琥珀酸氧化呼吸链.ppt

1、1,第八章 生 物 氧 化 ( Biological oxidation),2,主 要 内 容,概述 生物氧化方式 线粒体氧化体系 生物氧化与能量代谢 非线粒体氧化体系,3,第一节 生物氧化概述,一、概念,能量 + H2O + CO2,生物体,营养物 （糖、脂、蛋白质）,O,意义： 提供各种生命活动所需的能量 , 维持体温.,4,二、生物氧化特点： 生物氧化 体外燃烧 温和环境（37C近中性） 条件剧烈，高温、高压 需酶催化，使有机物氧化分解 不需酶催化 CO2是有机酸脱羧生成的 碳和氧直接化合生成CO2 有机物脱下的氢,经呼吸链生成H2O H2O为灭火剂 逐步释放能量并形成ATP 能量以光和

2、热形式骤然放出,5,第二节 生物氧化方式,一、生物氧化中CO2的生成方式 (有机酸在酶的催化下脱羧产生CO2),1. -单纯脱羧,6,2. 氧化脱羧,7,3. 单纯脱羧,8,4. 氧化脱羧,9,二、生物氧化中物质的氧化方式,物质脱氢（2H）、脱电子（2e）、加氧（O2） 均称为氧化反应。 生物体内物质氧化特殊性： 常见氧化方式为：加水脱氢反应 脱氢过程包括电子转移： H H+ + e- 3. 氧化还原反应偶联进行。,10,AH2 A,B BH2,CH2 C,D DH2,H2O O2,1) 氧化还原偶联进行； 2) 氧化还原能力的大小用EO值表示； 3) EO值越小，表示还原性越强，越易提供2H

3、或2e,EO值小,EO值大,11,第三节 线粒体氧化体系,是定位在线粒体内膜上的一组排列有序的递氢体和递电子体(酶与辅酶)构成的链状传递体系, 也称电子传递链(electron transfer chain)。,呼吸链 （respiratory chain）,12,(一) 呼吸链主要成员及其作用,烟酰胺脱氢酶类 黄素蛋白类 铁硫蛋白（Fe-S） 泛醌（CoQ） 细胞色素类（Cyt）,13,烟酰胺脱氢酶类（nicotinamide dehydrogenases） NAD+(COI) 辅酶 NADP+(COII) 作用: 递氢体 功能部位：吡啶环,14,呼吸链 2H + NAD+ NADH + H

4、+ 传递给 FMN,(3) 递氢机理,15,黄素蛋白酶类(flavin proteinases) FMN-呼吸链中, FMN作为NADH脱氢酶的辅基; (1) 辅基 FAD-作为琥珀酸脱氢酶的辅基; 作用: 递氢体 功能部位：异咯嗪环的N1和N10,（FP1）,(FP2),16,（3）递氢机理,NADH + H+ FMNH2 均可传递给COQ 琥珀酸脱氢 FADH2,呼吸链,（Fe-S）,1,10,17,CH2-S,Fe,S,Fe,S,Fe,S,Fe,S,CH2-S,S-CH2,S-CH2,3. 铁硫蛋白类( iron-sulfur proteins, Fe-S ),18,铁硫蛋白类,常见铁硫

5、族: Fe4-S4 或 Fe2-S2,19,在呼吸链中： FMN (Fe-S) 存在形式 FAD (Fe-S).b (2) 作用: 递电子体 递电子机理 Fe3+ Fe2+,and,Cyt.b. C1 (Fe-S),等复合物形式,e,e,20,4. 泛醌（ubiquinone, CoQ10 , Q10）,结构 醌类化合物 作用: 递氢体,21,(3) 递氢机理,FMNH2,COQ2H,2e,2H+,传递给一系列 Cyt类进一步传递,在呼吸链中,（Fe-S）,FADH2,（Fe-S）,22,5. 细胞色素类( Cytochromes, Cyt. ) 根据吸收光谱特征，Cyt.类分为a、b和c三大

