生物化学(生物氧化)(课堂PPT)

1、第五章 生物氧化,第一节 生物氧化概述,一.生物氧化 (一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机 物质在活细胞内氧化分解，产生CO2和H2O并放出能量的 作用称生物氧化。 特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。,(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：脱羧和脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) 直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) 直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) 氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) 氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应 图5-1几种物质脱羧反应,反应部位：真核线粒体、原核细胞膜,2,2.水的生成 H 脱氢酶,传

2、递体和氧化酶,O2,生成H2O,图5-2 生物氧化体系,二.能量守恒与转化 (一)自由能的概念 自由能(free energy)：在一个体系中，能够用来做有用功的那部份能量，又称Gibbs自由能，用符号G来表示。 (二)氧化还原电位 通常用氧化还原电极电位(氧化还原电势)来相对表示各化合物对电子亲和力的大小。 电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方程为:,E=E+,RT,nF,In,C氧化态,C还原态,(三)氧化还原电位与自由能的关系,G=-nF E,三. 高能磷酸化合物,(一)高能磷酸化合物的概念 高能磷酸化合物：一般将水解时释放20.9KJ/mol以上自由能的化合物称之，含有

3、高能量的键称为高能键，常用” ” 符号表示，典型的代表是三磷酸腺苷(ATP)含有两个高能键。 图5-7三磷酸腺苷的结构,5,图5-7三磷酸腺苷的结构,6,(二)高能化合物类型 1.磷氧键型(-O-P) (1)酰基磷酸化合物 (2)焦磷酸化合物 (3)烯醇式磷酸化合物 2.氮磷键型(-N-P) 胍基磷酸化合物 3.硫酯键型 3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸 4.甲硫键型 S-腺苷甲硫氨酸 (三)ATP的特殊作用 1.作为中间传递体 ATPADP循环是生物系统的能量交换中枢。 2.作为中间载体 作为磷酸基团转移反应的中间载体。,第二节 呼吸链与氧化磷酸化,一.呼吸链 (一)线粒体 外膜 内膜 基质 线粒

4、体基质酶类包括三羧酸循环酶类,脂肪酸 一氧化酶类和氨基酸分解代谢酶类等. 图5-16 线粒体的结构,(二)呼吸链 呼吸链(respiratory chain,电子传递链ETC):指代谢物上 脱下的氢(质子和电子)经一系列递氢体或电子传递体按对电 子亲和力渐渐升高的顺序依次传递，最后传给分子氧而生 成水的全部体系。,呼吸链,NADH呼吸链,FADH2呼吸链,图5-17 NADH呼吸链（A）和FADH2呼吸链（B）,（三） 呼吸链组成,1、黄素蛋白（flavoprotein） 两种 2、铁硫蛋白（Iron-sulfur protein） Fe2S2或Fe4S4 3、细胞色素（cytochrome）

5、 5种 细胞色素b（Cytb）、细胞色素c1（Cytc1）、细胞色素c（Cytc）、 细胞色素a（Cyta)和细胞色素a3(Cyta3)。 4、泛醌（ubiquinone） 又称辅酶Q（CoQ）,（四） 内膜复合物,1、复合物（NADH脱氢酶） 2、复合物（琥珀酸脱氢酶） 3、复合物（细胞色素b、细胞色素c1和细胞色素c 的复合体） 4、复合物（细胞色素氧化酶）,（五）电子传递链的排列顺序,图5-23 电子传递体在呼吸链中的排列顺序,11,（六） 电子传递抑制剂,1、鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素 NADHCoQ 2、抗霉素A CytbCytc1 3、氰化物、叠氮化物、CO Cytaa3O2,图5

6、-25 电子传递链抑制部位,二、氧化磷酸化,（一） 氧化磷酸化概念,氧化磷酸化：指的是与生物氧化作用相伴而生的磷酸 化作用，是将生物氧化过程中释放的自由能，用于ADP 和无机磷酸生成高能ATP的作用。,1、底物水平磷酸化 XPADPXH+ATP 2、氧化磷酸化 NADH或FADH2O2产生ATP,（二）氧化磷酸化作用机理,3种假说,化学偶联假说,构像偶联假说,化学渗透假说,1961年，英国Mitchell化学渗透假说 1、递氢体和递电子体交替排列、有序定位、定向反应 2、电子传递链有着H+泵的作用，能定向地将H+从基质泵到内膜外 NADH往返3次，FADH2往返2次 3、完整的线粒体内膜有选择

