生物化學(xué)chapter5的課件資料

生物化學(xué)chapter5的課件資料第1頁/共100頁本章重點及難點重點：掌握什么是生物氧化，高能磷酸化合物的概念及ATP的作用；掌握呼吸鏈電子傳遞體的組成及排列方式，以及受抑制的部位；掌握氧化磷酸化的部位，氧化磷酸化的作用機理，了解其他末端氧化酶系統(tǒng)。難點：與能量代謝有關(guān)的一些概念；呼吸鏈的組成成分、排列順序；氧化磷酸化的機理。第2頁/共100頁第一節(jié)概述第二節(jié)線粒體氧化體系第三節(jié)非線粒體氧化體系第3頁/共100頁第一節(jié)

概述第4頁/共100頁1、生物氧化的概念

生物氧化（BiologicalOxidation）物質(zhì)在生物體內(nèi)氧化分解的過程稱為生物氧化，主要是指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物在生物體內(nèi)分解時逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過程。生物氧化的主要生理意義是為生物體提供能量。第5頁/共100頁2、生物氧化的過程

多糖脂肪蛋白質(zhì)葡萄糖甘油＋脂肪酸氨基酸HCO2TCA乙酰CoAO2H2O能量第6頁/共100頁乳酸脫氫酶第7頁/共100頁3、生物氧化的特點

體內(nèi)氧化體外氧化（1）物質(zhì)氧化方式：加氧、脫氫、失電子（2）物質(zhì)氧化時消耗的氧量、得到的產(chǎn)物和能量相同。相同點:第8頁/共100頁不同點:

體內(nèi)氧化體外氧化（1）反應(yīng)條件：溫和劇烈（2）反應(yīng)過程：分步反應(yīng)一步反應(yīng)能量逐步釋放能量突然釋放氧化的同時有還原水是供氧體碳和氫的氧化不同步（3）產(chǎn)物生成：間接生成直接生成（4）能量形式：熱能、ATP熱能、光能第9頁/共100頁4、生物氧化的方式1.氧化反應(yīng)加氧、脫氫、失電子反應(yīng)2.還原反應(yīng)脫氧、加氫、得電子反應(yīng)生物氧化與一般有機化學(xué)上的氧化還原反應(yīng)完全相同。第10頁/共100頁⑴脫氫反應(yīng)：（生物氧化以脫氫為主）①直接脫氫.例如：丙酮酸C＝OCH3COOH乳酸CHOHCH3COOHNADH＋H＋

乳酸脫氫酶②加水脫氫.例如：NAD＋NADH＋H＋蘋果酸脫氫酶延胡索酸CH－COOH

CH－COOH蘋果酸CH2－COOH

CH(OH)－COOH延胡索酸酶＋H2O草酰乙酸

CO－COOH

CH2－COOHNAD＋第11頁/共100頁⑵加氧反應(yīng)：⑶失電子（e）反應(yīng)例如：例如：細胞色素中鐵的氧化OH

CH2CHNH2COOH

CH2CHNH2COOH＋?O2苯丙氨酸羥化酶苯丙氨酸從底物分子上脫去電子。Fe2＋Fe3＋＋e－e＋e第12頁/共100頁5、生物氧化中CO2的生成方式CO2的生成并不是有機物的碳原子與吸入的氧直接化合的結(jié)果；糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)的代謝過程中會產(chǎn)生許多不同的有機酸，有機酸中的羧基（－COOH）的形成不是碳與分子氧的直接結(jié)合；－COOH中的氧來自水分子中，通過加氫、加水、脫氫進入有機物分子形成有機酸。有機酸脫羧產(chǎn)生CO2

；它是所有生物組織中產(chǎn)生CO2的最根本方式。第13頁/共100頁

在有機酸脫羧反應(yīng)中，根據(jù)脫去的羧基在有機酸中的位置不同，分為α－脫羧和β－脫羧兩種類型。每種類型又根據(jù)脫羧反應(yīng)的同時是否伴有氧化反應(yīng)，又分為單純脫羧和氧化脫羧。脫羧反應(yīng)α－脫羧

