第八章生物氧化(中医)

第八章 生物氧化BiologicalOxidation 1 生物氧化2 呼吸链3 氧化磷酸化4 底物水平磷酸化 1 甲亢患者发热多汗 基础代谢率高 为什么 2 何为氧化磷酸化 并说明感冒发烧的机理 3 氰化物为什么能引起细胞窒息死亡 本章重点 物质在生物体内进行氧化分解称生物氧化 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 第一节概述 一 生物氧化的方式 一 生物氧化的方式与特点 1 加氧反应 2 脱氢反应 3 脱电子反应 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 物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 二 生物氧化的特点 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 速率可调 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 二 参与生物氧化的酶类 一 氧化酶类 二 需氧脱氢酶类 三 不需氧脱氢酶类 四 其它酶类 三 生物氧化过程中CO2的生成 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 第二节呼吸链与氧化磷酸化 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 由以下实验确定 标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧 二 呼吸链成分的排列顺序 1 NADH氧化呼吸链NADH 复合体 Q 复合体 Cytc 复合体 O22 琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸 复合体 Q 复合体 Cytc 复合体 O2 NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链 二 氧化磷酸化 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 又称为偶联磷酸化 底物水平磷酸化 substratelevelphosphorylation 是底物分子内部能量重新分布 生成高能键 使ADP磷酸化生成ATP的过程 二 ATP的生成 一 底物水平磷酸化 氧化磷酸化偶联部位 电子传递链自由能变化 氧化磷酸化偶联部位 氧化磷酸化的偶联机理 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 胞液侧 基质侧 化学渗透假说详细示意图 化学渗透假说简单示意图 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 呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置 Cytc Q 胞液侧 基质侧 线粒体内膜 NAD 和NADP 的结构 R H NAD R H2PO3 NADP 一 以NAD或NADP为辅酶的脱氢酶类 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 FMN结构中含核黄素 发挥功能的部位是异咯嗪环 氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN 二 黄素蛋白 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 表示无机硫 三 铁硫蛋白 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 四 泛醌 复合体 的功能 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 五 细胞色素 一 以NAD或NADP为辅酶的脱氢酶类 功能 将氢从NADH传递给泛醌 ubiquinone 功能 将氢从琥珀酸传递给泛醌 二 黄素蛋白 三 铁硫蛋白 功能 将氢从泛醌传递给细胞色素c 功能 将电子从细胞色素c传递给氧 四 泛醌 功能 电子传递体 五 细胞色素 电子传递链 三 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 1 磷酸甘油穿梭机制 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 2 苹果酸 天冬氨酸穿梭机制 NADH H NAD 谷氨酸 天冬氨酸转运体 苹果酸 酮戊二酸转运体 苹果酸 草酰乙酸 酮戊二酸 谷氨酸 胞液 线粒体内膜 基质 天冬氨酸 四 影响氧化磷酸化的因素 1 ADP的调节作用 ATP ADP 的比 2 激素的调节主要激素 甲状腺素 甲亢按其病因不同可分为多种类型 其中最常见的是弥漫性甲状腺肿伴甲亢 约占全部甲亢病的90 男女均可发病 但以中青年女性多见 男女比例为 1 4 6 甲亢是甲状腺功能亢进的简称 是由多种原因引起的甲状腺激素分泌过多所至的一组常见内分泌疾病 主要临床表现为多食 消瘦 畏热 多汗 心悸 激动等高代谢症候群 神经和血管兴奋增强 以及不同程度的甲状腺肿大和眼突 手颤 胫部血管杂音等为特征 严重的可出现甲亢危相 昏迷甚至危及生命 心慌 心动过速 怕热 多汗 食欲亢进 消瘦 体重下降 疲乏无力及情绪易激动 性情急躁 失眠 思想不集中 眼球突出 手舌颤抖 甲状腺肿或肿大 女性可有月经失调甚至闭经 男性可有阳痿或乳房发育等 甲状腺肿大呈对称性 也有的患者是非对称性肿大 甲状腺肿或肿大会随着吞咽上下移动 也有一部分甲亢患者有甲状腺结节 A 呼吸链抑制剂阻断呼吸链中某些部位电子传递 B 解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离 如 解偶联蛋白C 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 3 抑制剂的作用 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 阿的平 CN 可结合复合体 中氧化型Cytaa3 阻断电子传递给O2 导致呼吸链中断 ATP生成受阻 细胞的能量供应受阻 引起细胞代谢障碍 功能紊乱甚至丧失 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 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 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 一 高能化合物 五 高能化合物的储存与利用 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 表6 2一些磷酸化合物水解的标准自由能变化 三 高能化合物的储存和利用 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 第四节其他氧化酶系TheOthersOxidationEnzymeSystems 一 微粒体中的酶类 一 加单氧酶 monoxygenase 催化的反应 RH NADPH H O2 ROH NADP H2O 故又称混合功能氧化酶 mixed functionoxidase 或羟化酶 hydroxylase 上述反应需要细胞色素P450 CytP450 参与 二 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 例如 二 过氧化物酶体中的酶类 一 过氧化氢酶 catalase 又称触酶 其辅基含4个血红素 二 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 反应氧族 超氧离子 O2 H2O2 羟自由基 OH 的统称 三 超氧化物歧化酶 2O2 2H SOD H2O2 O2 H2O O2 过氧化氢酶 SOD 超氧化物歧化酶 superoxidedismutase 谷胱甘肽过氧化物酶 H2O2 ROOH H2O ROH H2O 2G SH G S S G NADP NADPH H 此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤 谷胱甘肽还原酶 3 含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 1 通常生物氧化是指生物体内A 脱氢反应B 营养物氧化生成H2O和CO2的过程C 加氧反应D 与氧分子结合的反应E 释出电子的反应2 生命活动中能量的直接供体是 2005 A 三磷酸腺苷B 脂肪酸C 氨基酸D 磷酸肌酸E 葡萄糖 B A 3 下列有关氧化磷酸化的叙述 错误的是 2002 A 物质在氧化时伴有ADP磷酸化生成ATP的过程B 氧化磷酸化过程存在于线粒体内C P O可以确定ATP的生成数D 氧化磷酸化过程有两条呼吸链E 经呼吸链传递至氧产生3分子ATP4 下列有关氧化磷酸化的叙述错误的是 2006 A 物质在氧化时伴有ADP磷酸化生成ATP的过程B 氧化磷酸化过程涉及两种呼吸链C 电子分别经两种呼吸链传递至氧 均产生3分之ATPD 氧化磷酸化过程存在于线粒体内E 氧化与磷酸化过程通过偶联产能 E C 5 氰化物中毒抑制的是 2001 A 细胞色素bB 细胞色素cC 细胞色素c1D 细胞色素aa3E 辅酶Q 6 7共用备选答案 A 含有寡霉素敏感蛋白B 具有ATP合酶活性C 结合GDP后发生构象改变D 存在单加氧酶E 存在H 通道6 线粒体内膜复合物V的F1 2004 7 线粒体内膜复合物V的F0 2004 D B E 8 呼吸链中的递氢体是A 铁硫蛋白B 细胞色素CC 细胞色素BD 细胞色素aa3E 辅酶Q9 NADH呼吸链组分的排列顺序为A NAD FAD CoQ Cyt O2B NAD FMN CoQ