生物氧化(3)省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

5.2 Oxidative phosphorylation氧化磷酸化氧化磷酸化第第1页页 1,Whats biological oxidation(生物氧化生物氧化)2,Electron transport chain(电子传递链）电子传递链）(又名又名respiratory chain 呼吸链呼吸链)3,Oxidative phosphorylation(氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用)第第2页页 生物氧化是指有机物质在细胞内氧化分解成生物氧化是指有机物质在细胞内氧化分解成CO2和水并释和水并释放出能量形成放出能量形成ATP 过程。过程。（实际上是需氧细胞呼吸作用中一系（实际上是需氧细胞呼吸作用中一系列氧化还原反应，又称细胞氧化、细胞呼吸）列氧化还原反应，又称细胞氧化、细胞呼吸）糖、脂肪、蛋白质糖、脂肪、蛋白质CO2、H2OO2释放能量，部分合成释放能量，部分合成ATP1,biological oxidation(生物氧化生物氧化)第第3页页*生物氧化本质生物氧化本质n生物氧化与体外氧化本质相同，都是生物氧化与体外氧化本质相同，都是电子转移电子转移。失电子者为还原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体失电子者为还原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体n生物氧化方式：生物氧化方式：加氧、脱氢、脱电子加氧、脱氢、脱电子。苯丙氨酸苯丙氨酸 酪氨酸酪氨酸O 2Fe 2+Cu 2+Fe 3+Cu+第第4页页C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能量能量(2840kJ/mol)（1）生物氧化是在生物细胞内，在酶催化作用下逐步进行。）生物氧化是在生物细胞内，在酶催化作用下逐步进行。（2）反应条件温和：中性）反应条件温和：中性pH，体温，有水环境。，体温，有水环境。（3）能量逐步释放，释放能量以高能磷酸键形式贮存。）能量逐步释放，释放能量以高能磷酸键形式贮存。*生物氧化特点生物氧化特点共同点：需共同点：需O2 、释放能量相等、产生释放能量相等、产生 H2O+CO2区分区分生物氧化生物氧化体外燃烧体外燃烧温度温度37高温高温催化催化酶酶/环境环境中性、有水中性、有水干燥干燥能量释能量释放放能能量量逐逐步步释释放放，部部分分以以高能磷酸键形式储存高能磷酸键形式储存全部以热能全部以热能形式释放形式释放生物氧化与体外燃烧区分生物氧化与体外燃烧区分第第5页页（4）在生物氧化中，碳氧化和氢氧化是非同时。）在生物氧化中，碳氧化和氢氧化是非同时。生物氧化中生物氧化中 CO生成方式：生成方式：有机酸脱羧有机酸脱羧生生物物氧氧化化中中水水生生成成：氧氧化化过过程程中中脱脱下下来来氢氢质质子子和和电电子子，通通常常由由呼呼吸吸链链中各种载体，如中各种载体，如NADH、FADH2等传递到氧并生成水。等传递到氧并生成水。第第6页页2,Electron transport chain（电子传递链）（电子传递链）各种递氢体和递电子体按照一定次序排列在线粒体内各种递氢体和递电子体按照一定次序排列在线粒体内膜，经过一系列连锁进行氧化还原反应将代谢物氧化脱下膜，经过一系列连锁进行氧化还原反应将代谢物氧化脱下氢和电子传递给氧生成水过程。氢和电子传递给氧生成水过程。又称又称“(呼吸链呼吸链respiratory chain)”n递氢体和递电子体普通是线粒体内膜一些传递氢和电子酶递氢体和递电子体普通是线粒体内膜一些传递氢和电子酶或辅酶。或辅酶。原核细胞呼吸链位于质膜上，真核细胞则位于线粒体内膜上。原核细胞呼吸链位于质膜上，真核细胞则位于线粒体内膜上。第第7页页1，双层膜双层膜结构。结构。2，外膜外膜对小分子（对小分子（Mr 5000）和离子为自由透过（经过跨膜通道）。）和离子为自由透过（经过跨膜通道）。