十二次生物氧化與氧化磷酸化一演示文稿

1、十二次生物氧化與氧化磷酸化一演示文稿第一頁，共六十四頁。十二次生物氧化與氧化磷酸化一第二頁，共六十四頁。第五節(jié) 磷酸戊糖途徑一、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)歷程二、磷酸戊糖途徑的化學(xué)計(jì)量與反應(yīng)特點(diǎn)三、磷酸戊糖途徑的意義四、磷酸戊糖途徑調(diào)控第三頁，共六十四頁。糖 脂肪 蛋白質(zhì) CO2和H2O O2能量ADP+PiATP熱能一、生物氧化的概念 第一節(jié) 生物氧化概述（一）廣義和狹義的生物氧化概念第四頁，共六十四頁。廣義：有機(jī)物（糖、脂肪、蛋白質(zhì)等）在體內(nèi)氧化分解生成CO2和H2O，并逐步釋放能量，產(chǎn)生ATP的過程。 包括有機(jī)物的氧化過程、呼吸鏈的電子傳遞和ATP的合成。狹義：呼吸鏈的電子傳遞和ATP的合成。第

2、五頁，共六十四頁。（二）生物氧化的特點(diǎn) 1.生物氧化是在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的酶促氧化過程，反應(yīng)條件溫和（水溶液，中性pH和常溫）。 2.氧化進(jìn)行過程中，必然伴隨生物還原反應(yīng)的發(fā)生。 3.水是許多生物氧化反應(yīng)的氧供體。通過加水脫氫作用直接參予了氧化反應(yīng)。 4.在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步進(jìn)行的。氧化過程中脫下來的氫質(zhì)子和電子，通常由各種載體，如NADH等傳遞到氧并生成水。第六頁，共六十四頁。 5.生物氧化是一個(gè)分步進(jìn)行的過程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反應(yīng)的產(chǎn)物都可以分離出來。這種逐步進(jìn)行的反應(yīng)模式有利于在溫和的條件下釋放能量，提高能量利用率。 6.生物氧化釋放的能量，通過與ATP合

3、成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用的生物能ATP。第七頁，共六十四頁。生物氧化與體外氧化的相同點(diǎn)：生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2、H2O）和釋放能量均相同。第八頁，共六十四頁。生物氧化與體外燃燒的不同點(diǎn) 生物氧化 體外燃燒反應(yīng)條件 溫 和 劇 烈 (體溫、pH近中性) (高溫、高壓)反應(yīng)過程 逐步進(jìn)行的酶促反應(yīng) 一步完成能量釋放 逐步進(jìn)行 瞬間釋放 （化學(xué)能、熱能） （熱能）CO2生成方式 有機(jī)酸脫羧 碳和氧結(jié)合H2O 需 要 不需要第九頁，共六十四頁。(三)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式（3） 加氧（2）

4、脫氫 (最主要)（1） 失電子RH + O2 ROH12COOHC =O + 2H CH3 （2H+ +2e） COOH HOCH CH3Fe2+ Fe3+ + e第十頁，共六十四頁。（四）生物氧化中二氧化碳的生成 生物氧化中二氧化碳的生成是由于糖、蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物進(jìn)行脫羧反應(yīng)。1.-脫羧和-脫羧；2.直接脫羧和氧化脫羧：氧化脫羧是指脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）。第十一頁，共六十四頁。CO2 丙酮酸脫氫酶系NADH+H+NAD+CoACH3CSCoAO第十二頁，共六十四頁。異檸檬酸脫氫酶NAD+NADH+H+CO2*第十三頁，共六十四頁。丙酮酸脫羧酶CO2 CHOCH3

