生物化学-生物氧化课件.ppt
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- 生物化学 生物 氧化 课件
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1、目目 录录目目 录录主要内容主要内容线粒体氧化体系(生成线粒体氧化体系(生成ATPATP氧化体系)氧化体系)功能:为细胞提供能量,与细胞生物氧密切功能:为细胞提供能量,与细胞生物氧密切相关。相关。其它氧化体系:内质网、微粒体、过氧化酶体其它氧化体系:内质网、微粒体、过氧化酶体 功能:功能:代谢物、药物、毒物的生物转化有关。代谢物、药物、毒物的生物转化有关。目目 录录物质在生物体内进行氧化称物质在生物体内进行氧化称生物氧化生物氧化,主主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量,最终生成放能量,最终生成COCO2 2 和和 H H2 2O O的过程。的
2、过程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能*生物氧化的概念生物氧化的概念 目目 录录*生物氧化生物氧化与与体外氧化之体外氧化之相同点相同点 生物氧化中物质的生物氧化中物质的氧化方式氧化方式:加氧、脱氢、失电子,加氧、脱氢、失电子,遵循氧化还原反应的一般规律。遵循氧化还原反应的一般规律。物质的消耗与生成:物质的消耗与生成:所消耗的氧量所消耗的氧量 最终产物(最终产物(COCO2 2,H H2 2O O)释放能量均相同。释放能量均相同。目目 录录1.反应条件:温和的环境中(体温,反应条件:温和的环境中(体温,pH接近中性),接近中性),2.反应实质
3、:反应实质:酶促反应酶促反应3.能量释放能量释放:逐步进行逐步进行 4.产物生成:产物生成:H2O由脱下的氢与氧由脱下的氢与氧 结合产生,结合产生,CO2是有机酸脱羧产生。是有机酸脱羧产生。*生物氧化生物氧化与与体外氧化之体外氧化之不同点不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化 高温高温单纯化学反应单纯化学反应能量是突然释放的能量是突然释放的CO2、H2O是由是由物质中的碳和氢直接物质中的碳和氢直接与氧结合产生。与氧结合产生。目目 录录糖原糖原 脂肪脂肪蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoACoA 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP *生物氧化的一般过程生物
4、氧化的一般过程目目 录录第一节第一节 生成生成ATPATP的氧化体系的氧化体系The Oxidation System of ATP Producing目目 录录定义定义代谢物脱下的成对氢原子(代谢物脱下的成对氢原子(2H2H)通过多通过多种酶和辅酶所催化的氧化还原种酶和辅酶所催化的氧化还原连锁反应连锁反应逐步逐步传递,最终与氧结合生成水,逐步释放能量传递,最终与氧结合生成水,逐步释放能量驱动驱动ATPATP生成,这一过程与细胞呼吸有关,生成,这一过程与细胞呼吸有关,这一系列酶和辅酶这一系列酶和辅酶氧化还原氧化还原组成的传递组成的传递链称为链称为呼吸链呼吸链(respiratory chain
5、)又称又称电子传电子传递链递链(electron transfer chain)。一、呼吸链一、呼吸链目目 录录 递氢体:递氢体:能传递氢的酶或辅酶能传递氢的酶或辅酶 (2H 2H+2e)呼吸链组成呼吸链组成电子传递体:电子传递体:传递电子的酶或辅酶传递电子的酶或辅酶位置位置:酶或辅酶组成的蛋白复合酶或辅酶组成的蛋白复合体体按一定的顺按一定的顺序排列在线粒体内膜上序排列在线粒体内膜上.目目 录录目目 录录(一)呼吸链的组成(一)呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)(complex)人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体复合体复合体酶名称酶
6、名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN,Fe-S FAD,Fe-S 铁卟啉,铁卟啉,Fe-S 铁卟啉,铁卟啉,Cu 多肽链数多肽链数394 1013 复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN,Fe-S FAD,Fe-S 铁卟啉,铁卟啉,Fe-S 铁卟啉,铁卟
