第6章 生物氧化

第 6 章 生物氧化 知识点总结与归纳及例题分析 生物氧化 物质在生物体内进行氧化分解 方式 加氧 脱氢 失电子 生物氧化与体外燃烧的比较 生物氧化 条件温和 逐步反应 逐步释放能量 有机脱羧生成 CO2 需要水参与 体外氧化 条件剧烈 一步反应 瞬间释放能量 碳氧结合生成 CO2 没有水参与 一般过程 糖原 葡萄糖 脂肪 脂酸 甘油 乙酰 CoA 蛋白 氨基酸CO2 ADP Pi ATP 2H呼吸链 H2O 第第 1 节 生成节 生成 ATP 的氧化体系的氧化体系 一 氧化呼吸链的组成一 氧化呼吸链的组成 1 辅酶 Co 或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD 辅酶 Co NADH NAD 与 NADH 的相互转变 NAD P 加上两个 H 转变成 NAD P H H 反之 NAD P H H 脱去两个 H 变成 NAD P 2 黄素蛋白 以黄素单核苷酸 FMN 和黄素腺嘌呤二核苷酸 FAD 为辅基的脱氢 酶 FAD FMN 加上两个 H 变成 FADH2 FMNH2 反之 FADH2 FMNH2 脱去两个 H 变成 FAD FMN 3 铁硫蛋白 辅基为铁硫簇 Fe S TAC 4 泛醌 又叫辅酶 Q 是线粒体内膜较小的流动电子载体 一种双递氢体 5 细胞色素类 是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类 是呼吸链中将电 子从泛醌传递到氧的专一酶类 细胞色素类主要是通过辅基铁卟啉中三价铁离子和二价铁离子的互变起传递电 子的作用 是单电子传递体 二 呼吸链成分的排列顺序 排序依据 1 测各组分氧化还原电位 E0 递增的顺序 2 在体外将呼吸链拆开和重组 3 利用呼吸链抑制剂 4 利用光谱变化确定各组分的氧还状态 一 呼吸链复合体 1 复合体 NADH 泛醌还原酶 包括含有以 FMN 为辅基的黄素蛋白和以铁硫 簇为辅基的铁硫蛋白 功能 将电子从 NADH 传递给泛醌 每传递一对电子的同时偶联将 4 个 H 从内膜基 质侧泵到内膜胞质侧 具有质子泵的功能 2 复合体 琥珀酸 泛醌还原酶 含有 黄素蛋白 FAD 铁硫蛋白 Cyt b560 功能 将氢从琥珀酸传递给 FAD 然后经铁硫蛋白传递到泛醌 不具备质子泵的 功能 3 复合体 泛醌 细胞色素 c 还原酶 含有 Cyt b b562 和 b566 铁硫 蛋白 Cyt c1 功能 每传递一对电子 同时偶联将 4 个 H 从内膜基质侧泵到内膜胞质侧 具有 质子泵的功能 复合体 是由双向电子载体泛醌向单电子载体传递的转换单位 4 复合体 细胞色素 c 氧化酶 含有 Cyt aa3 Cyt a Cyt a3 CuA CuB 功能 传递一对电子 偶联将两个 H 从内膜基质侧泵到内膜胞质侧 具有质子泵 的功能 呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置 复合体 和 完全镶嵌在线粒体内膜中 复合体 镶嵌在内膜的内侧 代谢物氧化脱下的氢的传递过程 从复合体 或者复合体 开始 经泛醌到复合体 再经 Cyt c 到复合体 然 后复合体 从还原型细胞色素 C 转移电子到氧 使之与 H 结合成水 复合体酶名称多肽链数辅基 复合体 I 递 H 体 NADH 泛醌还原 酶 39FMN Fe S 复合体 II 递 e 体 琥珀酸 泛醌还 原酶 4FAD Fe S 复合体 III 递 H 体 泛醌 细胞色素 C 还原酶 11 铁卟啉 Fe S 复合体 IV 递 H 体 细胞色素 C 氧 化酶 13 铁卟啉 Cu 二 主要的呼吸链 二 主要的呼吸链 1 1 NADHNADH 氧化呼吸链 是细胞内最主要的呼吸链氧化呼吸链 是细胞内最主要的呼吸链 绝大多数脱氢酶都是以绝大多数脱氢酶都是以 NAD NAD 为辅酶 每为辅酶 每 2H2H 通过此呼吸链可生成通过此呼吸链可生成 2 52 5 分子分子 ATPATP 其传递过程如图 2 2 琥珀酸琥珀酸 FADH2 FADH2 氧化呼吸链 又称氧化呼吸链 又称 FADH2FADH2 氧化呼吸链 氧化呼吸链 产生的产生的 ATP ATP 每每 2H2H 通过此呼吸链可生成通过此呼吸链可生成 1 