生物氧化演示文稿

生物氧化演示文稿目前一頁\總數七十頁\編于二十點優(yōu)選生物氧化目前二頁\總數七十頁\編于二十點維持生命活動的能量來源光能（太陽能）：植物和某些藻類，通過光合作用將光能轉變成生物能。化學能：動物和多數微生物，通過生物氧化作用將有機物質存儲的化學能釋放出來，并轉變成生物能。目前三頁\總數七十頁\編于二十點代謝合成代謝一般是指將簡單的小分子物質轉變成復雜的大分子物質的過程。分解代謝則是將復雜的大分子物質轉變成小分子物質的過程。糖、脂和蛋白質的合成代謝途徑各不相同，但是它們的分解代謝途徑則有共同之處，即糖、脂和蛋白質經過一系列分解反應后都生成了酮酸并進入三羧酸循環(huán)，最后被氧化成CO2和H2O。目前四頁\總數七十頁\編于二十點第1節(jié)生物氧化概述目前五頁\總數七十頁\編于二十點一、什么是生物氧化????有機物質在生物體內細胞中氧化成二氧化碳和水并釋放能量的過程。細胞如何利用分子氧把代謝物分子中的氫氧化為水?細胞如何在酶的催化下把代謝物分子中的碳氧化為二氧化碳?細胞如何把氧化時產生的能量收集和儲存起來?目前六頁\總數七十頁\編于二十點（一）生物氧化的特點１.在常溫、常壓、接近中性的pH和多水環(huán)境中 進行。２.在一系列酶、輔酶和中間傳遞體的作用下逐 步進行。３.物質氧化分階段進行，能量逐步釋放。４.生物氧化釋放的能量，通過與ATP合成相偶 聯(lián)，實現(xiàn)能量的轉移與利用。目前七頁\總數七十頁\編于二十點（1）直接脫羧作用例如丙酮酸的脫羧

（2）氧化脫羧作用

例如蘋果酸的氧化脫羧生成丙酮酸1．生物氧化中CO2的生成（二）生物氧化的方式目前八頁\總數七十頁\編于二十點（1）脫氫催化脫氫反應的是各種類型的脫氫酶。2．生物氧化中H2O的生成(２)氧化酶催化水的生成氧化酶主要催化以氧分子為電子受體的氧化反應，反應產物為水。?O2+2H++2e-H2O目前九頁\總數七十頁\編于二十點當體系恒溫、恒壓下發(fā)生變化時①△G＜0時，W＞0，體系對外作功，該反應可自發(fā)進行，放能反應②△G=0時，W=0，該反應處于平衡③△G＞0時，W＜0，該反應不可自發(fā)進行，必須吸收外來能量才能進行（吸能反應），同時，該反應的逆過程可以自發(fā)進行。二、生物化學反應的自由能變化目前十頁\總數七十頁\編于二十點偶聯(lián)化學反應標準自由能變化的可加性熱力學上不利的反應可以由熱力學上有利的反應所驅動△G小于0只提示的是反應的方向而不是速率目前十一頁\總數七十頁\編于二十點氧化—還原電勢鋅片溶解Zn2+進入溶液銅沉積Cu2+得電子e提供電子（還原劑）得到電子（氧化劑）目前十二頁\總數七十頁\編于二十點失電子、被氧化、化合價增加得電子、被還原、化合價減少還原劑失電子的傾向氧化劑得電子的傾向標準氧化還原電勢、標準電勢、標準還原電勢氧化-還原電勢正值越大，越易得電子負值越大，越易失電子目前十三頁\總數七十頁\編于二十點三、高能化合物定義：一般將水解時能夠釋放20.9kJ/mol（5千卡/mol)

