生物氧化医学课件

生物氧化经典医学课件（优选）生物氧化经典医学课件*

生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。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。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有利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率。进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。*

生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化体外氧化能量是突然释放的。产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。糖原三酯酰甘油蛋白质葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸链H2OADP+PiATPCO2*生物氧化的一般过程第一节

呼吸链

respiratorychain定义存在于线粒体内膜上的功能单位，代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratorychain)又称电子传递链(electrontransferchain)。组成递氢体和电子传递体（2H2H++2e）一、呼吸链与线粒体DNA病及衰老有关。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。NAD+和NADP+：递氢体*生物氧化的一般过程③特异抑制剂阻断琥珀酸→→CoQ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。Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。化学渗透假说简单示意图H+m内膜基质侧H+；对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。苹果酸-天冬氨酸穿梭苹果酸-天冬氨酸穿梭机制*泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中。解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）QH2→→Cytc化学渗透假说简单示意图细胞色素是一类以铁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。苹果酸-天冬氨酸穿梭机制ATP+GDPADP+GTP（一）呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)*泛醌和Cytc

均不包含在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液侧基质侧线粒体内膜e-e-e-e-e-NAD+和NADP+的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

1.NAD+和NADP+：递氢体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•。2.FMN和FAD:递氢体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3.铁-硫蛋白：递电子体

铁硫蛋白SS无机硫半胱氨酸硫泛醌（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。4.泛醌：递氢体细胞色素是一类以铁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。5.细胞色素：递电子体1.复合体Ⅰ:NADH-泛醌还原酶

功能:

将电子从NADH传递给泛醌

(ubiquinone)

复合体ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2（二）四种复合体的辅基及功能与线粒体DNA病及衰老有关。α-磷酸甘油穿梭机制FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2NAD+和NADP+：递氢体脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。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。②拆开和重组苹果酸-天冬氨酸穿梭（三）呼吸链成分的排列顺序（一）氧化磷酸化偶联部位FMN和FAD:递氢体H+c内膜胞液侧H+不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响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。化学渗透假说简单示意图由亲水部分F1（α3β3γδε亚基）和疏水部分F0（a1b2c9～12亚基）组成。（一）氧化磷酸化偶联部位胞浆中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。苹果酸-天冬氨酸穿梭机制化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)复合体Ⅱ复合体Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH22.

复合体Ⅱ:琥珀酸-泛醌还原酶

功能:

将电子从琥珀酸传递给泛醌

复合体Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S33.复合体Ⅲ: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

复合体ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c14.复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶

功能：将电子从细胞色素c传递给氧

复合体Ⅳ还原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3

和CuB形成的活性部位将电子交给O2。

由以下实验确定①标准氧化还原电位②拆开和重组③特异抑制剂阻断④还原状态呼吸链缓慢给氧（三）呼吸链成分的排列顺序1.NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O22.琥珀酸氧化呼吸链

琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2H+m内膜基质侧H+；复合体Ⅱ第二节

生物氧化与能量代谢高能磷酸键与高能磷酸化合物NADH→→CoQCuA→a→a3→CuB二、影响氧化磷酸化的因素苹果酸-天冬氨酸穿梭机制QH2→→Cytc（一）氧化磷酸化偶联部位泛醌（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。Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。H+m内膜基质侧H+；化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)---------化学渗透假说简单示意图（二）四种复合体的辅基及功能Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。*生物氧化的一般过程化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)电子传递链自由能变化第二节

生物氧化与能量代谢FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2----*泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中。（二）ADP的调节作用（一）氧化磷酸化偶联部位CuA→a→a3→CuB化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)*生物氧化与体外氧化之相同点*生物氧化与体外氧化之不同点复合体Ⅱ:琥珀酸-泛醌还原酶NADH→→CoQ各种呼吸链抑制剂的阻断位点琥珀酸→→CoQ（一）氧化磷酸化偶联部位*生物氧化与体外氧化之不同点H+c内膜胞液侧H+脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。ATP+GDPADP+GTPFMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2ΔμH+跨膜质子电化学梯度；NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链电子传递链二胞浆中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α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)1.

α-磷酸甘油穿梭机制

NADH+H+FADH2NAD+FAD

线粒体内膜

线粒体外膜膜间隙

线粒体基质α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油2.

苹果酸-天冬氨酸穿梭机制NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸转运体苹果酸-α-酮戊二酸转运体苹果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链天冬氨酸第二节

生物氧化与能量代谢

一、ATP得生成方式*定义氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)是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。（一）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ根据自由能变化和P/O比值⊿Gº'=-nF⊿Eº'ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化

（二）氧化磷酸化的偶联机理1.化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)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。线粒体基质

线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化学渗透假说简单示意图化学渗透假说目录各种呼吸链抑制剂的阻断位点*生物氧化的一般过程不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响(malate-asparateshuttle)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。不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响第二节

生物氧化与能量代谢化学渗透假说简单示意图各种呼吸链抑制剂的阻断位点化学渗透假说简单示意图第一节

呼吸链

respiratorychain*泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中。四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。ΔμH+跨膜质子电化学梯度；高能磷酸键与高能磷酸化合物其中Cyta3和CuB形成的活性部位将电子交给O2。ATP+GDPADP+GTPH+c内膜胞液侧H+NADH→→CoQ脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液侧基质侧++++++++++---------化学渗透假说详细示意图2.ATP合酶由亲水部分F1（α3β3γδε亚基）和疏水部分F0（a1b2c9～12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，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。ATP合酶的工作机制二、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）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能H+H+ADP+PiATP

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(respiratorycontrolratio,RCR)（三）甲状腺激素Na+,K+–