3，内膜内膜对大多数小分子及离子不透过（包含对大多数小分子及离子不透过（包含H+），只有内膜上存在特），只有内膜上存在特异运输体物质能够透过。异运输体物质能够透过。4，内膜上含有呼吸链和内膜上含有呼吸链和ATP合成酶合成酶.Mitochondrial(线粒体线粒体)Structure and Function内膜内膜:20%脂脂+80%蛋白质蛋白质 线线粒粒体体基基质质含含有有丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶复复合合体体和和柠柠檬檬酸酸循循环环、脂脂肪肪酸酸-氧氧化化、氨基酸氧化路径及酵解以外全部能量物质氧化路径。氨基酸氧化路径及酵解以外全部能量物质氧化路径。第第8页页复合体复合体酶名称酶名称辅基辅基多肽链数目多肽链数目NADH-Q还原酶还原酶琥珀酸琥珀酸-Q还原酶还原酶细胞色素还原酶细胞色素还原酶 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶FMN,Fe-SFAD,Fe-S血红素血红素b、c1,Fe-S血红素血红素a,a3,CuA，CuB 30 4 9-10 10注：除四种复合体外，呼吸链还包含注：除四种复合体外，呼吸链还包含CoQ和和Cyt c。线粒体内膜电子传递酶复合体线粒体内膜电子传递酶复合体2.1 呼吸链组成：四个线粒体内膜电子传递酶复合体。呼吸链组成：四个线粒体内膜电子传递酶复合体。第第9页页MH2 NADH FMN CoQ b c1 c (a+a3)1/2O2 FADH2 MH2呼吸链全景呼吸链全景复合体复合体I中辅基中辅基注意两条呼吸链均每次传递一对电子给注意两条呼吸链均每次传递一对电子给1个氧原子。个氧原子。复合体复合体II中辅基中辅基复合体复合体III中辅基中辅基复合体复合体中辅基中辅基注：注：MH2为代谢物。为代谢物。依据代谢物上脱下氢初始受体不一样而分为依据代谢物上脱下氢初始受体不一样而分为NADH呼吸链和呼吸链和FADH2呼吸链呼吸链。第第10页页NAD+NADH+H+NADP+NADPH+H+NAD+/NADH:氧化路径（分解代谢）中电子受体氧化路径（分解代谢）中电子受体NADP+/NADPH:还原路径（合成代谢）电子供体还原路径（合成代谢）电子供体FMNFMNFMNHFMNH2 2+2H+2H-2H-2HFADFADFADHFADH2 2+2H+2H-2H-2H复习：复习：第第11页页复合体复合体（NADH-Q还原酶）还原酶）组成：组成：含含以以FMN为辅基为辅基黄素蛋白黄素蛋白和以和以铁硫族（铁硫族（Fe-S)为辅基为辅基铁硫蛋白铁硫蛋白。辅酶：辅酶：CoQ。作用：作用：氧化氧化NADH，还原，还原CoQ 苹果酸、异柠檬酸、苹果酸、异柠檬酸、-羟丁酸羟丁酸NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2注：注：H传递给传递给FMN后，形成后，形成FMNH2，从，从FMNH2脱下氢以质子和电子形式出现，电子经过铁硫蛋白传脱下氢以质子和电子形式出现，电子经过铁硫蛋白传递给辅酶递给辅酶Q，质子则从线粒体基质中被辅酶，质子则从线粒体基质中被辅酶Q吸收，从而形成还原型辅酶吸收，从而形成还原型辅酶Q（QH2）。）。第第12页页铁硫蛋白：铁硫蛋白：n辅基：辅基：铁硫簇铁硫簇（iron-sulfur cluster，Fe-S）n作用：传递电子作用：传递电子 Fe3+e Fe2+在呼吸链中在呼吸链中铁硫蛋白常与黄素蛋白或细胞色素铁硫蛋白常与黄素蛋白或细胞色素b形成复合体形成复合体存在。存在。辅酶辅酶Q（CoQ）又称又称泛醌泛醌（ubiquinone，UQ，Q）n非蛋白非蛋白、脂溶性脂溶性醌类化合物，醌类化合物，n侧链由多个异戊二烯组成，侧链由多个异戊二烯组成，n作用：作用：可在线粒体内膜可在线粒体内膜移动移动电子载体电子载体,传递一对氢。传递一对氢。