生物氧化PPT课件_1.ppt

第八章 生物氧化 能量是一切生物体活动所必需的能量的来源，主要依靠生物体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化作用有机物在生物体细胞内，氧化分解成二氧化碳和水并释放出能量形成ATP的过程称为生物氧化（bioligical oxidation）第一节 氧化还原电势 一、 化学反应中的自由能变化及其意义,1、 化学反应中的自由能 自由能：在一个体系中，能够用来做有用功的那一部分能量称自由能，用符号G表示 在恒温、恒压下进行的化学反应，其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化来衡量 自由能的变化：G = G 产物 G反应物 = H _ TS G 代表体系的自由能变化，H代表体系的焓变化，T代表体系的绝对温度，S代表体系的熵变化 焓代表体系的内能与压力P*体积V之和：H = U + P*V dH = dU + P*dV + V*dP 熵代表体系中能量的分散程度，也就是体系的无序程度：S = dQT ，S = S体系+S环境 ，只有S0，过程才能自发进行2、 G是判断一个过程能否自发进行的根据 G0，反应不能自发进行，必须供给能量 G=0，反应处于平衡状态 一个放热反应(或吸热反应)的总热量的变化（H），不能作为此反应能否自发进行的判据，只有自由能的变化才是唯一准确的指标。

G<0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行，催化剂（酶）只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正值，酶也无能为力 当G为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才能进行二、 标准自由能变化及其与化学反应平衡常数的关系 aA+bB cC+dD 标准自由内能变化：在规定的标准条件下的自由能变化，用G表示 标准条件：25，参加反应的物质的浓度都是1molL（气体则是1大气压）若同时定义pH =7.0，则标准自由能变化用G表示三、 自由能变化的可加和性 在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和 例如：Glc+ATPG6P+ADP（总反应） 第一步，Glc+PiG6P+H2O,此反应不能自发进行 第二步，ATP+H2OADP+Pi 总反应：Glc+ATPG6P+ADP. 因此，一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应偶联，驱动整个反应进行此类反应在生物体内是很普遍的四、氧化还原电势与自由能,在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂 还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小，则称为氧化还原电势。

如果将氧化还原物质与标准氢电极组成原电池，即可测出氧化还原电势标准氧还原电势用E表示 E值愈大，获得电子的倾向愈大；E愈小，失去电子的倾向愈大NAD+2H++2e-NADH -0.32 CoQ+2H++2e-CoQH2+ +0.045 细胞色素b(ox)+e-细胞色素b +0.07 细胞色素c1(ox)+e-细胞色素c1(red) +0.235 细胞色素a(ox)+e-细胞色素a(red) +0.385 1/2O2+2H++2e-H2O- +0.815,在一个氧化还原反应中，可从反应物的氧还电势E 0，计算出这个氧化还原反应的自由能变化（G）G与氧化还原电势的关系如下： G= nFE n表示转移的电子数，F为法拉第常数（1法拉第96485c/mol库仑摩尔）E的单位为伏特，G的单位为J/mol焦耳摩尔 当E为正值时，G为负值，是放能反应，反应能自发进行E为负值时，G为正值，是吸能反应，反应不能自发进行第二节 高能磷酸化合物 高能化合物： 水解时释放5000卡/mol及以上自由能的化合物 高能磷酸化合物： 水解每摩尔磷酸基能释放5000cal以上能量的磷酸化合物。

一） 高能化合物的类型 1、 磷氧键型 （1）、 酰基磷酸化合物 3磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氨甲酰磷酸，酰基腺苷酸，氨酰腺苷酸 （2）、 焦磷酸化合物 无机焦磷酸，ATP，ADP （3）、 烯醇式磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸 2、 氮磷键型 磷酸肌酸，磷酸精氨酸 3、 硫酯键型 3一磷酸腺苷一5一磷酰硫酸，酰基辅酶A 4、 甲硫键型 S一腺苷甲硫氨酸二） ATP的特殊的作用 1、 是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂 2、 在磷酸基转移中的作用 Glc进入血液中，唯一出路是磷酸化G-6-P是Glc的一种活化形式已糖激酶催化：Glc+ATPG-6-P+ADP 3一磷酸甘油是甘油的活化形式，能参与脂肪合成甘油激酶：甘油+ATP3一磷酸甘油+ADP （三） 磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用 磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用的物质 磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质,第三节 电子传递链,黄素蛋白中的FADH2 琥珀酸-Q还原酶 NAD NADH-Q还原酶 Q 细胞色素还原酶 细胞色素c 细胞色素氧化酶 O2,第一节 生成ATP的氧化体系,一、线粒体氧化呼吸链 粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的，与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链。