以上自由能的化合物稱為高能化合物。

G’<-20.9kJ/mol

以：“~”表示高能基團的傳遞高能磷酸鍵目前十四頁\總數七十頁\編于二十點ATP“能量中間體”各種高能化合物的△Go`有高低之分目前十五頁\總數七十頁\編于二十點目前十六頁\總數七十頁\編于二十點ATP斷裂成AMP和焦磷酸焦磷酸7.7千卡/摩爾目前十七頁\總數七十頁\編于二十點磷酸肌酸（哺乳類）磷酸精氨酸（蝦、蟹）磷酸肌酸和磷酸精氨酸——在生物體內起儲存能量的作用H目前十八頁\總數七十頁\編于二十點第２節(jié)電子傳遞鏈（呼吸鏈）真核細胞內的線粒體是生物氧化的主要場所；一、線粒體目前十九頁\總數七十頁\編于二十點目前二十頁\總數七十頁\編于二十點線粒體分為外膜和內膜，之間為膜間空隙外膜：光滑內膜：有許多向內折疊的突起，稱嵴基質：存在內膜以內，膠體，含50%以上蛋白質（酶）線粒體基質：三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化、氨基酸分解、蛋白質合成等有關的酶內膜與嵴：脫氫酶、電子傳遞體系、偶聯(lián)磷酸化的酶類目前二十一頁\總數七十頁\編于二十點由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應的酶催化系統(tǒng)組成的這種代謝途徑一般稱為生物氧化還原鏈，當受氫體是氧時，稱為呼吸鏈。一、電子傳遞鏈一系列電子載體按對電子親和力逐漸升高的順序組成的電子傳遞系統(tǒng)。

線粒體內膜目前二十二頁\總數七十頁\編于二十點煙酰胺脫氫酶類黃素脫氫酶類鐵硫蛋白類泛醌細胞色素類

（一）電子傳遞鏈的組成目前二十三頁\總數七十頁\編于二十點NAD+

+2e+2H+NADH+H+NADP++2e+2H+NADPH+H+1.煙酰胺脫氫酶類目前二十四頁\總數七十頁\編于二十點FMN+2e+2H+

FMNH2FAD+2e+2H+

FADH22.黃素蛋白目前二十五頁\總數七十頁\編于二十點鐵硫蛋白(簡寫為Fe-S)是一種與電子傳遞有關的蛋白質，它與其它蛋白質組分結合成復合物形式存在。3.鐵硫蛋白目前二十六頁\總數七十頁\編于二十點鐵硫蛋白(2Fe-2S)含有兩個活潑的無機硫和兩個鐵原子。鐵硫蛋白通過Fe3+

Fe2+

變化起傳遞電子的作用目前二十七頁\總數七十頁\編于二十點4.細胞色素類(Cyt)

是含鐵的Pr

以血紅素為輔基電子傳遞蛋白

通過Fe3+Fe2+互變起傳遞電子的作用目前二十八頁\總數七十頁\編于二十點Cyta：輔基是血紅素ACytb：------------------BCytc：------------------C——卟啉的側鏈基團不同目前二十九頁\總數七十頁\編于二十點目前三十頁\總數七十頁\編于二十點目前三十一頁\總數七十頁\編于二十點Cytaa3復合體(細胞色素c氧化酶)除含2個鐵卟啉，還含2個銅原子(Cu+

Cu2+)目前三十二頁\總數七十頁\編于二十點（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。一種脂溶性醌類化合物。5.

泛醌目前三十三頁\總數七十頁\編于二十點輔酶-Q的功能Q很容易接受電子和質子，還原成QH2（還原型）；QH2也容易給出電子和質子，重新氧化成Q。它在線粒體呼吸鏈中作為電子和質子的傳遞體。目前三十四頁\總數七十頁\編于二十點（二）電子傳遞鏈的排列順序目前三十五頁\總數七十頁\編于二十點2eFMNFeSbFeSC1FADFeS(b)Q2e2e復合物I復合物II琥珀酸復合物III2e2eCCaa3Cu2e1/2O2復合物Ⅳ

琥珀酸脫氫酶NADH脫氫酶細胞色素b、C1復合體細胞色素氧化酶NADH

2條線粒體呼吸鏈NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈目前三十六頁\總數七十頁\編于二十點呼吸鏈的排列原則：

