生物氧化专题教育课件市公开课金奖市赛课一等奖课件

第七章生物氧化（能量代谢）生物氧化方式和特点氧化生产ATP三种方式光合作用，线粒体内氧化作用，底物水平磷酸化

经过呼吸链生产ATP(线粒体内）经过呼吸链生产ATP(线粒体外）能量利用(ATP在能量利用中作用)其它氧化方式(不产ATP)第1页第一节生物氧化方式和特点（1）定义：有机物在生物体内进行氧化还原作用称为生物氧化第2页（2）生物氧化中物质氧化方式氧化反应还原反应失电子脱氢加氧得电子加氢脱氧第3页

反应条件

温和剧烈(体温、pH近中性)(高温、高压)反应过程

逐步进行酶促反应一步完成能量释放

逐步进行瞬间释放

（化学能、热能）（热能）CO2生成方式

有机酸脱羧碳和氧结合H2O(氧供体）

需要不需要速率受体内各种原因调整

生物氧化体外燃烧（3）生物氧化与体外燃烧比较第4页第二节生产ATP三种方式光合作用线粒体内氧化作用底物水平磷酸化第5页底物水平磷酸化

一个直接将代谢物分子中能量（磷酸基）直接转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）过程称底物水平磷酸化。或：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过程。第6页一经过呼吸链生产ATP

(线粒体内）呼吸链组成呼吸链电子传递呼吸链产能过程（能量计算及ATP形成）呼吸链阻断第7页(一)呼吸链组成第8页第9页

铁硫蛋白

SS无机硫半胱氨酸硫第10页铁硫蛋白它主要以(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。第11页泛醌（ubiquinone,Q）亦称辅酶Q（CoenzymeQ,CoQ）人体中：CoQ10

1.含有很多异戊二烯侧链醌类化合物2.脂溶性，可在线粒体内膜中移动3.是电子传递体中唯一可游离存在电子载体（无蛋白）第12页泛醌（CoQ）

泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）是游离存在于线粒体内膜中脂溶性有机化合物，由多个异戊二烯连接形成较长疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可在醌型与氢醌型之间相互转变。第13页细胞色素细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基催化电子传递酶类，依据它们吸收光谱不一样而分类。第14页铁卟啉辅基分子结构第15页(二)呼吸链电子传递第16页第17页电子传递链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)。第18页NADH+H+NAD+ⅢⅠⅡⅣCytcQ延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液侧

基质侧线粒体内膜

e-e-e-e-e-第19页第20页第21页第22页复合体Ⅲ氧化还原第23页复合体Ⅳ氧化还原第24页(三)呼吸链产能过程第25页MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e½O2O2-X-+IO-XHIOHH2OX~IX~IX~I头部ATP合酶ADP+PiATP2H+X-+IO-H2O化学渗透学说-氧环回路机制第26页化学渗透学说-质子泵机制（复合体蛋白侧链PKa改变）还有可能其它质子泵出机制，当前仍在研究第27页第28页当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基构象发生改变。ATP合酶工作机制第29页Boyer和Walker工作

英国科学家Walker经过x光衍射取得高分辩率牛心线粒体ATP酶晶体三维结构，证实在ATP酶合成ATP催化循环中三个β亚基确实有不一样构象，从而有力地支持了Boyer假说。

Boyer和Walker共同取得1997年诺贝尔化学奖。

美国科学家Boyer为解释ATP酶作用机理,提出旋转催化假说，认为ATP合成酶β亚基有三种不一样构象，一个构象(L)有利于ADP和Pi结合，一个构象(T)可使结合ADP和Pi合成ATP，第三种构象(O)使合成ATP轻易被释放出来。在ATP合成过程中，三个β亚基依次进行上述三种构象交替改变，所需能量由跨膜H+提供。第30页ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位E=Eº‘+RT/nF*ln([氧化剂]/[还原剂]）⊿Gº‘=-nF⊿Eº‘⊿Eº‘>0.2v可自发生成ATP第31页3个产ATP位置恰好在泵出氢原子地方，4个左右氢原子回流能量恰好可产生1个ATP

第32页(四)呼吸链阻断（1）呼吸链抑制剂

能阻断呼吸链中一些部位电子传递。如鱼藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidinA）及异戊巴比妥（amobarbital）等与复合体中铁硫蛋白等结合，从而阻断电子传递。二巯基丙醇第33页鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥

×抗霉素A二巯基丙醇

×CO、CN-、N3-及H2S×各种呼吸链抑制剂阻断位点第34页

（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）主要是因为其携带泵出氢原子回到线粒体中，使其不能回流经过ATP合成酶产ATP。第35页NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜内外2,4-二硝基苯酚（DNP）解偶联作用支持情况下DNP是解离状态，不能透过线粒体内膜，在酸性条件下，结合质子成为脂溶性物质，过膜，并将质子带过，破坏了H+跨膜梯度。第36页解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能H+H+ADP+PiATP50第37页寡霉素(oligomycin)可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶结构模式图(3)氧化磷酸化抑制剂第38页二经过呼吸链生产ATP