这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于线粒体内膜上线粒体的结构,主要的电子传递复合体有： 1复合体（NADH-泛醌还原酶）：,NADH还原酶 + 2（Fe-S）+ CoQ,铁硫蛋白的分子结构,铁硫蛋白分子中含有由半胱氨酸残基硫原子与铁离子形成的铁硫中心，一次可传递一个电子泛醌的分子结构,2复合体（琥珀酸-泛醌还原酶）：,琥珀酸脱氢酶 + 2（Fe-S）+2（Cyt b560）,细胞色素b的分子结构,细胞色素类： 这是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质在生物氧化反应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可为+3价高铁离子通过这种转变而传递电子细胞色素为单电子传递体 细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体 存在于线粒体内膜的细胞色素有Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1；而存在于微粒体的细胞色素有CytP450和Cytb53复合体（泛醌-细胞色素c还原酶）： 2Cytb + Cytc1 +（Fe-S）,4复合体（细胞色素c氧化酶）： Cyta + Cyta3,（二）呼吸链成分的排列顺序：,1NADH氧化呼吸链：,,,,,2. 琥珀酸氧化呼吸链：,二、氧化磷酸化,粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸化生成ATP，这种能量的生成方式就称为氧化磷酸化。

直接将底物分子中的高能键转变为ATP分子中的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化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-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,,,,（一）氧化磷酸化的偶联部位：,通过测定在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无机磷酸消耗之间的比例关系，可以反映底物脱氢氧化与ATP生成之间的比例关系 每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数称为P/O比值合成1molATP时，需要提供的能量至少为G0=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原电位差E0=0.2V故在NADH氧化呼吸链中有三处可生成ATP，而在琥珀酸氧化呼吸链中，只有两处可生成ATP FAD NAD+ FMN (Fe-S)CoQb(Fe-S) c1 c aa31/2O2 -0.32 -0.30 +0.04 +0.07 +0.22 +0.25 +0.29 +0.82 ATP ATP ATP,（二）氧化磷酸化的偶联机制：,目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是1961年由Mitchell提出的化学渗透学说。

这一学说认为氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧化反应进行时，H+通过氢泵作用被排斥到线粒体内膜外侧（膜间腔），从而形成跨膜pH梯度和跨膜电位差这种形式的“势能”，可以被存在于线粒体内膜上的ATP合酶利用，生成高能磷酸基团，并与ADP结合而合成ATP1质子梯度的形成机制：,质子的转移主要通过氧化呼吸链在递氢或递电子过程中所形成的氧化还原袢来完成 每传递两个氢原子，就可向膜间腔释放10个质子质子梯度的形成,2ATP的合成机制：,当质子从膜间腔返回基质中时，这种“势能”可被位于线粒体内膜上的ATP合酶利用以合成ATPATP合酶的分子结构,ATP合酶F1段的结构,ATP合酶的作用机制(脂质体重建实验),ATP合成模式图,三、氧化磷酸化的影响因素,（一）ATP/ADP比值： ATP/ADP比值是调节氧化磷酸化速度的重要因素ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，当ATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢二）甲状腺激素： 甲状腺激素可间接影响氧化磷酸化的速度其原因是甲状腺激素可以激活细胞膜上的Na+,K+-ATP酶，使ATP水解增加，因而使ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加快。

三）药物和毒物：,1呼吸链的抑制剂： 能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为呼吸链的抑制剂 能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮等； 能够抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇； 能够抑制第三位点的有CO、H2S和CN-、N3-其中，CN-和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而CO和H2S主要抑制还原型Cytaa3-Fe2+NAD NADH-Q还原酶 QH2 细 鱼藤酮 抗霉素A 胞色素C1 细胞色素c 细胞色素氧化酶 O2 CO,2解偶联剂： 不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磷酸化的药物或毒物称为解偶联剂 主要的解偶联剂有2,4-二硝基酚3氧化磷酸化的抑制剂： 对电子传递和ADP磷酸化均有抑制作用的药物和毒物称为氧化磷酸化的抑制剂，如寡霉素四、线粒体外NADH的穿梭,胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产生NADH这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生H2O和ATP一）磷酸甘油穿梭系统：,NADH通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，只产生2（1.5）分子ATP二）苹果酸穿梭系统：,胞液中NADH的一对氢原子经此穿梭系统带入一对氢原子可生成3(2.5)分子ATP。