51 5 分子分子 ATPATP I III IV 琥珀酸琥珀酸 FAD b560 CoQ Cytb C1 Cytc Cytaa3 O2 Fe s Fe s 传递过程 琥珀酸在琥珀酸脱氢酶的作用下 脱下 2H 使 FAD 还原成 FADH2 然 FADH2 把氢传递给泛醌 形成二氢泛醌 接着二氢泛醌的 2H 解离成 2H 和 2e 2H 游 离在介质中 2e 由 Cytb 接受 沿 Cytb Cytc1 Cytc Cyta2 O2 顺序逐步传递 最后由 Cytaa3 将 2e 传给氧原子 形成氧负离子 再与游离的 H 结合成 H2O 两条呼吸链的比较 重点 两条呼吸链的比较 重点 相同点相同点 将将 H 传递给传递给 O2生成水生成水 H 和和 O2消耗 其它可反复使用 消耗 其它可反复使用 CoQ 是两种呼吸链的汇合点是两种呼吸链的汇合点 不同点不同点 NADH 呼吸链呼吸链 琥珀酸呼吸链琥珀酸呼吸链 普遍程度普遍程度 较普遍较普遍 次要次要 起始物起始物 NADH H FADH2 ATP 2 5 1 5 三 ATP 的生成方式 氧化磷酸化氧化磷酸化 氧化磷酸化 在氧化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 是体内生成是体内生成 ATP 的主要方式 的主要方式 一 氧化磷酸化的偶联部位 氧化磷酸化偶联部位 复合体复合体 NADH 氧化呼吸链存在 3 个 ATP 生成部位 琥珀酸氧化呼吸链存在 2 个 ATP 生成部 位 二 氧化磷酸化偶联机制 化学渗透假说 下面是化学渗透假说的示意图 除了氧化磷酸化外 还有底物磷酸化 底物磷酸化 直接将代谢物分子 底物 中的能量转移至 ADP 或 GDP 生成 ATP 或 GTP 的过程 4 4 影响氧化磷酸化的因素影响氧化磷酸化的因素 1 抑制剂 1 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些的电子传递 2 解偶联剂 使呼吸链传递电子过程中泵出的 H 不经 ATP 合酶的 F0 质子通道回流 而是通过其他通道返回线粒体基质 抑制 ATP 的合成 作用机制 破坏内膜两侧的质子电化学梯度 使 ATP 的生成受到抑制 不影响 电子传递 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 2 ADP 的调节作用 正常机体氧化磷酸化的速率主要受 ADP 的调节 当机体利用的 ATP 增多 ADP 浓度机会增高 转运入线粒体后使氧化磷酸化加快 反之 ADP 不足 氧化磷酸化的速率就会减慢 3 甲状腺激素 是调节氧化磷酸化的重要激素 机制 诱导胞膜上 Na K ATP 酶生成 使 ATP 加速分解为 ADP 和 Pi ADP 增多 促使氧化磷酸化加快 ATPATP 自学 自学 一 ATP 与高能磷酸化合物 二 ATP 的转换储存与利用 1 参与糖 脂类及蛋白的生物合成过程 2 磷酸肌酸是肌肉中的能量储存形式 通过线粒体内膜的物质转运通过线粒体内膜的物质转运 一 胞浆内 NADH 的氧化 1 磷酸甘油穿梭 主要存在于脑和骨胳肌中 每 2H 生成 1 5ATP 2 苹果酸 天冬氨酸穿梭 主要存在于肝和心肌中 每 2H 生成 2 5ATP 2 ATP 与 ADP 的转运 ATP ADP 和 Pi 不能自由通过线粒体内膜 由腺苷酸载体转运 转运的速率受胞质 和线粒体内 ADP ATP 水平的影响 腺苷酸转运蛋白又称为 ATP ADP 载体 主要功能 反向转运 ADP 与 ATP 第第 2 2 节 其他氧化体系节 其他氧化体系 一 过氧化物酶体中的酶类 1 过氧化氢酶 catalase 又称触酶 其辅基含 4 个血红素 功能 清除 H2O2 避免其浓度过高对细胞的损害 2 过氧化物酶 perioxidase 以血红素为辅基 催化 H2O2 直接氧化酚类或胺类 化合物 意义 临床上判断粪便中有无隐血 就是利用白细胞中含有过氧化物酶 能将 联苯胺氧化成蓝色化合物 二 超氧物歧化酶 1 反应氧族 活性氧 超氧离子 O2 H2O2 羟自由基 OH 的统称 SOD 超氧物歧化酶 superoxide dismutase 人体抵御内 外环境中 O2 损伤 的重要酶 三 微粒体氧化体系 