第七章-生物氧化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第七章第七章生生 物物 氧氧 化化温州医学院生物化学教研室温州医学院生物化学教研室李春洋李春洋第1页v生物氧化生物氧化是指营养物质在生物体内进行氧化分解过程；狭义是指营养物质在生物体内进行氧化分解过程；狭义生物氧化主要是指糖、脂肪、蛋白质等在体内彻底氧化分解生物氧化主要是指糖、脂肪、蛋白质等在体内彻底氧化分解生成生成COCO2 2和和H H2 2O O，并释放大量能量过程。，并释放大量能量过程。v生物氧化主要在线粒体中进行，所释放能量用于合成生物氧化主要在线粒体中进行，所释放能量用于合成ATPATP和维和维持体温（持体温（线粒体氧化体系线粒体氧化体系）；线粒体外也能够进行氧化，但）；线粒体外也能够进行氧化，但氧化释放能量主要供非营养物质生物转化（氧化释放能量主要供非营养物质生物转化（非线粒体氧化体非线粒体氧化体系系）。）。第2页生物氧化特点：生物氧化特点：v生物氧化是细胞内进行酶促反应过程，反应条件温和生物氧化是细胞内进行酶促反应过程，反应条件温和（3737、pHpH近中性）；近中性）；v生物氧化代谢终产物生物氧化代谢终产物COCO2 2来自于有机酸脱羧，来自于有机酸脱羧，H H2 2O O则是由底则是由底物分子脱下氢与氧结合而生成；物分子脱下氢与氧结合而生成；v生物氧化产生能量是逐步释放，有利于机体捕捉能量，生物氧化产生能量是逐步释放，有利于机体捕捉能量，增加增加ATPATP生成效率。生成效率。第3页第一节第一节生物氧化酶类生物氧化酶类第4页一、参加线粒体氧化体系酶类一、参加线粒体氧化体系酶类v氧化酶类氧化酶类主要存在于线粒体，如细胞色素氧化酶；主要存在于线粒体，如细胞色素氧化酶；v需氧脱氢酶类需氧脱氢酶类亦称为亦称为“结合酶结合酶”，主要存在于过氧化酶体，主要存在于过氧化酶体，如黄嘌呤氧化酶、单胺氧化酶等；如黄嘌呤氧化酶、单胺氧化酶等；v不需氧脱氢酶类不需氧脱氢酶类是生物氧化最主要酶类，如以乳酸脱氢酶、是生物氧化最主要酶类，如以乳酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶等。琥珀酸脱氢酶等。二、非线粒体氧化体系酶类二、非线粒体氧化体系酶类第5页第二节第二节COCO2 2 生生 成成第6页一、直接脱羧作用一、直接脱羧作用v催化这类反应多为催化这类反应多为脱羧酶脱羧酶，依据脱羧基位置不一样双分，依据脱羧基位置不一样双分为为-直接脱羧作用和直接脱羧作用和-直接脱羧作用。直接脱羧作用。H H2 2N NC CCOOHCOOHR RH HH H2 2N NC CH HR RH HCOCO2 2氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶COCOCOOHCOOHCHCH2 2COOHCOOHCOCOCOOHCOOHCHCH3 3COCO2 2丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶第7页二、氧化脱羧作用二、氧化脱羧作用v依据脱羧基位置不一样双分为依据脱羧基位置不一样双分为-氧化脱羧作用和氧化脱羧作用和-氧氧化脱羧作用。化脱羧作用。+HS+HSCoACoANADNAD+COCO2 2丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体NADH+HNADH+H+CHCH3 3COCOSCoASCoACHCHCOOHCOOHCHCH2 2COOHCOOHOHOHC CCOOHCOOHCHCH3 3O ONADPNADP+COCO2 2苹果酸酶苹果酸酶NADPH+HNADPH+H+C CCOOHCOOHCHCH3 3O O第8页第三节第三节线粒体氧化体系线粒体氧化体系 第9页糖原糖原葡萄糖葡萄糖甘油三酯甘油三酯脂肪酸脂肪酸 +甘油甘油蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoACoACOCO2 22H2HADP+PiADP+PiATPATPH H2 2O