7、啉,Cu 多肽链数多肽链数394 1013 目目 录录1.1.复合体复合体:NADH-:NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶功能功能:将电子从将电子从NADHNADH传递给传递给泛醌泛醌 (ubiquinoneubiquinone)复合体复合体NADH CoQ FMN;Fe-SFMN;Fe-SN-1a,bN-1a,b;Fe-SFe-SN-4N-4;Fe-SFe-SN-3N-3;Fe-S;Fe-SN-2 N-2 组成组成:黄素蛋白黄素蛋白 (FMN)(FMN)铁硫蛋白铁硫蛋白 (Fe-S)(Fe-S)目目 录录NADNAD+和和NADPNADP+的结构的结构 R=H :NAD+;Co R=H2PO3:
8、NADP+Co目目 录录NAD+(NADP+)和)和NADH(NADPH)相互转变相互转变氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。H+e+H+e+H+目目 录录黄素蛋白的辅基为黄素蛋白的辅基为FMN,FMNFMN,FMN结构中含核黄素,发结构中含核黄素,发挥功能的部位是异咯嗪环挥功能的部位是异咯嗪环FMNH目目 录录铁硫蛋白铁硫蛋白 (简写为简写为Fe-S)Fe-S)是一是一种与电子传递有关的种与电子传递有关的蛋白质。蛋白质。分子中所含的铁分子中所含的铁和硫构成活性中心,和硫构成活性中心,称为铁硫中心。称为铁硫中心。目目 录录铁硫蛋白中辅基铁硫簇
9、铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有铁原子和含有铁原子和硫原子,其中铁原子可进行硫原子,其中铁原子可进行Fe2+Fe3+e 反应传反应传递电子。递电子。目目 录录泛醌(辅酶泛醌(辅酶Q coenzyme)Q coenzyme)异戊二烯异戊二烯目目 录录复合体复合体的功能的功能 NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2H+2H+2H+2H+目目 录录NADH+H+NAD+FMNFe-SCoQ复合体复合体目目 录录2.复合体复合体:琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶功能功能将电子从琥珀酸传递给泛醌将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸
10、 CoQCoQFAD;Fe-S1;b560;Fe-S2;Fe-S3 组成组成 铁硫蛋白铁硫蛋白(Fe-S)(Fe-S)Cytb Cytb560560 (铁卟啉)铁卟啉)目目 录录目目 录录细 胞 色 素细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类,子传递的酶类,目目 录录铁卟啉中的铁原子可进行电子传递铁卟啉中的铁原子可进行电子传递:Fe2+Fe3+e 目目 录录3.3.复合体复合体:泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶 功能:将电子从泛醌传递给细胞色素功能:将电子从泛醌传递给细胞色素c c 复合体复合体QHQH2 2 CytCyt c c b56
11、2;b566;Fe-S;c1组成组成CytbCytb562562,566566 Cytc Cytc1 1 铁硫蛋白铁硫蛋白(Fe-S)(Fe-S)目目 录录目目 录录泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c c传递电子的过程传递电子的过程(Q Q循环)循环)第一阶段第一阶段线粒体线粒体基质侧基质侧线粒体内膜胞液侧eQH2e2Fe-2SC1CeeQ.b566b562eeQQ.Q目目 录录第二阶段第二阶段QH2e2Fe-2SC1CeeQ.b566b562eeQ上上述述Q.eeQ线粒体线粒体基质侧基质侧线粒线粒体内体内膜胞膜胞液侧液侧目目 录录特点1.消耗消耗2分子的分子的QH2,产生,产生1分子分子1分子分子
12、Q,净消耗分子的净消耗分子的QH22.传递电子给传递电子给C1至至C的是的是2Fe-2S3.b566,b562产生半醌型产生半醌型Q,2个半醌型个半醌型Q,结合为结合为QH2目目 录录4.4.复合体复合体:细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶组成组成CytaCyta,Cyta,Cyta3 3 Cu Cu2+2+e+e Cu+Cu+Fe2+Fe3+e Cua与与CytaCub与与Cyta3Cyta3构成双核中心构成双核中心传递电子的功能单位:传递电子的功能单位:目目 录录目目 录录 复合体复合体还原型还原型CytCyt c c O2CuAaa3CuB 功能:将电子从细胞色素功能:将电子从细胞色素c
