第八章生物氧化-4

w 第一节、 生物氧化的方式和特点w 第二节、 生物能及其存在形式w 第三节、 线粒体呼吸链和 ATP合成第八章 生物氧化和生物能脱氢 ：琥珀酸脱氢乳酸脱氢酶加水脱氢： 如： p284延胡索酸生物氧化方式：1脱氢氧化反应生物氧化的方式和特点2 氧直接参加的氧化反应 p284w 1.加氧酶催化的加氧反应w 2，氧化酶催化的生成水的反应，是各种脱氢反应的氧化形式。 3生成二氧化碳的氧化反应氧化脱羧作用w 氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧的同时，也发生氧化（脱氢）作用。例如丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA。 p285w4. 脱电子反应w 从底物上脱下一个电子的反应 p285真核细胞基质中脱氢、产生基质中脱氢、产生 CO2产产 H2O产能产能生物氧化的位置原核生物细胞细胞质中脱氢、细胞质中脱氢、产生产生 CO2细胞膜细胞膜 产产 H2O 产能产能三、参与生物氧化的酶类 w 1、脱氢氧化酶类 氧化酶类：氧化酶直接作用于底物，以氧作为电子受体或受氢体，产物是水。 需氧脱氢酶类：以 FAD、 FMN为辅基，以氧为直接受氢体，产物为过氧化氢或超氧阴离子（ O2-）3、不需氧脱氢酶类：主要脱氢酶类，以 NAD、 NADP、 FMN、FAD为受氢体2 加氧酶类w A 单加氧酶类：氧分子中一个氧原子加至底物使之羟基化，另一氧原子被 NADPHH提供的氢还原为水。过程无 ATP生成w B 双加氧酶：两个氧原子分别加到底物中构成双键的两个碳原子上，如色氨酸双加氧酶。图在 p2873 过氧化物酶w A 过氧化氢酶：此酶催化两个 H2O2分子的氧化还原反应，生成水并释放出氧。w B 过氧化物酶：此酶催化下，过氧化物直接氧化酚类或胺类物质。 p287高能化合物w 磷酸酯类化合物 在生物体的能量转换过程中起着重要作用。许多磷酸酯类化合物在水解过程中都能够释放出自由能。w 一般将水解时能够释放 21 kJ /mol（ 5千卡 /mol)以上自由能的化合物称为 高能化合物。w ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合物。生物能及其存在形式1、磷氧键型（ O P)(1) 酰基磷酸化合物1,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸根据生物体内高能化合物键的特性，分成以下几种类型：氨 甲酰磷酸酰基腺苷酸 氨 酰基腺苷酸（ 2）焦磷酸化合物ATP（ 三磷酸腺苷）生物体内自由能的通用货币焦磷酸 ？w 键不同w 酸酐键的共振稳定性小于磷酸酯键型：争夺氧桥 电子。后者无此现象。w 在生理条件下， ATP上三个磷酸基团的 -OH都是电离的，这是四个负电荷彼此接近，并且互相排斥，要维持这种状态则需要大量的能量，而当两个磷酸酐键的任何一个断开时则就摆脱这种紧张的高能状态，并且释放能量。当末端两个磷酸酐键（ 或 ）水解时，有大量的自由能释放出来。 磷酸酯键酸酐键两分子该酸或多分子该酸通过分子间的脱水反应而形成该酸的酸酐。磷酸烯醇式丙酮酸 2、氮磷键型磷酸肌酸（ 3）烯醇式磷酸化合物磷酸精氨酸3、硫酯键型酰基辅酶 A4、甲硫键 型S-腺苷甲硫氨酸这些高能化合物都含有易水解的键型，其水解后产物含有较少的自由能，即它们都含有比 ATP更 高的基团转移势能 。以上，高能化合物，下面说ATP生成？线粒体呼吸链和 ATP合成1.线粒体的结构与功能w 线粒体是真核生物重要的细胞器，是真核生物氧化性代谢的场所。w 线粒体含有丙酮酸脱氢酶复合物、柠檬酸循环的酶、催化脂肪酸氧化的酶以及电子传递和氧化磷酸化所涉及的酶和氧化还原蛋白。因此，线粒体常被描述为细胞的 “ 动力车间 ” 。w 光滑的外膜大约由 30 40%的脂类和 60 70%的蛋白质组成。外膜还含有一种很丰富的 (膜 )孔蛋白，是一种跨膜蛋白，富含 - 折叠片。该蛋白能形成很大的跨膜通道，允许分子量 10， 000以下的分子自由扩散。外膜主要行使保持线粒体形态的功能。线粒体的形态和结构脊 (cristae)膜间空间内侧 基质线粒体内膜连续内折，形成脊 (cristae)， 从而为内膜在一个小的线粒体范围内提供较大的表面积。 与电子传递和氧化磷酸化过程密切相关的蛋白质和电子传递体一般都位于内膜脊上。 内膜的存在把线粒体分隔成 膜间空间 和内侧胶状 基质。膜间空间位于内膜和外膜之间，几种能够利用 ATP的酶可在这 一分隔间找到。线粒体内膜富含蛋白质，蛋白质约占 80% 。因此，内膜的密度比外膜高。内膜对分子和离子是不可通透的。跨线粒体内膜转运的离子、底物、脂肪酸都是通过膜上的特殊的转运蛋白完成的。线粒体呼吸链的组成w 由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化系统组成。 这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于 线粒体内膜 上。 w 供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶 有严格排列顺序。w 组分包括 烟酰胺腺嘌呤核苷酸 、 黄素蛋白 、 铁 -硫蛋白 、 辅酶Q 以及 细胞色素类蛋白 。