單純脫羧

氧化脫羧β－脫羧

單純脫羧

氧化脫羧第14頁/共100頁1.α－單純脫羧2.α－氧化脫羧（一）α－脫羧反應(yīng)RCH2NH2＋CO2氨基酸脫羧酶磷酸吡哆醛R－CαH－COOH

NH3α－氨基酸CH3CO～SCoA＋CO2CH3CαOCOOH＋HSCoA丙酮酸NADH＋H＋NAD＋丙酮酸脫氫酶系第15頁/共100頁第16頁/共100頁6、H2O的生成

代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+

乙醇脫氫酶例：1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO-2H+第17頁/共100頁（1）生物能和ATPATP是生物能存在的主要形式；ATP是能夠被生物細胞直接利用的能量形式；生物化學(xué)反應(yīng)與普通的化學(xué)反應(yīng)一樣,也服從熱力學(xué)的規(guī)律。7、生物能及其存在形式第18頁/共100頁ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸第19頁/共100頁ATP的作用

在生命活動中，直接用來做功（化學(xué)功、滲透功－物質(zhì)跨膜的主動運輸、機械功）；

ATP是生物系統(tǒng)能量交換中心和橋梁；生物體內(nèi)能量的儲存和利用都以ATP為中心；

ATP是能量的流通貨幣。第20頁/共100頁機械能--運動化學(xué)能--合成滲透能--分泌吸收電能--生物電熱能--體溫光能--生物發(fā)光熒火蟲第21頁/共100頁第22頁/共100頁體內(nèi)有些合成反應(yīng)不直接利用ATP供能，而是由ATP將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)給UDP、CDP和GDP，生成UTP、CTP、GTP，作為能量的直接來源參與合成反應(yīng)。如UTP用于糖原的合成，CTP用于磷脂合成，GTP用于蛋白質(zhì)合成等。第23頁/共100頁核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP第24頁/共100頁高能鍵：

含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時可釋放大于21KJ/mol的能量，常用符號表示。（2）高能化合物

定義：

指含有高能鍵，在標準條件下（pH=7，25℃，1mol/L)發(fā)生水解時可釋放大量自由能的化合物。第25頁/共100頁類型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類高能化合物和非磷酸類高能化合物。

必須注意：并非所有的磷酸化合物都是高能化合物，也并非不含磷酸基團的就不是高能化合物。高能磷酸鍵水解時釋放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物。第26頁/共100頁1）磷氧鍵型：如ATP、磷酸烯醇式丙酮酸等；2）磷氮鍵型：如磷酸肌酸等；3）硫酯鍵型：如脂酰CoA等；4）甲硫鍵型：S-腺苷甲硫氨酸。B.可根據(jù)分子結(jié)構(gòu)的特點和所含高能鍵的特征進行分類。第27頁/共100頁磷氧鍵型（－O~P)酰基磷酸化合物1,3-磷酸甘油酸乙酰磷酸10.1千卡/摩爾11.8千卡/摩爾第28頁/共100頁?；姿峄衔锇奔柞Ａ姿狨；佘账岚滨；佘账岬?9頁/共100頁焦磷酸化合物ATP焦磷酸7.3千卡/摩爾第30頁/共100頁烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾第31頁/共100頁磷氮鍵型磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用。第32頁/共100頁硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸?；o酶A第33頁/共100頁甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸第34頁/共100頁具有代表性的高能化合物與低能化合物化合物ΔG0'(pH7.0,25℃）（kJ/mol）高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸－61.9氨基甲酰磷酸－51.41,3－二磷酸甘油酸－49.4磷酸肌酸－43.1乙酰磷酸－43.1琥珀酸單酰CoA－34.3乙酰CoA－33.4ATP（→ADP＋Pi）－30.5ADP（→AMP＋Pi）－30.5低能化合物AMP（→腺苷＋Pi）－14.26－磷酸果糖－13.86－磷酸葡萄糖－13.83－磷酸甘油－9.2乙酸乙酯－7.5第35頁/共100頁第二節(jié)線粒體氧化體系根據(jù)是否產(chǎn)生能量，將生物氧化分為：

線粒體氧化體系和非線粒體氧化體系

線粒體氧化體系：真核發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上，原核發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。非線粒體氧化體系：都發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。第36頁/共100頁

