生物氧化理工大市公开课获奖课件

1、第 五 章代谢导论和生 物 氧 化第1页第1页一、在能量代谢上互相联系三大营养素共同中间产物共同最后代谢通路糖脂肪蛋白质乙酰CoATAC2H氧化磷酸化ATPCO2三大营养素可在体内氧化供能。代谢导论第2页第2页（一）糖代谢与脂代谢互相联系1. 摄入糖量超出能量消耗时 二、糖、脂和蛋白质之间互相联系葡萄糖乙酰CoA合成脂肪（脂肪组织）合成糖原储存（肝、肌肉）第3页第3页2. 脂肪甘油部分能在体内转变为糖脂酸乙酰CoA葡萄糖脂肪甘油甘油激酶肝、肾、肠磷酸-甘油葡萄糖第4页第4页（二）糖与氨基酸代谢互相联系比如丙氨酸丙酮酸脱氨基糖异生葡萄糖1. 大部分氨基酸脱氨基后，生成相应-酮酸，可转变为糖。第5

2、页第5页2. 糖代谢中间产物可氨基化生成一些 非必需氨基酸糖丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA柠檬酸-酮戊二酸丙氨酸天冬氨酸谷氨酸第6页第6页氨基酸乙酰CoA脂肪 1. 蛋白质能够转变为脂肪 2. 氨基酸可作为合成磷脂原料丝氨酸磷脂酰丝氨酸胆胺脑磷脂胆碱卵磷脂（三）脂类与氨基酸代谢互相联系第7页第7页脂肪甘油磷酸甘油醛糖酵解路径丙酮酸 其它-酮酸一些非必需氨基酸3. 脂肪甘油部分可转变为非必需氨基酸第8页第8页（四）核酸与糖、蛋白质代谢互相联系 1. 氨基酸是体内合成核酸主要原料甘氨酸天冬氨酸谷氨酰胺一碳单位合成嘌呤合成嘧啶2. 磷酸核糖由磷酸戊糖路径提供第9页第9页第10页第10页物质在生物体内进行氧

3、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，最后身成CO2 和 H2O过程。糖 脂肪 蛋白质 CO2和H2O O2能量ADP+PiATP热能第二节 生物氧化 第11页第11页糖原 三酯酰甘油 蛋白质 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA TAC 2H 呼吸链 H2O ADP+Pi ATP CO2 * 生物氧化普通过程第12页第12页一、 生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化中物质氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应普通规律。物质在体内外氧化时所消耗氧量、最后产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。第13页第13页生物氧化体外燃烧细胞内进行有酶参与体外进行能量逐步释

4、放并转化成ATP能量一次释放转换成光和热二、生物氧化特点（与燃烧区别）： 无酶参与CO2和H2O不是同时产生CO2和H2O是同时产生第14页第14页三、生物能及其存在形式1.生物能和ATP(1) ATP是生物能存在主要形式(2) ATP特点 ATP是一个瞬时自由能供体 ATP、ADP、Pi在细胞内处于动态平衡 ATP循环速度不久(3) 磷酸基团转移反应中间体：第15页第15页 ATP生成和利用ATP ADP 肌酸 磷酸肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 P P 机械能(肌肉收缩)渗入能(物质积极转运) 化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量储存和利用都以ATP为中心。第16

5、页第16页2.高能化合物普通将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡/mol)以上自由能（G。 -21 kJ / mol）化合物称为高能化合物。推动化学反应有GTP,UTP,CTP磷酸酯类化合物在生物体能量转换过程中起者主要作用。ATP是生物细胞中最主要高能磷酸酯类化合物。第17页第17页第18页第18页第三节 电子传递和氧化磷酸化第19页第19页定义代谢物上氢原子被脱氢酶激活脱落后，通过一系列传递体传递，最后与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。构成递氢体和电子传递体（2H 2H+

6、 + 2e） 一、呼吸链第20页第20页线粒体结构嵴膜间隙在真核生物细胞内，它位于线粒体内膜上，原核生物中，它位于细胞膜上。基质内膜外膜第21页第21页（一）呼吸链构成四种含有传递电子功效酶复合体(complex) * 泛醌 和 Cyt c 均不包括在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体复合体酶名称复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素C还原酶细胞色素c氧化酶辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu 多肽链数394 1013 复合体酶名称复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素C还原酶细胞

