09-生物氧化.ppt

1、第五章 生物氧化,第一节 ATP与其他高能化合物 第二节 氧化磷酸化 第三节还原当量与ATP的转运 第四节 其它的氧化体系,第一节 ATP与其他高能化合物,自由能(G)：指一个反应体系中能够做功的那部分能量。 自由能的变化(G)：产物的自由能与反应物的自由能之差，与反应转变过程无关。 标准自由能的变化(G0)：298K，101.3KPa，反应物浓度为1mol/L。 生化反应中标准自由能的变化(G0)：298K，101.3KPa，反应物浓度为1mol/L，pH=7。,如 A+B C+D G=(GC+GD)-(GA+GB) G = G0+RTlnCD/AB G0,反应达到平衡,反应自发进行,反应不

2、能自发进行,第一节 ATP与其他高能化合物,生物氧化（biological oxidation）：物质在生物体内的氧化，主要是指糖、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。,糖原,脂肪,蛋白质,葡萄糖,脂肪酸 甘油,氨基酸,乙酰CoA,营养物分解代谢的三个阶段,ATP与高能磷酸键,高能磷酸键,ATP + H2O ADP + Pi G0=-30.5 KJ/mol ADP + H2O AMP + Pi G0=-30.5 KJ/mol AMP + H2O 腺苷+ Pi G0=-14.2 KJ/mol 高能磷酸键：生化中把磷酸化合物水解时释出的能量20KJ/mol者所含的

3、磷酸键称高能磷酸键，常用P表示，含有高能键的化合物称为高能化合物。,高能磷酸键的类型,磷酸酐：ATP、ADP、UTP、CTP、PPi等； 烯醇磷酸：PEP； 混合酐：1,3-BP-甘油酸； 磷酸胍类：磷酸肌酸。 另有高能硫酯键：乙酰CoA、脂酰CoA等。,磷酸酐,烯醇磷酸,PEP,混合酐（酰基磷酸）,1,3-BP-甘油酸,磷酸胍类,磷酸肌酸,高能硫酯键,乙酰CoA,ATP的作用,作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需的能量； 供给机体生命活动所需的能量； 生成核苷三磷酸（NTP）； 将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸（creatine phosphate）形式储存。,提供合成代谢或分解

4、代谢初始阶段所需的能量,G+ATP G-6-P+ADP 脂酸+CoA+ATP 脂酰CoA+AMP+PPi 氨基酸+ATP 氨基酰AMP+PPi,供给机体生命活动所需的能量,生成核苷三磷酸（NTP）,将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸形式储存,ATP的生成方式,氧化磷酸化：代谢物脱下的氢经电子传递链与氧结合成水的同时，逐步释放出能量，使ADP磷酸化为ATP的过程。 底物水平磷酸化：代谢物脱氢与ADP（或GDP）的磷酸化相偶联。共3个反应。,底物水平磷酸化,第二节 氧化磷酸化,电子传递链 电子传递链的组成 电子传递链的顺序 电子传递链中生成ATP的部位 质子梯度的形成机制 ATP合酶 氧化磷酸化的调

5、节,线粒体,主要功能：氧化营养物，生成ATP。 结构 外膜：通透性较高 内膜：对物质的通过有严格选择性 内膜高度折叠形成嵴 膜间腔 基质,线粒体结构,线粒体结构模式图,线粒体嵴的分子组成,氧化磷酸化的基本机制,来自中间代谢物的还原当量(NADH或FADH2)经电子传递链传递给氧生成水时，释放出大量的能量(NADH： G0=-221.5 KJ/mol，FADH2： G0=-171.4 KJ/mol)，这部分能量可推动ADP与Pi合成ATP。,电子传递链（呼吸链）,概念：线粒体内膜上存在由多种酶和辅基组成的传递H和电子的反应链，它们按一定顺序排列，称电子传递链(或呼吸链)（electron tra