一、呼吸鏈(RespiratoryChain)1、呼吸鏈的概念2、呼吸鏈的組成3、呼吸鏈的排列順序第37頁/共100頁1、呼吸鏈的定義：一系列酶和輔酶按照一定的順序排列在線粒體內(nèi)膜上，可以將代謝物脫下的氫（H＋＋e）逐步傳遞給氧生成水同時釋放能量，由于此過程與細胞攝取氧的呼吸過程有關(guān)，所以這一傳遞鏈稱為呼吸鏈。根據(jù)代謝物上脫下氫的受體不同分NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。第38頁/共100頁第39頁/共100頁NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈

FADH2

↓FeS↓

NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈第40頁/共100頁NADH呼吸鏈H2O12O2O2-MH2還原型代謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+細胞色素b-c-c1-aa3FeS2H+M氧化型代謝底物FADH2呼吸鏈FADFADH2琥珀酸FeS2Fe2+2Fe3+細胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸第41頁/共100頁2、呼吸鏈的組成四個蛋白復(fù)合體：復(fù)合體I～IV兩個可靈活移動的成分：泛醌（Q）和細胞色素C第42頁/共100頁（1）復(fù)合體Ⅰ（NADH一泛醌還原酶）：該復(fù)合體由NADH脫氫酶和鐵硫離子組成，將電子從NADH經(jīng)FMN及鐵硫蛋白傳給泛醌。（2）復(fù)合體Ⅱ（琥珀酸一泛醌還原酶）：該復(fù)合體由琥珀酸脫氫酶和鐵硫離子組成，將電子從琥珀酸經(jīng)FAD及鐵硫蛋白傳遞給泛醌。（3）復(fù)合體Ⅲ（泛醌一細胞色素C還原酶）：該復(fù)合體由細胞色素b和C1及特殊的鐵硫離子組成，將電子從泛醌經(jīng)Cytb、Cytc1傳給Cytc。（4）復(fù)合體Ⅳ（細胞色素C氧化酶）：該復(fù)合體由細胞色素a和a3組成，將電子從Cytc經(jīng)Cytaa3傳遞給氧。

第43頁/共100頁電子傳遞鏈中各中間體的順序NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等復(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合物I復(fù)合物IIINADH脫氫酶輔酶Q-細胞色素還原酶細胞色素C氧化酶琥珀酸-輔酶Q還原酶第44頁/共100頁第45頁/共100頁ComplexI:NADHentersatNADHdehydrogenase(alsoNADH:ubiquinoneoxidoreductaseorNADH-Qoxidoreductase).第46頁/共100頁第47頁/共100頁第48頁/共100頁(complexII):succinateDehydrogenaseFADH2offlavoproteinsalsotransfertheirelectronstoubiquinone(Q),withnoH+pumped.第49頁/共100頁第50頁/共100頁第51頁/共100頁(ComplexIII)

Cytochromebc1complexpasses2e-from1QH2to2cytochromece-transferring&H+pumpinginComplexIIIviatheQcycle(foreach2e-transferred,4H+arereleasedatthePsideand2H+takenfromtheNside)第52頁/共100頁IIIIIIIII第53頁/共100頁第54頁/共100頁第55頁/共100頁TheQcycleTheQcycle1stQH22ndQH2QpQpQNQNAswitchbetween2e-carrier(QH2)and1e-carrier(Cytc)第56頁/共100頁ComplexIV:Cytochromecoxidase,theterminalenzymeoftherespiratorychain,contains3Cuand2hemeAgroupsaselectroncarriers第57頁/共100頁CuA-CuACuBHemeaHemea3CuACuACoppercenterA第58頁/共100頁

NADH：還原型輔酶I它是由NAD+接受多種代謝產(chǎn)物脫氫得到的產(chǎn)物。NADH所攜帶的高能電子是線粒體呼吸鏈主要電子供體之一。第59頁/共100頁

鐵硫蛋白(簡寫為Fe-S)是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與NADHQ還原酶的其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在。它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有兩個活潑的無機硫和兩個鐵原子，故稱鐵硫中心。鐵硫蛋白通過Fe3+

Fe2+

變化起傳遞電子的作用。鐵硫蛋白第60頁/共100頁NADH泛醌還原酶

簡寫為NADHQ還原酶,即復(fù)合物I，它的作用是催化NADH的氧化脫氫以及Q的還原。所以它既是一種脫氫酶，也是一種還原酶。NADHQ還原酶最少含有16個多肽亞基。它的活性部分含有輔基FMN和鐵硫蛋白。FMN的作用是接受脫氫酶脫下來的電子和質(zhì)子，形成還原型FMNH2。還原型FMNH2可以進一步將電子轉(zhuǎn)移給Q。

