第5章-生物氧化-课件.ppt

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1、第五章生物氧化,第一节 概 述,一、生物氧化的概念,H2O+CO2+能量,生物体,营养物（糖、脂、蛋白质）,O,又称细胞呼吸或细胞氧化,乙酰CoA,TCA,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,*生物氧化的一般过程,生物氧化的部位线粒体,生物氧化的方式：失电子、脱氢(最主要)、加氧,生物氧化中物质的氧化方式,（一）加氧,（二）脱氢(最主要),（三）失电子,Fe2+Fe3+e,CO生成的方式：有机酸脱羧,生物氧化与体外燃烧的比较,生物氧化的特点,1.在活细胞的水溶液内2.在pH近中性及体温条件下进行3.过程是逐步进行的酶促反应4.不需高温、强酸、强碱、强氧化剂5.能量是逐步释放的6

2、.反应必须有水参加,第二节 生物氧化中CO2的生成,生物氧化中CO2的生成方式(有机酸在酶的催化下脱羧产生CO2),1.单纯-脱羧,一、直接脱羧,2.单纯脱羧,1.氧化脱羧,二、氧化脱羧,2.氧化脱羧,1.下列关于生物氧化特点的叙述，不正确的是：A.反应条件温和 B.能量是突然释放的 C.以脱氢反应为主 D.CO2以有机酸脱羧形式产生,B,体内CO2来自：A碳原子被氧原子氧化 B呼吸链的氧化还原过程 C有机酸的脱羧 D脂肪水解,C,人体内各种生命活动所需能量的直接供给者是：A.葡萄糖 B.脂肪酸 C.ATP D.乙酰CoA,C,第三节 生物氧化中H2O的生成,H2O的生成,代谢物（AH2）2H

3、,酶与辅酶,O2,H2O,呼吸链,一、呼吸链,代谢物脱下的氢原子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。由于此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为呼吸链。,又称为电子传递链,*、呼吸链的组成,酶(是以复合体(complex)形式存在),每种酶复合体中含特定的辅酶,*泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。,线粒体内膜上的酶与辅酶组成的复合体,复合体NADH泛醌还原酶,复合体 琥珀酸泛醌还原酶,复合体泛醌CytC还原酶,复合体细胞色素氧化酶,（一）呼吸链主要成分和作用,（递氢体 或 递电子体）,烟酰胺脱氢酶（NAD+、NADP+）黄素蛋白（FMN、FAD）铁硫蛋

4、白（Fe-S）泛醌（CoQ）细胞色素类（Cyt）,辅酶,NAD+NADP+,1、烟酰胺脱氢酶类,作用：递氢体,呼吸链 2H+NAD+NADH+H+传递给 FMN,递氢机制,FMNNADH脱氢酶的辅基 辅基 FAD 琥珀酸脱氢酶的辅基,2、黄素蛋白酶类,作用：递氢体,NADH+H+FMNH2 均可传递给CoQ 琥珀酸脱氢 FADH2,呼吸链,（Fe-S）,1,10,递氢机制,3、铁硫蛋白（Fe-S）,Fe2+,Fe3+e-,递电子机制,作用递电子体,作用递氢体递氢机制,4、泛醌（CoQ）,5、细胞色素类(Cyt.)根据吸收光谱特征，Cyt.类分为a、b和c三大类：,Cytb、Cytc1、Cytc

5、、Cytaa3,组成呼吸链的细胞色素:,细胞色素氧化酶,呼吸链中细胞色素的排列及电子传递过程,笔 洗一洗 AA3（散）,Cyt C的结构,Fe2+,Fe3+e-,递电子体：,复合体:NADH-泛醌(CoQ)还原酶,功能:将氢原子和电子从NADH传递给泛醌,呼吸链的功能（作用）,NADH2,NAD,CoQ,CoQH2,复合体:琥珀酸-泛醌(CoQ)还原酶,功能:将氢原子电子从琥珀酸传递给泛醌,琥珀酸,延胡索酸,FAD,FADH2,CoQ,FAD,CoQH2,*复合体:泛醌-细胞色素c还原酶(细胞色素bc1复合体),功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c,(CoQH2),Cyt c,Cyt c.,Co

6、Q,2H+,*、复合体:细胞色素c氧化酶,功能：将电子从细胞色素c传递给氧,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,Cyt c.,O2,2O.,Cyt c,体内重要的两条呼吸链1、NADH氧化呼吸链,每2H通过此呼吸链可生成3分子ATP。,NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2,2、琥珀酸氧化呼吸链,每2H通过此呼吸链可生成2分子ATP。,琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2,两种呼吸链的比较:,相同:1.将H传递给O2生成水；2.H和O2消耗，其它可反复使用；3.CoQ是两种呼吸链的汇合点。,不同点:NADH呼吸链 琥珀酸呼吸链 普遍程度 较普遍 次要