第第13页页复合体复合体（琥珀酸（琥珀酸-Q还原酶）还原酶）n组成：黄素蛋白（辅基组成：黄素蛋白（辅基FAD）、铁硫蛋白（辅基）、铁硫蛋白（辅基Fe-S）n作用：氧化琥珀酸，还原作用：氧化琥珀酸，还原辅酶辅酶Q 甘油甘油-3-磷酸、脂酰磷酸、脂酰CoAFADFe-SFADH2琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸QQH2 复合体复合体与复合体与复合体I之间无前后关系，都是将电子传递到之间无前后关系，都是将电子传递到Q，只是电子，只是电子起源不一样。起源不一样。第第14页页复合体复合体（细胞色素还原酶、辅酶（细胞色素还原酶、辅酶Q-Cytc还原酶、还原酶、Cytbc1复合体）复合体）组成：组成：Cytb、Cyt c1、铁硫蛋白、铁硫蛋白（Fe-S）作用：作用：催化还原型催化还原型QH2氧化和氧化和Cytc还原。还原。Cytb562、b566、Fe-S、Cyt c12H+2eQH2Q2Cyt c-Fe3+2Cyt c-Fe2+将电子定向地从还原型将电子定向地从还原型QH2传给膜间隙氧化型细胞色素传给膜间隙氧化型细胞色素b，使之还原，同，使之还原，同时质子定向地从基质转移到膜间隙中。时质子定向地从基质转移到膜间隙中。第第15页页n单单一一多多肽肽链链（104aa），是是唯唯一一溶溶于于水水细细胞胞色色素素！是是唯唯一处于线粒体膜间隙细胞色素。一处于线粒体膜间隙细胞色素。n它它是是电电子子传传递递链链中中一一个个独独立立蛋蛋白白质质电电子子载载体体，接接收收复复合合体体传传递递来来电电子子沿沿线线粒粒体体内内膜膜外外侧侧表表面面移移动动，将将电电子子传传递给复合体递给复合体。细胞色素细胞色素c（Cytc）第第16页页复合体复合体（细胞色素氧化酶）（细胞色素氧化酶）组成：组成：Cyta、Cyta3，CuA，CuB作用：将电子从作用：将电子从Cytc传递给线粒体基质侧传递给线粒体基质侧O2n在电子传递过程中，分子中铜离子能够发生在电子传递过程中，分子中铜离子能够发生Cu+Cu2+互变，将互变，将Cyt c所所携带电子传递给携带电子传递给O2，使之活化；活化氧（，使之活化；活化氧（O2-）与存在液体中质子（）与存在液体中质子（H+）结）结合生成水。合生成水。CytC-Fe2+O2-CytC-Fe3+1/2O2 CuACyta Cyta3 CuBn该复合体除了含有铁卟啉外，还含有铜离子。该复合体除了含有铁卟啉外，还含有铜离子。Cyta和和a3组成一个复合体，组成一个复合体，二者结合紧密，二者结合紧密，难以分开，称作难以分开，称作Cyt aa3。第第17页页细胞色素细胞色素（cytochrome Cyt）：几乎存在于全部生物体中（厌氧微生物除外）几乎存在于全部生物体中（厌氧微生物除外）结构结构：含：含血红素血红素辅基色素辅基色素蛋白蛋白，一类，一类含铁电子传递体含铁电子传递体。功效功效：细胞色素主要是经过：细胞色素主要是经过Fe3+Fe2+互变起传递电子作用。互变起传递电子作用。Cyt-Fe3+e Cyt-Fe2+补充介绍细胞色素！补充介绍细胞色素！第第18页页细胞色素分类细胞色素分类n还原型还原型细胞色素含有显著可见光谱（细胞色素含有显著可见光谱（、）吸收现象。依据吸收光谱不一）吸收现象。依据吸收光谱不一样将其分为三类：样将其分为三类：Cyta,Cytb,Cytc 结构区分结构区分：血红素辅基侧链不一样；血红素辅基侧链不一样；血红素辅基与酶蛋白连接方式不一样。血红素辅基与酶蛋白连接方式不一样。*不一样细胞色素又因为其血红素所处环境不一样，不一样细胞色素又因为其血红素所处环境不一样，吸收峰波长位吸收峰波长位置有差异，如置有差异，如 Cytb562、Cytb566、Cytb560。Cyta：Cyta、Cyta3 Cytb：Cytb562、Cytb566、Cytb560Cytc：Cytc、Cytc1第第19页页细胞色素细胞色素辅基辅基与酶蛋白连接与酶蛋白连接Cytb Cytc Cyta铁卟啉原铁卟啉原（b 型血红素型血红素）c c型血红素型血红素血红素血红素a非共价结合非共价结合乙烯侧链与酶蛋乙烯侧链与酶蛋白多肽链中白多肽链中Cys-SH相连相连非共价结合非共价结合细胞色素中辅基类别及连接方式细胞色素中辅基类别及连接方式呼吸链中唯一呼吸链中唯一直接直接将将e传递给传递给O2第第20页页