05(生物氧化).ppt

1、第9章 生物氧化,一、概 述 二、生成ATP的氧化体系 三、其它生物氧化体系 四、生物氧化中CO2的生成,一、概 述,（一）生物氧化 （二）高能化合物 （三）高能化合物的类型,（一）生物氧化,1.概念 糖、脂、蛋白质等有机物质在生物体内经过一系列与体外燃烧有别的氧化分解，最终生成 CO2 和 H2O ，并释放能量的过程称为生物氧化（biological oxidation）。 2.特点 （1）营养物质在37左右 ，经酶催化的一系列的化学反应，逐步氧化，并逐步地释放能量。,（2）生物氧化过程中释放的能量，主要以化学能的形式储存在ATP中，机体需要时再由ATP给机体提供能量，还有一部分能量以热能的

2、形式释放。 （）在近中性的水溶液中进行，p保持相对恒定。 （4）生物氧化过程中产生的 CO不是来自碳原子与氧的直接化合，而是有机酸的脱羧基作用生成的。 （5）在真核生物细胞内，生物氧化都在线粒体内进行。不含线粒体的原核生物如细菌，生物氧化是在细胞膜上进行的。,（二）高能化合物,高能化合物（ energy-rich chemical compound）是指含有高能基团（ energy-rich redical，转移势能高的基团）的化合物。表示这种高能基团的方式是在有关基团的前面加“”符号，这一符号通常称为高能键（energy-rich bond）。,1.ATP是生物体中自由能的通用货币 2.AT

3、P以偶联方式推动体内非自发反应 3.其他高能化合物,1.ATP是生物体中自由能的通用货币,分解代谢释放的能量并不能直接被细胞利用，必须经一类高能物质其中最主要的是 ATP（腺苷三磷酸）暂时储存（能量载体和递体）起来，然后用于细胞生命活动的各个方面（ATP 作为能量的载体），如用于合成物质、肌肉收缩，或转化为光能、电能、渗透能等。 也就是说细胞直能接利用的仅仅是腺苷三磷酸 ( ATP ) 中所储存的能量。,ATP在3个磷酸基团中含有两个磷酸酐键，成为高能分子。,体内能量的产生、转移和利用,H,2,O,CO,2,离子主动转运）,（吸收、分泌、,渗透能,转移,化学能,（散失）,热能,能,P,C,C,

4、磷酸肌酸,储存,肌酸,ATP,ADP+Pi,分解,氧化,底物,能,利用,其它,热能 （维持体温）,化学能 （生长修补）,电能 （神经传导）,机械能 （肌肉收缩）,体内能量的产生、转移和利用,生成,2.ATP以偶联方式推动体内非自发反应,ATP 是自由能的载体，它推动那些必需输入自由能才能在热力学上进行的反应。 如细胞内脂肪酸合成中，由 乙酰辅酶A 羧化为丙二酸单酰辅酶A 这一步：,乙酰辅酶A羧化酶,（三）高能化合物的类型,1. 磷氧键型 酰基磷酸化合物 如1，3-二磷酸甘油 焦磷酸化合物 无机焦磷酸、ATP 烯醇式磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸 2. 氮氧键型 磷酸肌酸（储备能量） 3. 硫酯键

5、型 3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸 4. 甲硫键型 s-腺苷甲硫氨酸,二、生成 ATP 的氧化体系,（一）呼吸链 （二）氧化磷酸化,（一）呼吸链,1.电子传递链的概念 2.电子传递链的组成 3.电子传递链的排列顺序 4.电子传递抑制剂,1.电子传递链的概念,（1）概 念 电子传递链又称呼吸链（respiratory chain），是指代谢底物上脱下的氢（质子或电子）经一系列递氢体或递电子体的传递，最终传递给分子氧而生成水的连续反应体系。,（2）呼吸链的种类,据底物上脱下氢的初始受体不同分为: NADH 呼吸链和 FADH2 呼吸链二条 糖、脂肪、蛋白质 3 大类物质分解代谢中的脱氢反应，大多数以

6、NAD 为递氢体，通过NADH 呼吸链来完成氢的氧化，少数脱氢酶以FAD 为递氢体，通过 FADH2 呼吸链使氢氧化。,P128,还原型,氧化型,还原酶,NADH,NAD,FeS,QH2,+,FMN,FMNH,2,还原型,FeS,氧化型,Q,NAD+,- Q,Q,QH,2,Cyt c,FeS,Cytc 1,(+2),(+3),QH2-细胞色素,还原酶,Cyt b,(+3),Cyt b,(+2),FeS,(+2),(+3),Cytc 1,(+3),Cyt c,(+2),c,c,(+2),Cyt c,(+3),(+2),(+2),Cu,(+3),(+3),(+1),Cyt a,3,Cyt c,细胞

7、色素,氧化酶,Cyt a,H,2,O,O,2,Cyt a,Cyt a,3,Cu,(+2),琥珀酸-Q还原酶,（FADH2）,（FAD）,Cyt b560,2. 电子传递链的组成,呼吸链 位于线粒体内膜，形成呼吸酶复合体。, 黄素蛋白 铁硫蛋白 细胞色素 泛醌 它们都是疏水性分子。除泛醌外，其他组分都是蛋白质，通过其辅基的可逆性氧化还原传递电子。,电子传递链的组分包括,按照它们的氧化还原电位大小排列，这个序列与它们对电子亲和力的不断增加顺序相吻合。,O2,C 1,NADH,FMN,FeS,Cyt b,琥珀酸,FeS,FAD,CoQ,10,Cytc,Cyt,aa3,3.电子传递链的排列顺序,4.电