電子從還原性強的化合物到氧化性強的化合物，自由能降低，放出能量。還原態(tài)氧化態(tài)自由能降低放能目前三十七頁\總數七十頁\編于二十點電子傳遞順序的實驗證據1.測定呼吸鏈各組分的氧化還原電位

FADH2-0.18NADHFMNCoQCytbCytC1CytCCytaa3O2E0’

–0.32-0.3+0.1+0.07+0.22+0.25+0.29(v)+0.822.測定呼吸鏈各組分在氧化還原狀態(tài)的特有的光譜吸收3.用各種呼吸鏈特異抑制劑分析各組分的氧化還原狀態(tài)目前三十八頁\總數七十頁\編于二十點三、呼吸鏈中的復合物電子傳遞鏈組分除泛醌和細胞色素c外，其余組分形成４個復合物鑲嵌于內膜。目前三十九頁\總數七十頁\編于二十點

(1)NADH脫氫酶即復合物I，作用：是催化NADH的氧化脫氫以及Q的還原。既是一種脫氫酶，也是一種還原酶。包括：以FMN為輔基的黃素蛋白、多種鐵硫蛋白。

NADHQ還原酶

NADH+Q+H+=========NAD++QH2目前四十頁\總數七十頁\編于二十點目前四十一頁\總數七十頁\編于二十點即復合物Ⅱ，包括：以FAD為輔基的黃素蛋白、鐵硫蛋白、細胞色素b558。作用：催化琥珀酸的脫氫和Q的還原。（２）琥珀酸脫氫酶目前四十二頁\總數七十頁\編于二十點(３)

細胞色素C還原酶即復合物III,也稱細胞色素bC1復合體。包括：細胞色素b和c1以及鐵硫蛋白（2Fe-2S）。作用：催化電子從還原型QH2轉移到細胞色素c。

Cytc還原酶

QH2+2Cytc(Fe3+)====Q+2Cytc(Fe2+)+2H+目前四十三頁\總數七十頁\編于二十點目前四十四頁\總數七十頁\編于二十點(４)

細胞色素c氧化酶即復合物IV包括：Cytaa3和含銅蛋白。作用：催化電子從還原型細胞色素c傳遞給分子氧。目前四十五頁\總數七十頁\編于二十點目前四十六頁\總數七十頁\編于二十點復合體復合體Ⅰ復合體Ⅱ復合體Ⅲ復合體Ⅳ

酶名稱NADH脫氫酶琥珀酸脫氫酶Cytb、C1復合體Cyt氧化酶

輔基

FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S

血紅素，F(xiàn)e-S

血紅素，Cu目前四十七頁\總數七十頁\編于二十點2eFMNFeSbFeSC1FADFeS(b)Q2e2e復合物I復合物II琥珀酸復合物III2e2eCCaa3Cu2e1/2O2復合物Ⅳ

琥珀酸脫氫酶NADH脫氫酶細胞色素b、C1復合體細胞色素氧化酶NADH

2條線粒體呼吸鏈NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈目前四十八頁\總數七十頁\編于二十點三、電子傳遞鏈的抑制劑——阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質；

魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素

阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞；抗霉素A

抑制電子從Cytb到Cytc1的傳遞；氰化物、疊氮化物、CO等

阻斷電子由Cytaa3傳遞到氧目前四十九頁\總數七十頁\編于二十點2、離子載體抑制劑與氫離子外的其他一價陽離子K+、Na+結合形成脂溶性復合物，使其跨膜轉移。例如：頡氨霉素，形成復合物過程耗去了能量，不能用于ATP的形成。3、氧化磷酸化抑制劑既抑制氧的利用，又抑制ATP的形成；但不抑制電子傳遞過程。寡霉素目前五十頁\總數七十頁\編于二十點第３節(jié)氧化磷酸化目前五十一頁\總數七十頁\編于二十點一、ATP合成反應