5、第十四頁，共六十四頁。（五）生物氧化中水的生成 生物氧化中所生成的水是代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧結(jié)合而成的。 多數(shù)情況下脫氫酶和氧化酶之間需要一些電子傳遞體才能將質(zhì)子和電子交給氧生成水。第十五頁，共六十四頁。二、生物氧化中有關(guān)的酶類（一）電子轉(zhuǎn)移酶 只催化電子的得失，實(shí)際也是電子傳遞體。主要有鐵硫蛋白和細(xì)胞色素類。第十六頁，共六十四頁。（二）氧化酶類組成：結(jié)合酶酶蛋白輔基：含F(xiàn)e 、 Cu舉例：細(xì)胞色素氧化酶、抗壞血酸氧化酶等特點(diǎn)：催化底物脫氫后，以O(shè)2為直接受氫體，生成H2O。RH2 2Cu2+ O2 H2O R 2Cu+ O2122H+2e 2e 第十七頁，共六十四頁。（三）需

6、氧脫氫酶 特點(diǎn)：催化底物脫氫后，以O(shè)2為直接受氫體，生成H2O2。組成：結(jié)合酶酶蛋白輔基：FMN 、FADRH2 FMN /FAD H2O2 R FMNH2/FADH2 O2 2H2H舉例：黃嘌呤氧化酶第十八頁，共六十四頁。（四）脫氫酶 特點(diǎn)：催化底物脫氫后，以NAD、NADP 、FAD或FMN等為直接受氫體。組成：結(jié)合酶酶蛋白輔基：NAD、NADP、FAD等RH2 NAD R NADH H2H舉例：蘋果酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶等第十九頁，共六十四頁。（五）加氧酶（1） 單加氧酶（混合功能氧化酶、羥化酶）RH + NADPH + H+ + O2 單加氧酶ROH + NADP+ +

7、 H2O第二十頁，共六十四頁。（2）雙加氧酶O2色氨酸加雙氧酶色氨酸甲酰犬尿氨酸第二十一頁，共六十四頁。（六）其它酶類 （1）過氧化氫酶（2）過氧化物酶 RH2 + H2O2 R + 2H2O 過氧化物酶H2O2 + H2O2 2 H2O+ O2 過氧化氫酶（3）超氧物歧化酶（SOD）2O2+2HH2O2+O2SOD+第二十二頁，共六十四頁。三、高能化合物(一)高能化合物的概念一般將水解時(shí)能夠釋放20.92 kJ /mol（5Kcal/mol)以上自由能的化合物稱為高能化合物。在高能化合物分子中，釋放出大量自由能時(shí)水解斷裂的活潑共價(jià)鍵稱為高能鍵。第二十三頁，共六十四頁。 按其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所含

8、高能鍵的特征分：磷氧鍵型磷氮鍵型硫碳鍵型（硫酯鍵型、甲硫鍵型）（二）高能化合物的類型第二十四頁，共六十四頁。 （1）磷氧鍵型（O-P)(A)?；姿峄衔?,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸第二十五頁，共六十四頁。氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账岬诙?，共六十四頁。（B）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸第二十七頁，共六十四頁。（C）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）磷氧鍵型：?；姿峄衔?、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物第二十八頁，共六十四頁。（2） 氮磷鍵型（如胍基磷酸化合物）磷酸肌酸磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲(chǔ)存能量的作用。H第二十九頁，共六十四頁。（3）硫碳鍵型?；?/p>

9、輔酶AA、硫酯鍵型第三十頁，共六十四頁。B、甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸第三十一頁，共六十四頁。（三）最重要的高能化合物ATP（1）ATP的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與水解自由能的關(guān)系第三十二頁，共六十四頁。 ATP是生物體通用的能量貨幣。 ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體。 ATP在傳遞能量方面起著轉(zhuǎn)運(yùn)站的作用，它是能量的攜帶者和轉(zhuǎn)運(yùn)者，但不是能量的貯存者。 （2）ATP在能量轉(zhuǎn)化中的作用第三十三頁，共六十四頁。 磷酸基團(tuán)往往從磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能高的物質(zhì)向勢能低的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。 磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能在數(shù)值上等于其水解反應(yīng)的G0。磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能（kcal/mol)246810121416ATPPEP1，3-二P甘油酸

