大学生物化学生物氧化PPT课件.ppt

生物氧化,1,2,概述,生物氧化的基本概念：（biologicaloxidation），指糖、脂肪及蛋白质等在体内氧化分解最终生成二氧化碳和水，并释放出能量的过程。能量：1.ADP+PiATP，供生命活动之需;主要以热能形式释放,可用于维持体温。,3,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,糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,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,生物体内能量产生的三个阶段,4,生物氧化的特点,在细胞内进行，是在体温、近中性pH和有水的温和环境中，在一系列酶、辅酶和传递体的作用下逐步进行的。产生的能量是逐步释放出来的。二氧化碳的生成方式为有机酸脱羧，水的生成是由底物脱氢，经一系列氢或电子传递反应，最终与氧结合生成水。,5,第一节生成ATP的氧化磷酸化体系,氧化呼吸链：代谢物脱下的成对氢原子以还原当量形式存在，再通过多种酶和辅酶催化的氧化还原连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水。这一包含多种氧化还原组分的传递链称为氧化呼吸链（oxidativerespiratorychain).电子传递链：在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传递电子的酶或辅酶称为电子传递体，它们按一定的顺序排列在线粒体内膜上，组成递氢（体）或递电子体系，统称为电子传递链（electrontransferchain).,部位：线粒体内膜,6,电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。,一、氧化呼吸链,7,人线粒体呼吸链复合体,CoQ(泛醌)不包含在上述四种复合体中。,8,9,R=H,NAD+R=H2PO3,NADP+,组成呼吸链的成分,NAD+和NADP+,10,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。,11,黄素蛋白（flavoproteins,FP)以FMN或FAD为辅基,两者均含VitB2（核黄素）,FMN和FAD都含异咯嗪环，起到传递氢的作用。,12,FADFMNNAD+NADP+中文名称各是什么？哪种是单核苷酸？,13,14,铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有铁原子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+Fe3+反应传递电子,属于单电子传递体。多与黄素蛋白或Cytb结合成复合物。,15,铁硫蛋白,16,泛醌（ubiquinone,UQ)(辅酶Q,coenzymeQ,CoQ）,脂溶性苯醌，带较长的多个“异戊间二烯”构成的侧链。CoQ+2H+2eCoQH2作用：传递2个H+和2个电子,17,复合体由基质接受还原型NADH中2H和2电子传递给FMN，FMN再经一系列铁硫中心，将电子传递到泛醌。复合体每次传递电子过程同时可偶联4个H+从内膜基质侧泵到内膜胞液侧。泛醌作为内膜中可移动电子载体，重要功能是在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。(推测：不止一个Fe-S起作用，不止一个CoQ起作用)NADHFMN(FeS)CoQ,18,复合体：将电子从琥珀酸传递到泛醌。含有：FAD该过程传递电子释放的自由能较小，不足以将H+泵出内膜，复合体没有H+泵功能。电子传递：琥珀酸FAD（FeS，b560）CoQ琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶、a-磷酸甘油脱氢酶、脱下的H由此途径进入氧化呼吸链。,19,复合体：将电子从泛醌传递到细胞色素C。含有：细胞色素b562，b566（根据吸收波长），C1，一种可移动的铁硫蛋白。细胞色素：单电子传递体。细胞色素b：结合2个不同的血红素辅基，b562，b566。复合体还有2个泛醌结合点，分别处于内膜胞液侧和基质侧。复合体的电子传递：CoQH2b562，b566，FeS，C1cytC,20,细胞色素(cytochrome,Cyt),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。,辅基中的铁可以得失电子进行可逆的氧化还原反应，因此可以起到传递电子的作用，为单电子传递体。,21,复合物也称细胞色素氧化酶，13个亚基。含有Cu和Fe。CuA，CuB，氧化还原电位不同，位于不同的多肽链上。有4个氧化还原中心，组成CuA-cyta和cyta3-CuB两组传递电子功能单位。复合体的电子传递：还原型cytc，到CuA到cyta，再到Cyta3-CuB。复合物也有质子泵功能，每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞液侧转移。,22,1.NADH氧化呼吸链NADH复合体Q复合体Cytc复合体O22.FADH2氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）琥珀酸复合体Q复合体Cytc复合体O2,两条呼吸链,基本形式,23,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,O2,呼吸链组成,b560,24,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,呼吸链组成,二、ATP生成方式,底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation）氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）,25,26,底物水平磷酸化：物质代谢过程形成的高能磷酸基团转移给ADP形成ATP，这种合成ATP的方式称为底物磷酸化。