第三章生物氧化.pptx

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,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,*,第三章生物氧化,三、生物氧化方式,氧化还原得本质就是电子得转移。生物体内得电子转移主要有以下几种形式:,1、氢原子得转移,2、有机还原剂直接加氧,加氧时常常伴随有接受质子和电子而被还原成水。,3、直接进行电子转移,-脱羧,(羧基位置),-脱羧,单纯脱羧,(不伴氧化),氧化脱羧,(伴氧化),节,第二节 生物氧化中二氧化碳得生成,生物氧化中二氧化碳得生成就是由于糖、蛋白质、脂肪等有机物转变成含羧基得化合物,然后再进行脱羧反应所至。,种类:,1、-单纯脱羧,COOH,C,=,O,CH,2,COOH,2、-单纯脱羧,COOH,C,=,O +CO,2,CH,3,O,CH,3,C H+CO,2,1)单纯脱羧,O,CH,3,C COOH,返回,1、-氧化脱羧,2、-氧化脱羧,O,CH,3,CCOOH+CoASH +NAD,+,O,CH,3,C SCoA +NADH+H,+,+CO,2,COOH,C=O +CO,2,+NADPH+H,+,CH,3,COOH,CHOH +NADP,+,CH,2,COOH,2)氧化脱羧,返回,第三节 生物氧化中水得生成,生物氧化中所生成得水就是代谢物脱下得氢经生物氧化作用和吸入得氧结合而成得。,糖类、蛋白质、脂肪等代谢物所含得氢在一般情况下就是不活泼得,必须通过相应得脱氢酶将之激活后才能脱落。进入体内得氧也必须经过氧化酶激活后才能变为活性很高得氧化剂。但激活得氧在一般情况下,也不能直接氧化由脱氢酶激活而脱落得氢,两者之间尚需传递才能结合成水。所以生物体主要就是以脱氢酶、传递体及氧化酶组成得生物氧化体系,以促进水得生成。,9,大家应该也有点累了，稍作休息,大家有疑问的，可以询问和交流,一、呼吸链得概念,代谢物上得氢原子被脱氢酶激活脱落后,经过一些列得传递体,最后传递给被激活得氧分子而生成水得全部体系叫做呼吸链。,凡就是参与生物体内氧化还原反应得酶都叫做生物氧化还原酶。主要存在于线粒体中,所以生物氧化主要在线粒体内进行。另外,线粒体外(如微粒体等)也可发生生物氧化(次要)。,1、脱氢酶,脱氢酶得作用就是使代谢物得氢活化、脱落,并传递给其她受氢体或中间传递体。,根据所含辅助因子得不同,分为两类:,二、呼吸链得组成,呼吸链包含15种以上组分,主要由4种酶复合体和2种可移动电子载体构成。其中复合体、辅酶Q(泛醌、CoQ)和细胞色素C得数量比为1:2:3:7:63:9。,复合体 即NADH-辅酶Q氧化还原酶复合体。,由NADH脱氢酶(一种以FMN为辅基得黄素蛋白)和一系列,Fe-S,蛋白(铁硫中心)组成。她从NADH得到两个电子,经铁硫蛋白传递给辅酶Q。,复合体 琥珀酸-辅酶Q氧化还原酶。,由琥珀酸脱氢酶(一种以FAD为辅基得黄素蛋白)和一种Fe-S蛋白组成,将从琥珀酸得到得电子传递给辅酶Q。,复合体 辅酶Q-ytc氧化还原酶复合体。,就是细胞色素和铁硫蛋白得复合体,把来自辅酶Q得电子,依次传递给结合在线粒体内膜外表面得细胞色素类。,细胞色素类(cytochrome,Cyt),现已发现30多种细胞色素,在线粒体内参与生物氧化得细胞色素有 a、a,3,、b、c、c,1,等几种。依靠细胞色素分子中铁离子化合价得变化传递电子。,目前尚不能将a、a,3,分开。