《生物氧化》课件.ppt

NADH FMN CoQ b c1 c(a+a3)1/2O2 FADH2,2.2 电子传递链组分排列顺序的依据,（1）根据递氢体、递电子体的标准氧化还原电位（E0）的大小 E0 越小，越倾向于失去电子；E0 越大，越倾向于接受电子。根据E0值可判断电子流动的方向：E0值小的氧还电对 E0值大的氧还电对,e,电位跨度最大,电子从电负性较大的成员通过链向电正性较大的氧流动,这是老版本上的旧表，请注意与新表的区别,（2）利用电子传递链特异抑制剂部分阻断电子传递,阻断的上游递氢（e）体为还原型；下游为氧化型。,（3）体外将呼吸链拆开和重组可鉴定呼吸链四种复合体的组成和排列顺序,体内ATP的生成方式：底物水平磷酸化：胞液或线粒体内 氧化磷酸化（电子传递磷酸化）：线粒体内进行 光合磷酸化：植物产能方式,3,oxidative phosphrylation(氧化磷酸化),代谢物分子的能量直接转移给ADP（GDP）使之磷酸化为ATP（GTP）的过程。,底物水平磷酸化与氧的存在与否无关。,3.1 底物水平磷酸化,P320-321,例1,例2,例3,P240 琥珀酸硫激酶催化的反应,底物水平磷酸化的例子不多，请大家记牢,*生物体内95%的ATP来自氧化磷酸化作用。氧化磷酸化是需氧细胞生命活动的主要能量来源，是生物产生ATP的主要途径。,3.2 氧化磷酸化,伴随着电子从NADH或FADH2到氧的传递，ADP被磷酸化为ATP，这一酶促过程称为氧化磷酸化（又叫电子传递体系磷酸化/偶联磷酸化）。,确定偶联部位的方法：（1）P/O比值：2H+1/2 O2（O）H2O ADP+H3PO4 ATP 几个？P/O比值是指物质氧化时每消耗1mol氧原子所消耗的无机磷的mol数。即每消耗1mol氧原子所生成的ATP的mol数（或一对电子通过呼吸链传至氧所产生的ATP分子数）。,3.2.1 氧化磷酸化偶联部位,线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值 底物 呼吸链的组成 P/O ATP 比值 生成数-羟丁酸 NADFMNQcytO2 2.42.8 3 琥珀酸 FADQcyt O2 1.7 2抗坏血酸 cyt c cytaa3 O2 0.88 1CytC-Fe2+cytaa3 O2 0.610.68 1,1940年，Ochoa等以组织匀浆和组织切片为材料，测定呼吸过程中氧的消耗和ATP生成的关系。结果表明，NADH呼吸链的P/O值是3，FADH2呼吸链的P/O值是2。,（2）计算标准自由能变化（G0）：G0=-nF E0 n：传递电子数；F：法拉第常数（96.49 kJ/V）；E0：反应的标准电位变化 E0越大，标准自由能变化G0越大，只有G0大于ADP磷酸化所需要的能量时才能生成ATP。ADP+PiATP G0=7.3 kcal/mol=30.5kJ/mol 呼吸链传递电子，G0 30.5kJ/mol的部位有氧化磷酸化的偶联，其余部位释放的能量以热形式散失。,根据标准氧化还原电位差计算能量：NADHCoQ：NAD+/NADH+H+：E0-0.30V CoQ/QH2：E0 0.10V G0=-nF E0=-2x96.49x(0.045)-(-0.30)=-66.58(kJ/mol)CytbCytc：G0=-34.7(kJ/mol)Cytaa3O2：G0=-102.1(kJ/mol),NADH呼吸链中有3个部位FADH2呼吸链中有2个部位,自由能变化足以供给,ADP+Pi ATP(G0=30.5kJ/mol),氧化磷酸化生成ATP分子数计算新方法：*复合体每次泵出4个H+，复合体每次泵出4个H+，复合体每次泵出2H+。*合成1个ATP，需3个质子通过ATP合酶返回基质来驱动，同时产生的ATP从线粒体基质进入胞质还需消耗1个质子来运送，所以每产生1个分子ATP需要4个质子。*所以一对电子通过呼吸链传递产生的ATP分子数如下：NADH呼吸链：（4+4+2）/4=2.5 FADH2呼吸链：（4+2）/4=1.5,能量偶联假说(Energy coupling hypothesis):ATP synthesis a.化学偶联假说(Chemical coupling hypothesis)1953,Edward Slater,活泼的高能共价中间物b.构象偶联假说(Conformational coupling hypothesis)1964,Paul Boyer,Mt 内膜蛋白质发生构象变化c.