10、6-P葡萄糖3-P甘油ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體第三十四頁，共六十四頁。第二節(jié) 電子傳遞鏈第三十五頁，共六十四頁。一、電子傳遞鏈的概念和存在部位 概念:在生物氧化過程中，代謝物上脫下的氫經(jīng)過一系列的按一定順序排列的氫傳遞體和電子傳遞體的傳遞，最終與氧結(jié)合生成水。這些氫和電子的傳遞體系稱為電子傳遞鏈.由于此過程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，所以將此傳遞鏈稱為呼吸鏈。2H 2H + + 2e 部位:真核線粒體的內(nèi)膜上，原核生物在細(xì)胞膜上。第三十六頁，共六十四頁。二、電子傳遞鏈的組分 （一）黃素蛋白類脫氫酶 （二）鐵硫蛋白類 （三）輔酶Q （四）細(xì)胞色素類第三十七頁，共六十四頁。黃素單核苷酸的結(jié)構(gòu)黃素蛋白

11、類第三十八頁，共六十四頁。黃素腺嘌呤二核苷酸的結(jié)構(gòu)第三十九頁，共六十四頁。黃素核苷酸的作用原理核黃素(黃色)-2H+2H還原型核黃素(無色)FAD/FMN FADH2/FMNH2+2H-2H第四十頁，共六十四頁。鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進(jìn)行Fe2+ Fe3+e 反應(yīng)傳遞電子。 表示無機(jī)硫 第四十一頁，共六十四頁。Fe 2+ Fe 3+-e+e鐵硫蛋白的作用原理FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b第四十二頁，共六十四頁。輔酶Q的結(jié)構(gòu)及作用原理O CH3 CH3H3COH3COO（CH2CH=C CH2）n HOOH3COH3COCH3RH3COH3C

12、OOHOHCH3R+2H-2H泛醌第四十三頁，共六十四頁。細(xì)胞色素體系（Cyt）（1） Cyt的本質(zhì)細(xì)胞色素 = 酶蛋白 + 血紅素（2） Cyt的分類30多種a類：a、a1、a2、 a3 b類：b、b17、P450 c類：c、c1、c2、 c3 第四十四頁，共六十四頁。血紅素Ab型血紅素第四十五頁，共六十四頁。c型血紅素b型血紅素第四十六頁，共六十四頁。線粒體（ a、a3 、b、 c、 c1）微粒體（ b5、P450 ）（3） Cyt的存在部位Cyt aa3 （細(xì)胞色素氧化酶）： 呼吸鏈中唯一直接將e傳遞給O2 （4）Cyt在呼吸鏈中的作用2Cyt-Fe3+2e 2Cyt-Fe2+ 2Cyt

13、aa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2- 第四十七頁，共六十四頁?？偨Y(jié)：呼吸鏈各組分的作用名稱 本質(zhì) 在呼吸鏈中作用尼克酰胺核苷酸NAD+ 、 NADP+不需氧脫氫酶的輔酶NAD(P)+ NAD(P)H+H+2H-2HFAD/FMN FADH2/FMNH2+2H-2H黃素蛋白結(jié)合酶 FMN 、FAD 鐵硫蛋白結(jié)合酶 Fe 、S Fe2+ Fe 3+-e+e第四十八頁，共六十四頁。名稱 本質(zhì) 在呼吸鏈中作用CoQ CoQH2+2H-2H輔酶Q(CoQ)脂溶性醌類化合物Fe2+ Fe 3+-e+e結(jié)合酶鐵卟啉 細(xì)胞色素(Cyt) 第四十九頁，共六十四頁。三、 呼吸鏈上電子

