生物氧化1学习教案

1、会计学1生物生物(shngw)氧化氧化1第一页，共55页。生物氧化生物氧化(biological oxidation) ：主要指糖：主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成最终生成CO2 和和 H2O的过程。此过程需耗氧、排的过程。此过程需耗氧、排出出CO2，又在活细胞，又在活细胞(xbo)内进行，故又称细胞内进行，故又称细胞(xbo)呼吸呼吸(cellular respiration)。 第1页/共55页第二页，共55页。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2+H2O+能能量量(nngling)O2ADP+PiATP生物氧化的一般生物

2、氧化的一般(ybn)(ybn)过程过程物质物质(wzh)代谢代谢 能量代谢能量代谢 第2页/共55页第三页，共55页。第3页/共55页第四页，共55页。第4页/共55页第五页，共55页。第5页/共55页第六页，共55页。第6页/共55页第七页，共55页。第7页/共55页第八页，共55页。第8页/共55页第九页，共55页。v氧化磷酸化氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸链是指在呼吸链电子传递过程电子传递过程(guchng)中偶联中偶联ADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。，又称为偶联磷酸化。 第9页/共55页第十页，共55页。ATP AD

3、P 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 机械能机械能( (肌肉收缩肌肉收缩) )渗透能渗透能( (物质主动转运物质主动转运) ) 化学能化学能( (合成合成(hchng)(hchng)代谢代谢) )电能电能( (生物电生物电) )热能热能( (维持体温维持体温) )生物体内能量的储存生物体内能量的储存(chcn)和利用都以和利用都以ATP为中心为中心。第10页/共55页第十一页，共55页。第11页/共55页第十二页，共55页。 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP

4、+ GDP ADP + GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMP第12页/共55页第十三页，共55页。肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用(zuyng)磷酸肌酸作为肌肉磷酸肌酸作为肌肉(jru)和脑组织中能量的一种储存形式。和脑组织中能量的一种储存形式。第13页/共55页第十四页，共55页。第14页/共55页第十五页，共55页。呼吸链定义呼吸链定义(dngy)代谢物脱下的成对氢原子（代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅）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水，这

5、一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链又称电子传递链(electron transfer chain)。呼吸链组成呼吸链组成递氢体和电子传递体（递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e） 第15页/共55页第十六页，共55页。四种具有传递四种具有传递(chund)电子功能的酶复合体电子功能的酶复合体(complex) * * 泛醌泛醌 和和 Cyt c Cyt c 均不包含均不包含(bohn)(bohn)在上述四种复合体中在上述四种复合体中人线粒体呼吸人线粒体呼吸(hx)链复合链复合体体复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复

6、合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 第1

7、6页/共55页第十七页，共55页。第17页/共55页第十八页，共55页。 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧胞液侧 基质基质(j zh)侧侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-第18页/共55页第十九页，共55页。u 功能功能(gngnng): 将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌 (ubiquinone) 复合体复合体NADH CoQ FMN; Fe-S第19页/共55页第二十页，共55页。NAD+和和NADP+的结构的结构(jigu)R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+第20页/共55页第二

8、十一页，共55页。NAD+（NADP+）和）和NADH（NADPH）相互）相互(xingh)转变转变氧化还原反应时变化氧化还原反应时变化(binhu)发生在五价氮和三价氮之间。发生在五价氮和三价氮之间。第21页/共55页第二十二页，共55页。FMN结构中含核黄素，发挥结构中含核黄素，发挥(fhu)功能的部位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是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN 。第22页/共55页第二十三页，共55页。铁硫蛋白中辅基铁硫簇铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3

9、+e 反反应传递应传递(chund)电子。电子。 表示表示(biosh)(biosh)无机硫；无机硫；PrPr表示表示(biosh)(biosh)蛋白质；蛋白质；CysCys表示表示(biosh)(biosh)半胱氨酸半胱氨酸残基残基 第23页/共55页第二十四页，共55页。泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊烯连接形成较）由多个异戊烯连接形成较长的疏水侧链（人长的疏水侧链（人CoQ10），脂溶性），脂溶性, 在膜中可流动在膜中可流动(lidng)。 不固定于复合体，呈游离状态。氧化还原反不固定于复合体，呈游离状态。氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。应时可生成中间产物半醌型

10、泛醌。第24页/共55页第二十五页，共55页。u 功能功能: : 将电子将电子(dinz)(dinz)从琥珀酸传递给泛醌从琥珀酸传递给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFAD ; Fe-S; b560第25页/共55页第二十六页，共55页。细胞色素细胞色素(s s)(s s)是一类以铁卟啉为辅基的催化电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。子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。细 胞 色 素第26页/共55页第二十七页，共55页。第27页/共55页第二十八页，共55页。 复合体复合体QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1第28页/共

