生物氧化new课件.ppt

1、返回目录返回目录 1、掌握掌握生物氧化的概念、呼吸链和能量代谢。生物氧化的概念、呼吸链和能量代谢。2、熟悉熟悉线粒体内膜的物质转运。线粒体内膜的物质转运。3、了解了解其他氧化体系与意义。其他氧化体系与意义。目的要求：目的要求：二、二、Characteristic of Biologic Oxidation特点特点：条件温和、酶促反应条件温和、酶促反应，processed under the animal heat体温体温；能量逐步释放、可储存、可转换能量逐步释放、可储存、可转换。P Part of the energy producted from the process are heat e

2、nergy热能热能,other is used to synthesize ATP.COCO2 2是有机酸脱羧生成。是有机酸脱羧生成。H H2 2O O是由是由H H2 2经呼吸链传递，最终与氧结合生成经呼吸链传递，最终与氧结合生成。第一节第一节 概述概述Summarize一、一、INTRODUCTIONThe process by which cellls derive energy in the form of ATP from the controlled reaction of hydrogen with oxygen to form water.营养物在活细胞内经氧化分解，最终产生营

3、养物在活细胞内经氧化分解，最终产生COCO2 2和和H H2 2OO，并释放能量提供生命活动需要的过程称为生物氧化并释放能量提供生命活动需要的过程称为生物氧化。据脱羧是否伴有氧化据脱羧是否伴有氧化单纯单纯脱羧脱羧氧化氧化脱羧脱羧据脱羧位置据脱羧位置-脱羧脱羧 -decarbonylation-脱羧脱羧 -decarbonylation一、生物氧化中一、生物氧化中COCO2 2的生成方式的生成方式:脱羧反应脱羧反应decarbonylation reaction第二节第二节 生物氧化的方式生物氧化的方式Mode of Biologic Oxidation二、生物氧化中物质的氧化方式二、生物氧化中

4、物质的氧化方式 1 1、加氧、加氧add oxygen 2 2、脱氢、脱氢 dehydrogenation 3 3、脱电子、脱电子 loss of electrons有机物有机物代谢代谢物物有机有机酸酸+COCO2 2脱羧脱羧生物氧化中物质氧化的方式（生物氧化中物质氧化的方式（2 2）1.direct decarboxylation-direct decarboxylationH3CCCOOHO-酮酮酸酸脱脱羧羧酶酶Mg2+TPPH3CCOH+CO2-direct decarboxylationCH2CCOOHO丙丙酮酮酸酸脱脱羧羧酶酶H3C COCOOH+CO2HOOC草草酰酰乙乙酸酸 丙丙

5、酮酮酸酸2.oxidative decarboxylation-oxidative decarboxylationH3CCCOOHO丙丙酮酮酸酸氧氧化化脱脱羧羧酶酶系系H3CCO+CoASH+NAD+乙乙酰酰辅辅酶酶SCoA+NADH+H+CO2 -oxidative decarboxylationCHCHCOOHOH苹苹果果酸酸酶酶H3CCOCOOH+CO2+NADPH+H+HOOC苹苹果果酸酸 丙丙酮酮酸酸+NADP+H第三节第三节 线粒体氧化体系线粒体氧化体系oxidation system in mitochondria一、呼吸链一、呼吸链respiratory chain 呼吸链是电

6、子传递链呼吸链是电子传递链electron transport chain ，在真核细，在真核细胞中，它定位于线粒体胞中，它定位于线粒体mitochondria 内膜内膜inner membrane，是由一组排列有序的质子是由一组排列有序的质子hydrogen proton和电子和电子electron递体递体构成的功能单位，其功用是把可氧化底物脱下的构成的功能单位，其功用是把可氧化底物脱下的H H 和电子经各和电子经各传递体的链式反应，依次传至氧，生成水，并同时产生大量的传递体的链式反应，依次传至氧，生成水，并同时产生大量的能量以促使能量以促使ATPATP的生成。的生成。细胞结构图（一）（一）

