生物化学——生物氧化课件.ppt

1 第四章生物氧化 biologicaloxidation p141 2 第一节生物氧化一概念二生物氧化的特点 3 一 生物氧化 biologicaloxidation 的概念物质在生物体内进行的氧化称为生物氧化 主要是糖 脂 蛋白质等在体内分解时逐步释放能量 最终生成二氧化碳和水的过程 4 一 与体外氧化的共同点 耗氧 生成CO2和水 释放的总能相等 二 不同点1 条件体外 高温 干燥体内 酶催化 温和2 能量形式 放能方式 体外 热能 骤然释放体内 热能 ATP 40 逐步释放 二 生物氧化特点 5 3 CO2和水的生成方式体外 碳 氢直接与氧结合生成 生物氧化 CO2 脱羧水 底物脱氢氧化呼吸链与氧结合 6 生物氧化的一般过程 7 第二节呼吸链 respiratorychain 8 一 概念 呼吸链 respiratorychain 代谢物脱下的氢原子通过多种酶所催化的连锁反应逐步传递 最终与氧结合生成水的传递链 也叫电子传递链 electrontransferchain 递氢体 传递氢的酶或辅酶电子传递体 传递电子的酶或辅基 辅酶 9 二 线粒体的膜结构 1 外膜 5000的分子和离子可跨膜扩散2 内膜 多数小分子和离子不能自由通过呼吸链复合物 ATP合成酶位于内膜及嵴上3 膜间隙 可溶性酶 底物 辅助因子4 基质 丙酮酸脱氢酶系 TCA及脂肪酸氧化的大多数酶 鸟氨酸循环 肝脏 中的部分酶 10 三 呼吸链的组成 4种复合体 CoQ Cytc组成两条主要的呼吸链 1 NADH氧化呼吸链2 琥珀酸氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链 11 12 13 一 复合体 NADH CoQ还原酶 1 是NADH H 的电子进入呼吸链的入口 14 2 辅基或辅酶 FMN 黄素蛋白的辅酶 传递电子和H Fe S中心 铁硫蛋白的辅基 传递电子3 电子传递途径 15 16 NADH H FMNFe2 SCoQNAD FMNH2Fe3 SCoQH2复合体 的电子传递 17 复合体 催化两个反应 NADH H QNAD QH2 放能 4个H 从线粒体基质 Nside 膜间隙 Pside 吸能 18 二 复合体 琥珀酸 辅酶Q还原酶 1 另一条呼吸链的入口2 将电子和氢从琥珀酸传递给CoQ3 辅基 FADFe S簇hemeb4 电子传递途径 琥珀酸FAD Fe S簇CoQ复合体 的电子传递 19 琥珀酸FAD延胡索酸FADH2FADH2Fe3 SFe2 SFe3 SCoQH2FADFe2 SFe3 SFe2 SCoQ复合体 上的电子传递 20 是TCA的一步反应 21 22 复合体 将电子和氢从琥珀酸传递给泛醌复合体 没有泵出氢质子 23 三 辅酶Q 泛醌 脂溶性醌类化合物位于内膜的脂质双层中可以移动的电子传递体电子和氢的受体 24 多个异戊二烯 半醌型泛醌 二氢泛醌 泛醌 25 26 27 四 复合体 CoQ CytC还原酶 1 接受CoQ传递来的电子 并泵出4个H 2e 2 还原酶的辅基 血红素bL血红素bHFe S血红素c1 28 4 复合体 的电子传递途径 Cytc 29 五 Cytc 接受复合体 传递来电子 并传递给复合体 辅基 血红素C位于膜间隙可以移动的水溶性电子 30 将电子从Cytc传递给分子氧 催化分子氧还原为H2O 泵出2个H 2e 辅基 Cu Cu中心 CuA 血红素a 血红素a3Fe Cu中心 CuB 六 复合体 Cytc氧化酶 31 32 复合体 的传递途径 CytcCuACytaCyta3CuBO2 33 电子传递链 34 35 七 总的方程式 每传递一对电子 复合体I 分别泵出4 4 2个H NADH 11H N 1 2O2NAD 10H P H2OFADH2 6H N 1 2O2FAD 6H P H2O 36 FADFADH2脂酰CoA 2反烯脂酰CoA脂酰CoA脱氢酶 37 四 呼吸链组分排列顺序的确定 1 根据标准氧化还原电位E0 的高低排列eEO 小 EO 大 数值越低 则该物质失去电子的倾向越大 也就越容易成为还原剂而处于呼吸链的前面 38 2 检测电子传递体氧化的顺序 电子传递体还原态和氧化态时的吸收光谱不同利用离体完整线粒体进行研究检测前使所有电子传递体处于还原态向检测体系中缓慢给氧判断 先由还原态变为氧化态的位于呼吸链的 面 39 40 3 体外将呼吸链的各复合体进行拆分和重组 2020 1 29 41 可编辑 42 4 利用阻断剂研究分析离体线粒体使所有传递体处于还原态给氧 43 44 第三节氧化磷酸化 呼吸链中电子的传递过程偶联ADP磷酸化 生成ATP的过程 45 一 自由能变 偶联反应及高能磷酸化合物 一 化学反应中的 G 自由能变化 A BC D G 产物与反应物自由能之间的差值 G0 需要外界提供能量才能进行 耗能 G 0 可逆反应 46 二 偶联反应 偶联反应 一个热力学上不能自发进行的反应可以通过与另一个能够自发进行的反应结合的方式来驱动反应的进行 这两个结合在一起同时进行的反应称为偶联反应 G Pi G 6 P H2O G 3 3kCal molATP H2O ADP Pi G 7 3kCal molG