氧化磷酸化

底物水平磷酸化光合磷酸化氧化磷酸化——電子從NADH或FADH2經電子傳遞鏈傳遞到分子氧形成水，同時偶聯(lián)ADP磷酸化生成ATP的過程。

底物水平磷酸化——在底物氧化過程中，形成了某些高能中間代謝物，再通過酶促磷酸基團轉移反應，直接偶聯(lián)ATP的形成過程。目前五十二頁\總數七十頁\編于二十點P磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸⑩產能琥珀酰-CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）目前五十三頁\總數七十頁\編于二十點NADH氧化過程中有三個反應的G’<-30.5kJ/mol。

NADHFMNH2CytbCytcCytaa3O2-55.6kJ/mol-34.7kJ/mol-102.1kJ/mol這三個反應分別與ADP的磷酸化反應偶聯(lián)，產生2.5個ATP。這些反應稱為呼吸鏈的偶聯(lián)部位。氧化磷酸化復合物ⅣCytc氧化酶復合物Ⅲ

Cytc還原酶復合物ⅠNADH脫氫酶目前五十四頁\總數七十頁\編于二十點NADH2eFMNFeSbFeSC1bFADFeS(b)Q2e2e琥珀酸2e2eCCaa3Cu2e1/2O2ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP從NADHO2產生2.5個ATP從FADH2

O2產生1.5個ATP目前五十五頁\總數七十頁\編于二十點—消耗一個氧原子所產生的ATP分子數

反映氧化磷酸化的效率二、P/O比值NADH完全氧化P／O：2.5FADH2完全氧化P／O：1.5目前五十六頁\總數七十頁\編于二十點1961年，英國生物化學家PeterMitchell(1920-1992)三、氧化磷酸化偶聯(lián)機制目前五十七頁\總數七十頁\編于二十點ATP酶復合體線粒體內膜表面有一層規(guī)則地間隔排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復合體，是ATP合成的場所。結構：頭部：ATP合酶（偶聯(lián)因子F1）柄部：棒狀Pr，對寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，與內膜連接（FO）線粒體偶聯(lián)因子F1-F0F1-F0-ATPase復合物ATP合酶目前五十八頁\總數七十頁\編于二十點化學滲透假說的要點是：a.氧化磷酸化偶聯(lián)依賴線粒體內膜的完整性b.線粒體內膜的電子傳遞鏈是一個質子泵；c.在電子傳遞鏈中，電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時釋放出來的能量，用于驅動膜內側的H+遷移到膜外側（膜對H+是不通透的）。這樣，在膜的內側與外側就產生了跨膜質子梯度(pH)和電位梯度（）；目前五十九頁\總數七十頁\編于二十點d.在膜內外勢能差的驅動下，膜外高能質子沿著一個特殊通道（ATP酶的組成部分），跨膜回到膜內側。質子跨膜過程中釋放的能量，直接驅動ADP和磷酸合成ATP。目前六十頁\總數七十頁\編于二十點1、解偶聯(lián)劑（uncoupler）——使電子傳遞和ATP形成兩個過程分離；

不抑制電子傳遞，只抑制ATP形成；使電子傳遞所產生的自由能變?yōu)闊崮?；對底物水平磷酸化沒有影響

如：2,4-二硝基苯酚、雙香豆素四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制目前六十一頁\總數七十頁\編于二十點２、氧化磷酸化抑制劑既抑制氧的利用，又抑制ATP的形成但不抑制電子傳遞過程

寡霉素３、離子載體抑制劑與氫離子外的其他一價陽離子結合形成脂溶性復合物，使其跨膜轉移。

纈氨霉素（K+）、短桿菌肽（K+/Na+等）目前六十二頁\總數七十頁\編于二十點1.磷酸甘油穿梭作用2.蘋果酸穿梭作用五、線粒體的穿梭系統(tǒng)目前六十三頁\總數七十頁\編于二十點胞液線粒體內膜基質磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油NADH+H+NAD+FADH2FAD+α-磷酸甘油脫氫酶以NAD+為輔酶α-磷酸甘油脫氫酶以FAD+為輔酶呼吸鏈1.5ATP磷酸甘油穿梭作用目