O呼吸链呼吸链TACTAC第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段第10页一、呼吸链一、呼吸链（一）呼吸链概念（一）呼吸链概念v线粒体内膜上存在着一系列按次序排列有氧化还原活性酶和线粒体内膜上存在着一系列按次序排列有氧化还原活性酶和辅酶，它们将代谢物脱下氢经过连锁递氢和递电子反应最终辅酶，它们将代谢物脱下氢经过连锁递氢和递电子反应最终与与O O2 2结合生成结合生成H H2 2O O，称为，称为电子传递链电子传递链；因为这条链与细胞呼吸；因为这条链与细胞呼吸摄氧相关，所以也称为摄氧相关，所以也称为呼吸链呼吸链。第11页v线粒体内膜蛋白质用胆酸等去污剂处理及离子交换层析分离，线粒体内膜蛋白质用胆酸等去污剂处理及离子交换层析分离，可纯化出内膜呼吸链成份，得到可纯化出内膜呼吸链成份，得到4 4种仍含有传递电子功效蛋白种仍含有传递电子功效蛋白质质-酶复合体，各含不一样组分。酶复合体，各含不一样组分。复合体复合体NADH-UQNADH-UQ还原酶还原酶3939FMNFMN、Fe-SFe-S复合体复合体琥珀酸琥珀酸-UQ-UQ还原酶还原酶5 5FADFAD、Fe-SFe-S复合体复合体UQ-UQ-细胞色素细胞色素C C还原酶还原酶1010血红素血红素b b、c c1 1、Fe-SFe-S复合体复合体细胞色素细胞色素C C氧化酶氧化酶1010血红素血红素a a、a a3 3、CuCuA A、CuCuB B复合体复合体酶酶 名名 称称多肽链数多肽链数辅辅 基基第12页1.NAD1.NAD+或或NADPNADP+vNADNAD+或或NADPNADP+为体内各种不需氧脱氢酶辅酶，能可逆地进行加为体内各种不需氧脱氢酶辅酶，能可逆地进行加氢和脱氢反应。氢和脱氢反应。（二）呼吸链组成（二）呼吸链组成+N NCONHCONH2 2R R+H H +H H+e+eN NCONHCONH2 2H HH HR R+H+H+第13页2.2.黄素蛋白黄素蛋白v黄素蛋白种类较多，其辅基是黄素蛋白种类较多，其辅基是FADFAD或或FMNFMN（与酶蛋白结合（与酶蛋白结合牢靠，不能作为底物或产物）牢靠，不能作为底物或产物）第14页3.3.铁硫蛋白类铁硫蛋白类v铁硫蛋白又称铁硫蛋白又称铁硫中心铁硫中心，其特点是含有等量非血红素铁原子，其特点是含有等量非血红素铁原子和硫原子，经过其中铁原子与铁硫蛋白中蛋白部分半胱氨酸和硫原子，经过其中铁原子与铁硫蛋白中蛋白部分半胱氨酸残基硫相连接。残基硫相连接。第15页4.4.泛醌泛醌v泛醌又称为泛醌又称为辅酶辅酶Q Q（CoQCoQ），是一类脂溶性醌类化合物，），是一类脂溶性醌类化合物，广泛分布于生物界。广泛分布于生物界。第16页v细胞色素细胞色素是一类广泛分布于生物体内含有铁卟啉辅基电子传递是一类广泛分布于生物体内含有铁卟啉辅基电子传递蛋白总称。细胞色素按吸收光谱可分为蛋白总称。细胞色素按吸收光谱可分为a a、b b、c c三类。三类。5.5.细胞色素类细胞色素类第17页v细胞色素细胞色素c c（CytcCytc）为位于线粒体内膜外侧，是唯一能溶于水）为位于线粒体内膜外侧，是唯一能溶于水细胞色素。细胞色素。v细胞色素细胞色素a a和和a a3 3不易分开，所以不易分开，所以 它们合称为为它们合称为为细胞色素细胞色素aaaa3 3；由；由 于其可将电子直接传递给氧，于其可将电子直接传递给氧，又称为又称为细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶。第18页（三）呼吸链上电子传递体排列与呼吸链类型（三）呼吸链上电子传递体排列与呼吸链类型1.1.