ATP G 6 P ADP G 4kCal mol 47 三 高能磷酸化合物 1 高能磷酸化合物 1mol水解 释放出5 0kcal以上自由能1 磷氧键型 O P ATP等2 氮磷键型 N P 磷酸肌酸等硫脂键型 琥珀酰CoA等2 ATP 三磷酸腺苷 生物能的主要载体含一个磷酸酯键和二个磷酸酸酐键 48 49 四 ATP生成的方式1 氧化磷酸化 主要方式 高势能电子从NADH H 或FADH2沿呼吸链传递给氧的过程中 所释放的能量转移给ADP形成ATP 即ATP的形成与电子传递相偶联 50 2 底物磷酸化 次要方式 高能键断裂偶联ADP磷酸化为ATP 或GDP GTP 的过程 51 二 氧化磷酸化的偶联部位 NADH与CoQ之间CoQ与Cytc之间Cytc与O2之间 52 1 P O比值推测 物质氧化时 每消耗1mol氧原子所消耗无机磷酸的mol数 分离线粒体 体外模拟实验底物 羟丁酸琥珀酸还原型Cytc 53 位置NADHQCoQCytcCytcO2 E0 E0 0 36v E0 0 21v E0 0 53v 2 根据标准氧化还原电位差计算自由能变 54 位置NADHQCtybCytcCytaa3O2 G0 G0 69 5kJ mol G0 40 5kJ mol G0 102 3kJ mol 1molADPATP G0 30 5kJ mol G0 nF E0 F 96 5kJ mol V 55 NADH氧化呼吸链 2 5ATP NADH H 3ATP 琥珀酸氧化 FADH2 呼吸链 1 5ATP FADH2 2ATP 旧版本 56 三 氧化磷酸化偶联机制 1 化学渗透学说 电子经呼吸链传递时 可以将氢质子由线粒体基质泵到线粒体膜间隙 产生跨膜的质子电化学梯度 电位差和H 浓度差 质子顺梯度回流时会驱动ATP的形成 由PeterMitchell提出的 1978年获诺贝尔化学奖 57 化学渗透学说的要点 1 电子沿呼吸链传递时 泵出H 形成跨膜电化学梯度H 浓度梯度跨膜电位差 2 H 顺电化学梯度回流ADPATPATP合成酶 3 H 顺浓度梯度回流 H 由ATP合成酶的F0亚单位回流 偶联ATP的生成 能量 58 59 2 ATP合成酶 ATP合成酶 F0 F1两个亚单位F1 位于基质侧 可溶 催化ATP合成F0 跨越内膜 H 通道 60 17个亚基 61 H 回流 亚基旋转 3个 亚基的构象发生改变 疏松型 L ADP和Pi与 亚基结合紧密结合型 T ADP和Pi生成ATP开放型 O 释放ATP 62 2 1 63 64 四 影响氧化磷酸化的因素 一 抑制剂 1 呼吸链抑制 阻断 剂 1 抑制复合体 与铁硫蛋白结合 鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥 2 抑制复合体 抗霉素A CytbCytc1 3 抑制复合体 CO CN H2S 与Fe Cu中心结合 65 2 解偶联剂 uncoupler 使氧化与磷酸化偶联过程脱离 1 机理 H 不经ATP合酶的F0回流 2 例 2 4 二硝基苯酚多为脂溶性的弱酸 66 3 解偶联蛋白 内膜上的质子通道棕色脂肪组织 产热御寒 含大量线粒体新生儿硬肿症 缺乏棕色脂肪组织 67 3 氧化磷酸化抑制剂 寡霉素 结合在ATP合成酶的Fo亚单位的通道上 抑制ADP磷酸化抑制电子传递 68 二 ADP的调节作用氧化磷酸化的速率主要受ADP浓度的调节 三 甲状腺激素1 诱导细胞膜上Na K ATP酶的生成 使ATP加速分解为ADP和Pi2 解偶联蛋白基因表达增加基础代谢率增高 四 线粒体DNA突变线粒体DNA 含编码复合体中13条多肽链 22个tRNA 2个rRNA的基因 69 五 NADH H 穿梭 胞液中的NADH H 进入线粒体内有两种穿梭方式 一 磷酸甘油穿梭 二 苹果酸 天冬氨酸穿梭 70 一 磷酸甘油穿梭 1 2 1 2 1 穿梭机制 71 2 甘油 3 磷酸脱氢酶的辅酶胞液甘油 3 磷酸脱氢酶 NAD 线粒体内膜甘油 3 磷酸脱氢酶 FAD3 生成能量 1 5ATP NADH H 4 骨骼肌 神经细胞胞质中的NADH H 主要通过这种穿梭机制 72 二 苹果酸 天冬氨酸穿梭机制 1 穿梭机制 73 74 1 酶 苹果酸脱氢酶 辅酶 NAD 天冬氨酸转氨酶2 两种转运蛋白 酮戊二酸转运蛋白和酸性氨基酸转运蛋白3 进入NADH氧化呼吸链 2 5ATP 3ATP 旧版本 4 肝脏 心肌细胞 75 76 第五节其他生物氧化体系 一 氧化酶和需氧脱氢酶氧化酶 含铜离子 产物中有H2O 如抗坏血酸氧化酶 需氧脱氢酶 辅基是FMN或FAD 产物中有H2O2 77 二 过氧化氢酶和过氧化物酶过氧化氢酶 2H2O22H2O O2过氧化物酶 peroxidase R H2O2RO H2ORH2 H2O2R 2H2O 78 三 超氧化物歧化酶 SuperoxideDismutase SOD 超氧离子 O2 SOD2O2 2HH2O2 O2 79 四 加单氧酶和加双氧酶加单氧酶 羟化酶 催化一个氧原子加到底物分子上 羟化 另一个氧原子被氢还原成水 加双氧酶 催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上