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第七章 生物氧化 Biological Oxidation

第七章 生物氧化 Biological Oxidation. 概念. ATP. ATP 的生成. 其他氧化方式. 一、生物氧化的概念 1. 生物氧化 : 营养物质 ( 糖、脂、蛋白质等 ) 在体内氧化成二氧化碳和水并释放能量的过程。. 营养物质 + O 2  H 2 O + CO 2 + 能量. ATP + 热量. 2. 生物氧化特点. 氧化反应 还原反应. 失电子 脱氢 加氧 得电子 加氢 脱氧. 3 、生物氧化中物质氧化的方式. 葡萄糖. 脂肪酸 + 甘油. 氨基酸. 4 、生物氧化的一般过程. 糖原. 三酰甘油.

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第七章 生物氧化 Biological Oxidation

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Presentation Transcript

  1. 第七章 生物氧化 Biological Oxidation 概念 ATP ATP的生成 其他氧化方式

  2. 一、生物氧化的概念 1.生物氧化: 营养物质(糖、脂、蛋白质等)在体内氧化成二氧化碳和水并释放能量的过程。 营养物质 + O2 H2O + CO2 + 能量 ATP + 热量

  3. 2.生物氧化特点

  4. 氧化反应 还原反应 失电子 脱氢 加氧 得电子 加氢 脱氧 3、生物氧化中物质氧化的方式

  5. 葡萄糖 脂肪酸+甘油 氨基酸 4、生物氧化的一般过程 糖原 三酰甘油 蛋白质 乙酰CoA TAC ADP+Pi ATP CO2 H2O 2H 呼吸链

  6. 二、ATP 腺苷三磷酸

  7. ATP是体内能量利用与贮存的主要形式，是能量转换的中心ATP是体内能量利用与贮存的主要形式，是能量转换的中心

  8. 其他高能化合物

  9. GDP 核苷二磷酸激酶 GTP ATP + UDP ADP + UTP CDP CTP ADP累积时，也可产生ATP： ADP + ADP  ATP + AMP 腺苷酸激酶 高能化合物之间的转换

  10. 磷酸肌酸-- ATP在脑、肌肉中的储存形式.

  11. 三、ATP的生成 1、底物水平磷酸化 在反应过程中,由于分子内部能量重新分配，形成高能磷酸化合物（或硫酯化合物），进一步将高能磷酸键的能量直接转移给ADP，形成ATP。

  12. 举例： 1,3-二磷酸甘油酸 + ADP 3-磷酸甘油酸 + ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP 丙酮酸 + ATP 琥珀酰CoA + H3PO4 + GDP 琥珀酸 + CoA-SH + GTP + ADP ATP PK

  13. 2、氧化磷酸化 I 呼吸链（respiratory chain) 概念：线粒体内膜中的一系列递氢和递电子酶及其辅酶按照一定顺序排列成的连锁性氧化还原体系。 A 代谢脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水； B 该酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上； C 此过程与细胞呼吸有关。因此，称为呼吸链。

  14. 线粒体的结构 呼吸链

  15. Cytc 内外膜间隙侧 Q I Ⅲ Ⅳ 线粒体内膜 Ⅱ 基质侧 呼吸链电子传递示意图 e- e- e- e- e- H2O NADH+H+ 延胡素酸 1/2O2+2H+ NAD+ 琥珀酸

  16. 琥珀酸氧化呼吸链 NADH 氧化呼吸链

  17. 呼吸链的组成 人体线粒体呼吸链复合体 辅酶Q与细胞色素c不包含在内

  18. NADH FMN，Fe-S CoQ （1）复合物Ⅰ—— NADH-Q 还原酶 • 结合铁硫蛋白的,辅基为FMN的黄素蛋白,42条肽链,850kD. • 结合NADH,并将其氧化为NAD+;将电子传递给泛醌,使4H+释放入内外膜间隙.

  19. NAD+与NADP+的结构 R=H:NAD+; R=H2PO3:NADP+ NAD+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,辅酶I NADP+:烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,辅酶II

  20. 黄素单核甘酸

  21. 作用： Fe2+ Fe3++e单电子传递 铁硫蛋白 Fe-S Fe2S2, Fe4S4 Fe4S4

  22. 泛醌（ubiquinone , Q） 亦称辅酶Q（Coenzyme Q , CoQ） 人体中： CoQ10 1.含有很多异戊二烯侧链的醌类化合物 2.脂溶性，可在线粒体内膜中移动 3.是电子传递体中唯一可游离存在的电子载体（无蛋白） 

  23. 2H+ FMN Fe-S N-2 Q QH2 复合体Ⅰ传递电子的过程 2e- 2H+ NAD+ NADH+H+ NADH+H+ FMN Fe2+ Q FMNH2 Fe3+ QH2 NAD+ Q NADH FMN Fe-S

  24. （2）复合物Ⅱ 琥珀酸-泛醌还原酶 • 即琥珀酸脱氢酶.至少由4条肽链组成，含有一个FAD，2个铁硫蛋白及细胞色素b560. • 其作用是催化电子从琥珀酸转至辅酶Q，但不转移质子。 电子传递的方向为：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。

  25. 细胞色素cytochrome,Cyt A、结构：一类含铁卟啉辅基的色素蛋白 B、分类: Cyta: Cytaa3 Cytb: Cytb562、Cytb566、 Cytb560 Cytc: Cytc 、 c1 C、区别： ① 铁卟啉辅基侧链不同 • 铁卟啉辅基与酶蛋白 连接方式不同 CytFe3+ + e  CytFe2+ 细胞色素c