化学渗透假说(Chemiosmotic hypothesis)1961,Peter Mitchell,explains how ATP is synthesized by mitochondria as a result of protons pumped during electron transport system(ETS).,氧化磷酸化的机制,1）电子传递的自由能形成了主动运输系统(active transport system)。2）这一系统有H+泵作用（由内向外）；造成线粒体内膜的内、外侧质子浓度差，形成了跨膜电位差。3）H+经ATP合酶的H+通道顺浓度梯度回流驱动ATP的合成。,chemiosmotic hypothesis,复合体、有质子泵作用！,主要论点是底物氧化期间建立的质子浓度梯度提供了驱动ADP和Pi形成ATP能量。,ATP合酶（ATP synthase）复合体,F1F0-ATPase,由F1和F0两个主要单元构成，主要功能是催化ATP合成。F1（亲水部分）：亚基组成：3 3。亚基含催化ATP合成的活性中心 作用：调节质子流动及ATP的合成F0（疏水部分）：a1b2c 912亚基组成，含跨膜H+通道。存在寡霉素敏感蛋白（OSCP），对寡霉素敏感！,Movement of the protons through the Fo complex causes it to rotate,Paul Boyer提出旋转催化机制（Rotational catalysis mechanism）,质子流是如何驱动ATP合成的？,质子的作用并不是合成ATP，而是使ATP从酶分子上解脱下来。,当H+顺浓度梯度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，亚基发生旋转，3个亚基的构象发生改变。,O态：开放形式，对底物的亲和力较低；L态：酶与底物的结合较松弛，对底物没有催化能力；T态：与底物结合紧密，并有催化活性。,2、解偶联剂（uncouplers）：如2,4-二硝基苯酚（DNP）作用：不抑制电子传递，只阻断ADP磷酸化成ATP，使电子传递和ATP形成两过程分离。甚至加速电子传递，促进呼吸底物和分子氧的消耗，但不形成ATP，只产生热量。机制：DNP为脂溶性，透过脂膜时将质子带入基质，破坏线粒体内膜两侧的电化学梯度。,3.2.3 氧化磷酸化的解偶联和抑制,1、电子传递抑制剂（呼吸链阻断剂）作用：直接抑制了电子传递链上载体的电子传递和分子氧的消耗，因为代谢物的氧化受阻，偶联磷酸化就无法进行，ATP的生成随之减少。如：鱼滕酮、安密妥、抗霉素A、氰化物、叠氮化物、CO。,3、离子载体抑制剂作用：将一价阳离子从膜间隙转移到线粒体基质，降低内膜两侧的电位差，因此抑制ATP的合成.如:缬氨霉素和短杆菌肽,4、氧化磷酸化抑制剂(质子通道阻断剂)如寡霉素。作用：对氧的利用和ATP合酶均有抑制。直接作用于ATP合酶F0亚基，间接抑制电子传递和分子氧的消耗。,3.2.4 胞液中NADH的氧化：真核生物胞液中底物脱氢生成的NADH+H+在细胞有氧情况下进入线粒体氧化并产生ATP。胞液中产生的NADH+H+需经2种转运机制进入线粒体，再通过呼吸链进行氧化磷酸化。甘油-磷酸穿梭 苹果酸-天冬氨酸穿梭,1）甘油-3-磷酸穿梭：特点:主要存在于骨骼肌和神经细胞。线粒体内外的甘油-磷酸脱氢酶的辅酶不同 胞 液-NAD+线粒体-FAD经此途径每1 NADH+H+氧化产生1.5ATP(2ATP)。,2）苹果酸-天冬氨酸穿梭：主要存在于肝、肾、心肌组织中。苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD+;经此途径每1 NADH+H+氧化产生2.5ATP(3ATP)。,括号内为老算法,复习思考题,1、解释名词：生物氧化、电子传递链或呼吸链、氧化磷酸化、P/O比值、底物水平磷酸化、化学渗透学说。2、物质在体内和体外氧化有何异同？3、何谓电子传递链？试述其组成和排列顺序。4、试述ATP的生成方式、过程以及ATP的利用方式。5、何谓穿梭系统？体内有哪些穿梭系统？各有何作用？6、电子传递抑制剂、解偶联剂、氧化磷酸化抑制剂有何不同？代表性化合物各有哪些？7、有哪些方法可证明氧化磷酸化的偶联部位。8、维生素在生物氧化中有哪些作用？,