药学第8章生物氧化

2005年9月04级医本讲稿,第八章,生物氧化BiologicalOxidation,2005年9月04级医本讲稿,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。,*生物氧化的概念,第一节概述,2005年9月04级医本讲稿,*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。,2005年9月04级医本讲稿,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。,2005年9月04级医本讲稿,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,*生物氧化的一般过程,2005年9月04级医本讲稿,第二节线粒体氧化体系TheOxidationSystemofATPProducing,2005年9月04级医本讲稿,在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传递电子的酶或辅酶称为电子传递体，它们按一定的顺序排列在线粒体内膜上，组成递氢或递电子体系，统称为电子传递链（electrontransferchain）。该体系进行的一系列连锁反应是与细胞摄取氧的呼吸过程相关，故又称为呼吸链（respiratorychain）。,2005年9月04级医本讲稿,一、呼吸链的主要成分,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,1.复合体:NADH-泛醌还原酶,功能:将电子从NADH传递给泛醌(ubiquinone),2005年9月04级医本讲稿,NAD+和NADP+的结构,R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+,2005年9月04级医本讲稿,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。,2005年9月04级医本讲稿,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。,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,铁硫蛋白,2005年9月04级医本讲稿,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。,2005年9月04级医本讲稿,复合体的功能,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,细胞色素,细胞色素是一类以铁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。,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,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。,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,电子传递链,2005年9月04级医本讲稿,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O2,三、主要的呼吸链,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,2005年9月04级医本讲稿,四、ATP的生成、利用与储存,（一）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,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,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。,2005年9月04级医本讲稿,ATP的生成和利用与储存,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。,2005年9月04级医本讲稿,（二）ATP的生成,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。,2005年9月04级医本讲稿,（1）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G=-nFE,2005年9月04级医本讲稿,2005年9月04级医本讲稿,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,2005年9月04级医本讲稿,（2）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。,2005年9月04级医本讲稿,化学渗透假说简单示意图,化学渗透假说,2005年9月04级医本讲稿,胞液侧,基质侧,化学渗透假说详细示意图,2005年9月04级医本讲稿,.ATP合酶,由亲水部分F1（33亚基）和疏水部分F0（a1b2c912亚基）组成。,ATP合酶结构模式图,2005年9月04级医本讲稿,（3）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,抑制剂,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,ADP的调节作用呼吸控制率(respiratorycontrolratio,RCR)甲状腺激素Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。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+,2005年9月04级医本讲稿,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。,2005年9月04级医本讲稿,线粒体内膜的主要转运蛋白,2005年9月04级医本讲稿,六、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),2005年9月04级医本讲稿,1.-磷酸甘油穿梭机制,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,2.苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,第三节非线粒体氧化酶系TheOthersOxidationEnzymeSystems,2005年9月04级医本讲稿,一、需氧脱氢酶和氧化酶,2005年9月04级医本讲稿,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,2005年9月04级医本讲稿,（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,2005年9月04级医本讲稿,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),2005年9月04级医本讲稿,谷胱甘肽过氧化物酶,H2O2(ROOH),H2O(ROH+H2O),2GSH,GSSG,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,2005年9