7、烟酰胺脱氢酶烟酰胺脱氢酶以以NADNAD和和NADPNADP为辅酶的脱氢酶为辅酶的脱氢酶NAD-linked dehydrogenase system ：NAD:NAD:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸niacinamide adenine denucleotide acid NADP:NADP:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸含烟酰胺（含烟酰胺（VitPP VitPP）,是递氢体。是递氢体。还原型底物还原型底物NADNAD（P P）氧化型底物氧化型底物NADNAD（P P）H HH H 二、呼吸链主要成分和作用二、呼吸链主要成分和作用 Components and f

8、unction of respiratory chain至今发现构成呼吸链的组成成分有至今发现构成呼吸链的组成成分有20多种，可分为多种，可分为5类。类。（二）（二）黄素蛋白黄素蛋白 flavoprotein 黄黄酶酶/黄素黄素脱氢酶脱氢酶flavoprotein-linked dehydrogenase 辅基只有两种：辅基只有两种：黄素单核苷酸黄素单核苷酸FMN flavin mononucleotide NADHNADH脱氢酶脱氢酶 dehydrogenase的辅基）；的辅基）；黄素腺嘌呤二核苷酸黄素腺嘌呤二核苷酸FAD flavin adenine dinucleotide 琥珀酸琥珀酸

9、succinate脱氢酶等的辅基。是递氢体。脱氢酶等的辅基。是递氢体。还原型底物还原型底物FMNFMN氧化型底物氧化型底物FMNHFMNH2 2还原型底物还原型底物FADFAD氧化型底物氧化型底物FADHFADH2 2+2H-2HFMN(FAD)FMN.H (FAD.H )22（三）（三）铁硫蛋白铁硫蛋白 iron-sulfur proteiniron-sulfur protein：是含铁和硫的蛋白质，是递电子体：是含铁和硫的蛋白质，是递电子体electron transferring unit。铁硫蛋白铁硫蛋白Fe4S4的结构的结构示意图示意图Fe3+e Fe2+单电子传递体单电子传递体 （

10、四）（四）泛醌泛醌（Ubiquinone，coenzyme Q,CoQ coenzyme Q,CoQ），又称辅酶），又称辅酶Q,Q,醌醌quinonequinone类；是递氢体。类；是递氢体。+2H-2H2CoQCoQ.H有递氢作用有递氢作用,（五）（五）细胞色素类细胞色素类（Cytochrome，CytCyt）是以铁卟啉是以铁卟啉iron porphyriniron porphyrin为辅基的酶类，是单为辅基的酶类，是单电子传递体。电子传递体。+e-eFeFe+32+细胞色素细胞色素c的辅基与蛋白质的连接的辅基与蛋白质的连接分离出的分离出的5种细胞色素及其传递顺序：种细胞色素及其传递顺序：b

11、c1 c aa3 O2aa3称称细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶cytochrome oxidase小结：小结：烟酰胺烟酰胺脱氢酶脱氢酶 黄素酶类黄素酶类铁硫蛋铁硫蛋白白泛泛醌醌细胞色素细胞色素类类NADH脱脱氢酶氢酶琥珀酸脱氢琥珀酸脱氢酶酶/FADH2脱脱氢酶氢酶b,c1,c,aa3辅酶辅酶（基）（基）NAD(P)+FMNFADFe-SQ铁卟啉铁卟啉作用作用递氢递氢 递氢递氢递电子递电子递递氢氢递电子递电子VitVitPP VitB2 VitK 呼吸链中的复合体呼吸链中的复合体三、呼吸链传递体的排列顺序三、呼吸链传递体的排列顺序代谢物苹果酸等脱代谢物苹果酸等脱H 呼吸链呼吸链 代谢物琥珀酸等脱代

12、谢物琥珀酸等脱H 呼吸链呼吸链 QQ10 10 Cytb Cytb （FeSFeS）Cytc1 Cytc Cytaa Cytc1 Cytc Cytaa3 3 O O2 2/2/2NADH-QNADH-Q还原酶还原酶CytCyt氧化酶氧化酶 NADHFMN（FeS）Q-CytcQ-Cytc还原酶还原酶 FAD（FeS）FAD-QFAD-Q还原酶还原酶复合物复合物复合物复合物复合物复合物 复合物复合物NADHsuccinate FMN（Fe-S）FAD（Fe-S）Cyt b,（Fe-S）CoQ Cyt aa3O2Cyt ccompex Icompex IIcompex IIIcompex IVc1