7、起始物 NADH FADH2ATP 3 2,2H+2e,O2-,2、琥珀酸氧化呼吸链,1、NADH氧化呼吸链,三、胞液中的NADH的氧化,胞液中生成的NADH不能自由通透线粒体内膜，必须经过转运机制进入线粒体1.甘油-3-磷酸穿梭作用（神经组织和骨骼肌）2.苹果酸-天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌）,NAD+,NADH+H+,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,FADH2,FAD,胞液,线粒体内膜,胞液中-磷酸甘油脱氢酶(辅酶为NAD+),线粒体内-磷酸甘油脱氢酶(辅基为FAD),1、-磷酸甘油穿梭,某些骨骼肌、神经组织,2、苹果酸-天冬氨酸穿梭,存在组织：肝脏和心肌,内膜,谷氨酸,

8、-酮戊二酸,草酰乙酸,天冬氨酸,苹果酸,NAD+,NADH+H+,呼吸链,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,胞液,线粒体,苹果酸脱氢酶,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NADH+H+,天冬氨酸氨基转移酶,两种穿梭系统的比较,-磷酸甘油穿梭,苹果酸-天冬氨酸穿梭,穿梭物质,-磷酸甘油磷酸二羟丙酮,苹果酸、谷氨酸天冬aa、-酮戊二酸,进入线粒体后转变成的物质,FADH2,NADH+H+,进入呼吸链,琥珀酸氧化呼吸链,NADH氧化呼吸链,生成ATP数,2,3,存在组织,骨骼肌、神经组织,肝脏和心肌组织,相同点,将胞浆中NADH的还原当量转运到线粒体内,NADH氧化呼吸链含有以下哪几个复合体：A.、复合体 B

9、.、复合体 C.、复合体 D.、复合体,A,能直接将电子传递给氧的细胞色素是：A.Cyt aa3 B.Cyt b C.Cyt c1 D.Cyt c,A,呼吸链存在于：A.细胞胞液 B.线粒体外膜 C.线粒体内膜 D.线粒体基质,C,呼吸链中细胞色素的排列是：A.aa3bc1c2 B.bc1caa3O2 C.cbc1aa3O2 D.cc1baa3O2,B,下列哪种物质不是NADH氧化呼吸链的组分A.NAD+BFMN C.FADD泛醌,C,在生物氧化中FMN和FAD的作用是A转氨 B加氧 C脱羧 D递氢,D,胞液中的NADH经苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体后氧化产生的ATP数为A.1 B.2 C.

10、3 D.4,C,第四节 生物氧化中能量的产生与利用,一、高能键与高能化合物,生物化学中把水解时释出的能量大于20kJ/mol的含磷酸酯键或硫酯键的化合物统称为高能化合物。其所含的磷酸键称高能磷酸键，一般用符号“”表示。,注意：生化上的高能键不等于能量高，释放的能量并非集中在这个键上，而是与分子结构和水解反应有关。“高能键”“键能高”,根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们分成以下几种类型：磷氧键型,酰基磷酸化合物,1，3-二磷酸甘油酸,乙酰磷酸,10.1千卡/摩尔,11.8千卡/摩尔,焦磷酸化合物,ATP（三磷酸腺苷）,焦磷酸,7.3千卡/摩尔,最重要的高能化合物ATP(三磷酸腺苷),ADP

11、,ATP,AMP,烯醇式磷酸化合物,磷酸烯醇式丙酮酸,14.8千卡/摩尔,氮磷键型,磷酸肌酸,磷酸精氨酸,10.3千卡/摩尔,7.7千卡/摩尔,这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。,硫酯键型,3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸,酰基辅酶A,甲硫键型,S-腺苷甲硫氨酸,ATP的生成方式,底物水平磷酸化,氧化磷酸化(最主要),二、ATP的生成,二、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。,底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：3-磷酸甘油酸激酶 1,3-二磷酸甘油酸+ADP 3-

12、磷酸甘油酸+ATP 丙酮酸激酶 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸+ATP 琥珀酰硫激酶 琥珀酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸+CoA+GTP,呼吸链,能量,氧化,磷酸化,偶联,H2O,2、氧化磷酸化,（1）定义,在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，因此又称为偶联磷酸化。,（一）自由能（G）（1878）指在一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量。用符号G表示。,（2）氧化磷酸化的偶联部位,计算自由能变化,（2）氧化磷酸化的偶联部位,G0=-n FE0,（2）氧化磷酸化的偶联部位,n为传递电子数；F为法拉第常数(96.5kJ/molV),根据热力学公式

13、，pH7.0时标准自由能变化(G0)与还原电位变化(E0)之间有以下关系：,自由能变化(G0)：大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。G0nFE0,（2）氧化磷酸化的偶联部位,三个偶联部位：,NADH与CoQ之间；Cyt b与Cyt c之间；Cyt aa3与氧之间。,P/O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,即生成ATP的mol数。,(3)测P/O值,实质：每消耗1mol氧原子所产生的ATP的mol数。,NADH氧化呼吸链存在3个偶联部位，P/O比值等于3，即产生3molATP。琥珀酸氧化呼吸链存在2个偶联部位，P/O比值等于2，即产生2molATP。,三、氧化磷