  26. 多聚异戊二烯长链 甲酰基

  27. 细胞色素a、b、c的区别

  28. （3） 复合物Ⅲ Q-cytc还原酶 • 即细胞色素c还原酶，由至少11条不同肽链组成，以二聚体形式存在，每个单体包含两个细胞色素b（b562、b566）、一个细胞色素c1和一个铁硫蛋白。 • 催化电子从辅酶Q传给细胞色素c，每转移一对电子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。 Cytc QH2 b566b562Fe-Sc1

  29. 细胞色素c 复合物Ⅲ

  30. 复合体Ⅲ传递电子的过程 QH2的第一次氧化 QH2的第二次氧化 Cytc Cytc 2H+ 2H+ Cytc1 Cytc1 Fe-S Fe-S e- e- bL bL e- e- QH2 Q QH2 Q bH bH Q Q QH2 Q 2H+

  31. （4）复合物Ⅳ Cytc 氧化酶 • 每个单体由至少13条不同的肽链组成，分为三个亚单位：I包含两个血红素（a、a3）和一个铜蛋白(CuB);Ⅱ包含两个铜离子(CuA)构成的双核中心，其结构与2Fe-2S相似;Ⅲ 的功能尚不了解。 • Cu2+ + e  Cu+ Cyt c CuA a  a3  CuB O2

  32. NADH氧化呼吸链 NADHFMN(Fe-S)Qbc1caa3O2 琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸FAD(Fe-S)Qbc1caa3O2

  33. 呼吸链 NADH + H+ + 1/2O2 NAD+ + H2O 呼吸链 FADH2 + 1/2O2 FAD + H2O 呼吸链 2H + 1/2O2 H2O 含在FADH2中或NADH中 总反应 或 进一步:

  34. 呼吸链中电子传递体的排列顺序的确定 • 利用脱氧胆酸处理线粒体内膜、分离出呼吸链的4种复合物，辅酶Q和细胞色素C及ATP合酶。 • 根据标准氧还电位E0’的高低排列 • 根据电子传递体氧化还原态时的吸收光谱变化进行检测 • 利用阻断剂研究分析 • 四种复合物的电子传递再造实验

  35. II、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation） 概念： 呼吸链中电子的传递过程偶联ADP磷酸 化，生成ATP的方式，称为氧化磷酸化；是 体内产生ATP的主要方式。

  36. 能量升高 ATP+H2O 30.5kJ/mol ADP + Pi 反应能级图 反应 ADP + Pi  ATP + H2O 为什么需要偶联? • ATP是比ADP与Pi能量更高的化合物。由ADP与Pi反应生成ATP是非自发过程,需要获得能量才能进行。

  37. 呼吸链电子传递过程中，哪些区段放出的能量能实现ADP的磷酸化？呼吸链电子传递过程中，哪些区段放出的能量能实现ADP的磷酸化？

  38. 什么是P/O比？其值有何意义？ ---物质氧化时，每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的mol数（或ADP mol数），或每消耗1mol氧所生成的ATP的mol数.

  39. 1961~1978 • 呼吸链的氧化与ADP的磷酸化是怎样偶联的？ 氧化磷酸化偶联机制有：化学物质偶联学说、构象偶联学说及化学渗透学说。目前公认度较大的是化学渗透学说。 化学渗透学说： 电子释放的能量转化为呼吸链向线粒体内外膜间隙释放质子，造成膜间隙与基质侧质子化学浓度梯度。质子跨线粒体内膜渗透流回基质侧，带动ATP合成酶运转，合成ATP。

  40. 电子传递过程中,呼吸链将质子放入间隙侧,使线粒体内膜两侧浓度不同。电子传递过程中,呼吸链将质子放入间隙侧,使线粒体内膜两侧浓度不同。

  41. 化学滲透假说示意图 H+ H+ H+ H+ H+ H+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - e- 延胡素酸 H2O NADH+H+ 琥珀酸 1/2O2+2H+ NAD+ ATP ADP+Pi

  42. ATP合成酶 • ATP合成酶由疏水的F0(a1b2c912)和亲水的F1(33)组成. • 质子穿过a时,推动c环象水车一样转动,连带F1转动.

  43. ATP合成酶在线粒体中的位置

  44. 松开 （O） （O） H+ 结好 （L） H+ 脱水 （T） H+    ATP合成酶的工作原理 亚基有三种构象:松L、紧T、放O。 • 生产ATP的过程：

  45. III、影响氧化磷酸化的因素 (1)、抑制剂 • 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链的电子传递。 • 解偶联剂 使氧化与磷酸化的偶联脱离。如：解偶联蛋白、2,4-二硝基苯酚。 • 氧化磷酸化抑制剂 如寡霉素，在ＡＴＰ合酶中抑制质子回流，从而抑制ＡＤＰ的磷酸化。

  46. 呼吸链抑制剂的阻断位点 • CO、CN-、N3-及Ｈ２Ｓ 抗霉素Ａ 二巯基丙醇    异藤酮 粉蝶霉素Ａ 异戊巴比妥

  47. Ｈ＋ Ｈ＋ Ｈ＋ 解偶联作用机制 解偶联蛋白 热 Ｈ＋ Ｈ＋ ADP+Pi ATP+H2O

  48. 寡霉素 寡霉素的抑制作用 • 阻止质子从F0质子通道回流。

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