13、 复合体复合体NADH+H+NAD+FMN FMNH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2复合体复合体琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 FAD FADH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2复合体复合体 复合体复合体212F e3+2F e2+2F e2+2F e3+2C u2+2C u+CytcC yta2F e2+2F e3+C yta3H2O细 胞 色 素 氧 化 酶O2呼吸链成分的排列顺序呼吸链成分的排列顺序 由以下实验确定由以下实验确定 标准氧化还原电位标准氧化还原电位 拆开和重组拆开和重组 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧氧氧化化还还

14、原原对对E(V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/FMNH2-0.30FAD/FADH2-0.06Cyt b Fe3+/Fe2+0.04（或或0.10）Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a Fe3+/Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+/Fe2+0.551/2 O2/H2O 0.82呼呼吸吸链链中中各各种种氧氧化化还还原原对对的的标标准准氧氧化化还还原原电电位位四、四、胞液中胞液中NADHNADH的氧化的氧化 oxidation of extramitochondrial NADH 1 1、3 3磷酸甘油循

15、环磷酸甘油循环 Glycerophosphate shuttle 2 2、苹果酸、苹果酸-天冬氨酸循环天冬氨酸循环 Malate shuttle（一）（一）NADHNADH氧化呼吸链：氧化呼吸链：NADH respiratory chainNADH respiratory chain 每每2H2H通过此链氧化生成水时产生通过此链氧化生成水时产生3 3分子分子ATPATP。（二）（二）FADHFADH2 2/琥珀酸氧化呼吸链：琥珀酸氧化呼吸链：FADHFADH2 2 respiratory chainrespiratory chain 每每2H2H通过此链氧化，仅生成通过此链氧化，仅生成2 2分

16、分 子子ATPATP。N A D HF M N（F e-S）C oQC yt b c1 caa3O2CoQCyt b c1 caa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸2ATP/2H:穿梭进入线粒体的穿梭进入线粒体的2H与与FAD结合生成结合生成 FADH2最终经琥珀最终经琥珀酸呼吸链传递生成酸呼吸链传递生成2ATP 3ATP/2H:经此穿梭进入线粒体基质的经此穿梭进入线粒体基质的2H与与NAD+结合生成结合生成（NADH+H+）经呼吸链传递生成）经呼吸链传递生成H2O，并产生，并产生3ATP一、高能化合物种类一、高能化合物种类 high-energy phosphates生化中把水解时释放生化中把

17、水解时释放30KJ/mol30KJ/mol以上自由能的化合物称为高以上自由能的化合物称为高能能化合物。化合物。ATPATP是最关键的，是直接供能者。是最关键的，是直接供能者。第四节第四节 生物氧化与能量代谢生物氧化与能量代谢 Biologic Oxidation and Energy Metabolism Biologic Oxidation and Energy Metabolism 二、高能磷酸化合物二、高能磷酸化合物ATPATP的形成：的形成：（一）底物水平磷酸化（一）底物水平磷酸化 substrate level phosphorylation底物PADPATP酶产物底物底物-P-P（

18、二）氧化磷酸化作用（二）氧化磷酸化作用 oxidative phosphorylation1、氧化磷酸化偶联：在生物氧化过程中，、氧化磷酸化偶联：在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，释放的能量用于释放的能量用于ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP。The system in mitochondria that couples respiratory chain to the generation of the high-energy intermediate,ATP.代谢物-2H O2/2 氧化ADP+Pi ATP 磷酸化呼吸链呼吸链ATP酶酶

19、偶联偶联能量能量(热量、机械能、化学能等）热量、机械能、化学能等）释放转换其他高能化合物其他高能化合物ATP合成酶合成酶关于物质与能量的转换 宗气宗气自然界的清气吸入于肺，与脾胃运化的水自然界的清气吸入于肺，与脾胃运化的水谷精气结合形成人体的宗气，积于上气海（膻中），谷精气结合形成人体的宗气，积于上气海（膻中），宗气走息道以行呼吸，贯心脉而行气血，通达内外，宗气走息道以行呼吸，贯心脉而行气血，通达内外，周流一身，以维持脏腑的正常生理功能，促进了全身周流一身，以维持脏腑的正常生理功能，促进了全身之气的生成。之气的生成。后天之精气，主要来源于自然界的清气和水谷，化生后天之精气，主要来源于自然界的清