6、nsfer chain或respiratory chain）。 电子传递链的组成 电子传递链的顺序 电子传递链中生成ATP的部位 质子梯度的形成机制,电子传递链的组成,从线粒体内膜上分离到四种酶复合体及辅酶Q(CoQ)和细胞色素C(Cytc)。 复合体：NADH- CoQ还原酶 复合体：琥珀酸- CoQ还原酶 复合体： CoQ -细胞色素C还原酶 复合体：细胞色素氧化酶 NADH呼吸链：由复合体、及CoQ、Cytc组成 FADH2呼吸链：由复合体、及CoQ、Cytc组成,复合体：NADH-CoQ还原酶,功能：将电子从NADH传递给CoQ 辅基：FMN，铁硫蛋白,NAD+：R为H；NADP+：R

7、为PO32-,铁硫蛋白,铁硫簇(Fe4S4),功能：单电子传递体,泛醌（CoQ）,复合体： CoQ -细胞色素C还原酶,功能：将电子从CoQ传递给Cytc 组成：Cytb、Fe-S、Cytc1 细胞色素(Cyt)：含铁卟啉辅基的色蛋白，分a、b、c三类，每类中又分几种亚类。,细胞色素,功能：单电子传递体,复合体：细胞色素氧化酶,功能：将电子从Cytc最终传递到O2 组成：Cyta、Cyta3、Cu,复合体：琥珀酸- CoQ还原酶,功能：将电子从琥珀酸传递给CoQ 辅基：FAD、Fe-S、Cytb560,NADH呼吸链:,FADH2呼吸链:,还原电位与电子传递链的顺序,电子传递链中各组分的顺序由

8、还原电位决定 电子传递方向：(还原电位)低 高 标准还原电位：将一个半反应体系与一个标准氢电极(pH7)相连所测的还原电位。,原电池,正极,负极,Zn电极 标准电极势： -0.763V,Cu电极 标准电极势： +0.34V,电子传递链的顺序:,电子传递链中生成ATP的部位,实验证据,P/O 比值：每消耗 mol O2所消耗无机磷酸的mol数（即合成ATP的mol数） 电位降落与自由能：G0=-nFE0 NADH CoQ：G0=-296.5 0.33=-63.7KJ/mol CoQ Cytc：G0= -296.5 0.31=-59.8KJ/mol Cyta3 O2：G0= -296.5 0.58

9、=-111.9KJ/mol 合成ATP需自由能51.6KJ/mol NADH O2可合成3分子ATP,离体线粒体的P/O比值,质子梯度的形成机制,化学渗透假说,ATP合酶,ATP合酶的结构 ATP合成机制,影响氧化磷酸化的因素,氧化磷酸化主要受ADP的调节,抑制剂,1、呼吸链抑制剂 能阻断呼吸链中某些部位电子传递。如鱼藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidin A）及异戊巴比妥（amobarbital）等与复合体中的铁硫蛋白结合，从而阻断电子传递。,二巯基丙醇,2、解偶联剂 （uncoupler）：使氧化与磷酸化偶联过程脱离。二硝基苯酚（dinitrophenol，DNP）,3

10、、氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP 的磷酸化均有抑制作用。如寡霉素（oligomycin）,第三节 还原当量与ATP的转运,通过线粒体内膜 的物质转运 还原当量的转运 -磷酸甘油穿梭：脑、心肌、骨骼肌 苹果酸-天冬氨酸穿梭：脑、心肌、肝、红肌 ATP、ADP、Pi的转运,线粒体内膜的主要转运载体,-磷酸甘油穿梭：,通过该穿梭，一对氢原子只能产生2分子ATP,苹果酸-天冬氨酸穿梭：,通过该穿梭，一对氢原子可产生3分子ATP,转氨作用,ATP、ADP、Pi的转运,本小节要求,熟悉ATP与其他高能化合物，ATP的生成与利用方式； 掌握氧化磷酸化的概念、电子传递链的顺序、生成ATP的部位；熟悉电子

11、传递链的组成及氧化磷酸化的调节；了解质子梯度形成机制及ATP合成机制。 熟悉还原当量的转运；了解ATP、ADP和Pi的转运机制。,第四节 其它氧化体系,一、需氧脱氢酶和氧化酶 需氧脱氢酶:催化底物脱氢并以氧为受氢体,反应产物为H2O2。 氧化酶：直接利用氧为受氢体催化底物氧化，辅基含有铜离子，产物有H2O。如细胞色素C氧化酶、抗坏血酸氧化酶。,过氧化物酶体中的氧化酶类,过氧化氢酶（catalase）又称触酶其辅基含4 个血红素，催化反应： 2H2O2 2H2O+O2 过氧化物酶：（perioxidase）也以血红素为辅基：R+H2O 2RO+H2O,超氧物歧化酶（superoxide dism

