第六章生物氧化.ppt

第五章第五章 生物氧化生物氧化3 学学 时时第一节第一节 生生 物物 氧氧 化化 特特 点点•有机物质在生物体内的氧化作用，称为有机物质在生物体内的氧化作用，称为生物氧化生物氧化•生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用呼吸作用•在整个生物氧化过程中，有机物质最终在整个生物氧化过程中，有机物质最终被氧化成被氧化成CO2CO2和水，并释放出能量和水，并释放出能量一、生物氧化（一、生物氧化（biological oxidation）的概念）的概念l提问：提问：我们身体内的生物氧化与有机我们身体内的生物氧化与有机物体外氧化燃烧有何相同与区别？物体外氧化燃烧有何相同与区别？•相同点相同点——化学本质化学本质（物质、能量）（物质、能量）•不同点不同点——条件、过程条件、过程相同点：相同点：化学本质化学本质（物质、能量）（物质、能量）•都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气 ；；•都生成都生成CO2和和H2O ；；•释放的能量相同释放的能量相同 生生 物物 氧氧 化化 燃燃 烧烧 细胞内温和条件细胞内温和条件高温或高压、干燥条件高温或高压、干燥条件 一系列酶促反应一系列酶促反应 无机催化剂无机催化剂 逐步氧化放能，能量利用率高逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆发释放能量爆发释放 转化成转化成ATP，，被利用被利用 转换为光和热，散失转换为光和热，散失 不同点：不同点：条件、过程条件、过程本章包括的内容：本章包括的内容：1））  代谢物分子中的碳代谢物分子中的碳→CO2，，2））  代谢物分子中的氢代谢物分子中的氢→H2O；；3）） 有有机机物物被被氧氧化化时时，，细细胞胞如如何何将将氧氧化化时时产生的能量搜集和贮存起来，生成产生的能量搜集和贮存起来，生成ATP（（1 1）直接脱羧作用）直接脱羧作用（（directive   decarboxylation）） 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直接从氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直接从分子中脱去羧基。

例如氨基酸的脱羧分子中脱去羧基例如氨基酸的脱羧生物氧化中生物氧化中CO2的生成的生成脱羧酶（（2）氧化脱羧作用）氧化脱羧作用（（oxidative  decarboxylation））            氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱羧酶系的催化下，在在氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧脱羧的同时，也发的同时，也发生氧化（生氧化（脱氢脱氢）作用例如苹果酸的氧化脱羧例如苹果酸的氧化脱羧氧化酶氧化酶2e2e2H+称称电子传递链电子传递链或或呼吸链呼吸链，分，分NADH链链和和FADH2链链HH2 2OOO2-1/2 O2电子传递体电子传递体氢传递体氢传递体脱氢辅酶脱氢辅酶 -2H-2HMHMH2 2•真核生物真核生物线粒体内膜线粒体内膜或原核生物或原核生物细胞膜细胞膜上的上的呼呼吸链吸链作用下产生作用下产生一、呼吸链一、呼吸链:定义：定义：第三节第三节 生物氧化中生物氧化中H2O的生成的生成FADH2二、呼吸链（传递体）的组成二、呼吸链（传递体）的组成1、烟酰胺脱氢酶类、烟酰胺脱氢酶类——递氢体递氢体        NAD(P)+  + 2H                        NAD(P )H+H+2、、黄素脱氢酶类黄素脱氢酶类——递氢体递氢体         FAD   + 2H                   FADH23、、铁硫蛋白类铁硫蛋白类——递电子体递电子体   Fe3+ + e          Fe2+4、辅酶、辅酶Q(CoQ)——递氢体递氢体5、细胞色素类、细胞色素类——以以卟啉铁卟啉铁为辅基为辅基，传递电子，传递电子细胞色素（蛋白）细胞色素（蛋白）——b、、c、、c1、、a、、a3a和a3合称为细胞色素合称为细胞色素c氧化酶、氧化酶、                    末端氧化酶末端氧化酶1、、烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类• 以以NAD+或或NADP+为辅酶，为辅酶， 200多种，以前者为主多种，以前者为主• 递氢体递氢体• 总是作为总是作为NADH电子传递链上的原初电子供体电子传递链上的原初电子供体NAD(P)+  + 2H                        NAD(P )H+H+2、、黄素脱氢酶类黄素脱氢酶类•  以以FMN或或FAD为辅基为辅基• 递氢体递氢体• 重要类型：重要类型：NADH还原酶还原酶：以：以FMN为辅基，催化为辅基，催化NADH将将H                            传递给传递给FMN→FMNH2琥珀酸还原酶琥珀酸还原酶：以：以FAD为辅基，催化琥珀酸将为辅基，催化琥珀酸将H                            传递给传递给FAD→FADH23、、铁硫蛋白类（铁硫蛋白类（iron-sulfur protein））•简写为简写为Fe-S，，又称非血红素铁蛋白又称非血红素铁蛋白• 常与黄素酶和细胞色素形成复合物存在常与黄素酶和细胞色素形成复合物存在• 9种，常以种，常以2Fe-2S或或4Fe-4S存在存在• 通过通过Fe3+、、Fe2+的互变传递的互变传递单单电子，同时将电子，同时将FMNH2、、FADH2上脱下的上脱下的H传给传给CoQFe3+ + e Fe2+vFe-S中心中心与蛋白质结合形成与蛋白质结合形成铁硫蛋白铁硫蛋白2Fe-2S4Fe-4S•非蛋白电子载体非蛋白电子载体，醌类，侧链为异戊二烯；，醌类，侧链为异戊二烯；•递递H体；体；•中间传递体：只能从黄素酶的辅基上接受中间传递体：只能从黄素酶的辅基上接受H4、辅酶、辅酶Q（（coenzyme Q））  泛醌、泛醌、CoQ5、细胞色素类（、细胞色素类（cytochrome，，Cyt））• 一类功能相关，以铁卟啉为辅基的色素复合蛋白。

