第6章生物氧化09临医Convertor

1、Page No.1WordsFromSlide第 六 章生 物 氧 化Biological Oxidation王晓华WordsFromNotePagePage No.2WordsFromSlide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。CO2和H2O O2能量ADP+PiATP热能* 生物氧化的概念 WordsFromNotePagePage No.3WordsFromSlide* 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

2、产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。WordsFromNotePagePage No.4WordsFromSlide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。 物质中的碳和氢直接与氧结合生成CO2、H2O。WordsFromNotePagePage No.5WordsFromSlide乙酰CoA TAC 2H 呼吸链 H2O AD

3、P+Pi ATP CO2 生物氧化的一般过程底物水平 磷酸化ADP+Pi ATP 氧化磷酸化WordsFromNotePagePage No.6WordsFromSlide第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系The Oxidation Phosphorylation System of ATP ProducingWordsFromNotePagePage No.7WordsFromSlide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(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfe

4、r chain)。组成递氢体和电子传递体（2H D 2H+ + 2e）部位：线粒体内膜 一、呼吸链WordsFromNotePagePage No.8WordsFromSlide酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。 （一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成WordsFromNotePagePage No.9WordsFromSlide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 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中

5、。人线粒体呼吸链复合体WordsFromNotePagePage No.10WordsFromSlide胞液侧 基质侧 线粒体内膜 WordsFromNotePagePage No.11WordsFromSlide1. 复合体: NADH-泛醌还原酶功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone) 复合体又称NADH-泛醌还原酶。每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体有质子泵功能。WordsFromNotePagePage No.12WordsFromSlideNAD+和NADP+的结构R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+ WordsFromNoteP

6、agePage No.13WordsFromSlideNAD+（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。WordsFromNotePagePage No.14WordsFromSlideFMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状态，属于单、双电子传递体。 黄素蛋白的辅基WordsFromNotePagePage No.15WordsFromSlide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+ D Fe3+e 反应传递电子。 表示无机硫 WordsFromNotePag

7、ePage No.16WordsFromSlide铁硫蛋白 WordsFromNotePagePage No.17WordsFromSlide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。WordsFromNotePagePage No.18WordsFromSlide复合体的功能 WordsFromNotePagePage No.19WordsFromSlide2. 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 复合体是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，又称琥珀酸-泛醌还原酶。复合体没有H+泵的功能。Wo

8、rdsFromNotePagePage No.20WordsFromSlideWordsFromNotePagePage No.21WordsFromSlide3、复合体功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c。复合体又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1复合体，含有细胞色素b(b562, b566)、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。泛醌从复合体、募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体。电子传递过程：WordsFromNotePagePage No.22WordsFromSlide细胞色素(cytochrome, Cyt) 细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的

9、催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。是单电子传递体。WordsFromNotePagePage No.23WordsFromSlide复合体每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体也有质子泵作用。Cyt c是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体。WordsFromNotePagePage No.24WordsFromSlide4. 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Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 。WordsFromNotePagePage No.2

10、5WordsFromSlide复合体的电子传递过程WordsFromNotePagePage No.26WordsFromSlide由以下实验确定 标准氧化还原电位(由低到高） 体外拆开和重组（鉴定组成与排列） 特异抑制剂阻断 呼吸链各组分特有的吸收光谱（二）呼吸链成分的排列顺序WordsFromNotePagePage No.27WordsFromSlide呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位氧化还原对E0(V)氧化还原对E0(V)NAD+ /NADN+H+0.32Cyt c1 Fe3+ /Fe2+0.22FMN /FMNH20.219Cyt c Fe3+ /Fe2+0.254FAD /

11、FADH20.219Cyt a Fe3+ /Fe2+0.29Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyt a3 Fe3+ /Fe2+0.35Q10 /Q10H20.061/2O2 /H2O0.816WordsFromNotePagePage No.28WordsFromSlide1. NADH氧化呼吸链NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O22. 琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2WordsFromNotePagePage No.29WordsFromSlideNADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链WordsFromNotePag