7、透性，形成跨膜pH梯度和跨膜电位梯度 4、内膜上嵌有F0F1-ATP酶复合体,图5-27 化学渗透假说,高能共价中间物,能量,膜蛋白、ATP酶构象改变,（三） 氧化磷酸化的解偶联和抑制,1、特殊试剂的解偶联作用 （1） 解偶联剂 2,4-二硝基苯酚（DNP） （2）氧化磷酸化抑制剂 寡霉素 （3）离子载体抑制剂 缬氨霉素 2、激素控制的解偶联机制 褐色脂肪组织线粒体 产热素使氧化磷酸化解偶联，产生热量。,（四） 线粒体外NADH的氧化磷酸化作用 了解,1、磷酸甘油穿梭途径,2、苹果酸天冬氨酸穿梭途径,（五） 能荷,能荷,ATP+0.5ADP,ATP+ADP+AMP,能荷的数值可以从0（AMP）

8、1.0（ATP），大多数细胞的能荷状态维持在0.80.95。,质子载体,一、需氧脱氢酶,氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以FMN 或FAD为辅酶。,表5-4 需氧脱氢酶,二、氧化酶,（一）多酚氧化系统,又称儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。 马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。,非线粒体氧化体系，与ATP的生成无关,第三节 其他生物氧化体系,16,图5-36 多酚氧化酶系统,抗坏血酸1/2O2,抗坏血酸氧化酶,脱氧抗坏血酸H2O,（三） 抗氰氧化酶系统,一种非血红素铁蛋白，它不受氰或氰化物抑制，特别容 易受氧肟酸的抑制。,抗氰呼吸,图5-38 抗氰氧化酶系统,NADHFMN Co

9、Q Cytb Cytc1 Cytc Cytaa3 O2,抗氰氧化酶(Fe),（二） 抗坏血酸氧化酶系统,抗坏血酸氧化酶是一种含铜的氧化酶，广泛分布植物中 （特别是黄瓜、南瓜） 保护巯基、延缓衰老,三、超氧化物歧化酶和过氧化物氧化体系,（一） 超氧化物歧化酶（SOD superoxide dismatase）,使超氧阴离子解毒的主要方式是由超氧化物歧化酶将 其转变为H2O2。,+,+2H+H2O2+O2,O2+H+HO2,-,HO2+HO2,自发地,H2O+O2,（二） 过氧化氢的消除和利用,H2O2是一种有害物质,1、过氧化氢酶 2H2O2,过氧化氢酶,2H2O+O2,2、过氧化物酶 RH2H

10、2O2,过氧化物酶,R+2H2O,第六章 糖代谢,分解代谢,合成代谢,1、大分子分解为G、脂肪酸、 甘油、aa,2、G、脂肪酸、甘油、aa降解 为乙酰CoA + 少量ATP,3、乙酰CoA氧化成CO2和H2O + 大量ATP,代谢,糖的消化和吸收,多糖,寡糖,单糖, ATP,供氢体为NADPH,20,第六章 糖代谢,糖的主要生理功能,糖的分布,糖的生理意义,结合糖,糖蛋白,氨基多糖,蛋白多糖,糖脂,第一节 糖酵解,一、糖酵解的反应过程糖酵解（glycolysis）：在无氧气的条件下，G降解为乙醇或乳酸并伴随着少量ATP生成的一系列反应，称之为糖酵解又称EMP途径（Embden-Meyerhof

11、-Parnas）。 （一）糖酵解生化过程 1、第一阶段生成三碳糖 5步反应。 （1）葡萄糖的磷酸化,图6-1 葡萄糖的磷酸化,（2）6-磷酸葡萄糖异构化为6-磷酸果糖,图6-2 6-磷酸葡萄糖的异构化,（3）6-磷酸果糖磷酸化,图6-4 6-磷酸果糖磷酸化,（4）1，6-二磷酸果糖的裂解,图6-5 1，6-二磷酸果糖的裂解,24,（5）磷酸三碳糖互变,图6-6 磷酸三碳糖的互变,2、第二阶段生成 乳酸（乙醇）6步反应 （1）3-磷酸甘油醛氧化为1，3二磷酸甘油酸 图6-7 3-磷酸甘油醛氧化为1，3二磷酸甘油酸,26,（2）从1，3二磷酸甘油酸形成ATP,图6-8 从1，3二磷酸甘油酸形成AT

12、P,（3）、3磷酸甘油酸异构化,图6-9 3磷酸甘油酸异构化,28,（4）2磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸,图6-10 2磷酸甘油酸脱水形 成磷酸烯醇式丙酮酸,（5）磷酸烯醇式丙酮酸转移磷酸基团产生ATP 图6-11 从磷酸烯醇式丙酮酸形成ATP 图6-12 烯醇式丙酮酸重排成丙酮酸 （6）丙酮酸进一步转变为乳酸（乙醇） 乳酸发酵和乙醇发酵 图6-13 丙酮酸变成乳酸 图6-14 丙酮酸变成乙醇 总反应式： 葡萄糖2Pi2ADP2乳酸2ATP2H2O 葡萄糖2Pi2ADP2H+2乙醇2CO22ATP2H2O,30,（二）糖酵解的调节 调节位点：3个限速酶，己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶

13、。 （三）糖酵解的生理意义 1、提供能量 某些情况（剧烈运动 乳酸） 2、病理情况下获取能量 严重贫血、大量失血、呼吸障碍等。 3、合成其他物质的原料 中间产物（磷酸二羟基丙酮、丙酮酸等）,第 二节 有氧呼吸,有氧呼吸：G在有氧气的条件下，氧化分解 成CO2和H2O的过程。,两个阶段,1、胞液阶段 葡萄糖丙酮酸,2、线粒体阶段 丙酮酸乙酰CoA柠檬酸循环,三羧酸循环（TCA循环，Krebs循环）,一、三羧酸循环的生化过程 1、丙酮酸氧化为乙酰CoA 5步反应、3种酶 图6-16 丙酮酸转变为乙酰CoA的总反应 图6-17 丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应,33,2、三羧酸循环 6个步骤(9个反应)

14、 （1）草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸,图6-19 草酰乙酸与乙酰CoA催合形成柠檬酸,（2）柠檬酸异构化形成异柠檬酸 图6-20 柠檬酸异构化形异柠檬酸 （3）异柠檬酸氧化脱羧生成酮戍二酸 图6-21 异柠檬酸氧化脱羧生成酮戍二酸 （4） 酮戍二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA,酮戍二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA,35,（5）琥珀酰CoA产生琥珀酸和GTP,图6-23 由琥珀酰CoA产生琥珀和GTP,（6）琥珀酸重新氧化使草酰乙酸再生 3步反应,图6-24 琥珀酸重新氧化使草酰乙酸再生,二、三羧酸循环生成的ATP 乙酰CoA3NAD+FAD GDPPi2H2O CO23NADHFADH2GTP2

15、H+CoASH 每个分子G彻底氧化为H2O和CO2，共能产生： 5（或7）12.5230（或32）分子ATP 三、三羧酸循环的回补反应 草酰乙酸的回补反应 1、丙酮酸的羧化 图6-25 丙酮酸的羧化 2、磷酸烯醇式丙酮酸的羧化 图6-26 磷酸烯醇式丙酮酸的羧化,3、氨基酸形成草酰乙酸 图6-27 由氨基酸形成草酰乙酸 四、三羧酸循环的调节 1、柠檬酸本身制约系统的调节 3种限速酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和酮戍二酸脱氢酶复合体。 最关键的底物乙酰CoA、草酰乙酸和产物NADH。 2、ATP、ADP、和Ca2+对三羧酸循环的调节 ATP 浓度 异柠檬酸脱氢酶活性 ADP 浓度 异柠檬酸脱氢

16、酶活性 Ca2+ 浓度 丙酮酸脱氢酶复合体、酮戍二酸脱氢酶复合体 图6-28 乙酰CoA调节部位,五、巴斯德效应 巴斯德效应（Pasteur effect）：氧气抑制酒精发酵的现象称之 原因：供氧充足ATP/ADP升高抑制磷酸果糖激酶 活性F6P和 G6P 已糖激酶 抑制糖酵解,第三节 磷酸戍糖途径,植物遇到逆境或遭受病虫害时，磷酸戍糖途径（Pentose aphosphate pathway,PPP途径）,一、磷酸戍糖途径的生化过程,两个阶段,氧化阶段,非氧化阶段,1、氧化阶段 六碳糖脱羧形成五碳糖 3步反应 （1）生成6磷酸葡萄糖酸内酯 （2）生成6磷酸葡萄糖酸 （3）生成5磷酸核酮糖 图

17、6-29 磷酸戍糖途径氧化阶的反应 2、非氧化阶段 5步反应 （1）5磷酸核酮糖异构化为5磷酸核糖 图6-30 5磷酸核酮糖异构化为5磷酸核糖,（2）5磷酸核酮糖转变为5磷酸木酮糖 图6-31 5磷酸核酮 糖转变为5磷酸木酮糖 （3）5磷酸木酮糖与5磷酸核糖作用形成7磷酸景天庚酮糖和3磷酸甘油醛 图6-32 5磷酸木酮糖与5磷酸核糖作用形成7磷酸景无庚酮糖和3磷酸甘油醛,（4）形成6磷酸果糖和4磷酸赤藓糖 图6-33 7磷酸天庚酮糖和6磷酸果糖 （5）形成3磷酸甘油醛和6磷酸果糖 图6-34 5磷酸木酮糖与.6磷酸果糖 图6-35 磷酸戍糖途径 总反应式： 6G6P7H2O12NADP+ 6CO25G6P12NADPH12H+Pi,二、磷酸戍糖途径的调节 限速酶：6磷酸葡萄糖脱氢酶，最重要的调节因子是NADP+的水平 三、磷酸戍糖途径生理意义 1、磷酸戍糖途径的主要作用是产生NADPH用于生物合成 2、磷酸戍糖途径的直接产物是某些生物合成的原料 3、磷酸酸戊糖途径与光合作用有密切关系