生物化学6章生物氧化.pptx

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1、第七章 生物氧化,学习目标,掌握生物氧化的概念、特点，呼吸链的概念、组成、种类，ATP的生成方式。熟悉生物氧化的意义，影响氧化磷酸化的因素，以及生物氧化过程中水和能量的生成方式以及能量的利用、转移。了解参与生物氧化的酶类和非线粒体的氧化体系。,三,非线粒体氧化体系,第一节 概述,一、生物氧化的概念 糖、脂、蛋白质等营养物在体内彻底氧化分解,最终生成CO2和H2O，并逐步释放出能量的过程称为生物氧化。生物氧化过程在组织细胞中进行，并且伴有氧的利用和CO2的产生，因此又称为组织呼吸或细胞呼吸。,2.脱氢反应,3.失电子反应,Fe2+Fe3+e,1.加氧反应,RCHO+1/2O2 RCOOH,醛 酸

2、,生物氧化的方式：,二、生物氧化的特点1.氧化环境温和：细胞内37、近中性pH条件下；2.能量逐步释放：供能（ATP）；热能维持体温；3.脱氢与脱羧：一些代谢物质脱氢与氧生成H2O；一些有机酸脱羧生成CO2；4.速率受体内多种因素的影响和调节。,生物氧化和体外氧化之相同点,1.均有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。2.消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。,生物氧化,细胞内温和的环境中，一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放生成ATP。广泛的加水脱氢反应使物质间接获得氧；脱下的氢与氧结合产生H2O；有机酸脱羧产生CO2。,体外氧化,反应条件剧烈；能量是热能形式突然

3、释放的。产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。,生物氧化和体外氧化之不同点,三、生物氧化的三个阶段,大分子降解成基本结构单位,小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,H2O,四、生物氧化中CO2的生成概念：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。类型：按脱羧作用分：-脱羧和-脱羧 按是否伴有氧化反应分：氧化脱羧和单纯脱羧,-单纯脱羧：脱去碳原子上的羧基。如,-氨基酸 胺,-单纯脱羧：脱去碳原子上的羧基

4、。如,草酰乙酸 丙酮酸,-氧化脱羧：碳原子上的羧基脱落时伴有氧化反应。如,丙酮酸 乙酰辅酶A,氧化脱羧：碳原子上的羧基脱落时伴有氧化反应。如,柠檬酸,-酮戊二酸,第二节 线粒体氧化体系,线粒体结构图,一、呼吸链,定义代谢物脱下的成对氢原子2H(2H+2e)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，这一系列酶和辅酶称为呼吸链。呼吸链中不论递氢体还是递电子体都起着电子传递的作用，故又称电子传递链。,组成 递氢体（2H 2H+2e）和递电子体 递氢体也是递电子体 递电子体不是递氢体,（一）呼吸链的化学组成成分 1、尼克酰胺脱氢酶类 NAD+（NADH）NADP+（NADPH）2、

5、黄素脱氢酶类 FMN（FMNH2）FAD（FADH2）3、泛醌（二氢泛醌）即辅酶Q,起递氢体作用,起递氢体作用,起递氢体作用,4、铁硫蛋白 Fe-S Fe2+Fe3+e 5、细胞色素类（Cyt）呼吸链中主要有a、b、c三类 CoQ脱下的电子经Cyt类的传递顺序 bc1caa3 Cyta3或Cytaa3称为细胞色素氧化酶,单电子传递体,（二）组成呼吸链的复合体,人线粒体呼吸链复合体,人线粒体呼吸链复合体,复合物 II,复合物 IV,复合物 I,复合物 III,NADH-泛醌Q还原酶,辅酶Q-细胞色素c还原酶,细胞色素c氧化酶,琥珀酸-辅酶Q还原酶,Cytc,Q,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,复合体

6、的在线粒体内膜中的位置及电子传递顺序,4H+,4H+,2H+,二、体内重要的呼吸链NADH氧化呼吸链 和 琥珀酸氧化呼吸链,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,NADH呼吸链,H2O,O2,O2-,FMN,FMNH2,CoQH2,CoQ,NAD+,NADH+H+,2Fe2+,2Fe3+,细胞色素b-c1-c-aa3,2H+,复合体,复合体,此过程产生2.5分子ATP,NADH 复合体CoQ 复合体Cyt c 复合体O2,此过程产生1.5分子ATP,琥珀酸 复合体 CoQ 复合体Cyt c 复合体O2,线粒体内重要代谢物氧化的途径,三、胞质中的NADH的氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，线粒体

7、内产生的NADH和FADH2可直接进入呼吸链被氧化生成H2O,同时产生ATP。线粒体外产生的NADH不能自由透过线粒体内膜，需要经过某种转运机制才能进入线粒体氧化。有-磷酸甘油穿梭和苹果酸-天冬氨酸穿梭两种。,-磷酸甘油穿梭 主要存在于脑、骨骼肌中。胞液中NADH经-磷酸甘油穿梭进入线粒体氧化生成1.5个ATP。,NADH+H+,FADH2,NAD+,FAD,线粒体 内膜,线粒体 外膜,膜间隙,线粒体 基质,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,-磷酸甘油穿梭机制,苹果酸-天冬氨酸穿梭 主要存在于心肌、肝组织中。胞液中NADH经苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体氧化生成2.5个ATP,苹果酸-天冬氨酸穿梭,细

