生物化學(xué)生物氧化

關(guān)于生物化學(xué)生物氧化第1頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱(chēng)生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過(guò)程。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能生物氧化的概念

第2頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*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3頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月是在細(xì)胞內(nèi)溫和的環(huán)境中（體溫，pH接近中性），在一系列酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放有利于機(jī)體捕獲能量，提高ATP生成的效率。進(jìn)行廣泛的加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間接獲得氧，并增加脫氫的機(jī)會(huì)；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生H2O，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生CO2。*

生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn)生物氧化體外氧化能量是突然釋放的。產(chǎn)生的CO2、H2O由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成。第4頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*生物氧化的一般過(guò)程第5頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

生成ATP的氧化體系

TheOxidationSystemofATPProducing第6頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義代謝物脫下的成對(duì)氫原子（2H）通過(guò)多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱(chēng)為呼吸鏈(respiratorychain)又稱(chēng)電子傳遞鏈(electrontransferchain)。組成遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）一、呼吸鏈第7頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）呼吸鏈的組成人線(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體*泛醌和Cytc均不包含在上述四種復(fù)合體中。第8頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月呼吸鏈各復(fù)合體在線(xiàn)粒體內(nèi)膜中的位置第9頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四種復(fù)合體的排列關(guān)系第10頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.煙酰胺核苷酸NAD+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NicotinamideAdenineDinucleotide)

，又叫CoⅠ，主要作為呼吸鏈的一個(gè)組分，起遞氫體作用；NADP+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amideAdenineDinucleotidePhosphate)

，又叫CoⅡ，主要在還原性生物合成中作為供氫體。二者的遞氫部位是煙酰胺部分，為VitPP。第11頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)第12頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NAD+（NADP+）的遞氫機(jī)制（氧化型）（還原型）第13頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.黃素輔基FMN：黃素單核苷酸(Flavin

Mononucleotide)FAD：黃素腺嘌呤二核苷酸(FlavinAdenineDinucleotide)FMN和FAD中異咯嗪環(huán)起遞氫體作用。異咯嗪及核醇部分為VitB2（核黃素）。第14頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月FMN結(jié)構(gòu)異咯嗪核醇第15頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

FAD結(jié)構(gòu)第16頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月FMN和FAD遞氫機(jī)制

（氧化型）（還原型）第17頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.鐵硫蛋白(Iron-sulfurprotein,

Fe-S)又叫鐵硫中心或鐵硫簇。含有等量鐵原子和硫原子。鐵除與硫連接外，還與肽鏈中Cys殘基的巰基連接。鐵原子可進(jìn)行Fe2+

Fe3++e反應(yīng)傳遞電子，為單電子傳遞體。第18頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫第20頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.泛醌(ubiquinone,UQ)即輔酶Q（CoenzymeQ，

CoQ），屬于脂溶性醌類(lèi)化合物，帶有多個(gè)異戊二烯側(cè)鏈。因其為脂溶性，游動(dòng)性大，極易從線(xiàn)粒體內(nèi)膜中分離出來(lái)，因此不包含在四種復(fù)合體中。分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地結(jié)合2個(gè)H，為遞氫體。第22頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第23頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第24頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.細(xì)胞色素類(lèi)（Cytochrome,Cyt）是一類(lèi)以鐵卟啉為輔基的電子傳遞蛋白。呼吸鏈中主要有a、b、c、三類(lèi)。差別在于鐵卟啉的側(cè)鏈以及鐵卟啉與蛋白部分連接的方式不同。Cytb、c的鐵卟啉與血紅素相同；Cyta的鐵卟啉為血紅素A。分子中的鐵通過(guò)氧化還原而傳遞電子，為單電子傳遞體。第25頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NADH+H+

NAD+FMNFMNH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2復(fù)合體Ⅰ:NADH-泛醌還原酶NADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌(ubiquinone)第28頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌還原酶琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3琥珀酸延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌第29頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合體Ⅲ:泛醌-細(xì)胞色素c還原酶

QH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1

功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c第30頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3

和CuB形成的活性部位將電子交給O2。

功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧第31頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由以下實(shí)驗(yàn)確定①標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位②拆開(kāi)和重組③特異抑制劑阻斷④還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧（二）呼吸鏈成分的排列順序第32頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第33頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月抑制劑第34頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.NADH氧化呼吸鏈2.琥珀酸氧化呼吸鏈

第35頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈第36頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線(xiàn)粒體內(nèi)重要代謝物氧化的途徑第37頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、氧化磷酸化體內(nèi)ATP生成的方式：氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱(chēng)為偶聯(lián)磷酸化。

底物水平磷酸化(substratelevelphos-phorylation)