6、类： * Cyt.b、c1、c、a和a3 存在于线粒体内膜, 作为呼吸链成员； Cyt.b5和Cyt.p450 主要存在于肝细胞微粒体， 参与生物转化。,23,(1) Cyt.类基本结构,N,N,N,N,Fe3+,H3C-,-CH3,-CH - CH3,CH3,CH2 CH2 COO-,CH2 CH2 COO-,细胞色素,H3C-,Cys S H3C- CH,Cys S,多肽链,蛋白质部分,铁卟啉,24,Cyt b、 c1、 c 、 a 、 Cyt a3 不能与O2 和 可与O2也可与 CO、CN-等结合， CO和CN- 结合 Cyt a3 : 通过与氧结合，可将电子直接传递给氧， Cyt a

7、3 被称为细胞色素氧化酶 Cyt a3： 当与CO或CN-结合，使呼吸链中断。,25,(2) 作用 递电子体 (3) 递电子机理 Fe3+ Fe2+,e,e,(4) 递电子顺序 Cyt.b c1 c a a3 O2,e e e e e,26,在呼吸链中细胞色素类递电子的过程,2Fe2+,2Fe3+,2Fe3+,2Fe2+,2Fe3+,2Fe2+,2Fe3+,2Fe2+,1/2 O2,O2- H2O,2e,2e,2e,2e,2e,2b,2c1,2c,2 a.a3,COQ2H 2H+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -,2e,2H+,27,CoQ,

8、Cytc,琥珀酸-CoQ还原酶,CoQ-Cytc还原酶,琥珀酸等,O2,线粒体呼吸链四大复合体,复合体 I,FMN (Fe-S),复合体,FAD (Fe-S). b,复合体,Cyt.b,C1 (Fe-S),复合体,复合物 ,a.a3. Cu2+,28,1、将测得各组分的还原电位(E0)值由小 大排列; 2、测定各组分氧化态和还原态两种形式的吸收光谱的 变化; 3、使用特异抑制剂,分析抑制点前后各组份的氧化 还原态的变化; 4、分离并提取各组份,在体外重组成复合物,以重现递H和递e功能。,呼吸链各组份排列顺序的依据,29,(二) 体内重要呼吸链 NADH+H+氧化呼吸链 (1) 组成成员 (2)

9、 排列顺序 (3) 产生ATP数(3分子),NADH FMN COQ Cyt.bc1 c a.a3 O2 +H+ (Fe-S) (Fe-S) (Cu2+),30,2. FADH2氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链） （1）组成成员 （2）排列顺序 （3）产生ATP数(2分子),FAD H2 COQ Cyt.bc1 c a.a3 O2 (Fe-S) (Fe-S) (Cu2+),31,NADH FMN CoQ Cytb Cytc1 Cytc aa3 + H+ (Fe-S) (Fe-S) ( Cu2+),FAD.H2 (Fe-S),II,I,III,IV,琥珀酸, O2,CoQ ( Q )是两条重要呼吸链

10、的交汇点,32,呼吸链四个复合物的电子和质子流动总图,33,CH2OH C=O CH2O- P,磷酸二羟 丙酮,CH2OH CHOH CH2O- P,3-磷酸甘油,NADH+H+,NAD+,QH2,Q,1/2O2,H2O,2P,3磷酸甘油脱氢酶（FAD）,线粒体内膜,基质,胞液,3-磷酸甘油 脱氢酶,磷酸甘油穿梭机制示意图,四、胞液中的NADH的氧化,34,苹果酸天冬氨酸穿梭示意图,35,胞液中NADH的氧化（小结）,1、3-磷酸甘油穿梭作用（神经组织和骨骼肌） 胞液NADH + H+ 线粒体FADH2 产生2分子ATP 2、苹果酸-天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌） 胞液NADH + H+ 线粒体

11、NADH+H+ 产生3分子ATP,呼吸链,呼吸链,36,第四节 生物氧化与能量代谢,糖 约60%以热能形式 脂类 散失， 维持体温； 蛋白质 约40%以化学能形式形 成高能化合物(如，ATP)， 以驱动各种生命活动。 高能化合物： 是指水解时释出的能量30KJ/mol 的、 含有磷酸酯键或硫酯键的化合物。,o,能量,37,一. 高能化合物的种类,高能键符号： “ ”,脂,脂,38,（一）底物水平磷酸化(substrate level phosphrylation),二、 ATP的形成,39,1、1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,ADP,ATP,3-磷酸甘油酸激酶,2、磷酸烯醇式丙酮酸,AD