1 加单氧酶 monoxygenase 又称混合功能氧化酶 mixed function oxidase 或 羟化酶 hydroxylase 2 加双氧酶 此酶催化氧分子中的 2 个氧原子加到底物中带双键的 2 个碳原子上 例题分析例题分析 1 说明机体调节氧化磷酸化作用的因素及其机制 一 抑制剂 1 呼吸链抑制剂 这类抑制剂阻断呼吸链中的某些部位的电子传递 2 解偶联剂 可使氧化与磷酸化偶联过程脱离 基本作用机制是使呼吸链传 递电子过程中泵出的 H 不经过 ATP 合酶的 F0 质子通道回流 而通过线粒体内膜中其 他途径返回线粒体基质 从而破坏内膜两侧的质子电化学梯度 使 ATP 的生成收到 抑制 而电化学梯度储存的能量以热能形式释放 3 氧化磷酸化抑制剂 抑制电子传递及 ADP 的磷酸化 二 ADP 的调节作用 正常的集体氧化磷酸化的速率主要受 ADP 的调节 集体利 用 ATP 增多 ADP 浓度增高 ADP 进入线粒体后加快氧化磷酸化 反之 ADP 浓度降 低 氧化磷酸化速度减慢 三 甲状腺激素 诱导胞膜上 Na K ATP 酶生成 使 ATP 加速分解为 ADP 和 Pi ADP 增多 促使氧化磷酸化加快 2 简述化学渗透假说和 ATP 合成的机制 1 化学渗透假说 基本内容 由 Mitchell 提出 解释生物氧化与 ATP 的生成偶联机制的学说 基本要 点 电子经呼吸链传递释放的能量 可将 H 从线粒体内膜的基质泵到膜间隙 线粒 体内膜不允许质子自由回流 因此产生电化学梯度储存能量 当质子順梯度经 ATP 合酶 F0 回流时 质子跨膜中所蕴含的能量便被利用于 ADP 和 Pi 生成 ATP 2 机制 电子传递体复合体 均有质子泵的作用 2H 传递时分别泵出 4H 4H 2H 质子回流 驱动 ATP 合酶定子 亚基等旋转 3 组 亚基发生结 合变构次序改变 产生 释放 ATP 生物氧化 生物氧化 Biological Oxidation 物质在生物体内进行的氧化分解 物质在生物体内进行的氧化分解 电子传递链电子传递链 electron transfer chain 由一系列可作为电子载体的酶复合体和辅助 由一系列可作为电子载体的酶复合体和辅助 因子构成 可将来自还原型辅酶或底物的电子传递给有氧代谢的最终的电子受体分因子构成 可将来自还原型辅酶或底物的电子传递给有氧代谢的最终的电子受体分 子氧 子氧 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 substrate levelphosphorylation 直接将代谢物分子 底物 直接将代谢物分子 底物 中的能量转移至中的能量转移至 ADP 或 或 GDP 生成 生成 ATP 或 或 GTP 的过程 的过程 氧化磷酸化氧化磷酸化 oxidative phosphorylation 在呼吸链电子传递过程中偶联 在呼吸链电子传递过程中偶联 ADP 磷酸磷酸 化 生成化 生成 ATP 因此又称为偶联磷酸化 因此又称为偶联磷酸化 磷氧比 磷氧比 P O 物质氧化时 每消耗 物质氧化时 每消耗 1 摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数 摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数 解偶联剂 使氧化与解偶联剂 使氧化与 ATP 磷酸化的偶联作用解除的化学物质 磷酸化的偶联作用解除的化学物质 氧化呼吸链氧化呼吸链 oxidative respiratory chain 代谢物脱下的成对氢原子 代谢物脱下的成对氢原子 2H 通过多种 通过多种酶和辅酶酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递 最所催化的连锁反应逐步传递 最 终与氧结合生成水 由于此过程与终与氧结合生成水 由于此过程与细胞呼吸细胞呼吸有关 所以将这一含多种氧化还原组分有关 所以将这一含多种氧化还原组分 的传递链称为的传递链称为氧化呼吸链氧化呼吸链 思考题 思考题 1 常见的呼吸链电子传递抑制剂常见的呼吸链电子传递抑制剂 1 鱼藤酮 阿米妥以及杀粉蝶菌素鱼藤酮 阿米妥以及杀粉蝶菌素 2 抗霉素抗霉素