11、55页第二十九页，共55页。 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2Cyt aa3 第29页/共55页第三十页，共55页。 由以下实验确定由以下实验确定 标准氧化还原标准氧化还原(hun yun)电位电位 拆开和重组拆开和重组 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 还原还原(hun yun)状态呼吸链缓慢状态呼吸链缓慢给氧给氧二、两条呼吸二、两条呼吸(hx)链中电子传递体的排列顺链中电子传递体的排列顺序序第30页/共55页第三十一页，共55页。氧化还原对E0（V）氧化还原对E0（V）NADNADHH+-0.32Cyt c1 Fe3+/ Fe2+0.22FMN/FMNH2-0.30Cyt c Fe3+

12、/ Fe2+0.25FAD/FADH2-0.06Cyt a Fe3+/ Fe2+0.29Cyt b Fe3+/ Fe2+0.04(或0.10)Cyt a3 Fe3+/ Fe2+0.55Q10/Q10H20.071/2O2/H2O0.82第31页/共55页第三十二页，共55页。1. NADH氧化氧化(ynghu)呼吸链呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复复合体合体O22. 琥珀酸氧化琥珀酸氧化(ynghu)呼吸链呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2第32页/共55页第三十三页，共55页。NADH氧化氧化(ynghu)呼呼吸链吸链

13、FADH2氧化氧化(ynghu)呼吸链呼吸链第33页/共55页第三十四页，共55页。第34页/共55页第三十五页，共55页。- -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(chun su)(chun su)机制机制 脑、骨骼肌脑、骨骼肌第35页/共55页第三十六页，共55页。苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭(chun su)(chun su)机制机制肝、心肌肝、心肌(xnj)第36页/共55页第三十七页，共55页。第37页/共55页第三十八页，共55页。氧化氧化(ynghu)磷酸化偶联部位：复合体磷酸化偶联部位：复合体、根据自由能变化和根据自由能变化和P/O比值比值G=-nFE 第38页/共55页第

14、三十九页，共55页。第39页/共55页第四十页，共55页。注：近年的实验确定，注：近年的实验确定，NADHNADH呼吸呼吸(hx)(hx)链链P/OP/O比值大约为比值大约为2.52.5； 琥珀酸呼吸琥珀酸呼吸(hx)(hx)链链P/OP/O比值约为比值约为1.51.5。第40页/共55页第四十一页，共55页。ATPATP ATP 氧化氧化(ynghu)(ynghu)磷酸化偶磷酸化偶联部位联部位第41页/共55页第四十二页，共55页。时驱动时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。第42页/共55页第四十三页，共55页。化学渗透化学渗透(shntu)假说简单示假说简单示意图意图第43页/共55页第四

15、十四页，共55页。2. ATP合酶（合酶（ATP synthase）第44页/共55页第四十五页，共55页。 ATP合酶合酶ATP合酶结构合酶结构(jigu)模式模式图图 F1:( 33 亚基亚基) F0:(a1b2c912亚基亚基)第45页/共55页第四十六页，共55页。第46页/共55页第四十七页，共55页。当当H+顺浓度递度经顺浓度递度经F0中中a亚基和亚基和c亚基之间亚基之间回流回流(hu li)时，时，亚基发生旋转，亚基发生旋转，3个个亚基的构亚基的构象发生改变。象发生改变。ATP合酶的工作合酶的工作(gngzu)机制机制第47页/共55页第四十八页，共55页。第48页/共55页第四

16、十九页，共55页。 1. ADP的调节作用的调节作用v 呼吸链电子传递和呼吸链电子传递和ATPATP生成生成(shn chn)(shn chn)的偶联关的偶联关系是相互依赖的。系是相互依赖的。v 呼吸控制率呼吸控制率(respiratory control ratio, RCR):(respiratory control ratio, RCR):加入加入ADPADP后的耗氧速率与仅有底物时耗氧速率之比。后的耗氧速率与仅有底物时耗氧速率之比。第49页/共55页第五十页，共55页。2.甲状腺激素甲状腺激素(j s)的调节的调节作用作用v促进促进MitMit的氧化磷酸化，的氧化磷酸化，ATPATP生

17、成生成 v甲状腺激素甲状腺激素(j s)(j s)诱导诱导Na+-K+ATPNa+-K+ATP酶和解偶联酶和解偶联蛋蛋 白基因表达均增加，使白基因表达均增加，使ATPATPADP+PiADP+Piv总效应：总效应：ATPATP合成合成，ATPATP分解也分解也， 表现为氧耗表现为氧耗，产热，产热v甲亢：易热，易喘，情绪激动甲亢：易热，易喘，情绪激动第50页/共55页第五十一页，共55页。v电子传递电子传递(chund)抑制剂抑制剂 阻断呼吸链中某些阻断呼吸链中某些部位电部位电 v 子传递子传递(chund)。v氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 对电子传递对电子传递(chund)及及ADP磷酸磷酸v 化均有抑制作用。化均有抑制作用。v 如：寡霉素如：寡霉素v 解偶联剂解偶联剂