第7章生物氧化与氧化磷酸化2

第七章 生物氧化与氧化磷酸化主要内容和要求 ： 重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子传递机理和氧化磷酸化机理。对非线粒体氧化体系作一般介绍 。思考 目录第一节 生物氧化概述第二节 线粒体电子传递体系第三节 氧化磷酸化作用第四节 非线粒体氧化体系 （自学）第一节 生物氧化概述一、 生物氧化的概念和特点二、 高能化合物生物氧化的特点和方式1、生物氧化的 特点2、生物氧化过程中 CO2的生成 和 H2O的生成3、 有机物在体内氧化释能的 三个阶段糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成 CO2和 H2O并释放出能量的过程称为 生物氧化 （ biological oxidation）， 其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。生物氧化的特点： 生物氧化是在活细胞内进行的 , 它与体外的直接氧化相比又有许多不同的特点 1、生物氧化在一系列 酶、辅酶 的催化下， 反应条件温和 (常温、接近中性的 pH和多水环境中；是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用 下逐步进行的； 2、氧化反应分阶段进行 ,能量逐步释放 ,既避免了能量骤然释放对机体的损害 ,又使得生物体能充分、有效地利用释放的能量； 3、生物氧化过程中 释放的化学能通常被偶联的磷酸化反应所利用 ,贮存于高能磷酸化合物 (如 ATP)中 ,当生命活动需要时再释放出来。生物氧化过程中生成的二氧化碳是由于糖，脂类和蛋白质等物质转变成含羧基的化合物后发生 直接脱羧或氧化脱羧产生的，而不是碳和氧直接结合生成 。2009年考题：论述 生物氧化的特点（ 13分） 生物氧化过程中既 不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害机体 ，又能使释放的能量尽可得到有效的利用。生物氧化部位 不含线粒体 的生物，原核生物其生物氧化在 细胞膜 上进行； 真核生物的生物氧化在 线粒体 上进行。CO2的生成方式 ：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下 脱羧 而生成CO2。类型 ： - 脱羧和 - 脱羧氧化脱羧和单纯脱羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOHO丙酮酸脱氢酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶 CH2-NH2RH2O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 。CH3CH2OH CH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脱氢酶例：12 O2NAD+电子传递链H2O2eO=2H+脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰 CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环 ,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成 H2O， 释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在 ATP中。大分子降解成基本结构单位生物氧化的三个阶段ATP的特殊作用 ATP是细胞内的 “ 能量通货 ” ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体 P P P PATP P02108641214磷酸基团转移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸 （ 磷酸基团储备物） 6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油ATP的生成 (ADP+ Pi=ATP, 称磷酸化) 1.底物磷酸化 ：当底物脱氢、脱水或发生分子重排，可生成高能磷酸键转移给 ADP，使其转为 ATP的过程（纯粹由底物分子产生的能量）； 2.氧化磷酸化 ：指氢和电子顺着呼吸链，逐步传递给氧，生成水，产生大量的能量。第二节 线粒体电子传递体系 一、线粒体 结构特点二、 电子传递呼吸链的 概念三、 呼吸链的组成四、机体内 两条主要的呼吸链 及其 能量变化五、 电子传递抑制剂线粒体呼吸链线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的 NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给 O2生成H2O。 这种由载体组成的电子传递系统称 电子传递链 （ eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链 。呼吸链的组成1. 黄素蛋白酶类（ flavoproteins, FP）2. 铁 -硫蛋白类（ ironsulfur proteins)3. 辅酶（ ubiquinone,亦写作 CoQ）4. 细胞色素类（ cytochromes）NADH辅 酶 Q（ CoQ）Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等黄素蛋白（ F AD）黄素蛋白（ FMN）细胞色素类铁硫蛋白（ Fe-S）铁硫蛋白（ Fe-S）烟酰胺脱氢酶类特点 ：以 NAD+ 为辅酶，存在于线粒体、基质或胞液中。传递氢机理 : NAD + + 2H+ +2e NADH + H+黄素蛋白酶类特点 ： 以 FAD或 FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白类别 ： 黄素脱氢酶类（如 NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）需氧脱氢酶类（如 L 氨基酸氧化酶）加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）递氢机理： FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2铁硫蛋白+e传递电子机理 ： Fe3+ Fe2+-e特点 ： 含有 Fe和对酸不稳定的 S原子， Fe和S常以等摩尔量存在（ Fe2S2, Fe4S4 )， 构成 FeS 中心， Fe与蛋白质分子中的 4个 Cys残基的巯基与蛋白质相连结。铁硫蛋白的结构及递电子机理S Fe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys传递电子机理 ： Fe3+ Fe2+-e+e Fe2+CoQ特点 ： 带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由泳动 。+2H传递氢机理 ： CoQ CoQH2 2HCoQ的结构和递氢原理CoQ+2H CoQH2细胞色素传递电子机理 ：+e +eFe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特点 ： 以血红素（ heme） 为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉。类别 : 根据吸收光谱分成 a、 b、 c三类，呼吸链中含5种（ b、 c、 c1、 a和 a3)， cyt b和 cytc1、 cytc在呼吸链中的中为电子传递体， a和 a3以复合物物存在，称细胞色素氧化酶 ，其分子中除含 Fe外还含有 Cu ，可将电子传递给氧，因此亦称其为 末端氧化酶 。细胞色素的 结构和递电子机理传递电子机理 ： Fe3+ Fe2+-e+eNADH呼吸链H2O12O2O2-MH2还原型代 谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+细胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代 谢底物FADH2呼吸链FADFADH2琥珀酸Fe S 2Fe2+2Fe3+细胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ 12O2O2-2H+H2O延胡索酸2H+NADH呼吸链和 FADH2呼吸链FADH2 FeSNADHFMNFeSCoQCytbFeSCytc 1CytcCytaa 3O 2NADH呼吸链FADH2呼吸链电子传递链中各中间体的顺序NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFAD Fe-S琥珀酸 等复合物 II复合物 IV复合物 I复合物 IIINADH脱氢酶辅酶 Q-细胞色素还原酶细胞色素 C还原酶琥珀酸 -辅酶 Q还原酶电子在呼吸链中的传递方式(I)(II)(III) (IV)电子的传递方向和释放的能量可能推动形成 ATP的部位-50.24kJ/moL-41.87kJ/moL-100.48kJ/moLADP磷酸化形成 ATP所需的标准自由能大约在 -30.56kJ/moL。在 NADH 呼吸链上，在 NADH CoQ， Cytbc1 和 Cytaa3O2 之间释放的能量足以实现磷酸化。在 FADH呼吸链，则在 Cytbc1 和 Cytaa3O2 之间。FADH2NADHFMN（ FeS）CoQCyt b（ FeS）Cyt c1Cyt cO2FADH（ FeS）Cyt aa3NADH 呼吸链FADH 呼吸链两条呼吸链总结琥珀酸I IIIIIIV电子传递 抑制剂 能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为 氧化磷酸化的抑制剂