12、ePage No.30WordsFromSlide二、氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)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 (substrate level phosphorylation) 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。ATP生成方式WordsFromNotePagePage No.31WordsFromSlide（一）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 WordsFromNotePagePage No.32Wor

13、dsFromSlideP/O 比值指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。 WordsFromNotePagePage No.33WordsFromSlide电子传递链自由能变化 WordsFromNotePagePage No.34WordsFromSlide氧化磷酸化偶联部位WordsFromNotePagePage No.35WordsFromSlide（二） 氧化磷酸化的偶联机理1. 化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 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

14、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。 WordsFromNotePagePage No.36WordsFromSlide化学渗透假说简单示意图WordsFromNotePagePage No.37WordsFromSlide胞液侧 基质侧 电子传递过程复合体 (4H+) 、 (4 H+)和 (2H+)有质子泵功能。 WordsFromNotePagePage No.38WordsFromSlideATP合酶结构模式图F1：亲水部分 （动物：33亚基复合体，OSCP、IF1 亚基），线粒体内膜的基质侧颗粒状突起，催化ATP合成。 F0：疏水

15、部分（ab2c912亚基，动物还有其他辅助亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子通道 。（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成 WordsFromNotePagePage No.39WordsFromSlide三、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：二硝基苯酚、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 （一）抑制剂WordsFromNotePagePage No.40WordsFromSlide鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥 抗霉素A二巯基丙醇 CO、

16、CN-、N3-及H2S各种呼吸链抑制剂的阻断位点WordsFromNotePagePage No.41WordsFromSlide解偶联剂 可使氧化与磷酸化的偶联相互分离如：二硝基苯酚为脂溶性物质，作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度，但不影响电子传递，只抑制 ADP 磷酸化，故只释放热能，而不生成 ATP。WordsFromNotePagePage No.42WordsFromSlide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WordsFromNotePagePage No.43WordsFromSlide氧化磷酸化抑制剂如：寡霉素：可阻止质

17、子从F0质子通道回流，抑制 ATP合酶活性,抑制ATP生成寡霉素ATP合酶结构模式图对ADP磷酸化及电子传递均有抑制作用。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。 WordsFromNotePagePage No.44WordsFromSlide（二）ADP的调节作用 ADP转运入线粒体氧化磷酸化（三）甲状腺激素 Na+,K+ATP酶基因表达增加。诱导膜上Na+，K+-ATP酶的合成 ATP 分解为ADP 氧化磷酸化WordsFromNotePagePage No.45WordsFromSlide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2

18、1KJ/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四、ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用WordsFromNotePagePage No.46WordsFromSlideWordsFromNotePagePage No.47WordsFromSlideWordsFromNotePagePage No.48WordsFromSlide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。WordsFromNotePagePage No.49WordsFromSlideATP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(

19、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。WordsFromNotePagePage No.50WordsFromSlide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。WordsFromNotePagePage No.51WordsFromSlide线粒体内膜的主要转运蛋白 WordsFromNotePagePage No.52WordsFromSlide（一） 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

20、机制主要有-磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)WordsFromNotePagePage No.53WordsFromSlideNADH+H+ 线粒体 基质1. -磷酸甘油穿梭机制 WordsFromNotePagePage No.54WordsFromSlideNADH +H+ NAD+ 谷氨酸-天冬氨酸 转运体苹果酸-酮 戊二酸转运体 胞液 线粒体内膜 基质 2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制WordsFromNotePagePage No.55WordsFromSlide第二节 其他氧化酶系The Others Oxidation Enzyme Systems特点：不伴有磷酸化，不能生成ATP，与体内代谢物、药物和毒物的生物转化有关WordsFromNotePagePage No.56WordsFromSlide一、需氧脱氢酶和氧化酶 WordsFromNotePagePage No.57WordsFromSlide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WordsFromNotePagePage No.58WordsFromSl