1,3二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸PEP丙酮酸琥珀酰CoA琥珀酸磷酸肌酸+ADP=肌酸+ATP（不算）,27,氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，释放能量，使ADP磷酸化生成ATP。叫氧化磷酸化。细胞内ATP形成的主要方式：需氧生物体内约95%的ATP来自氧化磷酸化。,（二）呼吸链上ATP产生的部位,28,P/O比值,指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数。,29,电子传递链自由能变化,复合物没有质子泵功能。实验证实：一对电子经过复合物、传递，分别向内膜胞质侧泵出4H+，4H+，2H+，形成电化学梯度。合成1分子ATP大约需4个H+从外膜回流。3个H+通过ATP合酶穿线粒体膜回流，1个H+用于转运ADP,Pi,TAP。,F=96.5kJ/mol,30,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,O2,氧化磷酸化偶联部位,ATP,ATP,31,（二）氧化磷酸化的偶联机理,化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)基本要点：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。,PeterMitchell提出（1978年诺贝尔化学奖）,32,化学渗透假说简单示意图,33,34,复合物没有质子泵功能。实验证实：一对电子经过复合物、传递，分别向内膜胞质侧泵出4H+，4H+，2H+，形成电化学梯度。,35,呼吸链在线粒体内膜中构成回路，每个回路均有质子泵的作用。,36,ATP合酶：Fo：疏水部分,镶嵌在线粒体内膜中的质子通道F1：亲水部分a3亚基功能:催化生成ATP亚基为催化亚基，亚基为亚基活性必需；,H+顺浓度梯度经Fo回流时，F1催化ADP和Pi生成并释放ATP。,37,胞液侧,基质侧,电子传递过程复合体(4H+)、(4H+)和(2H+)有质子泵功能。,四、ATP生物氧化过程中释放的能量大约有40以化学能的形式储存于一些特殊的有机磷酸化合物中，形成磷酸酯（磷酸酐）。(一)高能磷酸键:磷酸酯键水解时释放能量较多（21KJ/mol）,常用“P”符号表示。高能磷酸化合物:含有高能磷酸键的化合物。,38,39,40,1ATP水解释放的能量：ATPADP+Pi+能量ATP+AAAAAMP+PPi+能量,41,42,2ATP能量转移,（1）二磷酸核苷激酶的催化ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP（2）体内ATP利用过多（肌肉剧烈收缩）ADP累积腺苷激酶ADP+ADPATP+AMP,43,3.储存形式肌酸激酶肌酸+ATP磷酸肌酸+ADP(P)（CP）CP：是肌肉、脑组织中能量的一种储存形式。生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。,4.ATP循环：ADP能通过底物水平磷酸化和氧化磷酸化过程生成ATP；合成代谢和其它需能的生理活动时，ATP水解释放出一个磷酸基团又变成ADP，称之。ATP循环是生物体内能量转换的基本方式,44,45,（一）ADP的调节作用ADP/ATP，氧化磷酸化ADP/ATP，氧化磷酸化ADP浓度增加，耗氧增加，氧化磷酸化加快。细胞还对AMP的浓度敏感。,第三节影响氧化磷酸化的因素,（二）抑制剂1.电子传递抑制剂（呼吸链抑制剂）阻断呼吸链中某些部位电子传递，使氧化受阻，磷酸化无法进行。,呼吸链某一特定部位被抑制后，其底物一侧均为还原状态，其氧一侧均为氧化态，这很容易用分光光度法（双波长分光光度计）鉴定。,46,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,矮锈灵,目前城市火灾，存在HCN中毒和CO中毒,47,48,2.解偶联剂（uncoupler）使氧化与磷酸化偶联过程脱离，即呼吸链的氧化作用正常进行，但ADP不能磷酸化形成ATP。有：2,4-二硝基苯酚解偶联蛋白（棕色脂肪组织、骨胳肌、心肌线粒体内膜）新生儿棕色脂肪组织中存在含有大量线粒体的，该组织线粒体内膜中存在解偶联蛋白，产热御寒。新生儿硬肿症。,49,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,50,3.氧化磷酸化抑制剂：这类抑制剂抑制ATP的合成，抑制了磷酸化也一定会抑制氧化。（H+梯度持续增加，质子泵功能下降）寡霉素（oligomycin)：与ATP合酶的Fo亚基结合，阻止质子回流，抑制ATP产生，也抑制了电子传递。二环己基碳二亚胺（dicyclohexylcarbodiimide，DCC）可与F0结合，阻断H+通道，抑制ATP合成。,二巯基丙醇,51,52,（三）甲状腺激素,(1)诱导细胞膜NaATP酶的合成，使ATP加速分解为ADP和Pi。ADP增多促进氧化磷酸化。(2)使解偶联蛋白表达增加，因而引起耗氧和产热均增加。,53,（四）线粒体DNA突变,氧化磷酸化过程产生较多的氧自由基线粒体DNA裸露，缺乏蛋白质保护和DNA损伤修复系统。线粒体DNA（mitochondrialDNA)突变高于核DNA。MtDNA表达呼吸链的13个亚基，故线粒体DNA突变可影响氧化磷酸化功能，使ATP生成减少而致病。随着年龄增长，突变累积，可与帕金森症，老年性痴呆等推行性疾病的发生相关。,54,五、线粒体外NADH的氧化线粒体内生成的NADH,胞质中生成的NADH,NADPHNADPH+NAD+=NADP+NADH,55,（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(-glycerophosphateshuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle),56,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（脑、骨骼肌）,-磷酸甘油脱氢酶,57,2.苹果酸-天冬氨酸穿梭机制p123主要存在于肝和心肌中,58,第二节非mito氧化体系,部位：过氧化物酶体、微粒体特点：在氧化过程中不偶联磷酸化，不生成ATP。主要与体内代谢物，药物、毒物的生物转化有关。,59,思考题