电子传递体排列电子传递体排列v各组分标准氧化还原电位各组分标准氧化还原电位v在有氧条件下氧化反应到达平衡时各传递体还原程度在有氧条件下氧化反应到达平衡时各传递体还原程度v用呼吸链特异抑制剂用呼吸链特异抑制剂v在体外将呼吸链拆开和重组在体外将呼吸链拆开和重组还原型还原型NADNAD+NADH+HNADH+H+2 2-0.32-0.32FMNFMNFMNHFMNH2 22 2-0.30-0.30FADFADFADHFADH2 22 2-0.22-0.22Q QQHQH2 22 20.100.10Cyt bCyt b（FeFe3+3+）Cyt bCyt b（FeFe2+2+）1 10.070.07Cyt CCyt C1 1（FeFe3+3+）Cyt CCyt C1 1（FeFe2+2+）1 10.220.22Cyt CCyt C（FeFe3+3+）Cyt CCyt C（FeFe2+2+）1 10.250.25Cyt aCyt a（FeFe3+3+）Cyt aCyt a（FeFe2+2+）1 10.290.29Cyt aCyt a3 3（FeFe3+3+）Cyt aCyt a3 3（FeFe2+2+）1 10.550.551/2O1/2O2 2+2H+2H+H H2 2O O2 20.820.82氧化型氧化型传递电子数传递电子数E E00（V V）*氧化呼链各电子传递体标准氧化还原电位氧化呼链各电子传递体标准氧化还原电位第19页2.2.呼吸链类型呼吸链类型（1 1）NADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链（2 2）琥珀酸氧化呼吸链（）琥珀酸氧化呼吸链（FADHFADH2 2氧化呼吸链）氧化呼吸链）第20页二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化v由代谢物脱下氢，经线粒体电子传递链传递，最终与氧结合由代谢物脱下氢，经线粒体电子传递链传递，最终与氧结合生成水，同时释放出大量能量，这些能量中大部分可驱动生成水，同时释放出大量能量，这些能量中大部分可驱动ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP，供生命活动需要，这个过程称为，供生命活动需要，这个过程称为氧化磷氧化磷酸化酸化（又称（又称偶联磷酸化偶联磷酸化v不与脱氢反应偶联，直接将高能代谢物分子中能量转移至不与脱氢反应偶联，直接将高能代谢物分子中能量转移至ADPADP生成生成ATPATP过程，称为过程，称为底物水平磷酸化底物水平磷酸化。第21页（一）（一）P/OP/O比值比值v氧化呼吸中，每消耗氧化呼吸中，每消耗1 1摩尔氧原子所消耗无机磷酸摩摩尔氧原子所消耗无机磷酸摩尔数（或尔数（或ADPADP摩尔数）称为摩尔数）称为P/OP/O比值比值；vP/OP/O比值实质上指是呼吸过程中磷酸化效率（即生成比值实质上指是呼吸过程中磷酸化效率（即生成ATPATP摩尔数）。摩尔数）。第22页-羟丁酸羟丁酸NADNAD+复合体复合体CoQCoQ复合体复合体CytcCytc复合体复合体OO2 22.42.42.82.83 3线粒体离体试验测得一些底物线粒体离体试验测得一些底物P/OP/O比值比值底底 物物呼吸链组成呼吸链组成P/OP/O比值比值 生成生成ATPATP数数琥珀酸琥珀酸1.71.72 2复合体复合体CoQCoQ复合体复合体CytcCytc复合体复合体OO2 2抗坏血酸抗坏血酸0.880.881 1CytcCytc复合体复合体OO2 2细胞色素细胞色素C C0.610.610.680.681 1复合体复合体OO2 2第23页（二）氧化磷酸化偶联机制（二）氧化磷酸化偶联机制v19531953年，年，E.SlaterE.Slater提出了提出了“化学偶联学说化学偶联学说”；v19611961年，年，Peter MitchellPeter Mitchell提出了提出了“化学渗透学说化学渗透学说”（19781978年取得诺贝尔化学奖）。年取得诺贝尔化学奖）。v19641964年，年，P.BoyerP.Boyer提出了提出了“构象改变偶联学说构象改变偶联学说”。第24页1.1.化学渗透学说基本观点化学渗透学说基本观点v线粒体内膜中电子传递与线粒体内膜中电子传递与 H H+释放相偶联；释放相偶联；vH H+不能自由透过线粒体内膜，结果使得线粒体内膜外侧不能自由透过线粒体内膜，结果使得线粒体内膜外侧 H H+浓浓度增高，基质内度增高，基质内 H H+浓度降低，形成电化学浓度梯度；浓度降低，形成电化学浓度梯度；v线粒体外线粒体外 H H+能够经过线粒体内膜上特异质子通道顺能够经过线粒体内膜上特异质子通道顺 H H+浓度浓度梯度进入线粒体基质中，在此过程中所释放自由能用于梯度进入线粒体基质中，在此过程中所释放自由能用于ATPATP合合成；成；v解偶联剂作用是促进解偶联剂作用是促进H H+被动扩散。