一类功能相关，以铁卟啉为辅基的色素复合蛋白• 只存在于需氧细胞；只存在于需氧细胞；• 通过通过Fe3+、、Fe2+ 和和Cu2+、、Cu+的互变递的互变递单单电子电子• 种类：种类：b、、c1、、c、、a、、a3等a和和a3结构紧密，至今结构紧密，至今不能分开，故称不能分开，故称Cytaa3为为细胞色素氧化酶、末端氧细胞色素氧化酶、末端氧化酶化酶•线粒体内膜上分离到四种酶复合体、线粒体内膜上分离到四种酶复合体、CoQ、、Cytc复合体复合体1：：NADH- Q还原酶还原酶复合体复合体2：细胞色素还原酶：细胞色素还原酶复合体复合体3：细胞色素氧化酶：细胞色素氧化酶复合体复合体4：琥珀酸：琥珀酸- Q还原酶还原酶•NADH呼吸链呼吸链：由：由1、、2、、3及及CoQ、、Cytc组成组成•FADH2呼吸链呼吸链：由：由4 、、2、、3及及CoQ、、Cytc组成组成复合体复合体1 1：：NADH-QNADH-Q还原酶还原酶• 组成组成：FMN + Fe-S蛋白（蛋白（+ CoQ））• 功能功能：递氢：递氢• Fe-S蛋白蛋白：递电子体递电子体• Fe3+ + e Fe2+复合体复合体2 2：：细胞色素还原酶细胞色素还原酶•组成：组成：Cytb、、Cytc1、、Fe-S蛋白蛋白•功能：传递电子功能：传递电子复合体复合体3 3：细胞色素氧化酶：细胞色素氧化酶•组成组成：：Cytaa3 +2Cu＋＋•功能功能：递电子给氧：递电子给氧Cu2＋＋＋＋e Cu＋＋ 复合体复合体4 4：琥珀酸：琥珀酸-Q-Q还原酶还原酶•组成组成：：FAD + Fe-S蛋白蛋白•功能功能：递氢：递氢2 24 44 4FADH2链链三、呼吸链中传递体的排列顺序三、呼吸链中传递体的排列顺序•呼吸链中电子传递方向和顺序严格呼吸链中电子传递方向和顺序严格•方向：电方向：电负负性大性大→电电正正性大性大 低低氧化还原电位氧化还原电位→高高氧化还原电位氧化还原电位测定方法：测定方法：•E•双光束分光光度计（氧化还原体体现不同光吸收值）双光束分光光度计（氧化还原体体现不同光吸收值）•抑制剂等抑制剂等依据依据——各传递体的各传递体的Eo、、复合体组成、链阻断试验复合体组成、链阻断试验NADH链链NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2  判断判断各自所发生的各自所发生的“传递反应传递反应”Eo ′大小顺序？大小顺序？•答案：答案：升序，从小到大升序，从小到大。

