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文档简介
生 物 氧 化 Biological Oxidation,第二讲,生物化学与分子生物学教研室 张 斌,三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响,(一)有3类氧化磷酸化抑制剂,1、呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递过程,复合体抑制剂:鱼藤酮、粉蝶霉素A及异戊巴比妥(amobarbital)等阻断传递电子到泛醌 。 复合体的抑制剂:萎锈灵,复合体抑制剂:抗霉素A(antimycin A)阻断Cyt bH传递电子到泛醌(QN) ;粘噻唑菌醇则作用QP位点。 复合体 抑制剂:CN、N3紧密结合氧化型Cyt a3,阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。CO与还原型Cyt a3结合,阻断电子传递给O2。,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,2、解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度,解偶联剂(uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶联相互分离,基本作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度,使电化学梯度储存的能量以热能形式释放,ATP的生成受到抑制。 如:二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP) ;解偶联蛋白(uncoupling protein,UCP1)。,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,3、ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成,这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可结合F0单位,二环己基碳二亚胺(dicyclohexyl carbodiimide, DCCP)共价结合F0的c亚基谷氨酸残基,阻断质子从F0质子通道回流,抑制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能,继而抑制电子传递。,寡霉素(oligomycin),寡霉素,ATP合酶结构模式图,可阻止质子从F0质子通道回流,抑制ATP生成。,Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。,(二)ADP 是调节正常人体氧化磷酸化速率的主要因素,(三)甲状腺激素刺激机体耗氧量和产热同时增加,(四)线粒体DNA突变可影响机体氧化磷酸化功能,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+,四、ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用,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。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物,一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能,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。,ATP的生成和利用,ATP,ADP,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。,五、通过线粒体内膜的物质转运,线粒体外膜通透性高,线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。,线粒体内膜的主要转运蛋白,(一) 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),2019/8/23,19,可编辑,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,1. -磷酸甘油穿梭机制,2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,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,(二) 腺苷酸转运蛋白,腺苷酸转运蛋白(adenine nucleotide transporter) 参与ADP与ATP反向转运。,第三节 不生成ATP的氧化途径,Oxidation without ATP Generation,一、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能,反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS),ROS主要来源,线粒体:超氧阴离子O2-,是体内O2-的主要来源; O2-在线粒体中再生成H2O2和OH。 过氧化酶体:FAD将从脂肪酸等底物获得的电子交给O2生成H2O2和羟自由基OH。 胞浆需氧脱氢酶(如黄嘌呤氧化酶等)也可催化生成O2-。 细菌感染、组织缺氧等病理过程,环境、药物等外源因素也可导致细胞产生活性氧类。,活性氧对机体造成的伤害,心脏缺血再灌注 衰老 动脉硬化症、高血压、骨关节炎、白内障以及帕金森氏病,抗氧化酶体系,1、过氧化氢酶(catalase) 又称触酶,其辅基含4个血红素,可去除细胞生长和代谢产生的H2O2和过氧化物(R-O-OH),是体内防止活性氧类损伤主要的酶。,2、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx),H2O2 + 2GSH 2 H2O +GS-SG 2GSH + R-O-OH GS-SG + H2O + R-OH,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,含硒的谷胱甘肽过氧化物酶,3、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),小分子自由基清除剂,维生素C 维生素E Beta-胡萝卜素,二、微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化,参与胆色素生成,药物的生物转化,细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase),又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶(hydroxylase),本节重点内容,1、氧化磷酸化的调节 2、胞浆中NADH的氧化 3、抗氧化酶体系和微粒体细胞色素单加氧酶P450,呼吸链
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