7、色素c氧化酶辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu 多肽链数394 1013 第22页第22页呼吸链各复合体在线粒体内膜中位置NADH-泛醌还原酶 琥珀酸-泛醌还原酶 泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶 第23页第23页1. 复合体: NADH-泛醌还原酶 功效: 将电子从NADH传递给泛醌 。它作用是催化NADH氧化脱氢以及Q还原。因此它既是一个脱氢酶，也是一个还原酶。 它活性部分含有辅基FMN和铁硫蛋白。 复合体NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 第24页第24页NAD+和NADP+结

8、构R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+ 第25页第25页NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）互相转变氧化还原反应时改变发生在五价氮和三价氮之间。第26页第26页FMN结构中含核黄素，发挥功效部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN 。第27页第27页铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe-2S)含有两个活泼无机硫和两个铁原子。其中铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。第28页第28页泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长疏水侧链（人CoQ10）。它

9、是电子传递链中唯一非蛋白电子载体。为一个脂溶性醌类化合物。第29页第29页2. 复合体: 琥珀酸-泛醌还原酶 功效: 将电子从琥珀酸传递给泛醌 它是存在于线粒体内膜上蛋白复合物, 它比NADH-Q还原酶结构简朴，由4个不同多肽亚基组成。其活性部分含有辅基FAD和铁硫蛋白。 复合体 琥珀酸 CoQ FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 第30页第30页第31页第31页3. 复合体: 泛醌-细胞色素c还原酶 功效：将电子从泛醌传递给细胞色素c简写为QH2-Cytc还原酶,它是线粒体内膜上一个跨膜蛋白复合物，由9个多肽亚基构成。活性部分主要包括细胞色素b 和c1，以及铁硫蛋白（2Fe-2S）。 复合

10、体QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c1第32页第32页辅基为铁卟啉衍生物，铁原子处于卟啉环中心，组成血红素。各种细胞色素辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1等，组成它们辅基分别为血红素A、B和C。细胞色素a, b, c能够经过它们紫外-可见吸取光谱来判别。细胞色素细胞色素（简写为Cyt. ）属于电子传递体，其传递电子方式下列： 2CytFe3+ + 2e 2CytFe2+细胞色素是一类含有血红素蛋白质。第33页第33页细 胞 色 素第34页第34页 它是电子传递链中一个独立蛋白质电子载体，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与

11、细胞色素c1含有相同辅基，不过蛋白组成则有所不同。在电子传递过程中，cyt. c经过 Fe3+ Fe2+ 互变起电子传递中间体作用。细胞色素c（cyt.c）第35页第35页第36页第36页4. 复合体: 细胞色素c氧化酶 功效：将电子从细胞色素c传递给氧 复合体还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中Cyt a3 和CuB形成活性部位将电子交给O2。第37页第37页第38页第38页NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链2.电子传递链电子传递顺序第39页第39页第40页第40页第41页第41页 二、氧化磷酸化1.氧化磷酸化类型氧化磷酸化 (oxidative phosphorylatio

12、n)是指在线粒体中，底物分子脱下氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸化生成ATP。部位：线粒体内膜上，ATP合成酶参与。 底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 是直接将底物分子中高能键转变为ATP分子中末端高能磷酸键过程。 第42页第42页底物水平磷酸化仅见于下列三个反应： 3-磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸+ATP 丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸+ATP 琥珀酰硫激酶 琥珀酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸+CoA+GTP第43页第43页2.氧化磷酸化偶联部位（ATP产生数量

13、）氧化磷酸化偶联部位：复合体、依据自由能改变和P/O比值G=-nFE 研究氧化磷酸化最惯用办法是测定线粒体或其制剂P/O比值和电化学试验。P/O比值是指每消耗一摩尔氧所消耗无机磷酸摩尔数。依据所消耗无机磷酸摩尔数，可间接测出ATP生成量。试验指明NADH呼吸链P/O值是3，即每消耗一摩尔氧原子就可形成3摩尔ATP，FADH2呼吸链P/O值是2，即消耗一摩尔氧原子可形成2摩尔ATP。第44页第44页 ATP产生部位都是有大电位差改变地方，比如，NADH呼吸链生成ATP三个部位是：E0值在此三个部位有大“跳动”，都在0.2伏以上。ATP产生部位第45页第45页ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部

