第八章生物氧化.ppt

1、第八章 生物氧化,第一节 生物氧化概念及特点,一、生物氧化概念 物质在生物体内的氧化分解。 有机物在生物体内彻底氧化生成CO2和H2O，并放出能量的过程。,线粒体内的氧化伴有ATP的生成，也称细胞呼吸。 线粒体外如内质网、过氧化物酶体等的氧化不伴有ATP的生成，主要与生物转化有关。,糖、脂肪、蛋白质氧化放能的三个阶段,二、生物氧化的特点 1.条件温和： 2.水的生成: 3.CO2的生成: 4.能量的生成:,在细胞内进行，是在体温、近中性pH和有水的温和环境中，在一系列酶、辅酶和传递体的作用下逐步进行,由底物脱氢，经一系列氢或电子传递反应，最终与氧结合生成水。,代谢物中的碳原子先被氧化成羧基，生

2、成有机酸脱羧生成CO2。,能量是逐步释放出来的。生成的能量先贮存在高能磷酸化合物，如ATP中，需要的时候再释放出来。,生物氧化中了解2个问题： 1.代谢物怎样脱氢 2.脱下的H怎样与O2H2O,第二节 线粒体氧化体系,生物氧化体系： 代谢物的氢脱氢酶激活脱出1或几个中间传递体按一定顺序被传递与O2 H2O,一、相关概念 在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传递电子的酶或辅酶称为电子传递体，它们按一定的顺序排列在线粒体内膜上，组成递氢或递电子体系，统称为电子传递链。 代谢物上的氢原子经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧原子而生成水。该一系列连锁反应与细胞摄取氧的呼吸过程相关，故又称

3、为呼吸链。,二、呼吸链的组成成分,NADH-泛醌还原酶,黄素蛋白 铁硫蛋白,琥珀酸-泛醌还原酶,黄素蛋白 铁硫蛋白 细胞色素b,泛醌-细胞色素C还原酶,细胞色素b 细胞色素C1 铁硫蛋白,细胞色素C氧化酶,细胞色素a 细胞色素a3,（一）NAD+（Co）,NAD+的功能,接受从代谢物上脱下的2H，然后传递给黄素蛋白。,NAD+ + H + H+ + e NADH + H+,NADP+,NADPH + H+ + NAD+ NADP+ + NADH + H+,吡啶核苷酸转氢酶,Co,NAD+ 和NADP+均为递氢体,黄素蛋白（flavoproteins，FP）是由一条多肽结合1个辅基组成的酶类。

4、结合的辅基可以是FAD或FMN,它们是维生素B2的衍生物，每个辅基能够接受和提供两个质子和电子。 线粒体中的黄素蛋白主要是电子传递链中NADH脱氢酶和TCA循环中的琥珀酸脱氢酶。,（二）黄素蛋白（递氢体）,黄素蛋白辅基有两种：FMN、FAD,FMN/FAD分子中异咯嗪部分可进行可逆的脱氢加氢反应,（三）铁硫蛋白,铁硫蛋白（iron-sulfur proteins，Fe-S）又称铁硫中心，其特点是含铁原子和硫原子，铁是与无机硫原子或是与蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合。,Fe2+ Fe3+,-e,+e,Fe-S在呼吸链中多与黄素蛋白或细胞色素b结合成复合物存在,单电子传递体,（四）泛醌,泛醌（

5、ubiquinone，UQ）亦称辅酶Q（coenzyme Q），为一脂溶性苯醌，带有很长的侧链，是由多个异戊二烯（isoprene）单位构成的。 它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。,（五）细胞色素体系,细胞色素（cytochromes，Cyt）是位于线粒体内膜的含铁电子传递体，主要含有细胞色素a, b, c 和c1. 其辅基为铁卟啉衍生物，铁原子处于卟啉环的中心，构成血红素。组成它们的辅基分别为血红素A、B和C。 细胞色素主要是通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递电子的作用的。,细胞色素aa3是唯一能将电子传递给氧的细胞色素，又称细胞色素氧化酶。,三、呼吸链中传递体的排列顺序,电子流动趋向

6、：还原电位低 还原电位高,四、主要的呼吸链,线粒体内主要有两条： NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链,五、ATP的生成、利用与储存,生物氧化过程中释放的能量大约有40%以化学能的形式储存于一些特殊的有机磷化合物中，形成磷酸酯。这些磷酸酯键水解时释放能量较多（大于21kJ/mol），一般称之为高能磷酸键，常用“p”符号表示。 含有高能磷酸键的化合物称之为高能磷酸化合物。,（一）ATP的生成,有两种方式： 底物水平磷酸化 氧化磷酸化,1、底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）,底物分子内部能量重新分布形成高能磷酸键并伴有ADP磷酸化生成ATP的作用称