• Eo′NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2-0.32→-0.30→+0.1←+0.07→+0.22→+0.25→+0.29→+0.816FADH2链链 FADH2 相结合的必然顺序相连相结合的必然顺序相连b→c1   a → a3      如何根据复合体组成判断顺序？如何根据复合体组成判断顺序？• ㈠㈠      NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2鱼藤酮鱼藤酮鱼藤酮鱼藤酮四、电子传递抑制作用（链阻断试验）四、电子传递抑制作用（链阻断试验）•NADH链链断断，，FADHFADH2 2链链通通FADHFADH2 2毒鱼藤毒鱼藤是有两广一带有毒鱼作用的一类藤本是有两广一带有毒鱼作用的一类藤本植物的统称毒鱼藤的根皮或种子中含有的植物的统称毒鱼藤的根皮或种子中含有的杀虫有效成分是杀虫有效成分是鱼藤酮鱼藤酮和拟鱼藤酮和拟鱼藤酮 ㈡㈡ NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2ee㈢㈢ NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2氰化物氰化物氰化物氰化物COCOe则则——aa3→O2氰化物、氰化物、COCO——窒息剂（剧毒！）窒息剂（剧毒！）窒息剂（剧毒！）窒息剂（剧毒！）抗霉素抗霉素抗霉素抗霉素A-A-分离自霉菌分离自霉菌分离自霉菌分离自霉菌什么是电子传递抑制剂？什么是电子传递抑制剂？能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质是研究电子传递顺序的重要方法是研究电子传递顺序的重要方法第四节第四节 生物氧化与生物氧化与ATPATP的生成的生成 生物氧化释放的能量，通过与生物氧化释放的能量，通过与ATPATP合成合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能能ATPATP。

一、一、 高能化合物高能化合物•高能键高能键•有着十分重要的生物意义有着十分重要的生物意义• 高能化合物高能化合物（（水解）水解）→低能化合物低能化合物 △△GO＜＜0 （（能自发进行）能自发进行）•———————————————————————————————— A →B △△GO＞＞0 （（不能不能自发进行）自发进行） A+高能化合物高能化合物 →B+低能化合物低能化合物 △△GO＜＜0 （（能能自发进行）自发进行）•提问：两反应如何可以结合在一起呢？提问：两反应如何可以结合在一起呢？• 高能基团的传递•类似的活化反应类似的活化反应十分普遍存在十分普遍存在•D-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖比比D-葡萄糖葡萄糖G高，更易于分解，这步活高，更易于分解，这步活化是细胞内葡萄糖分解的第一步，也是后续葡萄糖分解化是细胞内葡萄糖分解的第一步，也是后续葡萄糖分解的根基激酶激酶——激激活底物活底物（（A））连接高能键的连接高能键的酶酶A+高能化合物高能化合物B+低能化合物低能化合物活化活化（能量增加）（能量增加）反应反应例例D-葡萄糖葡萄糖 + ATPD-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖 + ADP   激酶激酶   激酶激酶硫脂键化合物硫脂键化合物        ~ S                           -7.5甲硫键化合物甲硫键化合物  CH3~S+- C-C               -10.0O•高能化合物的种类高能化合物的种类~  高能键高能键, ,水解断开，并可传递能量水解断开，并可传递能量磷氧型磷氧型-O~P磷氮型磷氮型  HN =C-N~P(O)                          -10.3磷酸化合物磷酸化合物非磷酸化合物非磷酸化合物烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物 △△Go Kcal/mol(-C=C-O~P(O))                  -14.8酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物  (-C-O~P(O))                        -10.1   O焦磷酸化合物焦磷酸化合物 ((O)P-O~P(O))                    -7.3（（1））ATP的分子结构的分子结构最重要的高能化合物最重要的高能化合物ATP（2）ATP的作用A、、生物体通用的能量货币生物体通用的能量货币•提供反应所需能量提供反应所需能量 ；；•提供细胞活动的机械能；提供细胞活动的机械能；•提供细胞吸收物质时的能量；提供细胞吸收物质时的能量；•产生电效应；产生电效应；•转变成光能或热能。