w NADH它是由 NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。 NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。NAD、 NADP吡啶环上 N为 5价氮， 可逆 的接收电子后转变为 3价。底物脱下 2个氢原子，一个加到吡啶环 N对位上， 另一个氢原子裂解为一个质子和一个电子 ，电子与吡啶环5价氮结合，中和其正电荷而变为3价氮，质子留在介质中。可逆转换时？ 2个氢原子向下传递p290呼吸链的主要成分：递氢体和递电子体1、 NAD和 NADP为辅酶的脱氢酶接受 H原子1H加 5位 N， e加 4a2H加 1位 N， e加 10aFMN、 FAD有氧化型和还原型式，通过态的互变，作为脱氢酶的辅酶12345678 9 102、黄素酶【 组成成分 】 酶蛋白、黄素单核苷酸（ FMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（ FAD）3、铁硫蛋白w 铁硫蛋白 (简写为 Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质， 铁硫蛋白通过 Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用。氧化态 还原态4、泛醌 p293-294w （简写为 Q） 或辅酶 -Q（ CoQ） ： 它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。w Q (醌型结构 ) 很容易接受电子和质子（即氢原子），还原成 QH2（ 还原型）； QH2也容易给出电子和质子，重新氧化成 Q。 因此，它在线粒体呼吸链中作为电子和质子的传递体。w 这是一类以 铁卟啉 为辅基的蛋白质 ，铁原子处于卟啉环的中心。w 细胞色素存在于 线粒体内膜 ，有 Cytaa3， Cytb（ b560， b562， b566）， Cytc， Cytc1。w 细胞色素为 单电子传递体。5、细胞色素类w 组成：一分子 NADH还原酶（ FMN） +2分子铁硫蛋白 +一分子 CoQw 活性部分：辅基 FMN和铁硫蛋白。w 作用：是催化 NADH的氧化脱氢以及 Q的还原。w NADH + Q + H+ = NAD+ + QH2w FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形成还原型FMNH2。 还原型 FMNH2可以进一步将电子、质子（即氢原子）转移给 Q。w 电子传递方式： NADHFMN FeS-CoQNADHQ还原酶，即复合物 I。2 呼吸链的组成复合体 （琥珀酸 -泛醌还原酶） 1琥珀酸脱氢酶 + 2（ Fe-S） +2（ Cyt b560）琥珀酸 延胡索酸脱 2个氢原子w 活性部分含有辅基FAD和铁硫蛋白。w 琥珀酸 -Q还原酶的作用是催化琥珀酸的脱氢氧化生成FADH2， 2H经 FeS中心传递给 Q，生成 QH2。复合体 （泛醌 -细胞色素 c还原酶）QH2带的电子通过铁硫蛋白，传递给 cyt.c；w 是线粒体内膜上的一种跨膜蛋白复合物，其作用是将电子由CoQ传递给 Cyt c，催化细胞色素 c（ cyt. c） 的还原。w QH2-cyt. c 还原酶w QH2 + 2 cyt. c (Fe3+) = Q + 2 cyt. c (Fe2+) + 2H+w QH2-cyt. c还原酶活性包括 2分子细胞色素 b 和一分子 Cytc1，以及一分子铁硫蛋白内膜外 (内外膜之间的空间 )细胞色素 c氧化酶， 简写为 cyt. c 氧化酶，即复合物 IV，w 位于线粒体呼吸链末端的蛋白复合物。w 活性部分一分子 cyt. a和 a3为复合体，含有 2个铜离子 p295。w cyt. a a3可以直接以 O2为电子受体。w 在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生 Cu+ Cu2+ 的互变，将 cyt.c所携带的电子传递给O2。w 电子传递链：电子通过一系列的按照电子亲和力递增的顺序排列（还原电势递增排列并与对电子亲和力不断增加顺序一致）的递电子体传递到氧的系统。 P297图w 存在于原核细胞的细胞质膜上和真核细胞的线粒体内膜上。呼吸链成分的排列顺序 NADH链FADH2链1这两条链的细节？Q C氧化 -还原电势与自由能的变化尽管 NADH与 O2之间存在较大的电位差，他们并不能直接发生反应， NADH脱下的 H必须进过递氢体和递电子体的传递，使能量逐步释放，释放的能量才得以储存NADH氧化呼吸链w 脱氢酶作用下， NADH+H+将 2个氢原子传递给FMN生成 FMNH2，再将氢原子传递给 CoQ，生成 CoQH2，此时， H2解离成 2 H+ 和 2e， 2 H+ 游离于线粒体内膜外与外膜形成的间隙介质中，2e通过 b(Fe-S) c1 c aa31/2O2 传递给 O，形成的 O2-与 2H+生成水NAD+ FMN (Fe- S)CoQb(Fe -S) c1 c aa31/2O2-0.32 -0.30 +0.04 +0.07 +0.22 +0.25 +0.29 +0.82琥珀酸氧化呼吸链（ FADH2链）w 琥珀酸在琥珀酸脱氢酶作用下脱氢生成延胡索酸， FAD接收脱掉的 2H生成 FADH2，氢传递给 CoQ生成 CoQH2，