《生物氧化》PPT课件.ppt

第六章 生 物 氧 化,第一节 概 述,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CO2 和 H2O的过程。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,* 生物氧化的概念,体内外氧化分解的共同点,（1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子 （2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和释放的能量相同。,体内氧化 体外氧化,（1）反应条件： 温和 剧烈 （2）反应过程： 分步反应 一步反应 能量逐步释放 能量突然释放 （3）能量形式： 热能、高能化合物 热能、光能 （4）CO2生成： 脱羧 C和O2直接反应 （5）H2O生成： 脱下的H经传递 H和O2直接反应 与O2 结合,体内外氧化分解的不同点,下一页,物质的氧化方式,返回,特点 含有容易断裂的“活泼键”，水解时可释放大于21KJ/mol的能量，常用符号表示。,高能化合物,指含有高能键，在标准条件下（pH=7, 250C,1mol/L)发生水解时可释放大量自由能的化合物。,返回,高能化合物的类型,高能磷酸化合物：含有高能磷酸键,高能硫酯化合物：含有高能硫酯键,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸肌酸,乙酰磷酸,酰基辅酶A,返回,CO2的生成方式,（2） -氧化脱羧 ：,CO2的生成方式,（4）-氧化脱羧 ：,返回,H2O的生成,代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。,例：,12 O2,NAD+,电子传递链,H2O,2e,O=,2H+,返回,生物氧化的过程,第二节 ATP的合成,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,在生物氧化过程中，底物因脱氢、脱水等反应而使 能量在分子内重新分布，形成高能化合物，然后将高 能化合物中的能量转移给ADP（或GDP），生成ATP （或GTP）的过程。,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,在生物氧化过程中，营养物质氧化释放的电子经呼吸链传递给O2生成H2O，所释放的自由能推动ADP磷酸化生成ATP的过程。,呼吸链：线粒体内膜上一组排列有序的递氢体和递电子体（酶与辅酶）构成的功能单位，也称电子传递链(electron transport chain),呼吸链的组成,* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。,1. 复合体：NADH-泛醌还原酶,功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone),NAD+和NADP+的结构,R=H : NAD+ ; R=H2PO3 : 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。,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 。,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Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。, 表示无机硫,铁硫蛋白,泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）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。,复合体的功能,2. 复合体：琥珀酸-泛醌还原酶,功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌,3. 复合体： 泛醌-细胞色素c还原酶,功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c,细 胞 色 素,细胞色素是一类以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。,4. 复合体： 细胞色素c氧化酶,功能：将电子从细胞色素c传递给氧,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,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,呼吸链成分的排列顺序,1. NADH氧化呼吸链 NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2 2. 琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2,呼吸链成分的排列顺序,氧化磷酸化偶联部位,复合体、,根据P/O比值和自由能变化,P/O比值：每消耗1摩尔氧原子所消耗Pi的摩尔数 或合成ATP的摩尔数。,电子传递链自由能变化,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。,化学渗透假说简单示意图,化学渗透假说,目 录,胞液侧,基质侧,化学渗透假说详细示意图,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,当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，亚基发生旋转，3个亚基的构象发生改变。,ATP合酶的工作机制,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-、 N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,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,寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,ATP合酶结构模式图,（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。,电子传递链及氧化 磷酸化系统概貌,H+ 跨膜质子电化学梯度；H+m内膜基质侧H+；H+c 内膜胞液侧H+,目 录,代谢物,分解氧化,CO2 H2O,能,热能（散发）,化学能 （储能）,ATP,ADP,Pi,C,CP,+,能,机械能（肌肉收缩） 化学能（合成代谢） 渗透能（吸收分泌） 电能（神经传导生物电） 热能（维持体温）等,ATP的生成和利用,高能键转移,ATP +,UDP CDP GDP,ADP +,UTP（糖原合成） CTP（磷脂合成） GTP（蛋白质合成）,磷酸肌酸的生成,H2N+ C-NH2 H3C-N CH2 COO-,H2N+ H O C-NP-OH H3C-N OH CH2 COO-,肌酸激酶,肌酸,磷酸肌酸（CP）,ATP,ADP,肌肉和脑组织中能量的贮存形式,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),1. -磷酸甘油穿梭机制（肌肉、神经组织）,NADH+H+,FADH2,NAD+,FAD,线粒体 内膜,线粒体 外膜,膜间隙,线粒体 基质,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制（心肌、肝脏）,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,胞液,线 粒 体 内 膜,基质,天冬氨酸,第三节 其他氧化酶系,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,（二）过氧化物酶(perioxidase) 以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物,反应氧族 超氧离子(O2)、H2O2、羟自由基(OH)的统称。,三、超氧化物歧化酶,2O2+ 2H+,SOD,H2O2 + O2,H2O + O2,过氧化氢酶,SOD：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase),谷胱甘肽过氧化物酶,H2O2 (ROOH),H2O (ROH+H2O),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),