《生物氧化新书》PPT课件.ppt

1,(Biological oxidation),第九章 生物氧化,2,主 要 内 容,概述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 概述,一、生物氧化概念,H2O+CO2+能量,生物体内,营养物（糖、脂、蛋白质）,O,意义：提供各种生命活动所需能量,及 维持体温。,4,二、生物氧化的特点 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 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 氢和氧直接反应形成H2O逐步释放能量并形成ATP 能量以光和热形式骤然放出,5,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,*生物氧化的一般过程,6,三、生物氧化的方式,（一）CO2的生成(体内CO2是有机酸在酶的催化下脱羧产生 的),1.-单纯脱羧,7,2.氧化脱羧,8,3.单纯脱羧,9,4.氧化脱羧,10,（二）H20的生成,代谢物（AH2）2H,(酶与辅酶),一系列中间传递体,O2,H2O,11,第二节 线粒体氧化体系,一、呼吸链,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。,（respiratory chain）,12,(一)呼吸链主要成员及其作用,烟酰胺脱氢酶类及其辅酶（NAD+、NADP+）黄素蛋白类及其辅基（FMN、FAD）铁硫蛋白（Fe-S）泛醌（Q，CoQ）细胞色素类（Cyt.）,13,烟酰胺脱氢酶类 NAD+烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 辅酶 NADP+烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（不参与呼吸链）作用:递氢体,14,呼吸链 2H+NAD+NADH+H+传递给 FMNNADPH+H+不直接与呼吸链偶联，参与物质还原,(3)递氢机理 递氢部位 吡啶环,15,黄素蛋白酶类(Flavoprotein,FP)FMN-黄素单核苷酸 在呼吸链中,FMN作为NADH脱氢酶的辅基;(1)辅基 FAD-黄素腺嘌呤二核苷酸 作为琥珀酸脱氢酶的辅基;作用:递氢体,（FP1）,(FP2),16,（3）递氢机理 功能部位 异咯嗪环的N1和N10,NADH+H+FMNH2 均可传递给COQ 琥珀酸脱氢 FADH2,呼吸链,（Fe-S）,1,10,17,18,3.铁硫蛋白类,19,CH2-S,Fe,S,Fe,S,Fe,S,Fe,S,CH2-S,S-CH2,S-CH2,常见铁硫族:Fe4-S4 或 Fe2-S2,铁硫中心：,20,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,在呼吸链中：,21,4.泛醌（CoQ10,Q10）,结构 醌类化合物，由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），作用:递氢体,22,(3)递氢机理,FMNH2,CoQ2H,2e,2H+,传递给其后的一系列递电子体,在呼吸链中,（Fe-S）,FADH2,（Fe-S）,23,5.细胞色素类(Cytochromes,Cyt.)是位于线粒体内的一类电子传递体，其辅基为铁卟啉，有特殊的吸收光谱，故命名细胞色素。基本结构（以细胞色素C为例）,24,N,N,N,N,Fe3+,H3C-,-CH3,-CH-CH3,H3C,CH2CH2COO-,CH2CH2COO-,细胞色素 c,H3C-,Cys SH3C-CH,Cys S,多肽链,蛋白质部分,铁卟啉,25,Cyt.主要类型 根据吸收光谱特征，Cyt.类分为a、b和c三大类：*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。,26,(2)作用 递电子体(3)递电子机理 Fe3+Fe2+,e,e,(4)递电子顺序(E0值小大)Cyt.b c1 c a a3 O2,27,在呼吸链中细胞色素类递电子顺序,2Fe2+,2Fe3+,2Fe3+,2Fe2+,2Fe3+,2Fe2+,2Fe3+,2Fe2+,O2,O2-H2O,2e,2e,2e,2e,2e,b,c1,c,a.a3,CoQ2H 2H+-,2e,2H+,28,Cyt b、c1、c、a、Cyt a3 不能与O2、CO和CN-等结合，可与O2 结合 也可与CO和CN结合 使呼吸链中断Cyt aa3：Cyt a与a3不易分开，常写在一起Cyt aa3:通过与氧结合，可将电子直接传递给氧，Cyt a3 被称为细胞色素氧化酶。,29,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,30,呼吸链各成分在线粒体内膜上的分布与定位,复合体 NADH脱氢酶,复合体 琥珀酸脱氢酶,复合体泛醌CytC还原酶,复合体细胞色素氧化酶,FMN(Fe-S),a.a3,Cyt.b.(Fe-S).c1,FAD(Fe-S),CoQ游离存在，CytC 与线粒体内膜疏松结合易分离，故二者包含在上述复合体中。