转变成光能或热能 •B、磷酸基团转移反应的中间载体、磷酸基团转移反应的中间载体•高磷酸基势能向低磷酸基势能转移高磷酸基势能向低磷酸基势能转移•生物体内，生物体内，ATP处于不断生成和消耗的处于不断生成和消耗的平衡中平衡中能量源自能量源自能源物质（能源物质（糖、脂、偶尔是蛋白质糖、脂、偶尔是蛋白质）的分解）的分解分分 解解 代代 谢谢氧氧 化化产产 能能产产 能能ADP机械能机械能（运动）（运动）化学能化学能（合成反应）（合成反应）渗透能渗透能（分泌、吸收）（分泌、吸收）电能电能（生物电）（生物电）热能热能（体温维持）（体温维持）光能光能（生物发光）（生物发光） UTP、、GTP、、CTP、、TTP合成，供能合成，供能ATP           ATP是能量的携带者、转运是能量的携带者、转运者，但不是能量的贮存者者，但不是能量的贮存者 二、二、 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用•氧化氧化——氧化还原反应氧化还原反应•磷酸化磷酸化——特指特指ADP磷酸化成磷酸化成ATP（（储能）储能）•根据氧化方式不同分为两类根据氧化方式不同分为两类（一）、底物磷酸化（一）、底物磷酸化•底物底物——与底物催化过程相伴与底物催化过程相伴•无氧无氧ATP形成机制形成机制（二）、（二）、 电子传递体磷酸化（氧化磷酸化）电子传递体磷酸化（氧化磷酸化）•与电子传递链相伴的有氧与电子传递链相伴的有氧ATP形成机制形成机制•P/O：每消耗：每消耗1个个O2所产生的所产生的ATP分子数分子数NADH+HNADH+H+ ++1/2O+1/2O2 2 NADNAD+ ++H+H2 2O O磷酸化磷酸化氧化氧化电子传递体系（电子传递体系（NADH链）链）FADH2+1/2O2+ 2ADP+2Pi         NAD++H2O+2 2ATPFADH2链链+ 3ADP+3Pi +3ATP1、、P/O比和氧化磷酸化偶联部位比和氧化磷酸化偶联部位•  P/O定义：定义：•  偶联部位偶联部位——抑制剂、电化学实验抑制剂、电化学实验2、氧化磷酸化的偶联机制氧化磷酸化的偶联机制——唯一与大部分实验现象相符的假说，被普遍接唯一与大部分实验现象相符的假说，被普遍接受受P.Mitchell因此获因此获78年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖要点：要点：•氢传递体利用氢传递体利用传递反应能量传递反应能量将将H+泵出内泵出内膜；膜；化学偶联假说、构象偶联假说、化学渗透假说化学偶联假说、构象偶联假说、化学渗透假说132•内膜阻止内膜阻止H+自由进入，形成膜内外电位差自由进入，形成膜内外电位差(△△E)；；△E推动推动ATP合成酶为合成酶为ADP磷酸化提供能量。

磷酸化提供能量3、氧化磷酸化的阻断作用、氧化磷酸化的阻断作用                             电子传递抑制作用电子传递抑制作用阻阻断断方式：方式：                             氧化磷酸化解偶联作用氧化磷酸化解偶联作用氧化磷酸化解偶联作用：氧化磷酸化解偶联作用：       指氧化磷酸化反应中，在一个或多个磷指氧化磷酸化反应中，在一个或多个磷酸化位置上氧化过程与磷酸化过程分离，使酸化位置上氧化过程与磷酸化过程分离，使ATP的合成从电子传递系统中分离的合成从电子传递系统中分离典型的解偶联剂：典型的解偶联剂：2,4-二硝基苯酚（二硝基苯酚（DNP））呼吸链可与磷酸化脱离，能量全部转化为热•熊冬眠l婴儿及初生的哺乳动物维持体温三、线粒体穿梭系统三、线粒体穿梭系统             真核细胞细胞液中的真核细胞细胞液中的NADH必须进入线粒必须进入线粒体才能经呼吸链氧化并生成体才能经呼吸链氧化并生成ATP类型：类型：•α-磷酸甘油穿梭；磷酸甘油穿梭；•苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿梭；天冬氨酸穿梭；•细胞质细胞质NADH的转运的转运线粒体外的线粒体外的NADHNADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化1、、α-磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用——动物神经组织、骨骼动物神经组织、骨骼肌、昆虫飞行肌胞质肌、昆虫飞行肌胞质                   NADH                             NAD+       二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸                           甘油甘油—αα —磷酸磷酸       二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸                           甘油甘油—αα —磷酸磷酸                  FADH2                           FAD NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2线线粒粒体体内内膜膜2、苹果酸、苹果酸-天冬氨酸穿梭：天冬氨酸穿梭：P/O = 3 （（2.5））酶：酶：苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶、、天冬氨酸转氨酶天冬氨酸转氨酶 动物心脏、肝脏胞质动物心脏、肝脏胞质外外膜膜内内膜膜膜间空间膜间空间胞液胞液基质基质NADH+H+NADH+H+NAD+NAD+FPextFPintFe-SCoQcytbNADH+H+NAD+3、胞液、胞液NADH的转运的转运P/O=2（（1.5））FADFMN高等植物、真菌高等植物、真菌。