7、为底物水平磷酸化，与呼吸链的电子传递无关。,COO- C-OP CH2,ADP ATP,COO- C=O CH2,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸激酶,丙酮酸,2、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）,代谢物脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释放能量用以使ADP磷酸化生成ATP，由于是代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联发生，故称为氧化磷酸化。 如只有代谢物的氧化过程，而不伴随有ADP磷酸化的过程，则称为氧化磷酸化解偶联。,(1)氧化磷酸化的偶联部位,若代谢物脱下的一对氢，经NADH进入呼吸链，生成水，可生成3分子ATP； 若代谢物脱下的一对氢，经FADH2进入呼吸链，

8、生成水，只产生2分子ATP；,(2) 氧化磷酸化的偶联机制,化学渗透学说,(3) 氧化磷酸化的抑制,抑制剂分为两大类： 电子传递抑制剂：氧化受阻则偶联的磷酸化无法进行。 解偶联剂：使氧化与磷酸化脱离，虽氧化照常进行，但不能生成ATP。,解偶联剂：最常见2,4-二硝基苯酚,2,4-二硝基苯酚可在线粒体内膜中自由移动，其进入基质后可释出H+，而返回胞液后可再结合H+，从而破坏了H+梯度，故不能生成ATP，导致氧化磷酸化呈现解偶联。,寡霉素： 可与ATP合酶的OSCP亚基结合，阻止H+回流，磷酸化无法完成，阻断完整线粒体的氧化磷酸化。,（二）ATP的利用和储存,六、胞液中NADH的氧化,胞液中的NA

9、DH不能自由透过线粒体内膜，故需某种转运机制进入线粒体，经呼吸链进行氧化磷酸化。,磷酸甘油脱氢酶,磷酸甘油脱氢酶,主要存在于脑及骨骼肌中,苹果酸脱氢酶,苹果酸脱氢酶,谷草转氨酶,主要存在于肝和心肌等组织中,第三节 非线粒体氧化体系,一、微粒体氧化体系 （一）双加氧酶 双加氧酶（dioxygenase）又叫转氧酶。催化2个氧原子直接加到底物分子特定的双键上，使该底物分子分解成两部分。,（二）单加氧酶 单加氧酶（monooxygenase）催化在底物分子中加1个氧原子的反应。单加氧酶又是称为羟化酶（hydroxylase），或称混合功能氧化酶（mixed function oxidase）。 催化

10、分子氧中2个氧原子进行不同的反应，一个氧原子加到底物分子上，另一个氧原子则与NADPH+H+上的两个质子作用生成水。,单加氧酶 （细胞色素P450酶系）,细胞色素P450,NADPH-细胞色素P450还原酶,位于电子传递链的终端部位，能与氧直接反应。其作用类似于Cytaa3,以FAD为辅基，催化NADPH和细胞色素P450之间的电子传递。,二、过氧化物酶体氧化体系,（一）过氧化氢及超氧离子的生成,(二)过氧化氢及超氧离子的作用和毒性,O2-、H2O2及OH等统称为活性氧，性质活泼，氧化作用极为强烈对机体危害很大。 可使DNA氧化、修饰、断裂；可氧化蛋白质的巯基改变蛋白质功能。,（三）过氧化氢的

11、清除,1、过氧化氢酶 过氧化氢酶 2H2O2 2H2O + O2 2、过氧化物酶 过氧化物酶 R + H2O2 RO + H2O 过氧化物酶 RH2+ H2O2 R + 2H2O,红细胞等组织中还有一种含硒的谷胱甘肽过氧化物酶，利用还原型谷胱甘肽（GSH）催化破坏过氧化氢脂质，具有保护生物膜及血红蛋白免遭损伤的作用。,三、超氧化物歧化酶,掌 握,1. 氧化磷酸化、呼吸链的基本概念。 2.呼吸链四种复合体结构及功能 3.呼吸链各组分及排列顺序。 4. 生物体内产生ATP的方式。,熟 悉 NADH进入线粒体的两种穿梭机制。 了 解 微粒体、过氧化酶体及其他部位的氧化体系及其特点。,自 测 题,一、

12、单项选择题 1. 下列物质中，不属于高能化合物的是（ ）。 A. CTP B. AMP C.磷酸肌酸 D.乙酰CoA 2. 下列关于细胞色素的叙述中，正确的是（ ）。 A.全部存在于线粒体中B.都是递氢体 C.都是递电子体 D.都是小分子有机化合物 3. 能直接将电子传递给氧的细胞色素是（ ）。 A. Cyt c B. Cyt c1 C. Cyt b D. Cyt aa3 4. 呼吸链存在于（ ）。 A.胞液B.线粒体外膜 C.线粒体内膜 D.线粒体基质,二、多项选择题 1. 电子传递链中氧化与磷酸化偶联的部位是（ ）。 A. NADHCoQ B. FADH2CoQ C. CoQCyt c D. Cyt aa3O2 2. 胞液中的NADH通过何种机制进入线粒体？（ ）。 A.-磷酸甘油穿梭作用 B.苹果酸-天冬氨酸穿梭作用 C.柠檬酸-丙酮酸穿梭作用D.草酰乙酸-丙酮酸穿梭作用 3. 下列属于高能磷酸化合物的是（ ）。 A.磷酸肌酸 B. 1,3-二磷酸甘油