在aa,3,分子中除铁原子外,还有两个铜原子,依靠其化合价得变化将电子从a,3,传给氧。,在典型得线粒体呼吸链中,其顺序为:,复合体IV细胞色素C氧化酶复合体。将电子传递给氧。,复合体,酶名称,辅基,NADH-CoQ还原酶,FMN,Fe-S,琥珀酸-CoQ还原酶,FAD,Fe-S,CoQ-CytC还原酶,Cytb、CytC1,Fe-S,Cytc氧化酶,Cytaa3、Cu,2+,人线粒体呼吸链复合体,四种复合体得排列关系,三、呼吸链中传递体得排列顺序,在具有线粒体得生物中,根据接受代谢物上脱下得氢得初始受体不同,分成两种典型得呼吸链,即NADH呼吸链和FADH,2,呼吸链。,1、NADH氧化呼吸链,2、琥珀酸氧化呼吸链,(,FADH2呼吸链,),其中NADH呼吸链应用最广泛,糖类、蛋白质、脂肪三大物质分解代谢中得脱氢氧化反应绝大多数就是通过NADH呼吸链来完成得。,第四节 生物氧化过程中能量得生成与利用,高能化合物-随水解反应或基团转移反应放出大量自由能得化合物。,高能键-高能化合物中,随水解反应或基团转移反应放出大量自由能得共价键,常用 表示。,细胞中重要得高能键:高能磷酸键和高能硫脂键。,一、高能键、高能化合物,“,高能键”与“键能”区别:,化学中得“键能”就是指断裂一个化学键所需要得能量;“高能键”就是指水解或转移该键所释放得能量。,高能磷酸化合物-含有高能磷酸转移基团得化合物。有:ADP、CDP、UDP、GDP、d ADP、d CDP、d GDP、d TDP、ATP、GTP、CTP、UTP、d ATP、d GTP、d CTP、d TTP,例如:葡萄糖 +ATP 6-磷酸葡萄糖 +ADP,高能键及高能化合物,二、ATP得生成,ATP主要由ADP磷酸化所生成,少数情况下可由 AMP焦磷酸化生成。,1、底物水平磷酸化,底物水平磷酸化就是在被氧化得底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化得过程中,形成了某些高能磷酸化合物得中间产物,通过酶得作用可使ADP、GDP生成ATP、GTP。,底物磷酸化形成高能化合物,其能量来源于伴随着底物得脱氢,分子内部能量得重新分布。,底物磷酸化与氧得存在与否无关,她就是发酵作用中进行生物氧化获得能量得唯一方式。,+ADP,+ATP,ATP,1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸,ADP,ATP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸,琥珀酸得生成,CH,2,CH,2,COOH,CO,SCoA,琥珀酰CoA,GDP+Pi,+,GTP,CoASH,CH,2,COOH,CH,2,COOH,琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,GTP,+,ADP,ATP,GTP,二、氧化磷酸化(电子传递体系磷酸化),当电子从NADH或FADH,2,经过电子传递体系传递给氧形成水时,同时伴随有ADP磷酸化为ATP,即电子传递体系磷酸化。电子传递体系磷酸化就是生成ATP得主要方式。,氧化磷酸化场所:,线粒体内膜(真核生物),细胞质膜(原核生物),1、氧化磷酸化得偶联部位,由于“氧化磷酸化”就是氧化作用与ATP得磷酸化作用相偶联而生成ATP,所以氧得消耗与ATP得生成有特殊定量关系,通常用“磷氧比(P/O)”来描述,即消耗1摩尔氧时,有多少摩尔无机磷与ADP作用生成ATP。