12、P,ATP,丙酮酸,丙酮酸激酶,3、琥珀酸酰CoA 琥珀酸 + CoASH,GDP H3PO4,GTP,底物水平磷酸化,ADP ATP,琥珀酸硫激酶,40,（二） 氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) 1. 氧化磷酸化偶联,一系列递氢、递电子体,释放能量，驱动各种生命活动,41,2. 氧化磷酸化的偶联部位,（1） 磷氧比（P/O）值测定 每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷摩尔数， 即合成ATP的摩尔数。,通过加入不同底物，分别测定P/O比值， 推测ATP生成数（偶联部位）。,42,呼吸链形成ATP的偶联部位,NADH氧化呼吸链： P/O 3， 有3个偶联部位， 生成3

13、分子ATP； FADH2氧化呼吸链： P/O 2， 有2个偶联部位， 生成2分子ATP。,苹果酸,抗坏血酸,43,NADH FMN CoQ Cytb c1c aa3 O2 (Fe-S),FADH2 (Fe-S),52.1 kj/mol 40.5 kj/mol 102.3 kj/mol,（2） 自由能变化,NADH氧化呼吸链 偶联部位,NAD+ CoQ Cyt.b c a.a3 O2,44,四、影响氧化磷酸化的因素,抑制剂 ADP的调节 甲状腺激素的调节 线粒体DNA突变,45,（一）抑制剂 1. 呼吸链抑制剂 CN- FAD.H2 CO (Fe-S) NADH FMN CoQ Cyt.b C1

14、 C aa3 O2 (Fe-S) 阿米妥 抗霉素A 鱼藤酮,-,-,-,46,2. 解偶联剂,解除偶联,解除偶联,二硝基苯酚（DNP）,DNP 解除氧化与磷酸化的偶联作用 耗O2量、 耗Pi 量 P/O 比值 ATP生成 ,一系列递氢、递电子体,47,（二）ADP的调节,( ADPPi ) 氧化磷酸化,（三）甲状腺激素（ T3 / T4 ）的调节,ATP ADP + Pi 产热量 氧化磷酸化,ATP生成（耗O2 量 ）,Na+-K+-ATPase,48,（四）线粒体DNA突变,mt DNA编码呼吸链复合体的部分多肽链及蛋白质,mtDNA突变,影响氧化磷酸化,能量代谢障碍,各种 疾病,49,五、

15、 ATP利用,ATP + H2O ADP + Pi + 30.5 Kj,50,代谢物,氧化分解,CO2 H2O,能,热能 （散发）,化学能,ATP,ADP,Pi,C,CP,+,能,机械能（肌肉收缩） 化学能（合成代谢） 渗透能（吸收分泌） 电能（神经传导生物电） 热能（维持体温）等,1. ATP驱动各种生命活动,51,2. ATP中高能键的“”转移,ATP +,UDP CDP GDP,ADP +,UTP 参与糖原合成 CTP 参与磷脂合成 GTP 参与蛋白质合成,52,3. 能量的储存,H2N+ C-NH2 H3C-N CH2 COO-,H2N+ H O C-NP-O- H3C-N O- CH2 COO-,ATP ADP,肌酸激酶,肌酸,磷酸肌酸（CP） （储能形式）,53,第五节 非线粒体氧化体系,RH + O2 + NADPH + H+,ROH + NADP+ + H2O,羟化酶（加单氧酶系）,O2,O,O,使 RH 羟化成 ROH,使 NADPH+H+ 氧化成 H2O,一、微粒体氧化体系,（混合功能氧化酶）,54,加单氧酶系组成,酶系： Cytp450 Cytp450还原酶等 辅基： FAD (Fe-S)2 NADP等,55,加单氧酶反应机理,56,二、过氧化物酶体氧化体系,（一）过氧化氢酶（catalase, CAT，又称触酶）,2H2O