12、utase，SOD）,呼吸链电子传递过程中可产生超氧离子（ ）其化学性质活泼,可使磷脂分子中不饱和脂肪酸氧化生成过氧化脂质,损伤生物膜 ；过氧化脂质与蛋白质结合形成的复合物，积累成棕褐色的色素颗粒，称为脂褐素，与组织老化有关。,SOD是人体防御内、坏环境中超氧离子损伤的重要酶。,微粒体中的氧化酶类,一、加单氧酶（monoxygenase）催化一个氧原子加到底物分子上，另一个氧原子被氢还原成水，又称混合功能氧化酶或羟化酶（hydroxylase）。 RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 细胞色素P450（Cytochrome P450 Cyt P450）属Cyt b类，与CO结合

13、后在450nm处出现最大吸收峰。,测试题,A、磷酸酐型 B、混合酐型 C、烯醇磷酸型 D、磷酸胍类型 E、硫酯型 磷酸肌酸中高能键为 : 琥珀酰CoA中的高能键为 : UTP中的高能键为 :,（D）,（E）,（A）,测试题,A、含高能磷酸键 B、含一般磷酸键 C、两者都有 D、两者都没有 AMP GDP 丙酮酸 磷酸肌酸,（B）,（C）,（D）,（A）,测试题,关于三羧酸循环的叙述正确的是： A、循环一周可生成 4 分子NADH B、循环一周可使2 个ADP磷酸化成ATP C、丙二酸可抑制延胡索酸转变成苹果酸 D、琥珀酰CoA是酮戊二酸氧化脱羧的产物,（D),测试题,下列关于乙酰CoA的叙述错

14、误的是： A、*CH3COSCoA经三羧酸循环一周后，*C出现于CO2 B、它是丙酮酸羧化酶的变构激活剂 C、从丙酮酸生成乙酰CoA 是不可逆的 D、乙酰CoA 不能通过线粒体 E、乙酰CoA 含高能键,（A）,测试题,三 羧 酸 循 环 的 酶 均 存 在 于 线 粒 体 基 质， 除 了: A、 柠 檬 酸 合 成 酶 B、 延 胡 索 酸 酶 C、 琥 珀 酰 CoA 合 成 酶 D、 琥 珀 酸 脱 氢 酶 E、 顺 乌 头 酸 酶,（D）,测试题,三羧酸循环和有关呼吸链反应中能产生ATP最多的步骤是： A、柠檬酸异柠檬酸 B、异柠檬酸-酮戊二酸 C、-酮戊二酸琥珀酸 D、琥珀酸苹果酸

15、 E、苹果酸草酰乙酸,（C）,测试题,有关呼吸链的描述，下列哪项是错误的 : A、在完整线粒体中，电子的连续传递依赖于磷酸化反应 B、一对电子从NADH传递给氧的过程中，有3分子ATP生成 C、电子从NADH传递给氧的过程中，自由能增高 D、细胞色素铁卟啉中的铁原子经历了 Fe2+Fe3+的互变 E、呼吸链中的递氢体同时也传递了电子,(C),测试题,作为递氢体，能将电子直接传递给细胞 色素的是 : A、 NADH+H B、NADPH+H C、CoQ D、FADH2 E、FMNH2,(C),测试题,下列有关细胞色素的叙述哪一项是正确的： A、全部存在于线粒体中 B、全部含有血红素辅基 C、都是递氢体 D、都是递电子体 E、与CO、CN结合后丧失活性,(D),测试题,关于氧化磷酸化机制的叙述错误的是： A、H+不能自由通过线粒体内膜 B、H+由递氢体转运至内膜胞质面 C、电子并不排至内膜外 D、线粒体内膜胞质面的pH比基质高 E、线粒体内膜胞质面带正电荷,(D),测试题,A、