14、位电子传递链自由能改变 第46页第46页3. 氧化磷酸化偶联机理1. 化学渗入假说(chemiosmotic hypothesis) 当前公认氧化磷酸化偶联机制是1961年由Mitchell提出化学渗入学说。这一学说认为氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧化反应进行时，H+通过氢泵作用被排斥到线粒体内膜外侧（膜间腔），从而形成跨膜pH梯度和跨膜电位差。这种形式“势能”，能够被存在于线粒体内膜上ATP合成酶利用，生成高能磷酸基团，并与ADP结合而合成ATP。第47页第47页线粒体基质 线粒体膜 + + + + - - - - H+ O2 H2O H+e- ADP+Pi ATP 化学渗入假说简朴示意

15、图第48页第48页质子梯度形成第49页第49页化学渗入假说要点是：1.呼吸链中递氢体和电子传递体是交替排列，且位置固定2. 线粒体内膜递氢体是一个质子泵；3. 膜内侧H+迁移到膜外侧（膜对H+是不通透），膜内侧与外侧就产生了跨膜质子梯度 (pH) 和电位梯度（）；4. 在膜内外势能差（pH 和）驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道（ATP酶构成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP。第50页第50页化学渗入假说目 录第51页第51页基质侧第52页第52页ATP合成机制：当质子从膜间腔返回基质中时，这种“势能”可被位于线粒体内膜上ATP合酶利用以合成ATP

16、。 第53页第53页线粒体内膜表面有一层规则地间格排列着球状颗粒，称为ATP酶复合体，是ATP合成场合。 ATP酶，含有5种不同亚基（按3、3、1、1 和1 百分比结合）。OSCP为一个蛋白（寡霉素敏感蛋白），是能量转换通道。F0为一个疏水蛋白，是与线粒体电子传递系统连接部位。第54页第54页 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP H+ H+ H+ 胞液侧 基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化学渗入假说详细示意图第55页第55页（三）影响氧化磷酸化原因1.

17、 呼吸链克制剂 阻断呼吸链中一些部位电子传递。2. 解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：2,4-二硝基苯酚，解偶联蛋白 3. 氧化磷酸化克制剂 对电子传递及ADP磷酸化都有克制作用。如：寡霉素 一、克制剂第56页第56页鱼藤酮粉蝶霉素A阿米妥 抗霉素A二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及H2S各种呼吸链克制剂阻断位点第57页第57页解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体） F0 F1 Cyt cQ胞液侧 基质侧 解偶联 蛋白热能 H+ H+ ADP+Pi ATP 第58页第58页 寡霉素(oligomycin) 可制止质子从F0质子通道回流，克制ATP生成寡霉素ATP合酶结构模式图第59页第

18、59页2NADPH/NADP+氧化还原势稍低NADH/NAD+，更容易经呼吸链氧化。( )3电子通过呼吸链时，按照各组分氧还电势依次从还原端向氧化端传递。( )1.各种细胞色素在呼吸链中排列顺序是： A.Cb1C1aa3O2 B.CC1baa3O2C.C1Cbaa3O2 D.bC1Caa3O24下列相关呼吸链叙述哪项是正确 A体内最普遍呼吸链为NADH氧化呼吸链 B假如不与氧化磷酸化偶联，电子传递就中断 C氧化磷酸化发生在胞液中 D呼吸链中传氢体同时也都是递电子体第60页第60页6呼吸链三个部位克制剂分别是：部位有 ，部位有 ，部位有 。7线粒体内膜上复合体、和中均含有Fe-S蛋白。（ ）8下

19、列哪种物质造成氧化磷酸化解偶联？ A鱼藤酮 B抗霉素A C2,4-二硝基苯酚 D寡霉素5下列关于电子传递叙述正确是： A电子传递链继续进行依赖于氧化磷酸化 B电子从NADH传至O2自由能改变为正 C电子从NADH传至O2形成2分子ATP D解偶联剂不影响电子从NADH传至O2第61页第61页10在正常线粒体中，电子转移速度与ATP需求密切联系在一起，ATP利用率低，电子转移速度也低，ATP利用率高，电子转移就加快。在正常情况下，当NADH作为电子供体时，每消耗一个氧原子产生ATP数大约为三(P/O=3)。(1)讨论解偶联剂浓度相对来说较低和较高时对电子转移和P/O比有什么影响？(2)摄入解偶联剂会大量出汗和体温升高，解释这一现象并阐明P/O有什么改变？(3)2，4-而硝基苯酚曾用作减肥药，其原理是什么？现在已不再使用了，为何？