生成得ATP得数量。,线粒体得离体实验证明,经NADH呼吸链氧化生成水得P/O为3,经FAD呼吸链氧化生成水得P/O为2。所以,NADH呼吸链中有三个偶联部位生成ATP,FADH,2,呼吸链中有二个偶联部位生成ATP,其氧化磷酸化得偶联部位见图。,2、氧化磷酸化得作用机理,有关氧化磷酸化机理得几种假说,化学偶联假说,构象偶联假说,化学渗透假说,(1)化学偶联假说(1953年),chemical coupling hypothesis,认为电子传递反应释放得能量通过一系列连续得化学反应形成高能共价中间物,最后将其能量转移到ADP中形成ATP。,(2)构象偶联假说(1964),conformational coupling hypothesis,认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜得蛋白质组分发生了构象变化,形成一种高能构象,这种高能形式通过ATP得合成而恢复其原来得构象。,迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分得构象变化还就是存在得。,(3)化学渗透假说:,H,+,不能自由透过线粒体内膜、,线粒体内膜得电子传递链就是质子泵。,线粒体内膜外侧H,+,浓度增高,基质内H,+,浓度降低,在线粒体内膜两侧形成一个质子跨膜梯度,线粒体内膜外侧带正电荷,内膜内侧带负电荷,这就就是跨膜电位,又称质子动力势。,在,质子动力势,得驱动下,膜外高能质子沿着一个特殊通道(ATP合酶组成部分),跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放得能量,直接驱动ADP和磷酸合成ATP,3、影响生物体内氧化磷酸化得因素,(,1)ADP、ATP浓度得影响,正常机体氧化磷酸化得速率主要受ADP水平得调节,只有ADP被磷酸化形成ATP,电子才通过呼吸链流向氧。,如果机体运动需要能量时,ATP分解为ADP、磷酸和能量,ADP得浓度升高,氧化磷酸化过程加快。,当机体休息时,大部分ATP不能被利用,ADP得浓度下降,抑制了氧化磷酸化过程进行。,(2)、甲状腺素得影响,甲状腺素可诱导细胞膜Na,+、,K,+,-ATP酶(钠,泵,)得合成,钠,泵,运转加速了ATP分解为ADP、磷酸和能量,ADP得浓度升高,氧化磷酸化过程加快,ATP 合成增加。,(3)某些抑制剂得影响,凡就是能够影响阻碍氧化磷酸化得正常进行得物质都叫做氧化磷酸化抑制剂。主要有三种;,1、解偶联剂,氧化磷酸化就是氧化及磷酸化得偶联反应。磷酸化所需能量由氧化作用供给,氧化作用所形成得能量通过磷酸化作用储存。如果二者之间得偶联被破坏,氧化磷酸化就受到抑制,甚至危及生物体得生命。,解偶联剂:引起解偶联作用得物质。,常见得解偶联剂有2,4-二硝基苯酚、双香豆素等。,解偶联剂并不抑制电子传递过程,只抑制由ADP形成ATP得磷酸化过程。如感冒发烧即就是由于某些细菌或病毒产生某种解偶联剂,影响氧化磷酸化作用得正常进行,导致较多能量转变为热能。,2、呼吸链抑制剂,有些物质专一结合呼吸链中得不同部位,从而抑制呼吸链得传递,使氧化过程受阻,能量释放减少,影响ATP得生成。,常见得呼吸链抑制剂有阿米妥(戊巴比妥,amytal)、鱼藤酮(rotenone)、抗霉素(antimycin)、一氧化碳和氰化物等。,3、离子载体抑制剂,有些物质可以与K,+,或Na,+,形成脂溶性复合物,将线粒体内得K,+,跨膜转移到细胞液。