生物氧化PPT演示课件

.,1,第 八 章,生 物 氧 化Biological Oxidation,.,2,物质在生物体内的氧化分解称为生物氧化，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CO2 和 H2O的过程。,一、 生物氧化的概念,第一节 概 述,部位：线粒体氧化方式：脱氢、加氧、失电子,.,3,糖原,葡萄糖,脂肪,蛋白质,脂肪酸+ 甘油,氨基酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环,CO2,2H,呼吸链,水,ADP+Pi ATP,第一阶段,第二阶段,第三阶段,第四阶段,.,4,* 生物氧化与体外氧化之相同点,物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。,二、生物氧化的特点,.,5,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机体捕获能量，提高ATP生成的效率。 二氧化碳的生成方式：有机酸脱羧产生CO2 ，水的生成方式：底物脱下的氢与氧结合产生H2O 。 生物氧化的速率受体内多种因素的影响和调节。,* 生物氧化的特点,.,6,第二节 线 粒 体 氧 化 体 系,.,7,定义 在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传递电子的酶或辅酶称为电子传递体，它们按一定的顺序排列在线粒体内膜上，组成递氢或递电子体系，统称电子传递链（electron transfer chain)。该体系进行的一系列连锁反应是与细胞呼吸相关，故又称呼吸链（respiratory chain)。,呼吸链,.,8,一、呼吸链的主要组分,.,9,NAD+和NADP+的结构,R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+,（一）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 （ NAD+）（又称Co ） 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （ NADP+）（又称Co ）,.,10,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。,.,11,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FMNH 。,( 二)黄素蛋白（flavoproteins ,FP),黄素蛋白种类很多，其辅基有两种： 黄素单核苷酸（FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）,.,12,.,13,又称铁硫中心，特点是含有铁原子和硫原子。其中铁是与无机硫或是与蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合。,（三）铁硫蛋白（iron-sulfer proteins),.,14,单个铁原子与4个半胱氨酸残基上的巯基硫相连。两个铁原子、两个无机硫原子组成（2Fe-2S）,其中每 个铁原子还各与两个半胱氨酸残基的巯基硫相结合。由4个铁原子与4个无机硫原子相连（4Fe-4S）,.,15,泛醌（辅酶Q, CoQ）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。,（四）泛醌,.,16,细胞色素（cytochromes，Cyt）是位于线粒体内膜的含铁电子传递体，其辅基为铁卟啉。,（五） 细 胞 色 素,.,17,.,18,由以下实验确定 标准氧化还原电位 特殊的吸收光谱 特异抑制剂阻断 用去垢剂处理线粒体内膜,二、呼吸链中传递体的排列顺序,.,19,电子传递链,.,20,1. NADH氧化呼吸链NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O22. FADH2氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2,三、主要的呼吸链,.,21,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,.,22,四、ATP的生成、利用与储存,（一）高能化合物与高能磷酸化合物,1.高能磷酸键水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，常表示为 P。2.高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物,.,23,高能磷酸化合物水解的自由能变化,.,24,3.高能硫酯化合物 除高能磷酸化合物外，生物体还有一类高能化合物是由酰基和硫醇构成，称为高能硫酯化合物。例如： 乙酰CoA、脂酰CoA 和 琥珀酰CoA,.,25,4. 高能化合物：,化合物进行水解反应时伴随的标准自由能变化等于或大于ATP水解生成ADP的标准自由能（-30.5kJ/mol)变化的化合物。,.,26,( 二) ATP 的生成,1.底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 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。,丙酮酸激酶,例： 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 丙酮酸+ATP,.,27,2.氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 代谢物脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释放能量使ADP磷酸化生成ATP，由于代谢物的氧化反应 与ADP的磷酸化反应耦联发生，故称为氧化磷酸化。,.,28,（1）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=-n FE,P/O比值： 每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的摩尔数。,.,29,.,30,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,0.33V0.31V0.58V,.,31,（2） 氧化磷酸化的偶联机制,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。,.,32,化学渗透假说简单示意图,.,33,胞液侧,基质侧,化学渗透假说详细示意图,.,34,ATP合酶,由亲水部分 F1（33亚基 ）和疏水部分 F0（a1b2c912亚基）组成。,ATP合酶结构模式图,.,35,a. ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素。,ADP/ATP，氧化磷酸化速率加快 ADP/ATP，氧化磷酸化速率减慢,（3）氧化磷酸化的调控,.,36,b.氧化磷酸化的抑制,电子传递抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 如：鱼藤酮、抗霉素A、CN-解耦联剂 使氧化与磷酸化耦联过程脱离。如：解偶联蛋白 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,.,37,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,Q,胞液侧,基质侧,解偶联 蛋白,.,38,.,39,.,40,.,41,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。,.,42,五、 胞浆中NADH的氧化,胞浆中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-磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle),.,43,NADH+H+,脑和骨骼肌,1. -磷酸甘油穿梭机制,.,44,2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,肝和心肌,.,45,第三节 非线粒体氧化体系,.,46,（一）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：,一、微粒体氧化体系,色氨酸,甲酰犬尿酸原,.,47,（二）单加氧酶(monoxygenase),* 催化的反应：,RH + NADPH + H+ + O2,ROH + NADP+ + H2O,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P450 (Cyt P450)参与。,.,48,目 录,.,49,二、过氧化物酶体氧化体系,（一）过氧化氢及超氧离子的生成,.,50,（二）过氧化氢及超氧离子的作用和毒性,O-2、H2O2及 OH等统称为活性氧（反应氧族），性质活泼，氧化作用极为强烈，对机体危害很大。,.,51,（三）过氧化氢的清除,1.过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含4个血红素,.,52,.过氧化物酶(perioxidase) 过氧化物酶（peroxidase）也以血红素为辅基，可催化H2O2分解生成H2O，并释放出氧原子直接氧化酚类和胺类物质。,.,53,红细胞等组织中还有一种含硒的