第06章生物氧化2011修改幻灯片.ppt

第六章 生物氧化BiologicalOxidation 物质在生物体内进行氧化称生物氧化 主要指糖 脂肪 蛋白质等在体内分解时逐步释放能量 最终生成CO2和H2O的过程 CO2和H2O O2 能量 ADP Pi ATP 热能 生物氧化的概念 生物氧化与能量生成过程 代谢物分子脱氢 并解离成氢离子和电子 电子经过中间载体传给氧分子 激活氧 H 和O2 结合成H2O 并释放能量 能量转换生成ATP ATP合酶 A H2 R H2 R 2e 2H O O H2O electrontransferchain 生物氧化与体外氧化之相同点 生物氧化中物质的氧化方式有加氧 脱氢 失电子 遵循氧化还原反应的一般规律 质在体内外氧化时所消耗的氧量 最终产物 CO2 H2O 和释放能量均相同 是在细胞内温和的环境中 体温 pH接近中性 在一系列酶促反应逐步进行 能量逐步释放有利于有利于机体捕获能量 提高ATP生成的效率 进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧 并增加脱氢的机会 脱下的氢与氧结合产生H2O 有机酸脱羧产生CO2 生物氧化与体外氧化之不同点 生物氧化 体外氧化 能量是突然释放的 产生的CO2 H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成 乙酰CoA TAC 2H 呼吸链 H2O ADP Pi ATP CO2 生物氧化的一般过程 第一节生成ATP的氧化体系TheOxidationSystemofATPProducing 线粒体Mitochondria Outermembrane richporinproteins permeable 10 000molecule phosphatidylinositolInnermembrane folds cristae80 protein highlyunsaturatedFA impermeabletomoleculesandionsMatrix 基质 EnzymesofTCAcycle mitochondrialgenomeDNA proteinsforbiosynthesisofproteins 定义代谢物脱下的成对氢原子 2H 通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递 最终与氧结合生成水 这一系列酶和辅酶称为呼吸链 respiratorychain 又称电子传递链 electrontransferchain 组成递氢体和电子传递体 2H 2H 2e 一 呼吸链 NAD P FAD FMN CoQ 铁硫蛋白 细胞色素类 一 呼吸链的组成 四种具有传递电子功能的酶复合体 complex 泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中 人线粒体呼吸链复合体 呼吸链的组成 胞质外膜膜间隙内膜基质 Cytc Q 胞液侧 基质侧 线粒体内膜 1 复合体 NADH 泛醌还原酶 功能 将电子从NADH传递给泛醌 ubiquinone 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 铁硫蛋白中辅基铁硫簇 Fe S 含有等量铁原子和硫原子 其中铁原子可进行Fe2 Fe3 e反应传递电子 铁硫蛋白 泛醌 辅酶Q CoQ Q 由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链 人CoQ10 氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌 复合体 的功能 2 复合体 琥珀酸 泛醌还原酶 功能 将电子从琥珀酸传递给泛醌 细胞色素 是一类催化电子传递的酶类 以铁卟啉为辅基 具有特殊光谱而呈色 所以称为细胞色素 根据吸收光谱不同 分为a b c三类 另外还有亚类 各种细胞色素的差别在与铁卟啉辅基的侧链和铁卟啉与蛋白质的连接方式 细胞色素传递电子是通过铁卟啉辅基上的Fe的价态变化来传递电子 Fe3 eFe2 Cytbc1caa3 Cytaa3结合紧密 含有Cu 仅Cytc可溶性 e Mitochondria五种Cyt 3 复合体 泛醌 细胞色素c还原酶 功能 将电子从泛醌传递给细胞色素c 4 复合体 细胞色素c氧化酶 功能 将电子从细胞色素c传递给氧 其中Cyta3和CuB形成的活性部位将电子交给O2 二 氧化磷酸化 定义氧化磷酸化 oxidativephosphorylation 是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化 生成ATP的过程 一 氧化磷酸化偶联部位 氧化磷酸化偶联部位 复合体 根据自由能变化和P O比值P O比值 物质氧化时 每消耗1mol氧原子 1 2O2 所消耗的无机磷的mol数 或ADP的mol数 亦即生成ATP的mol数 2 5 1 5 氧化磷酸化偶联部位 电子传递链自由能变化 二 氧化磷酸化的偶联机理 1 化学渗透假说 chemiosmotichypothesis 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 化学渗透假说简单示意图 胞液侧 基质侧 化学渗透假说详细示意图 2 ATP合酶 由亲水部分F1 3 3 亚基 和疏水部分F0 a1b2c9 12亚基 组成 ATP合酶结构模式图 3 3 sites ATP T ADP L AMP PNP O F1 ATPsynthase JohnWalkerandPaulBoyer 1997NobelprizeforChemistry 当H 顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时 亚基发生旋转 3个 亚基的构象发生改变 ATP合酶的工作机制 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 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 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 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 ATP合酶结构模式图 二 ADP的调节作用呼吸控制率 respiratorycontrolratio RCR 三 甲状腺激素Na K ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加 四 线粒体DNA突变与线粒体DNA病及衰老有关 电子传递链及氧化磷酸化系统概貌 H 跨膜质子电化学梯度 H m内膜基质侧H H c内膜胞液侧H 目录 四 ATP 高能磷酸键与高能磷酸化合物 高能磷酸键水解时释放的能量大于21KJ mol的磷酸酯键 常表示为 P 高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物 肌酸激酶的作用 磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式 ATP的生成和利用 ATP ADP 机械能 肌肉收缩 渗透能 物质主动转运 化学能 合成代谢 电能 生物电 热能 维持体温 生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心 五 通过线粒体内膜的物质转运 线粒体外膜通透性高 线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白 transporter 对各种物质的转运 线粒体内膜的主要转运蛋白 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 aspara