这种离子转移消耗了生物氧化所产生得能量,从而抑制ADP磷酸化ATP。,常见得离子载体抑制剂有寡霉素、缬氨霉素、短杆菌肽等。,离子载体抑制剂也不抑制电子传递过程。,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,各种呼吸链抑制剂得阻断位点,三、细胞液中NADH得氧化磷酸化,线粒体就是糖、脂肪、蛋白质等能源物质得最终氧化场所,这些物质得彻底氧化就是在线粒体内通过呼吸链生成ATP。,但就是糖、蛋白质和脂肪得全部氧化过程并不就是都在线粒体内进行(如糖酵解作用在细胞液中进行),细胞液中NADH不能通过线粒体内膜进入线粒体内进行氧化磷酸化,必须通过两种“穿梭”途径。,原理:线粒体外得NADH可将其所带之H转交给某些能透过线粒体内膜得化合物(甘油-3-磷酸,苹果酸等),进入线粒体内后再氧化。,(一),-磷酸甘油,穿梭途径,细胞液中含有,-磷酸甘油,脱氢酶,可以将磷酸二羟丙酮还原为,-磷酸甘油,后者可进入线粒体内;线粒体内又在,-磷酸甘油,脱氢酶作用下,将,-磷酸甘油,转变为磷酸二羟丙酮,同时FAD还原为FADH,2,于就是细胞液中得NADH便间接形成了线粒体内得FADH,2,FADH,2,将电子传递给CoQ还原为QH,2,后者通过呼吸链产生ATP。,这种穿梭作用主要存在于肌肉、神经组织,所以葡萄糖在这些组织中彻底氧化所产生得ATP比其她组织要少2个,即生成36个ATP。,(二)苹果酸穿梭途径(苹果酸-天冬氨酸穿梭途径),在肝、肾、心等组织,细胞液中得NADH就是通过苹果酸穿梭途径。,细胞液内得NADH得电子在苹果酸脱氢酶作用下传递给草酰乙酸后转变为苹果酸,同时NADH氧化为,NAD,+,。苹果酸通过苹果酸-,-酮戊二酸载体穿过线粒体膜,进入线粒体内膜得苹果酸被NAD,+,氧化失去电子又转变为,草酰乙酸,NAD,+,又形成NADH,草酰乙酸不能透过线粒体内膜,经过转氨基作用形成天冬氨酸,再经过谷氨酸-天冬氨酸载体转移到细胞液中,天冬氨酸再经过转氨基作用转变为草酰乙酸。,苹果酸-,天冬氨酸,穿梭,四、能量得转移、储存与利用,1、高能磷酸键得转移,ATP就是细胞内得主要磷酸,载体,ATP作为细胞得主要供能物质参与体内得许多代谢反应,还有一些反应需要UTP或CTP作供能物质,如UTP参与糖元合成和糖醛酸代谢,GTP参与糖异生和蛋白质合成,CTP参与磷脂合成过程,核酸合成中需要ATP、CTP、UTP和GTP作原料合成RNA,或以dATP、dCTP、dGTP和dTTP作原料合成DNA。,作为供能物质所需要得UTP、CTP和GTP可经下述反应再生:,UDP+ATPUTP+ADP,GDP+ATPGTP+ADP,CDP+ATPCTP+ADP,d NTP由d NDP得生成过程也需要ATP供能:,d NDP+ATP d NTP+ADP,2、高能磷酸键得储存,ATP就是细胞内主要得磷酸,载体,或能量传递体,人体储存能量得方式不就是ATP而就是磷酸肌酸。肌酸主要存在于肌肉组织中,骨骼肌中含量多于平滑肌,脑组织中含量也较多,肝、肾等其她组织中含量很少。,磷酸肌酸得生成反应如下:,线粒体内膜得肌酸激酶主要催化正向反应,生成得ADP可促进氧化磷酸化,生成得磷酸肌酸逸出线粒体进入胞液,磷酸肌酸所含得能量不能直接利用;胞液中得肌酸激酶主要催化逆向反应,生成得ATP可补充肌肉收缩时得能量消耗,而肌酸又回到线粒体用于磷酸肌酸得合成。