13、 c传递给氧传递给氧目目 录录 Cytc Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 1/2O2+2H+H2O 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 线粒体内膜线粒体内膜 e-e-e-e-e-呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置目目 录录 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 (由低向高由低向高)拆开和重组拆开和重组(体外进行体外进行)特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 (阻断前后吸收光谱的改变阻断前后吸收光谱的改变)还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧 (观察各组分氧化顺序观察各组分氧化顺序)(二)呼吸链成分的排列顺序(二)呼吸
14、链成分的排列顺序目目 录录氧氧化化还还原原对对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目目 录录1.NADH1.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH NADH 复合体复合体Q Q 复合体复合体Cy
15、tCyt c c 复合体复合体OO2 22.2.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链(FADH(FADH2 2氧化呼吸链)氧化呼吸链)琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q Q 复合体复合体CytCyt c c 复合体复合体OO2 2(二)根据各组分排列顺序(二)根据各组分排列顺序,目目 录录NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链Cyt cCyt aa3目目 录录细胞生成细胞生成ATPATP方式方式 底物水平磷酸化:底物水平磷酸化:(substrate level phosphorylation)是直接将代谢物分子中的能量转移至是直接将代谢物分子中的能量转移至ADP(GDP)生成)生
16、成ATP(或(或GTP)的过的过程。程。目目 录录 氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)*定义定义氧化磷酸化是指在代谢物脱下的还原当量氧化磷酸化是指在代谢物脱下的还原当量呼吸链电子传递过程中偶联呼吸链电子传递过程中偶联ADPADP磷酸化,生成磷酸化,生成ATPATP,又称为偶联磷酸化。生成又称为偶联磷酸化。生成ATPATP的主要形的主要形式式.目目 录录(一)氧化磷酸化偶联部位一)氧化磷酸化偶联部位根据根据 P/OP/O比值比值 自由能变化自由能变化P/OP/O比值比值:指物质氧化时指物质氧化时,每消耗每消耗1 1摩尔氧原子摩尔氧原子 所消耗的无机磷的摩尔
17、数所消耗的无机磷的摩尔数,即生成的即生成的 ATPATP的摩尔数的摩尔数.目目 录录线线粒粒体体离离体体实实验验测测得得的的一一些些底底物物的的 P/O比比值值底底 物物呼呼吸吸链链的的组组成成P/O 比比值值可可能能生生成成的的ATP数数 -羟羟丁丁酸酸NAD+复复合合体体 CoQ 复复合合体体2.4 2.8 2.5 Cytc复复合合体体 O2琥琥珀珀酸酸复复合合体体 CoQ 复复合合体体 1.7 1.5 Cytc复复合合体体O2抗抗坏坏血血酸酸Cytc复复合合体体 O20.88 0.5细细胞胞色色素素 c(Fe2+)复复合合体体 O20.61-0.68 0.52.5目目 录录ATPATP
18、ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位 Cyt cCyt aa3目目 录录电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化区段区段电位变化电位变化(E)自由能变化自由能变化G=-nFE能否生成能否生成ATP(G是否大于是否大于30.5KJ)Cyt aa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能目目 录录呼吸链氧化磷酸化偶联部位呼吸链氧化磷酸化偶联部位复合体复合体-NADH-CoQ还原酶还原酶复合体复合体-CoQ-细胞色素细胞色素C C还原酶还原酶复合体复合体-细胞色素细胞色素C氧化酶
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