,31,二、体内重要呼吸链的排列顺序,NADH+H+氧化呼吸链(组成成员,排列顺序,产生ATP数)2.FADH2氧化（或称琥珀酸氧化）呼吸链(组成成员,排列顺序,产生ATP数),32,呼吸链的排列顺序由以下实验确定：,标准氧化还原电位（E0）低（易失电子）高 拆开和重组还原状态呼吸链缓慢给氧特异抑制剂阻断,33,1、NADH+H+氧化呼吸链,NADH FMN CoQ Cyt.bc1 c a.a3 O2+H+(Fe-S)(Fe-S)(Cu2+),组成成员 排列顺序 产生ATP:2.5分子,34,2、FADH2氧化呼吸链,FAD H2 CoQ Cyt.bc1 c a.a3 O2(Fe-S)(Fe-S)(Cu2+),组成成员 排列顺序 产生ATP：1.5分子,35,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,体内两条重要呼吸链的相互联系,36,CH2OHC=OCH2O-P,磷酸二羟丙酮,CH2OHCHOHCH2O-P,甘油-3-磷酸,NADH+H+,NAD+,QH2,Q,1/2O2,H2O,2P,FADFe-S,线粒体内膜,基质,胞质,甘油-3-磷 酸脱氢酶,甘油-3-磷酸穿梭（肌肉、脑）,三、胞质中NADHH+的氧化,37,苹果酸天冬氨酸穿梭（心肌、肝）,苹果酸脱氢酶,苹果酸脱氢酶,38,小结（胞质中NADHH+的氧化）,胞液NADH+H+线粒体FADH2 产生1.5分子ATP 2.苹果酸-天冬氨酸穿梭作用 胞液NADH+H+线粒体NADH+H+产生2.5分子ATP,呼吸链,呼吸链,1.甘油-3-磷酸穿梭作用,39,第三节 生物氧化与能量代谢,约60%以热能形式散失 糖 维持体温；脂类 蛋白质 约40%以化学能形式形 成高能化合物（ATP)，以驱动各种生命活动。*高能化合物（21kJ/mol）,o,能量,40,一.高能化合物的种类,高能键符号：“”,41,二、ATP的生成（一）底物水平磷酸化,42,1.1，3-二磷酸甘油酸 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,ADP,ATP,丙酮酸,丙酮酸激酶,3.琥珀酸单酰CoA 琥珀酸+CoASH,GDP H3PO4,GTP,ADP ATP,糖的氧化分解过程中三次底物水平磷酸化,琥珀酰CoA合成酶,43,（二）氧化磷酸化 1.氧化磷酸化及其偶联,44,2.氧化磷酸化的偶联部位,（1）磷氧（P/O）比值 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）。,45,呼吸链形成ATP的偶联部位,NADH氧化呼吸链：P/O 2.5，有3个偶联部位，生成2.5分子ATP；FADH2氧化呼吸链：P/O 1.5，有2个偶联部位，生成1.5分子ATP。,苹果酸,抗坏血酸,46,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,呼吸链偶联部位：NAD+CoQ;Cyt.b c;Cyta.a3O2,47,三、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,48,（一）抑制剂 1.呼吸链抑制剂 FAD.H2(Fe-S)NADH FMN CoQ Cyt.b C1 C aa3 O2(Fe-S)阿米妥 鱼藤酮,(-),(-),(-),抗霉素A,CN-CO,49,2.解偶联剂,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,解偶联,50,（二）ADP的调节,1）运动时：ADP/ATP 氧化磷酸化2）休息时：ADP/ATP 氧化磷酸化,（三）甲状腺激素的调节,氧化磷酸化 耗O2 量 ADP+Pi 产热量 Na+-K+-ATPase（分解）ATP,ATP生成,(+),T3/T4,51,（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,ATP生成减少,发生多种疾病,52,四、ATP利用、转移和储存,ATP+H2O ADP+Pi+30.5 Kj,（一）ATP的利用,53,代谢物,分解氧化,CO2 H2O,能,热能（散发）,化学能（储能）,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,ATP为直接供能者,54,（二）ATP分子中高能键的转移,ATP+,UDPCDPGDP,ADP+,UTP（参与糖原合成）CTP（参与磷脂合成）GTP（参与蛋白质合成）,55,（三）磷酸肌酸是能量储存形式,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）,56,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）,一、微粒体氧化酶系,CytP450（混合功能氧化酶）,（药物）,57,二、过氧化物酶体氧化酶类,（一）过氧化氢酶（catalase,CAT，又称触酶）,2H2O2 2H2O+O2,（二）过氧化物酶（peroxidase,POD）,Ar-OH R-HO+H2O2 R-COOH+2H2O+NH3 R-NH2,58,谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）（催化的反应）H2O2+2GSH GSSG+2H2O ROOH+GSH ROH+H2O+GSSG,59,三、超氧化物歧化酶（SOD）SOD类型：胞质 Cu.Zn-SOD；线粒体 Mn-SOD,2 O2-+2H H2O2+O2 CAT 2H2O+O2,SOD,