14、酸化的抑制作用,1.解偶联剂2.氧化磷酸化抑制剂3.呼吸链抑制剂（电子传递抑制剂）,根据作用机制不同，可分为：,1解偶联剂：不能抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于ADP磷酸化的物质称为解偶联剂。,作用：使氧化过程与磷酸化过程脱节举例：2，4-二硝基苯酚,2氧化磷酸化的抑制剂：抑制氧的利用又抑制ATP的形成的物质称为氧化磷酸化的抑制剂。作用：直接干扰ATP的生成过程，结果也使电子传递不能进行。举例：寡霉素,鱼藤酮安密妥粉蝶菌素A,抗霉素A,氰化物一氧化碳硫化氢叠氮化合物,3、电子传递抑制剂图示,代谢物,氧化分解,CO2 H2O,能,热能（散发）,化学能,ATP,ADP,P

15、i,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,1.ATP驱动各种生命活动,四、ATP的利用,2.ATP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,3.能量的储存,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）,ATP不是能量的贮存物质，而是能量的携带者或传递者。,1.呼吸链存在于（）,A 细胞膜 B 线粒体外膜 C 线

16、粒体内膜 D 微粒体E 过氧化物酶体,练习：,2.下列哪种物质不是NADH氧化呼吸链的组分？,A.FMN B.FAD C.泛醌 D.铁硫蛋白 E.细胞色素c,3.ATP生成的主要方式是（）,A 肌酸磷酸化 B 氧化磷酸化 C 糖的磷酸化 D 底物水平磷酸化E 高能化合物之间的转化,4.参与呼吸链电子传递的金属离子是(),A 铁离子B 钴离子C 镁离子D 锌离子E 以上都不是,5.下列物质属于高能化合物的是（）,A 乙酰辅酶AB GTPC 磷酸肌酸D 磷酸二羟丙酮E 磷酸烯醇式丙酮酸,6.Fe-S 作为辅基的复合体有哪些?,A 复合体B 复合体C 复合体 D 复合体 E Cyt c,7.能产生

17、ATP的部位有（）?,A NADHCoQB CoQCyt bC CoQCyt cD FADH2CoQE Cyt aa3O2,8、关于氧化磷酸化的叙述，正确的是（）A.氧化磷酸化是体内产生ATP的主要方式 B.GTP、CTP、UTP也可通过氧化磷酸化直接生成 C.细胞内ADP浓度升高时，氧化磷酸化减弱 D.氧化磷酸化与呼吸链无关,A,9、呼吸抑制剂可使（）A.电子传递过程中断 B.ATP/ADP增加 C.细胞耗氧增加 D.细胞内NAD+/NADH增加,A,(10)、CO、CN-对呼吸链的抑制点是（）A.NADHCoQ B.CoQCyt c1 C.Cyt bCyt c D.Cyt aa3O2,D,

18、11、下列关于NADH的叙述中，不正确的是（）A.可在胞液中生成 B.可在线粒体中生成C.可在胞液中氧化生成ATP D.可在线粒体中氧化并产生ATP,C,12、电子传递过程中不能生成ATP的是A.FADH2CoQ B.NADHCoQ C.CoQCyt c D.Cytaa3O2,A,13、1摩尔琥珀酸脱氢生成延胡索酸时，脱下的1对氢经呼吸链氧化生成水，同时生成多少ATP：A1 摩尔 B.2摩尔 C3 摩尔 D4摩尔,B,第五节 其它生物氧化体系,其他末端氧化酶系统指除细胞色素系统之外的氧化体系，又称非线粒体氧化体系，与ATP生成无关。,1.酚氧化酶体系2.抗坏血酸氧化酶体系3.黄素蛋白氧化酶4.

19、过氧化氢酶和过氧化物酶5.超氧化物歧化酶、,一、酚氧化酶体系,1.组成：脱氢酶、醌还原酶、酚氧化酶,2.生物学意义：此酶与植物组织受伤反应有关，植物组织受伤后多酚氧化酶活力增高，呼吸作用增强；植物受病菌侵害时，多酚氧化酶活力也增高，有利于把酚类化合物氧化为醌，醌对病菌有毒害而起抗 病作用。,二、抗坏血酸氧化酶体系,1.反应：抗坏血酸+O2 脱氢抗坏血酸+H2O,抗坏血酸氧化酶,3.生物学意义：可能与植物的抗病有关,2.与其他氧化酶系统偶联,三、黄素蛋白氧化酶,特点：催化底物脱氢后，以O2为直接受氢体，生成H2O2。,组成：结合酶,酶蛋白,辅基：FMN、FAD,反应氧族超氧离子自由基(O2)、H2O2、羟基自由基(OH)的统称。,2O2+2H+,SOD,H2O2+O2,H2O+O2,过氧化氢酶,意义：清除反应自由基活性氧,五、超氧化物歧化酶（SOD),Thanks!,