20、气和水谷，化生于肺和脾胃，灌溉五脏六腑，而为五脏六腑之精气。于肺和脾胃，灌溉五脏六腑，而为五脏六腑之精气。2 2、氧化磷酸化的偶联部位、氧化磷酸化的偶联部位 couple site of oxidative phosphorylation 即是即是电子传递链中电子传递链中ATP形成的部位形成的部位 确定方法：确定方法：线粒体离体实验线粒体离体实验 P/O比比:每消耗每消耗1 1摩尔氧原子所消耗的无机磷摩尔氧原子所消耗的无机磷摩尔数，即合成摩尔数，即合成ATPATP摩尔数摩尔数 呼吸链中自由能呼吸链中自由能free energy下降下降 ATPATP ATP ATP形成的部位形成的部位NADH与

21、与CoQ之间；之间；CoQ与与Cyt c之间；之间；Cyt aa3与氧之间。与氧之间。三、氧化磷酸化作用机理三、氧化磷酸化作用机理mechanism（一）线粒体结构（一）线粒体结构structure of mitichondria（二）氧化磷酸化偶联机制：（二）氧化磷酸化偶联机制：化学偶联假化学偶联假说说chemiosmotic theory复合体复合体、均有质子泵作用均有质子泵作用4 H+4 H+4 H+4 H+2 H+2 H+内膜表面基质NADHHNAD琥珀酸 延胡索酸 O22H+H2O.ATP合酶合酶 即复合体即复合体。位于线粒体内膜的基质侧。位于线粒体内膜的基质侧四、影响氧化磷酸化的因

22、素四、影响氧化磷酸化的因素 （一）抑制剂（一）抑制剂 inhibitor 呼吸连抑制：呼吸连抑制：CNCN、COCO 解偶联剂解偶联剂uncouplers ：使氧化磷酸化解离使氧化磷酸化解离dissociate 2 2、4 4二硝基苯酚二硝基苯酚dinitrobenzene 鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解偶联解偶

23、联 蛋白蛋白热能热能 ADP+Pi ATP（二）（二）ADP/ATP/ATP的调节作用的调节作用是主要调节因素。是主要调节因素。ADP，氧化磷酸化，氧化磷酸化。（三）甲状腺激素（三）甲状腺激素thyroxine的调节的调节Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。酶和解偶联蛋白基因表达均增加。（四）线粒体（四）线粒体mitichondrial DNA突变突变 与线粒体与线粒体DNA病及衰老有关。病及衰老有关。五、五、ATPATP的利用的利用 高能磷酸键的转移：高能磷酸键的转移：ATPUDP ADPUTP 多糖合成多糖合成amylose synthesize ATPCDP ADPCTP 磷

24、脂合成磷脂合成phospholipid synthesize ATPGDP ADPGTP 蛋白质合成蛋白质合成protein synthesize 高能磷酸键的储存高能磷酸键的储存 肌酸磷酸有储能作用。肌酸磷酸有储能作用。高能磷酸键的利用：机械能、化学能、渗透能、高能磷酸键的利用：机械能、化学能、渗透能、电能、热能等。电能、热能等。磷酸肌酸肌酸 ATPPADPP 氧化磷酸化底物水平 磷酸化机械能渗透能化学能电能热能第五节第五节 非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系nonmitochondrial oxidation system一、微粒体氧化体系一、微粒体氧化体系 microsome意义：意义：1

25、 1、生物转化；、生物转化；生物活性物质的生成（生物活性物质的生成（1 1，25-(OH)25-(OH)2 2-VitD-VitD3 3、胆汁酸）。、胆汁酸）。二、过氧化物酶体氧化体系二、过氧化物酶体氧化体系1 1、过氧化氢酶、过氧化氢酶catalase2 2、过氧化物酶、过氧化物酶peroxidase意义：意义：消除消除H H2 2OO2 2、过氧化物、过氧化物peroxide的氧化作用的氧化作用三、超氧化物歧化酶（三、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase)自由基自由基free radicle：具有奇数电子的原子或原子团；含有不成：具有奇数电子的原子或原子团；含有不成对电子的原子或原子团。对电子的原子或原子团。意义：消除自由基意义：消除自由基OO2-2-+O+O2-2-+2H+2H+H H2 2OO2 2+O+O2 2SODSOD