NADHQ還原酶

NADH+Q+H+=========NAD++QH2第61頁/共100頁

簡寫為Q或輔酶-Q（CoQ），它是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性醌類化合物。泛醌第62頁/共100頁簡寫為cyt.是含鐵的電子傳遞體，輔基為鐵卟啉的衍生物，鐵原子處于卟啉環(huán)的中心，構(gòu)成血紅素。各種細胞色素的輔基結(jié)構(gòu)略有不同。線粒體呼吸鏈中主要含有細胞色素a,b,c和c1等，組成它們的輔基分別為血紅素A、B和C。細胞色素a,b,c可以通過它們的紫外-可見吸收光譜來鑒別。細胞色素主要是通過Fe3+

Fe2+

的互變起傳遞電子的作用的。細胞色素第63頁/共100頁它是電子傳遞鏈中一個獨立的蛋白質(zhì)電子載體，位于線粒體內(nèi)膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細胞色素c1含有相同的輔基，但是蛋白組成則有所不同。在電子傳遞過程中，cyt.c通過Fe3+

Fe2+

的互變起電子傳遞中間體作用。細胞色素c（cyt.c）第64頁/共100頁簡寫為cyt.c氧化酶，即復(fù)合物IV，它是位于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物，由12個多肽亞基組成?；钚圆糠种饕╟yt.a和a3。細胞色素c氧化酶第65頁/共100頁cyt.a和a3組成一個復(fù)合體，除了含有鐵卟啉外，還含有3個銅原子。cyt.aa3可以直接以O(shè)2為電子受體。在電子傳遞過程中，分子中的銅離子可以發(fā)生

Cu+

Cu2+

的互變，將cyt.c所攜帶的電子傳遞給O2。第66頁/共100頁琥珀酸是生物代謝過程（三羧酸循環(huán)）中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，它在琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合物II）催化下，將兩個高能電子傳遞給Q。再通過QH2-cyt,c還原酶、cyt.c和cyt.c氧化酶將電子傳遞到O2。琥珀酸-Q還原酶也是存在于線粒體內(nèi)膜上的蛋白復(fù)合物,它比NADH-Q還原酶的結(jié)構(gòu)簡單，由4個不同的多肽亞基組成。其活性部分含有輔基FAD和鐵硫蛋白。琥珀酸-Q還原酶的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和Q的還原。琥珀酸-Q還原酶第67頁/共100頁3、呼吸鏈的排列順序物質(zhì)的氧化還原電位越低，越容易失去電子，傳給氧化還原電位高的物質(zhì)呼吸鏈的排列順序：各成分按低氧還電位→高氧還電位電子傳遞方向：低氧化還原電位→高氧化還原電位（釋放能量）第68頁/共100頁第69頁/共100頁接受還原性輔酶上的氫原字對(2H++2e)，使輔酶分子氧化，并將電子對順序傳遞，直至激活分子氧，使氧負離子(O2-)與質(zhì)子對(2H+)結(jié)合，生成水。電子對在傳遞過程中逐步氧化放能，所釋放的能量驅(qū)動ADP和無機磷發(fā)生磷酸化反應(yīng)，生成ATP。4、呼吸鏈的作用第70頁/共100頁二、氧化磷酸化1、氧化磷酸化的概念2、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位3、氧化磷酸化的偶聯(lián)機制第71頁/共100頁1、氧化磷酸化的概念

