生物化学简明教程 第四版 第八章 生物氧化.ppt

第八章 新陈代谢与生物氧化 biologicaloxidation 新陈代谢 定义 生物与周围环境进行物质和能量交换的过程 中间代谢 metabolisim 中间代谢 能量代谢 分解代谢 异化作用 合成代谢 同化作用 小分子 生物大分子 需要能量 生物大分子 小分子 放出能量 物质代谢 新陈代谢的研究方法 活体内与活体外实验 代谢途径阻断法 同位素示踪法 自由能和高能化合物 可用于作功的能量 水解反应或基团转移时 可产生大量自由能的化学键称作高能键 具有高能键的化合物称作高能化合物 高能键和高能化合物 自由能 ATP 腺苷三磷酸 ATP ATP是能量的携带者和传递者 但ATP不是能量的贮存者 磷酸肌酸 为高能磷酸基的暂时贮存形式 存在于肌肉和其他兴奋性组织 如脑和神经细胞中 在脊椎动物中 肌酸与ATP反应可逆地生成磷酸肌酸 这个反应是由肌酸激酶催化的 磷酸肌酸的功能是保持肌肉 特别是骨骼肌和心肌有较高的ATP水平 有机物在生物体细胞内的氧化称为生物氧化 BiologicalOxidation 生物氧化 生物氧化的特点 1 氧化的本质是电子转移 1 直接进行电子转移 Fe2 Cu2 Fe3 Cu 2 氢原子的转移 AH2 B A BH2 3 有机还原剂直接加氧 RH O2 ROH H2O 2H 2e 2 在细胞中进行 3 在一系列酶 辅酶和中间传递体的作用下逐步进行 4 能量的释放也是逐步进行的 且转移到一些高能化合物中去 5 生物氧化的部位 在真核细胞中 生物氧化主要在线粒体内进行 在原核生物中 生物氧化在细胞膜上进行 要解决的3个问题 如何生成CO2 如何生成H2O 如何生成ATP 生物氧化中CO2的生成 1 直接脱羧 2 氧化脱羧 方式 脱羧 丙酮酸脱羧酶 直接脱羧 氧化脱羧 CO2 脱下的氢经一系列传递体 传给氧 形成水 生物氧化中水的生成 1 过程 氢的激活脱落 脱氢酶 氧的活化 氧化酶 2 呼吸链 respiratorychain 代谢物上的氢被脱氢酶激活脱落后 经过一系列的传递体 最终传递给被激活的氧分子 而形成水的全部体系称为呼吸链 又称为电子传递链 electrontransportchain NADH呼吸链 FADH2呼吸链 呼吸链中的递氢体 NAD FMN FAD CoQ NADP 呼吸链中的递电子体 氧化还原电位 呼吸链各组分排列的顺序 NADH CoQ还原酶 复合物 4个质子从基质排出到间隙 由42条多肽链组成 其辅基是FMN 琥珀酸脱氢酶 复合物 由4条多肽链组成 其辅基是FAD 功能 将请氢从琥珀酸传递给泛醌 CoQ Cytc还原酶复合物 复合物 4个质子从基质排出到间隙 Cytbc1复合物包含Cytb Cytc1和FeS蛋白 由11条多肽链组成 功能 将电子从泛醌传递给细胞色素c 细胞色素C氧化酶复合物 复合物 2个质子从基质排出到间隙 包含Cyta和Cyta3蛋白 由13条多肽链组成 功能 将电子从细胞色素c传递给氧 电子传递抑制剂 NADH CoQ Cytb Cytc1 Cytaa3 Cytc O2 四 ATP的生成 底物水平磷酸化 substratelevelphosphorylation 电子传递体系磷酸化 electrontransportphosphorylation 底物水平磷酸化 烯醇式丙酮酸磷酸 丙酮酸 丙酮酸激酶 甘油酸磷酸激酶 底物水平磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 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 oxidativephosphorylation 苹果酸 天冬氨酸穿梭 malate asparateshuttle 胞液中的NADH如何进入线粒体 磷酸甘油穿梭 glycerophosphateshuttle 磷酸甘油穿梭 主要存在于肌肉 神经组织 苹果酸穿梭 主要存在于肝脏 肾脏和心脏 化学渗透学说 1 呼吸链上的电子在传递过程中产生的能量驱使H 从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙 2 泵出膜外侧的H 不能自由返回内侧 因而使内膜外侧的H 离子浓度高于内侧 造成了离子浓度的跨膜梯度 此H 浓度差使外侧的pH较内侧低1 4单位左右 并使原有的内负外正的跨膜电位增高 H 梯度所包含的能量可以驱使ADP和Pi生成ATP 3 H 通过ATP合酶上特殊的途径 F0 返回基质 使质子发生逆向回流 由于H 梯度所释放的自由能 耦联ADP与Pi合成ATP 质子的电化学梯度也随之消失 ATP合酶 F0 F1 EC3 6 3 14 F0 a b c3种亚基 a1 b2 c9 12 F1 5种不同亚基 9条多肽链 ATP4 ADP3 H2PO4 氧化磷酸化的P O比 每合成1molATP需3个质子通过ATP合成酶 同时产生的每1个ATP从线粒体基质进入胞质还需要消耗1个质子 每产生1个ATP需消耗多少个质子 一对电子从NADH传到氧共产生多少个ATP 4 4 2 4 2 5 因此P O比 2 5 三 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 2 4 二硝基苯酚 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 氧化磷酸化的解偶联 Q 胞液侧 基质侧 解偶联蛋白 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 氧化磷酸化抑制剂 Binding changemechanismofPaulBoyer rotationofthegamma subunit darkblue relativetothea b ring thethreea b pairsarerepresentedbydifferentshadesofgreen red orblue inducesachangeinthebindingaffinitiesofreactants asrepresentedherebyachan