生物化学：第八章生物氧化.ppt

第 八 章,生 物 氧 化Biological Oxidation,* 生物氧化(Biological oxidation)的概念,营养物质在生物体内经氧化分解，最终生成CO2 和 H2O，并释放能量的过程第一节 氧化呼吸链是由具有电子传递功能的复合体组成,生物体将NADH+H+和FADH2彻底氧化生成水和ATP的过程与细胞的呼吸有关，需要消耗氧，参与氧化还原反应的组分由含辅助因子的多种蛋白酶复合体组成，形成一个连续的传递链，因此称为氧化呼吸链（oxidative respiratory chain）因为递氢的过程也需传递电子（2H+2e）也称电子传递链(electron transfer chain)氧化呼吸链的定义,组成递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）,4个复合体：酶蛋白、金属离子、辅酶、辅基； 跨线粒体（mitochondria,mt）内膜;只位于mt的内膜基质侧，它就是琥珀酸脱氢酶；功能1：递2H+ ，递2e；功能2：泵H+目的：生成ATP，完成细胞内呼吸,* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中，但是也是呼吸链的组成成分人线粒体呼吸链复合体,四种复合体的排列关系,Cytaa3Cu,NADH-泛醌还原酶或NADH脱氢酶，接受来自NADH+H+的电子和氢并转移给泛醌（ubiquinone，UQ）。

复合体可催化两个同时进行的过程： 电子传递： NADHFMNFe-S CoQ 质子泵：每传递2个电子可将4个H+ 从内膜基质侧泵到胞浆侧一） 复合体将NADH+H+中的电子传递给泛醌,1. NAD+和NADP+,NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide) ，又叫Co，主要作为呼吸链的一个组分，起递氢体作用；NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amide Adenine Dinucleotide Phosphate) ，又叫Co，主要在还原性生物合成中作为供氢体二者的递氢部位是烟酰胺部分，为Vit PP9,NAD+和NADP+的结构,二者的结构区别,氧化还原的位置,NAD+（NADP+）的递氢机制,递氢体双电子传递体,2. 黄素蛋白,FMN：黄素单核苷酸(Flavin Mononucleotide)FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine Dinucleotide)FMN和FAD中异咯嗪环起递氢体作用电子传递体Vit B2（核黄素）3. 铁硫蛋白(Iron-sulfur protein, Fe-S),又叫铁硫中心或铁硫簇。

铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残基的巯基连接 铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子，为单电子传递体4. 泛醌 (ubiquinone, UQ),即辅酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），属于脂溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中分离出来，因此不包含在四种复合体中递氢体：苯醌可逆地结合2个H复合体: NADH-泛醌还原酶,FMN; Fe-S,NADH+H+,NAD+,FMN,FMNH2,还原型Fe-S,氧化型Fe-S,Q,QH2,CoQ,NADH,Cytaa3Cu,复合体是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，又称琥珀酸-泛醌还原酶电子传递：琥珀酸FAD几种Fe-S CoQ复合体没有H+泵的功能二）复合体将电子从琥珀酸传递到泛醌,复合体琥珀酸,Fe-S; FAD,CoQ,Cytaa3Cu,（三）复合体将电子从QH2传递给Cytc,泛醌-细胞色素C还原酶Cytb 、Cytc1 、铁硫蛋白；电子传递过程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cytc1Cytc质子泵：每传递2个电子可将4个H+ 从内膜基质侧泵到胞浆侧细胞色素（Cytochrome, Cyt）,辅基: 血红素递电子体，单电子传递体(Fe)呼吸链: Cyt bc1caa3 Cyt c,Cytaa3Cu,细胞色素C氧化酶(cytochrome c oxidase)。

Cyt aa3, Cu电子传递：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO2质子泵: 每传递2个电子使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 四）复合体将电子从Cyt c传递给氧,复合体,Cytaa3Cu,1.复合体的名称；2.辅基的名称；3.递氢体、递电子体；4.排列顺序,掌握,1. NADH氧化呼吸链,2. 琥珀酸氧化呼吸链,二、NADH和FADH2是氧化呼吸链的 电子供体,Cu,Cu, 标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧,氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺序排列,氧化呼吸链各组分的顺序排列是由以下实验确定,第二节 氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化偶联生成ATP,氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指代谢物脱下的氢，经线粒体氧化呼吸链电子传递释放能量，偶联驱动ADP磷酸化，生成ATP的过程，又称为偶联磷酸化底物水平磷酸化 直接将高能代谢物分子中的能量转移给ADP（GDP）,使其磷酸化生成ATP(GTP)的过程掌握),体内ATP生成的方式：,一、 氧化磷酸化 偶联部位在 复合体 ,即ATP生成的部位P/O比值：指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。

