当能荷当能荷=1=1时时,细胞内的腺苷酸全是细胞内的腺苷酸全是ATPATP.根据氧化根据氧化-还原电势与自由能变化关系式，计算还原电势与自由能变化关系式，计算出在出在NADH氧化过程中，有三个反应的氧化过程中，有三个反应的 G-30.5kJ/mol。NADH-Q还原酶还原酶QH2细胞色素细胞色素c细胞色素细胞色素c氧化氧化酶酶NADHCoQcytbcytc1cytaa3O2 G-50.24-41.87-100.48F这三个反应分别与这三个反应分别与ADP的磷酰化反应偶联，产生的磷酰化反应偶联，产生ATP。这些反应称为呼吸链的偶联部位。这些反应称为呼吸链的偶联部位。NADHO2只产生只产生2.5个个ATP.F从从FADH2O2只产生只产生1.5个个ATP.v9.4.2 9.4.2 底物磷酸化：底物磷酸化：不需不需O O2 2v底底物物在在脱脱氢氢时时形形成成的的高高能能磷磷酸酸基基团团直直接接转转移移给给ADPADP生成生成ATPATP的方式。的方式。v氧化磷酸化氧化磷酸化（电子传递链的磷酸化）：电子传递链的磷酸化）：需需O O2 2 v在在 呼呼 吸吸 链链 电电 子子 传传 递递 过过 程程 中中 释释 放放 的的 能能 量量 使使 ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的过程。的过程。底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：9.4.3.3氧化磷酸化的偶联机理氧化磷酸化的偶联机理（一）（一）ATP合酶（合酶（ATPsynthase）ATP合酶合酶由两个主要单元构成，一是起由两个主要单元构成，一是起质子通道作用的单元称为质子通道作用的单元称为F0单元单元，另一是催，另一是催化化ATP合成的单元称为合成的单元称为F1单元单元。故。故ATP合酶合酶又称又称F0F1酶（酶（F0F1ATPase）。该酶又称该酶又称复合体复合体 ATPATP生成的结构基础生成的结构基础头部头部:F:F1 1,含含，五种亚基五种亚基 作用：作用：催化催化ADPADP和和PiPi发生磷酸化，生成发生磷酸化，生成ATP,ATP,也可水解也可水解ATPATP。基部基部：F F0 0，作用：作用：具有质子通道的作用，传送质子通具有质子通道的作用，传送质子通 过膜到达过膜到达F F1 1的催化部位的催化部位柄部柄部：连接：连接F F1 1和和F F0 0 作用：作用：控制质子的流动，从而控制控制质子的流动，从而控制ATPATP的生的生成速度成速度a.线粒体内膜的电子传递链是一个线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵质子泵；b.在电子传递链中，电子由高能状态传递到在电子传递链中，电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内内侧的侧的H+迁移到膜外侧迁移到膜外侧。这样，在膜的内侧与。这样，在膜的内侧与外侧就产生了外侧就产生了跨膜质子梯度跨膜质子梯度(pH)和和电位梯电位梯度（度（）；）；2.化学渗透假说化学渗透假说的要点是：的要点是：c.在膜内外势能差（在膜内外势能差（pH和和）的驱动下，）的驱动下，膜外高能质子膜外高能质子沿着一个特殊通道（沿着一个特殊通道（ATP酶的酶的组成部分组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成和磷酸合成ATP。9.4.3.4氧化磷酸化的解偶联氧化磷酸化的解偶联解偶联剂（解偶联剂（uncoupler）作用是使电子传作用是使电子传递和递和ATP生成的两个过程分离。它只抑制生成的两个过程分离。它只抑制ATP的形成，而不抑制电子传递过程。的形成，而不抑制电子传递过程。如：如：2,4二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNP）DNP作用机理图1.名词解释名词解释作业作业生物氧化生物氧化、呼吸链、呼吸链、磷氧比、磷氧比P/O（P/O）、）、氧氧化磷酸化化磷酸化、底物磷酸化、底物磷酸化2.图示两条呼吸链，并标出图示两条呼吸链，并标出ATP产生部位及抑制产生部位及抑制 部位。部位。3.简述化学渗透学说的内容。简述化学渗透学说的内容。思考题思考题v真真核核、原原核核细细胞胞的的生生物物氧氧化化各各在在细胞哪些部位进行？细胞哪些部位进行？v细细胞胞质质中中的的NADH NADH+H H+分分别别经经原原核核、真真核核的的呼呼吸吸链链各各产产生生多多少少ATPATP？