被动扩散。第25页2.ATP2.ATP合酶（复合体合酶（复合体）vATPATP合酶是线粒体内膜蛋白复合酶是线粒体内膜蛋白复合体，包含合体，包含2 2个结构域：个结构域：F F0 0和和F F1 1。vF F1 1由五种亲水性亚基组成，其由五种亲水性亚基组成，其功效是催化生成功效是催化生成ATPATP；vF F0 0又称为基底部，镶嵌于内膜又称为基底部，镶嵌于内膜中，由三种疏水亚基组成。中，由三种疏水亚基组成。OSCP第26页3.ATP3.ATP生成机制生成机制v19891989年年Paul BoyerPaul Boyer提出提出“结合结合变构机制变构机制”，认为，认为亚基是亚基是ATPATP合酶催化部位，经过合酶催化部位，经过亚基构亚基构象转变，不停从基质中结合象转变，不停从基质中结合ADP ADP+Pi+Pi，催化其合成，催化其合成ATPATP，并释放，并释放入基质。入基质。O OT TL LADP+PiADP+PiATPATPADP+PiADP+PiATPATP第27页（三）影响氧化磷酸化原因（三）影响氧化磷酸化原因1.1.抑制剂抑制剂（1 1）电子传递抑制剂，如：鱼藤酮、二疏基丙醇、粉喋霉）电子传递抑制剂，如：鱼藤酮、二疏基丙醇、粉喋霉素素A A等。等。（2 2）解偶联剂，如：二硝基苯酚、双香豆素、缬氨霉素等。）解偶联剂，如：二硝基苯酚、双香豆素、缬氨霉素等。（3 3）氧化磷酸化抑制剂，如：寡霉素、栎皮素等。）氧化磷酸化抑制剂，如：寡霉素、栎皮素等。（4 4）离子载体抑制剂，如：缬氨霉素、短杆菌肽等。）离子载体抑制剂，如：缬氨霉素、短杆菌肽等。琥珀酸琥珀酸FPFP（FMNFMN）（Fe-SFe-S）CytaCytaCytaCyta3 3CuCuA A Cu CuB BCytbCytbFe-SFe-SCytcCytc1 1NADHNADHUQUQCytcCytcO O2 2FPFP（FADFAD）（Fe-SFe-S）复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体粉蝶霉素粉蝶霉素A A、鱼藤酮、异戊巴比妥、鱼藤酮、异戊巴比妥二巯基丙醇、抗霉素二巯基丙醇、抗霉素A ACOCO、CNCN-、H H2 2S S第28页2.ADP2.ADP调整调整3.3.甲状腺激素甲状腺激素4.4.线粒体线粒体DNADNA突变影响突变影响第29页三、细胞液中三、细胞液中NADHNADH氧化作用氧化作用v线粒体内生成线粒体内生成NADHNADH可直接进入呼吸链氧化磷酸化过程，可直接进入呼吸链氧化磷酸化过程，但在胞液中产生但在胞液中产生NADHNADH不能自由透过线粒体内膜。不能自由透过线粒体内膜。v胞液中胞液中NADHNADH经过经过-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭（脑、骨骼肌脑、骨骼肌）和）和苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭（肝、心肌肝、心肌）进入线粒体。）进入线粒体。-磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭作用天冬氨酸穿梭作用第30页第四节第四节ATPATP与能量代谢与能量代谢第31页vATPATP几乎是高等生物细胞能够直接利用唯一能源形式。几乎是高等生物细胞能够直接利用唯一能源形式。v糖、脂肪及蛋白质等营养物质氧化过程中产生能量大约糖、脂肪及蛋白质等营养物质氧化过程中产生能量大约40%40%以化学能形式储存起来，其中大部分被以化学能形式储存起来，其中大部分被ADPADP磷酸化利磷酸化利用生成用生成ATPATP而储存起来，而储存起来，ATPATP是体内能量储存和利用中心；是体内能量储存和利用中心；v磷酸酯水解时释放大于磷酸酯水解时释放大于21kJ/mol21kJ/mol能量，通常称为能量，通常称为高能化高能化学键学键，主要包含，主要包含高能磷酸键高能磷酸键和和高能硫酯键高能硫酯键等。等。