线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值,偶联部位,P/O比值：,NADH与CoQ之间；CoQ与Cyt c之间；Cyt c与氧之间NADH氧化呼吸链存在3个偶联部位， P/O比值约等于2.5，即产生2.5molATP琥珀酸氧化呼吸链存在2个偶联部位， P/O比值约等于1.5，即产生1.5molATPNADH与CoQCoQ与Cyt cCyt c与O2,二、 氧化磷酸化的偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度,化学渗透假说 (chemiosmotic hypothesis),胞液侧,基质侧,电子传递过程复合体 (4H+) 、 (4 H+)和 (2H+)有质子泵功能37,37,ATP合酶,即复合体位于线粒体内膜的基质侧三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成 ATP,自然界最小的旋转发动机,化学计算估计每生成1分子ATP需3个H从线粒体内膜外侧回流进入基质中ATP合酶的工作机制,四、ATP在能量代谢中起核心作用,高能磷酸键水解时释放的能量大于25KJ/mol的磷酸酯键，常表示为 P高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能,（一）ATP是体内能量捕获和释放利用的重要分子,ATP是体内最重要的高能磷酸化合物，是细胞可直接利用的能量形式。

ATP在生物能学上最重要的意义在于，通过其水解反应释放大量自由能和需要供能的反应偶联，使这些反应在生理条件下完成ATP是人体内能量的直接供给者二）ATP是体内能量转移和磷酸核苷化合物相互转变的核心,（三）ATP通过转移自身基团提供能量,磷酸肌酸(creatine phosphate,CP):骨骼肌、心肌和脑组织中能量的一种贮存形式四）磷酸肌酸是高能键能量的储存形式,Creatine kinase,CK,第三节 氧化磷酸化的影响因素,一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率,ADP的调节作用是主要调节因素ADP ，氧化磷酸化一）. 呼吸链抑制剂 阻断电子传递过程二）. 解偶联剂 阻断ADP的磷酸化过程三）. ATP合酶抑制剂 同时抑制电子传递和ATP的生成,二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程,鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥,抗霉素A粘噻唑菌醇,CO、CN-、N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,萎锈灵,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,（一）. 呼吸链抑制剂阻断电子传递过程二）. 解偶联剂阻断ADP 磷酸化过程使氧化与磷酸化偶联过程脱离；破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电化学梯度如：二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP) ；解偶联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。

（三）. ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成,二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,Q,胞液侧,基质侧,解偶联 蛋白,生理,（一）. 呼吸链抑制剂阻断电子传递过程二）. 解偶联剂阻断ADP的磷酸化过程三）. ATP合酶抑制剂 同时抑制电子传递和ATP的生成,二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程,寡霉素,寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从Fo质子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,三. 甲状腺激素Na+,K+ATP酶解偶联蛋白 ,氧化磷酸化ATP生成,四. 线粒体DNA突变 线粒体DNA病及衰老有关线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运五、线粒体的内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物,（一）胞质中的NADH通过穿梭机制进入线粒体氧化呼吸链,-磷酸甘油穿梭( -glycerophosphate shuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle),58,胞浆中NADH进入线粒体氧化呼吸链,腺苷酸转运蛋白,磷酸转运蛋白,ATP4-,ATP合酶,（二）ATP-ADP转位酶协调转运ADP进入和ATP移出线粒体,第四节 其他氧化与抗氧化体系,反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS),一、线粒体氧化呼吸链也可产生活性氧,反应活性氧（ROS）,超氧阴离子过氧化氢羟自由基,反应活性氧（ROS）产生,线粒体：氧化呼吸链过氧化酶体：长链FA氧化胞液：需氧脱氢酶病理：细菌感染、缺氧外源：环境、药物,反应活性氧（ROS）作用,SOD：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase),SODCu2+、Zn2+Mn2+ Fe2+,H2O2 + O2,H2O + O2,过氧化氢酶,2H+,+,2,二、抗氧化酶体系有清除ROS的功能,GPx,H2O2（ROOH）,H2O（ROH+H2O）,2G-SH,G-S-S-G,NADP+,NADPH+H+,* 此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤,谷胱甘肽还原酶,谷胱甘肽过氧化物酶Glutathione peroxidase,GPx,清除过氧化氢（H2O2）和过氧化物（ROOH）,三、微粒体Cyt加单氧酶催化底物羟化,RH + NADPH + H+ + O2,ROH + NADP+ + H2O,Cyt P450,类固醇激素胆汁酸胆色素生物转化：药物、毒物、酒精,混合功能氧化酶羟化酶,Cytaa3Cu,1.复合体的名称；2.辅基的名称；3.递氢体、递电子体；4.排列顺序,生物氧化小结,偶联部位,NADH与CoQ之间；CoQ与Cyt c之间；Cyt c与氧之间。

P/O比值：,（一）. 呼吸链抑制剂 阻断电子传递过程二）. 解偶联剂 阻断ADP的磷酸化过程三）. ATP合酶抑制剂 同时抑制电子传递和ATP的生成,二、抑制剂可阻断氧化磷酸化过程,71,oxidative respiratory chainoxidative phosphorylation底物水平磷酸化氧化磷酸化偶联部位影响氧化磷酸化的因素-磷酸甘油穿梭苹果酸-天冬氨酸穿梭,本章结束,。