生物氧化.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,*,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,目 录,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(细胞氧化、细胞呼吸),*,生物氧化与体外氧化之相同点,生物氧化中物质的氧化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,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,生物氧化中的主要氧化方式：,加,氧，脱氢，失电子,CO2的生成方式：,体内有机酸脱羧,可分为：,-单纯脱羧,-氧化脱羧,-单纯脱羧,-氧化脱羧,定义,代谢物脱下的成对氢原子（,2H,）,通过位于线粒体内膜上的多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为,呼吸链,(respiratory chain),又称,电子传递链,(electron transfer chain),。,组成,递氢体和电子传递体（,2H,2H,+,+2e,）,一、呼吸链,（一）呼吸链的组成,四种具有传递电子功能的酶复合体(complex),*泛醌 和,Cyt c,均不包含在上述四种复合体中。,人线粒体呼吸链复合体,1。NAD,+,和NADP,+,的结构,R=H:NAD,+,;R=H,2,PO,3,:NADP,+,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。,2。FMN FAD为辅酶的脱氢酶,FMN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FMN。,3。,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,铁硫蛋白,S,S,无机硫,半胱氨酸硫,4。泛醌（辅酶Q,CoQQ）,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。,NADH+H,+,NAD,+,FMN,FMNH,2,还原型Fe-S,氧化型Fe-S,Q,QH,2,5。细 胞 色 素,细胞色素是一类以铁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。,功能：将电子从泛醌传递给细胞色素,c,QH,2,Cyt c,b,562,;b,566,;Fe-S;c,1,细胞色素氧化酶,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,Cytaa,3,其中,Cyt aa,3,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 FMN,Fe-S CoQ Cytb-c1-c-aa3 O,2,2.琥珀酸氧化呼吸链,FADH2,Fe-S CoQ Cytb-c1-c-aa3 O,2,电子传递链,NADH氧化呼吸链,FADH,2,氧化呼吸链,四 胞液中NADH的氧化,胞液中,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,3-,磷酸甘油穿梭,(,-glycerophosphate,shuttle),苹果酸,-,天冬氨酸穿梭,(,malate-asparate,shuttle),3-,磷酸甘油穿梭机制,主要存在于肌肉、神经，产生,2ATP,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,3-磷酸甘油,脱氢酶,呼吸链,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油,2.,苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,主要存在于心肌、肝脏；产生3ATP,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,第四节 生物氧化与能量代谢,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,30KJ/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,二、ATP的形成,*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,。,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磷酸化生成ATP的过程。,ADP,ATP,磷酸甘油酸激酶,1,3-二磷酸,甘油酸,3-磷酸甘油酸,ADP,ATP,K,+,Mg,2+,丙酮酸激酶,(pyruvate kinase),磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,（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,ATP,ATP,ATP,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,（二）氧化磷酸化的偶联机理,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。,四、影响氧化磷酸化的因素,1.,呼吸链抑制剂,阻断呼吸链中某些部位电子传递。,2.解偶联剂,使氧化与磷酸化偶联过程脱离。,如：解偶联蛋白,3.氧化磷酸化抑制剂,对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。,如：寡霉素,（一）抑制剂,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,（二）ADP的调节作用,呼吸控制率,(respiratory control ratio,RCR),（三）甲状腺激素,Na,+,K,+,ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。,（四）线粒体DNA突变,与线粒体DNA病及衰老有关。,目 录,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。,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作为,肌肉中,能量的一种贮存形式。,第五节 其他氧化酶系,The Ot,hers Oxidation Enzyme Systems,一、需氧脱氢酶和氧化酶,二、过氧化物酶体中的酶类,（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）过氧化物酶,(perioxidase),以血红素为辅基，催化,H,2,O,2,直接氧化酚类或胺类化合物,R+,H,2,O,2,RO+,H,2,O,RH,2,+,H,2,O,2,R+2,H2,O,过氧化物酶,过氧化物酶,反应氧族,超氧离子(O,2,)、H,2,O,2,、羟自由基(OH)的统称。,三、超氧化物歧化酶,2O,2,+2H,+,SOD,H,2,O,2,+O,2,H,2,O,+,O,2,过氧化氢酶,SOD：超氧化物歧化酶(superoxide dismutase),谷胱甘肽过氧化物酶,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,3.含硒的谷胱甘肽过氧化物酶,四、微粒体中的酶类,（一）加单氧酶(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。,目 录,（二）加双氧酶,此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。,例 如：,(O,2,),色氨酸吡咯酶,