是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過(guò)程。第38頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位即ATP生成的部位:復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

根據(jù)自由能變化和P/O比值⊿Go'=-nF⊿Eo'P/O比值：是指物質(zhì)氧化時(shí)，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無(wú)機(jī)磷的摩爾數(shù)，即生成ATP的摩爾數(shù)。

第39頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第40頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三個(gè)偶聯(lián)部位：ATPATPATP①NADH與CoQ之間；②CoQ與Cytc之間；③Cytaa3與氧之間。第41頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.自由能變化(△G0′)：

大于30.5kJ即可生成1摩爾ATP。

△G0′＝－nF△E0′69.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol第42頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化

第43頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

NADH氧化呼吸鏈存在3個(gè)偶聯(lián)部位，P/O比值等于3，即產(chǎn)生3molATP。琥珀酸氧化呼吸鏈存在2個(gè)偶聯(lián)部位，P/O比值等于2，即產(chǎn)生2molATP。第44頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制1.化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotichypothesis)

電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子（H+）從線(xiàn)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(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。

第45頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第46頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線(xiàn)粒體基質(zhì)

線(xiàn)粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖第47頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)滲透假說(shuō)第48頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有質(zhì)子泵作用4H+4H+4H+4H+2H+2H+內(nèi)膜表面基質(zhì)NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸?O2＋2H+H2O第49頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第50頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Q循環(huán)第51頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Q循環(huán)第52頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第53頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合體Ⅱ第54頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.ATP合酶即復(fù)合體Ⅴ。位于線(xiàn)粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)。第55頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ATP合酶F0：為疏水蛋白質(zhì)，是鑲嵌在線(xiàn)粒體內(nèi)膜中的質(zhì)子通道。F1：為親水蛋白質(zhì)，由33亞基組成，催化生成ATP。OSCP：寡霉素敏感相關(guān)蛋白，位于F0與F1之間，使ATP合酶在寡霉素存在時(shí)不能生成ATP。第56頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖第57頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)計(jì)算估計(jì)每生成1分子ATP需3個(gè)H＋從線(xiàn)粒體內(nèi)膜外側(cè)回流進(jìn)入基質(zhì)中。ATP合酶的工作機(jī)制第58頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ATP4-F0F1胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP在線(xiàn)粒體中生成并轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿需4個(gè)H＋回流進(jìn)入線(xiàn)粒體基質(zhì)中第59頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NADH氧化呼吸鏈每傳遞2H僅生成2.5分子ATP到線(xiàn)粒體外被利用。

FADH2氧化呼吸鏈每傳遞2H僅生成1.5分子ATP到線(xiàn)粒體外被利用。第60頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈抑制劑

阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2.解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過(guò)程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白3.氧化磷酸化抑制劑

對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（一）抑制劑第61頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月魚(yú)藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)第62頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同底物和抑制劑對(duì)線(xiàn)粒體氧耗的影響

第63頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線(xiàn)粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP第64頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

寡霉素(oligomycin)可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素第65頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）ADP的調(diào)節(jié)作用是主要調(diào)節(jié)因素。［ADP］↑，氧化磷酸化↑。（三）甲狀腺激素Na+,K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。（四）線(xiàn)粒體DNA突變

與線(xiàn)粒體DNA病及衰老有關(guān)。第66頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度；H+m內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)H+；H+c

內(nèi)膜胞液側(cè)H+目錄第67頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、ATP高能磷酸鍵水解時(shí)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68頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ATP是人體內(nèi)能量的直接供給者。第69頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第70頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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71頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。第72頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以ATP為中心。第73頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、通過(guò)線(xiàn)粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)粒體外膜通透性高，線(xiàn)粒體對(duì)物質(zhì)通過(guò)的選擇性主要依賴(lài)于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。第74頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

線(xiàn)粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

第75頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月胞漿中NADH的氧化胞漿中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)入線(xiàn)粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要有-磷酸甘油穿梭(-glycerophosphateshuttle)蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)第76頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.

α-磷酸甘油穿梭機(jī)制第77頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

NADH+H+FADH2NAD+FAD

線(xiàn)粒體內(nèi)膜

線(xiàn)粒體外膜膜間隙

線(xiàn)粒體基質(zhì)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油第78頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月α-磷酸甘油穿梭機(jī)制（腦和骨骼肌）第79頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.

蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制第80頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋(píng)果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋(píng)果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸蘋(píng)果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線(xiàn)粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈天冬氨酸第81頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

其他氧化酶系TheOthersOxidationEnzymeSystems第82頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、需氧脫氫酶和氧化酶第83頁(yè)，課件共89頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、