,线粒体内膜:肌酸+ATP磷酸肌酸+ADP,胞液中:磷酸肌酸+ADP,肌酸+ATP,3、,能量得转移、储存与利用,可用下图表示,CPK:肌酸磷酸激酶,氰化物得中毒机理 和解毒机制,氰化物得介绍,氰化物就是含氰基得一类化学物质得总称,分子化学结构中含有氰根(CN,-,)得化合物均属于氰化物,最常见得就是氢氰酸、氰化钠和氰化钾。根据与氰基连接得元素或基团把氰化物分成两大类,即有机氰化物和无机氰化物。一般将无机化合物归为氰类,有机化合物归为腈类。氰化物在民用工业中用途十分广泛,她就是赤血盐(铁氰化钾)和黄血盐(亚铁氰化钾)染料得原料,且大量用于贵重金属得提纯筛选 电镀和农药制造等、,氰化物得介绍,氰化物就是高毒物质,如氰化钠,人口服得致死剂量为150250mg,无机氰化钾、氰化钡、氰化锌、氰化亚铜、铜氰化钠等都属剧毒物品、腈类化物,如乙腈、亚硝酸铁氰化盐类等化学物质在进入人体后也可代谢成氰化物,从而导致中毒、所以探究氰化物对人体得毒害作用、生化机理、解毒机制就是十分必要得、,细胞色素得结构特点,细胞色素有a、a,3,、b、c、c,1,等种类,其中除aa,3,外,其余得细胞色素中铁原子均以卟啉环和蛋白质形成6个共价或配位、因此不能和O,2,、CO、CN,-,等结合。唯a,3,得三价铁形成5个配位,能与O,2,、CO、CN,-,等结合。使酶得结构改变,不能再从底物获得电子。,中毒机理,氰离子迅速与细胞色素氧化酶中得三价铁结合,阻止其还原成二价铁,使传递电子得,氧化,过程甚至整个生物氧化过程中断,ATP合成减少、细胞摄取能量严重不足而造成内窒息,导致人和动物体因缺乏能量而死亡。,中毒机理,近几年得研究发现氰化物还能通过影响钙稳态,中枢神经递质及其受体,机体氧化应激和抗氧化体系等对机体造成毒害、氰化物通过多种途径导致机体中毒,并且各机制间能相互交叉,相互促进,形成恶性网络、,解毒,氰化物中毒就是由于抑制了细胞色素氧化酶氧化型(Fe,3+,),中断了氧化呼吸链,可使细胞窒息。,外加或生成能与氧化型细胞色素氧化酶中得铁(Fe,3+,)竞争结合CN,-,得物质,从而消除毒性。,常用得解毒剂,亚硝酸盐-硫代硫酸钠,乙二胺四乙酸二钴(Co-EDTA),羟钴铵(Vitamin B12a),亚硝酸异戊酯,高浓度得美蓝溶液,其中,亚硝酸钠和硫代硫酸钠组合就是氰化物和氰酸中毒得最好治疗剂。,解毒措施和机理,一亚硝酸盐硫代硫酸钠疗法:先用亚硝酸钠、亚硝酸异戊酯使血红蛋白迅速生成高铁血红蛋白。后者三价铁离子能与体内游离得或已与细胞色素氧化酶结合得氰基结合形成不稳定得氰化高铁血红蛋白,而使酶免受抑制、高铁血红蛋白又能从氰化细胞色素氧化酶中把细胞色素氧化酶置换出来,从而恢复活性。残余得CN用硫代硫酸钠清扫,生成无毒得硫氰酸盐排出体外。,二、,解偶联,现象,解偶联剂,有:化学解偶联剂、离子载体、解偶联蛋白。,解偶联剂,就是,氧化磷酸化,得一类抑制剂,使氧化与磷酸化脱离,虽然氧化照常进行,但不能生成ATP,则P/O比值降低,甚至为零。,1、,解偶联剂为离子载体或通道,能增大,线粒体,内膜对H,+,得通透性,消除H,+,梯度,因而无ATP生成,使氧化释放出来得能量全部以热得形式散发。如质子载体2,4-,二硝基苯,酚(DNP)。,该作用在生物体内有重要得意义,可用于恒定体温,以度过寒冷得冬季。又如感冒发烧即就是由于某些细菌或病毒产生某种解偶联剂,影响氧化磷酸化作用得正常进行,导致较多能量转变为热能。,2、,吡咯类杀虫剂(除尽)就是呼吸作用抑制剂,作用于细胞内线粒体膜,就是一个优良得氧化磷酸化解偶联剂。该品种对鳞翅目和螨类有较高得活性,、,诱导四倍体形成,除草剂,