呼吸鏈傳遞H給氧生成水的過程，與ADP磷酸化生成ATP的過程相偶聯(lián)發(fā)生稱為氧化磷酸化，又稱偶聯(lián)磷酸化。根據(jù)生物氧化方式，可將氧化磷酸化分為底物水平磷酸化及電子傳遞體系磷酸化。氧化磷酸化是體內(nèi)生成ATP的主要方式。第72頁/共100頁底物水平磷酸化是在被氧化的底物上發(fā)生磷酸化作用。即底物被氧化的過程中，形成了某些高能磷酸化合物的中間產(chǎn)物，通過酶的作用可使ADP生成ATP。電子傳遞體系磷酸化是指當電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系(呼吸鏈)傳遞給氧形成水時，同時伴有ADP磷酸化為ATP的全過程。通常所說的氧化磷酸化是指電子傳遞體系磷酸化。第73頁/共100頁ATP產(chǎn)生的部位都是有大的電位差變化的地方，例如，NADH呼吸鏈生成ATP的三個部位是：E0'值在此三個部位有大的“跳動”，都在0.2伏以上。ATP產(chǎn)生的部位第74頁/共100頁2、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理化學(xué)偶聯(lián)假說1953年E.C.Slater提出結(jié)構(gòu)偶聯(lián)假說1964年P(guān).D.Boyer提出化學(xué)滲透假說P.Mitchell1961年提出電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲存能量。當質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。第75頁/共100頁

第76頁/共100頁線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡單示意圖第77頁/共100頁化學(xué)滲透假說第78頁/共100頁第79頁/共100頁線粒體ATP酶由F0和F1組成F1：9個亞基組成，負責(zé)ATP的合成。

F0：由3個疏水亞基組成，是質(zhì)子返回的通道。第80頁/共100頁證據(jù):線粒體內(nèi)膜的完整性和質(zhì)子的不可通透性是氧化和磷酸化偶聯(lián)的基礎(chǔ)。1.線粒體膜上的ATP合酶是受質(zhì)子動力推動的酶，可催化ATP水解放能，又可從質(zhì)子動力獲能，合成ATP。ATP合成酶第81頁/共100頁2.H+泵分布在膜上：

NADH脫氫酶細胞色素bc1復(fù)合體細胞色素氧化酶在與這三個復(fù)合體有關(guān)的自由能變化足以將H+泵出,從而形成膜基質(zhì)與膜間隙的H+

梯度。第82頁/共100頁化學(xué)滲透假說示意圖2H+4H+2H+2H+NADH+H+4H+2H+2H+ADP+PiATP高質(zhì)子濃度H2O2e-+++++++++__________質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜磷酸化

氧化

第83頁/共100頁ADP+PiProtenFluxH2O

H+ATP酶作用機理第84頁/共100頁3、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位P/O比值每消耗1mol氧原子，所消耗的無機磷摩爾數(shù)一對電子通過呼吸鏈P/O比值：一對電子通過呼吸鏈時生成ATP的個數(shù)1個氧原子2e+OO2-ADP+PiATP無機磷個數(shù)生成ATP的個數(shù)第85頁/共100頁磷氧比（P/O

）

呼吸過程中無機磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi，因此P/O的數(shù)值相當于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。NADHFADH2O212H2OH2O例實測得NADH呼吸鏈：P/O~3ADP+PiATP實測得FADH2呼吸鏈：P/O~2O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP第86頁/共100頁根據(jù)化學(xué)滲透學(xué)說，計算P/O比每對電子通過NADH-Q還原酶4H+每對電子通過細胞色素bc14H+每對電子通過細胞色素氧化酶2H+10/4=2.5ATP(NADH鏈）6/4=1.5ATPFADH2鏈）第87頁/共100頁4、影響氧化磷酸化的因素（1）呼吸鏈電子傳遞抑制劑能夠?qū)Ｒ蛔钄嗪粑溨心承┎课浑娮觽鬟f的物質(zhì)和化學(xué)藥品。它的特點是可抑制呼吸鏈的某一環(huán)節(jié)，使呼吸鏈中斷。因底物的氧化作用受阻，偶聯(lián)的磷酸化作用無法進行，ATP的生成隨之減少。這類物質(zhì)和化學(xué)藥品大多對人類或哺乳動物乃至需氧生物具有極強的毒性。（一）、生物氧化抑制劑第88頁/共100頁根據(jù)在呼吸鏈上的作用部位，可分為三類：能夠抑制第一位點的有阿米妥（異戊巴比妥）、粉蝶霉素A、魚藤酮等；能夠抑制第二位點的有抗霉素A和二巰基丙醇；能夠抑制第三位點的有CO、H2S和CN-、N3-。其中，CN-和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而CO和H2S主要抑制還原型Cytaa3-Fe2+。第89頁/共100頁魚藤酮殺粉蝶菌素（粉蝶霉素A）阿米妥（異戊巴比妥）×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-