14、傳遞體的排列（一）電子傳遞鏈在膜上的存在狀態(tài) 除了CoQ和細(xì)胞色素C外，電子傳遞鏈上的電子傳遞體組成了四個(gè)復(fù)合體。第五十頁，共六十四頁。復(fù)合體 酶名稱 輔基復(fù)合體 NADH-泛醌還原酶 FMN,Fe-S復(fù)合體 泛醌-細(xì)胞色素C還原酶 鐵卟啉,Fe-S 復(fù)合體 琥珀酸-泛醌還原酶 FAD,Fe-S復(fù)合體 細(xì)胞色素C氧化酶 鐵卟啉,Cu第五十一頁，共六十四頁。 胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜 呼吸鏈各復(fù)合體位置示意圖第五十二頁，共六十四頁。1、復(fù)合體 NADH-泛醌還原酶復(fù)合體將電子從還原型煙酰胺（尼克酰胺）腺嘌呤二核苷酸（NADH）傳遞給泛醌復(fù)合體含有以黃素單核苷酸為輔基的黃素蛋白和以鐵硫簇（Fe-

15、S)為輔基的鐵硫蛋白。第五十三頁，共六十四頁。復(fù)合體的功能 NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2還原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH2第五十四頁，共六十四頁。2、復(fù)合體 琥珀酸-泛醌還原酶 復(fù)合體將電子從琥珀酸傳遞給泛醌復(fù)合體含有以黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為輔基的黃素蛋白、鐵硫蛋白和細(xì)胞色素（Cyt)b560第五十五頁，共六十四頁。3、復(fù)合體 泛醌-細(xì)胞色素C還原酶 復(fù)合體 將電子從 泛醌傳遞給細(xì)胞色素C復(fù)合體 含有2種細(xì)胞色素b（Cyt b562, Cyt b566）、 細(xì)胞色素C1和鐵硫蛋白第五十六頁，共六十四頁。4、復(fù)合體 細(xì)胞色素C氧化酶 復(fù)合體 將電子從 細(xì)胞色素C傳遞

16、給氧復(fù)合體中含有Cyta和Cyta3第五十七頁，共六十四頁。 RH2 O2還原態(tài)氧化態(tài)（二）呼吸鏈成分的排列順序 1、研究方法（3）利用呼吸鏈抑制劑（2）呼吸鏈復(fù)合物重組（1）測各組分氧化還原電位（E0） 遞增（4）利用光譜變化確定各組分的氧還狀態(tài)第五十八頁，共六十四頁。呼吸鏈中各氧還對的Eo氧化還原對 (V)NAD+/NADH +H+ -0.32FMN/FMNH2 -0.30FAD/FADH2 -0.06Q/QH2 0.04(或0.10)Cyt b (Fe3+)/(Fe2+) 0.07Cyt c1 (Fe3+)/(Fe2+) 0.22Cyt c (Fe3+)/(Fe2+) 0.25Cyt a

17、 (Fe3+)/(Fe2+) 0.29Cyt a3 (Fe3+)/(Fe2+) 0.551/2O2/H2O 0.82 _Eo第五十九頁，共六十四頁。 NADH FMN（Fe-S） CoQ Cytb、c1 Cytc Cytaa3 O2 （Fe-S） （Cu2+） FAD（Fe-S） 琥珀酸呼吸鏈復(fù)合物重組第六十頁，共六十四頁。2Fe2+2Fe3+2e b 2Fe2+2Fe3+2ec12Fe2+2Fe3+2ec2Fe2+2Fe3+2eaa31/2O2O2-2e2H+H2O呼吸鏈中細(xì)胞色素的排列及電子傳遞過程 b c1 c aa3 1/2O第六十一頁，共六十四頁。(三)線粒體內(nèi)重要的兩條呼吸鏈1、NADH氧化呼吸鏈RH2 NAD+ FMNH2 CoQ 2Cyt-Fe2+ 1/2O2 （Fe-S）R NADH FMN CoQH2 2Cyt-Fe3+ O