8、胞液,线粒体内膜体,天冬氨酸,-酮戊二酸,苹果酸,草酰乙酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,苹果酸,谷氨酸,NADH+H+,NAD+,草酰乙酸,NAD+,线粒体基质,NADH+H+,（、为膜上的转运载体）,呼吸链,三、体内ATP生成氧化磷酸化是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。（体内生成ATP的主要方式）,底物水平磷酸化是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。,1.氧化磷酸化偶联部位,即ATP生成的部位。P/O比值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。是研究氧化磷酸化最常用的方法。,

9、三个偶联部位：,NADH与CoQ之间；CoQ与Cyt c之间；Cyt aa3与氧之间。,复合体I 复合体III 复合体IV,复合体II,2.自由能变化(G0)：大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。G0nFE0,NADH氧化呼吸链存在3个偶联部位，可产生2.5molATP。琥珀酸氧化呼吸链存在2个偶联部位，可产生1.5molATP。,影响氧化磷酸化的因素：1.ADP的调节作用 是主要调节因素。机体耗能增多ADP ADP进入线粒体 ADP/ATP 氧化磷酸化,2.甲状腺激素 Na+，K+-ATP酶表达增加。Na+，K+-ATP酶催化ATP转化为ADPADP ADP进入线粒体 ADP/ATP 氧化

10、磷酸化,3.抑制剂的影响(1)呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递，使磷酸化无法进行，ATP不能生成。,鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥,抗霉素A二巯基丙醇,CO、CN-、N3-及H2S,萎锈灵噻吩甲酰三氟丙酮丙二酸,复合体I,复合体II,复合体III,复合体IV,常见解偶联剂：2，4-二硝基苯酚（DNP）、解偶联蛋白作用机理：破坏内膜两侧的质子电化学梯度而使氧化磷酸化偶联脱离。氧化照常进行，ATP不能生成。,（2）解偶联剂,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,（3）氧化磷酸化抑制剂ATP合酶抑制剂 直接干扰ATP的生成过程，即对电子传递及ADP磷酸化均

11、有抑制作用。如：寡霉素,寡霉素 可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,ATP合酶结构模式图,四、能量的转移和利用,高能磷酸键水解时释放的能量大于21KJ/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，如ATP、ADP、磷酸肌酸等。,ATP是人体内能量的直接供给者，也是机体储能者，是生物体内最 重要的高能化合物。,（二）ATP的转换、贮存和利用1、代谢物的磷酸化和活化ATP+6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖+ADPATP+脂肪酸+HSCoA 脂肪酰CoA+AMP+PPi,2、参与三大营养物质的合成过程 糖、脂、蛋白质合成需ATP供能，此外，糖原、磷脂、蛋白

12、质合成所需的UTP、CTP、GTP的生成与补充也依赖于ATP，由核苷二磷酸酶催化：ATP+UDP ADP+UTP ATP+CDP ADP+CTP ATP+GDP ADP+GTP,3、转变为磷酸肌酸储存能量 磷酸肌酸是肌肉、脑中能量的一种储存形式，但不能直接供能。,ATP,ADP,ATP的生成和利用（ATP循环）,底物,CO2+H2O,氧化分解,能量,热能（散失）,化学能（转移）,第三节 非线粒体氧化体系,1、微粒体中的氧化酶类 微粒体细胞色素P450单加氧酶，又称混合功能酶或羟化酶。催化的反应：RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 此酶参与类固醇激素、胆汁酸及胆色素等的生成，及

13、药物或毒物在体内的生物转化过程。,(1)过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含4个血红素。,(2)过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物。,2、过氧化物酶,3、超氧化物歧化酶（SOD）作用对象：超氧阴离子、自由基作用：催化一分子超氧阴离子氧化生成O2，领一分子超氧阴离子还原为H2O2。2O2-+2H+H2O2+O2 H2O+O2,SOD,过氧化物酶,定义：带有不成对电子的分子、原子或离子的统称。例如：超氧阴离子、羟自由基等。好处：少量并且控制得宜的自由基是有用的。例如白血球利用自由基(超级氧，一氧化氮)来杀死外来的微生物。危害：（1）削弱细胞的抵抗力，使身体易受细菌和病菌感染；（2）破坏或阻碍细胞的正常发展，干扰细胞的功能，甚至演变成癌症；（3）破坏蛋白质，破坏体内的酶，导致炎症和衰老；（4）破坏脂肪，使脂质过氧化，导致动脉粥样硬化，发生心脑血管疾病（5）破坏碳水化合物，使透明质酸降解，导致关节炎等。,补：自由基,章小结,一、生物氧化概念、特点、CO2的生成。二、线粒体氧化体系呼吸链的概念、组成、电子传递顺序。体内重要的两条呼吸链及其组成顺序ATP的生成方式及其相应的概念。影响氧化磷酸化的主要因素。胞质中的两条穿梭作用,