(线粒体外）细胞液中NADH,NADPH不能透过线粒体膜，需要“穿梭”机制。第39页

NADH+H+FADH2NAD+FAD线粒体内膜线粒体外膜膜间隙线粒体基质α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油（１）胞液中NADH氧化磷酸化第40页NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸转运体苹果酸-α-酮戊二酸转运体苹果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链天冬氨酸（２）苹果酸-天冬氨酸转运NADH系统第41页（3）异柠檬酸穿梭异柠檬酸和酮戊二酸经过异柠檬酸脱氢酶催化。异柠檬酸脱氢酶在细胞液中辅酶为NADP+，线粒体内膜中辅酶为NAD+第42页三能量利用第43页（１）ATP作用ATPADP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)渗透能(物质主动转运)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44页

★ATP是细胞内“能量通货”★ATP是细胞内磷酸基团转移中间载体(使能量不变成热量而保留）

～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基团转移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基团贮备物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油第45页★

ATP以偶联反应方式推进非自发反应

比如，细胞中合成脂肪酸时有以下反应：

乙酰CoA+CO2丙二酸单酰CoAΔG=+18.84kj/moL，不能自发进行。乙酰CoA羧化酶（生物素为辅酶）催化以下反应：1．E-生物素+CO2+ATP+H2OE-生物素-CO2+ADP+PiΔG=-17.58kj/moL2.E-生物素-CO2+乙酰CoAE-生物素+

丙二酸单酰CoAΔG=-1.00kj/moL总反应为：乙酰CoA+CO2+ATP+H2O丙二酸单酰CoA+ADP+PiΔG=-18.59kj/moL第46页★

ATP提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需能量G+ATPG-6-P+ADP脂酸+CoA+ATP脂酰CoA+AMP+PPi氨基酸+ATP氨基酰~AMP+PPi第47页（２）ATP作为能量代谢物质原因含有高能磷酸键是其提供能量基础高能磷酸键：生化中把磷酸化合物水解时释出能量＞20KJ/mol者所含磷酸键称高能磷酸键．因为这种化学键水解后放出能量高于7000卡/克分子，比普通可水解化学键高很多，故称为高能键。

高能键

该键水解时候放出自由能

化学键

断裂一个化学键所需要提供能量第48页ATP高能磷酸键第49页

b、ATP水解产物含有更大共振稳定性，其水解产物ADP3-和Pi一些电子能量水平远远小于ATP。

c、H+低浓度造成ATP4-向分解方向进行。d、酸酐键溶剂化所需能量小于磷脂键。ATP水解时释放大量自由能，原因主要有四方面：a、ATP分子结构存在不稳定原因：①ATP分子内有4个负电荷（ATP4-），产生静电斥力，促使ATP水解成ADP3-，而减弱斥力。②ATP分子内存在相反共振现象.因为在相邻两个磷原子之间夹着一个氧原子，氧原子上存在有未共用电子对，而磷原子因P=O和P-O-间诱电子效应带有部分正电荷，于是在两个相邻磷原子之间存在竞争氧原子上未共用电子现象，这种作用结果会影响ATP分子结构稳定性。总来说：反应物不稳定性(高能状态)和产物稳定性(低能状态)使ATP水解后能释放大量能量。第50页胍基磷酸化合物（氮磷键型）磷酸肌酸磷酸精氨酸这两种高能化合物在生物体内起储存能量作用。第51页能荷是细胞所处能量状态一个指标，当细胞内ATP全部转变为AMP时能荷值为0，当AMP全部转变为ATP时，能荷值为1。高能荷抑制ATP生成，促进ATP应用，即促进机体内合成代谢。大多数细胞能荷处于0.8-0.95之间。深入说明细胞内ATP产生和利用都处于一个相对稳定状态。

[ATP]+1/2[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]能荷=(3)ATP能量度量第52页化学反应自由能改变和平衡常数关系

假设有一个化学反应式：aA+bB=cC+dD恒温恒压下：ΔG′=ΔG°′+RTlnQc式中：ΔG°′=-RTlnKeq

ΔG′—某一化学反应随参加化学反应物质浓度、发生化学反应pH和温度而改变自由能改变。Qc-浓度商：

ΔG°′—标准条件（T=298OK,大气压为1atm,反应物和生成物浓度为1mol/L,pH=7.0）下，化学反应自由能改变。Keq-平衡常数：第53页第三节其它氧化方式在微粒体、过氧化物酶体及细胞其它部位还存在其它氧化体系，参加呼吸链以外氧化过程。

特点：1、不伴随磷酸化，不生成ATP2、主要与体内代谢物、药品和毒物生物转化相关第54页一、需氧脱氢酶和氧化酶

第55页需氧脱氢酶和氧化酶只能以一些辅酶或辅基作为受氢体而不能以O2作为直接收氢体脱氢酶称为不需氧脱氢酶。能以O2作为直接收氢体酶称为需氧脱氢酶或氧化酶。氧化酶能直接利用O2为受氢体，产物为H2O；而需氧脱氢酶通常以FAD或FMN为辅基，但可催化底物脱氢并以氧为受氢体，产物为H2O2。第56页二、过氧化物酶体中酶类

（一）过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含4个血红素2H2O22H2O+O2

过氧化氢酶

第57页（二）过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物

R+H2O2

RO+H2O

RH2+H2O2

R+2H2O过氧化物酶

过氧化物酶

第58页

谷胱甘肽过氧化物酶

H2O2(