生化6第六章生物氧化

第六章生物氧化,生物氧化概念及特点线粒体氧化体系非线粒体氧化体系生物氧化中能量转移与利用,第一节、生物氧化概念及特点,一.生物氧化概念,有机物在生物体内彻底氧化生成CO2和H2O，并放出能量的作用。也称细胞呼吸/组织呼吸。包括物质分解和产能,二、生物氧化的特点,1.条件温和,生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。,2.水的生成,水的生成不是H直接与O作用生成,水是生物氧化反应的产物,又是生物氧化反应的环境,氧化过程中脱下来的氢，通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作用,直接参予了氧化反应。,3.CO2的生成,CO2的生成不是C直接与O作用生成,而是通过脱羧作用生成。,4.能量的生成,能量的生成不是暴发式的,而是逐步释放,提高能量利用率。生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。,三.CO2的生成,(一).直接脱羧,a-脱羧,-脱羧,(二).氧化脱羧,a-脱羧,-脱羧,四、生物氧化中物质的本质(方式),1.失电子,2.脱氢,乙醇,乙醛,3.加氧,4.加水,O2,酪氨酸,H2O,苯丙氨酸,延胡索酸,苹果酸,五.生物氧化的酶类,1.脱氢酶,（1）黄素核苷酸为辅基的脱氢酶,需氧黄酶（如:氨基酸氧化酶）,3.加氧酶：如羟化酶,不需氧黄酶,（2）NAD/NADP为辅酶的脱氢酶,2.氧化酶:如细胞色素氧化酶,VitC氧化酶,第二节线粒体氧化体系,一.呼吸链的概念,呼吸链又叫电子传递体系或电子传递链，它是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧原子，而生成水的全部体系。在真核生物细胞内，它位于线粒体内膜上，原核生物中，它位于细胞膜上。,线粒体呼吸链,二.呼吸链分组成成分,1.烟酰胺脱氢酶类,2.黄素脱氢酶类,Fe3+Fe2+,3.铁硫蛋白类,4.细胞色素类,细胞色素（简写为cyt.）是含铁的电子传递体，辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子处于卟啉环的中心，构成血红素。各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中主要含有细胞色素a,a3,b,c和c1等，组成它们的辅基分别为血红素A、B和C。细胞色素a,b,c可以通过它们的紫外-可见吸收光谱来鉴别。细胞色素a,b,c和c1是通过Fe3+Fe2+的互变起传递电子的作用的。a3是通过Cu2+Cu+的互变起传递电子的作用的。,细胞色素c（cytc）,它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与细胞色素c1含有相同的辅基，但是蛋白组成则有所不同。在电子传递过程中，cytc通过Fe3+Fe2+的互变起电子传递中间体作用。,细胞色素c氧化酶,简写为cytc氧化酶，即复合物IV，它是位于线粒体呼吸链末端的蛋白复合物，由12个多肽亚基组成。活性部分主要包括cyta和a3。,cyta和a3组成一个复合体，cyta含有铁卟啉，cyta3含有铜原子。cyta3可以直接以O2为电子受体。在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生Cu+Cu2+的互变，将cytc所携带的电子传递给O2,Fe2+,5.辅酶Q-泛醌,泛醌（简写为Q）或辅酶-Q（CoQ）：它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类化合物。,NADH泛醌还原酶,CoQ2H-CytC还原酶复合体,NADHCoQ还原酶复合体,三.呼吸链的排列順序,第三节非线粒体氧化体系,一.微粒体氧化体系,1.加双氧酶类,如：色氨酸吡咯酶,3-羟邻氨基苯二甲酸加双氧酶,-胡萝卜素加双氧酶,2.加单氧酶类如：P450,二.过氧化体氧化体系,过氧化氢体也称过氧化物酶体(peroxisome),即微体（microbody）含过氧化氢酶和过氧化物酶。,1.过氧化氢的生成,2.过氧化氢的处理与利用,（1)过氧化氢酶,(2).过氧化物酶,三.植物细胞中的生物氧化体系,1.多酚氧化酶体系,2.VitC氧化酶体系,3.乙醇酸氧化酶体系,第四节生物氧化中能量转移与利用,一.生化反应中的自由能及自由能变化,1、自由能的概念,GHTSGHTS,在某一系统的总能量中，能够在恒定的温度、压力以及一定体积下用来做功的那部分能量，称为自由能。,2、自由能的变化与反应平衡常数的关系,GG0RTln（产物/反应物）,G0/RTlnK,二.高能化合物,（一）.高能化合物的概念,某一化合物水解时放出的能量大于或等于ATP水解成ADP时放出的能量,该化合物称为高能化合物。,（二）.高能化学键的概念,某一化学键断裂时放出的能量大于或等于ATP水解成ADP时放出的能量,该化学键称为高能化学键。,乙酰磷酸,11.8千卡/摩尔,10.1千卡/摩尔,(三).高能化学键的种类,1.磷氧键型,a).酰基磷酸化合物,1.3-二磷酸甘油酸,氨甲酰磷酸,酰基腺苷酸,氨酰基腺苷酸,焦磷酸,ATP（三磷酸腺苷）,7.3千卡/摩尔,b)焦磷酸化合物,磷酸烯醇式丙酮酸,14.8千卡/摩尔,c)烯醇式磷酸化合物,磷酸肌酸,磷酸精氨酸,10.3千卡/摩尔,7.7千卡/摩尔,这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。,H,2.氮磷键型,3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸,酰基辅酶A,3.硫酯键型,S-腺苷甲硫氨酸,4.甲硫键型,三.ATP的生成方式,1.氧化磷酸化（oxidatirephosphorylation）,在生物氧化过程中，氧化放能反应与磷酸化吸能反应的偶联，氧化放出的能量使ADP磷酸化生成ATP的作用,称为氧化磷酸化作用。根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为底物水平磷酸化及电子传递体系磷酸化。,（1）氧化磷酸化的概念,（2）氧化磷酸化的方式,底物水平磷酸化,在被氧化的底物上发生的磷酸化作用使ADP生成ATP的过程,电子传递体系磷酸化,当电子从NADH或FADH2经过一系列的电子传递体系（即呼吸链）传递给氧形成水时，伴随有ADP磷酸化为ATP的作用，这一全过程称为电子传递体系磷酸化。,2.非氧化磷酸化,3.光合磷酸化,四、电子传递磷酸化的偶联作用,1、P/O比值,每消耗1mol原子氧所消耗的无机磷酸的mol数（即生成ATP的mol数）。,2.呼吸链中生成ATP的部位,NADH呼吸链,FADH呼吸链,五、氧化磷酸化的偶联机制,化学耦联学说、结构耦联学说与化学渗透学说,六.线粒体外产生的NADH进入线粒体的方式,1.异柠檬酸穿梭作用,2.磷酸甘