8、子传递抑制剂,能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。 利用专一性电子传递抑制剂选择性地阻断呼吸链中某个传递步骤，这是研究电子传递链顺序的一种重要方法。,某,些,电,子,传,递,抑,制,的,作,用,部,位,和,-,被,-,O,2,CO,N,3、,CN,细胞色素氧化酶（aa3）,细胞色素,c1,细胞色素,抑制,被抗霉素A,NADH,-,Q,NADH,QH2,c,b,抑制,安密妥抑制,被鱼藤酮和,还原酶,细胞色素,S=,（二）氧化磷酸化,1. 概 念 （1）氧化磷酸化 NADH 和 FADH2 带着转移潜势很高 的电子，在沿呼吸链传递给氧的过程中，同时逐步释放出自由能，使 ADP

9、+ Pi ATP，这个过程称为氧化磷酸化作用（oxidative phosphorylation ） 。,ATP 的生成,一对电子通过 NADH 呼吸链到分子氧的传递，可形成 2.5 个 ATP；一对电子通过 FADH2 呼吸链，则可形成 1.5 个 ATP。,在底物氧化过程中，形成了某些高能中间代谢物，再通过酶促磷酸基团转移反应，直接偶联 ATP 的形成，称为底物水平磷酸化(substrate level phospharylation) 。 XP + ADP XH + ATP,（2）底物水平磷酸化,2.氧化磷酸化的作用机理,化学渗透假说 电子沿呼吸链传递时，释出的能量用于把 H 由线粒体的

10、基质穿过内膜泵到线粒体内膜和外膜之间的膜间腔中，膜间腔中的 H 浓度高于间基中的 H浓度，线粒体的内膜外侧为正、内侧为负，于是形成一种跨线粒体内膜的质子梯度，产生了膜电势，即产生贮藏能量的电化学质子梯度。,正是由这种电化学质子梯度推动 H 由膜间又穿过内膜上 ATP 酶复合体的 F0 部位返回到膜内基质中。此时在ATP 酶复合体的 F1 部位，发生 ATP 酶催化 ADP 磷酸化为 ATP 的反应。,氧化磷酸化机理,ATP 酶复合体,（1）解偶联剂（uncouplers） （2）氧化磷酸化抑制剂（inhibitors） （3）离子载体抑制剂（ionophores）,3.氧化磷酸化的解偶联和抑制

11、剂,这类试剂的作用 它只抑制 ATP 的形成过程，不抑制电子传递过程。 使电子传递和ATP形成两个过程分离， 使电子传递所产生的自由能都变为热 能。 典型的解偶联剂 2，4-二硝基苯酚。,（1）解偶联剂,（2）氧化磷酸化抑制剂,这类试剂的作用特点 既抑制氧的利用，又抑制 ATP的形成 。 典型的氧化磷酸化抑制剂 寡霉素 与三分子体柄部蛋白质结合，使头部的ATP合酶失去活性，不能生成ATP 。,是一类脂溶性物质。这类物质能与H以外的其它一价阳离子结合，作为他们的载体使这些离子穿过膜。因此这类抑制剂是通过增加线粒体内膜对一价阳离子的通透性而破坏氧化磷酸化过程。 如缬氨霉素（valinomycin）

12、能够结合 K+ 离子，与 K+ 形成脂溶性复合物，从而使 K+容易通过膜。,（3）离子载体抑制剂,线粒体内 NADH 可以直接进入呼吸链被氧化，但细胞液内的 NADH 无法透过线粒体内膜进入线粒体内氧化，但可通过两种 “穿梭” 途径解决胞液内 NADH的氧化问题： （1）磷酸甘油穿梭途径 （2）苹果酸天冬氨酸穿梭途径,4.线粒体外 NADH 的氧化磷酸化作用,（1）磷酸甘油穿梭途径,在某些肌肉组织和大脑里,（2）苹果酸天冬氨酸穿梭途径,这类穿梭主要在 肝脏和心肌等组织,三、其它生物氧化体系,（一）需氧脱氢酶 （二）氧化酶 （三）超氧化物岐化酶和过氧化物氧化体系,生物体内还有一类需氧脱氢酶，即在

13、有氧条件下才脱氢。脱下的氢立即交给分子氧，使其激活生成H2O2。酶不被氰化物、硫化氢、CO等所抑制，如黄嘌呤氧化酶等。,（一）需氧脱氢酶,（二）加氧酶,1.加单氧酶 又称混合功能氧化酶或羟化酶，它所催化的反应，都是在底物分子中加一个氧原子，因此称为加单氧酶。 它能使多种脂溶性物质，诸如药物、毒物、类固醇等化合物氧化。 2.加双氧酶 又叫转氧酶，催化2分子氧直接加到底物构成双键的两个碳原子上，如 -类胡罗卜素加双氧酶（生成视黄醛）。,（三）超氧化物岐化酶和过氧化物氧化体系,1.超氧化物歧化酶 超氧化物歧化酶，简称SOD（super oxide dismutase）是一类广泛存在于动、植物及微生物中的含金属酶类。它们共同的功能是催化超氧阴离子自由基的歧化反应（一个超氧阴离子被氧化，一个被还原）。 2.过氧化氢酶和过氧化物酶 主要分解生物氧化中产生的 H2O2。,H2O2 + H2O2 2H2O + O2 A + H2O2 AO + H2O