第9章生物氧化.ppt

1、第 六 章,生 物 氧 化 Biological Oxidation,物质在生物体内氧化成二氧化碳和水并放出能量的过程称为生物氧化（biological oxidation）。由于这一过程是在组织细胞内进行的，并消耗氧产生二氧化碳，因此生物氧化又称为组织呼吸或细胞呼吸（tissue respiration or cellular respiration）。生物氧化的意义在于它能为机体提供生命活动所需的能量。,* 生物氧化的概念,2、 生物氧化的过程,呼吸链,(ATP),第一节 概述 一、氧代谢途径的类型 （一）线立体的代谢 80%的 氧在线立体参与糖、脂肪、蛋白质分解代谢 ，生产CO2、H2O

2、和ATP。 （二）、微立体的代谢 约20%在微立体参与物质代谢、生物转化 （三）、活性氧的代谢 作用：杀细菌、正常物质代谢 损害：蛋白质和核酸结构、破坏生物膜,二、参与样氧代谢的酶类 （一）、氧化酶类： 以金属离子为辅助因子。直接以氧为受氢体，使底物脱氢，生成H2O （二）、需氧脱氢酶类： 以FMN或FAD为辅基的一类黄素酶，产物是H2O2 （三）、不需氧脱氢酶 不以氧为直接受氢体，将底物脱下的氢经辅酶传递给其它物质逐步生成水。 （四）、其它酶类：如过氧化氢酶、加单氧酶等,三、氧的生理功能 1、参与营养物质的氧化分解供能 2、参与代谢物、毒物和药物等非营养物质的 生物转化 3、生成水、参与水、

3、电解质代谢 4、生成少量活性氧，可有效杀灭细菌,第二节 生成ATP的氧化体系The Oxidation System of ATP Producin（线立体氧化体系）,第一节 生成ATP的氧化体系 一、呼吸链 respiratory chain 在线粒体内膜上由酶和辅酶按照一定顺序组成的递氢、递电子体系称呼吸链,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 transfer chain)。 组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）,一、

4、呼吸链,R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+,NAD+和NADP+的结构,（一）呼吸链的组成 1.以NAD+和NADP+为辅酶的不需氧脱氢酶,NAD+（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。,2. FMN结构中含核黄素，发挥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FMN 。,FMN/FAD结构特点：,R磷酸根：FMN； R腺嘌呤二核苷酸：FAD,异咯嗪环的作用：,（氧化型）,（还原型）,3.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。,4.

5、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+ Fe3+e 反应传递电子。, 表示无机硫,5.细 胞 色 素（cytochromes Cyt),细胞色素是一类以铁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。,由以下实验确定 标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 利用各组分特有的吸收光谱,（三）呼吸链成分的排列顺序,呼吸链的排列顺序：（氧还电位）,物质的氧还电位越低，越容易失去电子， 传给氧还电位高的物质,（四）、体内重要的呼吸链,1. NADH氧化呼吸链,2. 琥珀酸氧化呼吸链,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,NADH氧化呼

6、吸链: 主要的呼吸链,琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）,包括：琥珀酸脱氢酶，脂酰CoA脱氢酶，磷酸甘油脱氢酶,一般磷酸酯键水解时自由能变化（Go）为-8至-12kJ/mol，而ATP中的磷酸酐键水解时，Go为30.5kJ/mol。生物化学中把磷酸化合物水解时释出的能量30.5kJ/mol者称为高能磷酸化合物，其所含的键称为高能磷酸键（energy-rich phosphate bond），以P表示之。,二、ATP的生成,（一）底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）,糖酵解及三羧酸循环的某些反应步骤，由于脱氢或脱水等作用，使代谢物分子内部能量重新

7、分布而形成高能磷酸化合物（或高能硫酯化合物），然后将高能键直接转移给ADP（或GDP）生成ATP（或GTP）的反应称为底物水平磷酸化。,磷酸甘油酸激酶 （1）1.3一二磷酸甘油酸ADP3磷酸甘油酸ATP,丙酮酸激酶 （2）磷酸烯醇式丙酮酸ADP 烯醇式丙酮酸ATP,琥珀酰辅酶A合成酶 （3）琥珀酰辅酶A+GDP+H3PO4 琥珀酸GTP+CoA,（二）氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）,在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水的同时，所释放出的能量用于ADP磷酸化生成ATP，这种氧化与磷酸化相偶联的过程称为氧化磷酸化。,P/O比值,每消耗1mol 氧原子

8、，所消耗的无机磷摩尔数,一对电子通过呼吸链,P/O比值：一对电子通过呼吸链时生成ATP的个数,生成ATP的个数,（1）P/O比值（P/O ratio）：,P/O比值是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数（或ADP的摩尔数），即生成ATP的摩尔数。,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,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：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,鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥,抗霉素A 二巯基丙醇,CO、C

9、N-、 N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响,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,（2）解偶联剂作用机制,常见的解偶联剂包括：2,4二硝基苯酚，解偶联蛋白,（二）ADP的调节作用 呼吸控制率(respiratory control ratio, RCR) （三）甲状腺激素 Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。 （四）线粒体DNA突变 与线粒体DNA病及衰老有关。,核苷二磷酸激酶的作用 ATP + UDP ADP + UTP ATP + CDP ADP + CTP ATP

10、 + GDP ADP + GTP,四.高能磷酸键的转移和利用,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。,ATP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(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。,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),1、-磷酸甘油穿梭：,NADHH,NAD

11、H的转运机制：,1. -磷酸甘油穿梭机制,NADH+H+,FADH2,NAD+,FAD,线粒体 内膜,线粒体 外膜,膜间隙,线粒体 基质,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,2、 苹果酸天冬氨酸穿梭：,NADHH,2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,第三节 微粒体氧氧的代谢,一、加双氧酶,此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。,例 如：,二、加单氧酶(monoxygenase),* 催化的反应：,RH + NADPH + H+ + O2,ROH + NADP+ + H2O,故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase) 或羟化酶(hydroxylase)。,上述反

12、应需要细胞色素P450 (Cyt P450)参与。,三、微粒体氧代谢的意义 1、参与生物体内正常物质代谢：类固醇激素、胆汁酸、胆色素等的生成，VD3的羟化； 2、生物转化：某些激素、神经递质等生物活性物质的灭活，药物、毒物解毒从而容易排泄；但是有的物质转化后毒性增强。,第四节 活性氧代谢 一、活性氧的含义,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,（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,反应氧族 超氧离子(O2)、H2O2、羟自由基(OH)的统称。,三、超氧化物歧化酶,2O2+ 2H+,SOD,H2O2 + O2,H2O + O2,过氧化氢酶,SOD：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase),谷胱甘肽过氧化物酶,H2O2 (ROOH),H2O (ROH+H2O),2G SH,G S S G,NADP+,NADPH+H+,* 此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤,谷胱甘肽还原酶,3.