第32页一、一、ATPATP生成生成v底物水平磷酸化底物水平磷酸化高能化合物将能量直接转移给高能化合物将能量直接转移给ADPADP（或（或GDPGDP），使其磷酸化生成），使其磷酸化生成ATPATP（或（或GTPGTP）过程称为底物水）过程称为底物水平磷酸化。平磷酸化。v氧化磷酸化氧化磷酸化代谢物脱下氢经电子传递链交给氧生成代谢物脱下氢经电子传递链交给氧生成水同时释放出大量能量，并偶联水同时释放出大量能量，并偶联ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP过程称过程称为氧化磷酸化。为氧化磷酸化。第33页二、二、ATPATP能量转移和储存能量转移和储存NDP+ATPNDP+ATPNTP+ADPNTP+ADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP+AMPATP+AMP腺苷酸激酶腺苷酸激酶肌酸激酶肌酸激酶+ADP+ADPNHNH2 2C NHC NHCHCH3 3 N NCHCH3 3COOHCOOHN NC CP PCHCH3 3 N NCHCH2 2C NHC NH2ADP2ADP第34页三、三、ATPATP循环循环第35页第五节第五节非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系第36页一、微粒体氧化体系一、微粒体氧化体系1.1.加单氧酶系加单氧酶系v加单氧酶系催化向氧分子中一个氧原子加到底物分子上（羟加单氧酶系催化向氧分子中一个氧原子加到底物分子上（羟化），另一个氧原子与化），另一个氧原子与NADPH+HNADPH+H+中氢结合生成水，故又将单中氢结合生成水，故又将单加氧酶称为加氧酶称为混合功效氧化酶混合功效氧化酶或或羟化酶羟化酶。v加单氧酶主要分布于肝脏、肾上腺微粒体中，主要功效是参加单氧酶主要分布于肝脏、肾上腺微粒体中，主要功效是参加类固醇激素合成、维生素加类固醇激素合成、维生素D D3 3羟化，胆汁酸和胆色素生物合羟化，胆汁酸和胆色素生物合成及生物转化作用等过程。成及生物转化作用等过程。RH+NADPH+HRH+NADPH+H+O+O2 2R OH+NADPR OH+NADP+H+H2 2O ONADPNADP+NADPH+HNADPH+H+FADHFADH2 2FADFAD2Fe2Fe2 2S S2 22Fe2Fe2 2S S2 22+2+P 450 R HP 450 R HFeFe3+3+-O-O2 2e e2H2H+H H2 2O OP 450 R HP 450 R HFeFe2+2+P 450 R HP 450 R HFeFe3+3+P 450 R HP 450 R HP 450P 450FeFe3+3+e eR HR HO O2 2R OHR OH2-2-FeFe3+3+-O-O2 2-第37页2.2.加双氧酶加双氧酶CHCH2 2NHNH2 2C CO ONHCHNHCHO OCHCOOHCHCOOHNHNH2 2CHCH2 2CHCOOHCHCOOH+O+O2 2色氨酸吡咯酶色氨酸吡咯酶色氨酸色氨酸甲酰犬尿酸原甲酰犬尿酸原第38页二、过氧化体氧化酶系二、过氧化体氧化酶系v存在于粒细胞和吞噬细胞中存在于粒细胞和吞噬细胞中H H2 2O O2 2可杀死被吞噬有害细菌；可杀死被吞噬有害细菌；在甲状腺上皮细胞在甲状腺上皮细胞H H2 2O O2 2可使蛋白质碘化，有利于甲状腺素可使蛋白质碘化，有利于甲状腺素合成。合成。v过多过多H H2 2O O2 2不但可使巯基酶和蛋白质氧化失活，还能氧化生不但可使巯基酶和蛋白质氧化失活，还能氧化生物膜磷脂分子中多不饱和脂肪酸，损伤生物膜功效，影响物膜磷脂分子中多不饱和脂肪酸，损伤生物膜功效，影响膜功效。膜功效。第39页1.1.过氧化氢酶过氧化氢酶H H2 2O O2 22H2H2 2O+OO+O2 2过氧化氢酶过氧化氢酶2.2.过氧化物酶过氧化物酶RHRH2 2+H+H2 2O O2 2R+2HR+2H2 2O O过氧化物酶过氧化物酶3.3.超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶H H2 2O O2 2+O+O2 2SODSOD+2H+2H+2O2O2 2第40页