環(huán)境生物化學(xué)基礎(chǔ)生物氧化

環(huán)境生物化學(xué)基礎(chǔ)生物氧化第一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)生物氧化的概述

第二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日一、生物氧化概念、特點(diǎn)與方式有機(jī)物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)氧化分解成二氧化碳和水，并釋放出能量的過程稱為生物氧化。又稱為細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。常溫、常壓、生理PH、酶的催化、能量逐步釋放第三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日二、高能化合物（一）高能化合物的概念具有高能鍵的化合物即為高能化合物。一般水解釋放的能量等于或大于5Kcal/mol（約為21KJ/mol）的共價(jià)鍵為高能鍵。第四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（二）生物體中高能化合物的類型1、磷氧鍵型第五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日2、氮磷鍵型

第六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日3、硫酯鍵型

4、甲硫鍵型第七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（三）高能磷酸化合物——ATP的結(jié)構(gòu)及其在生物能量轉(zhuǎn)換中的作用

ATP廣泛地分布在細(xì)胞內(nèi)，在生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換中占有重要的地位。

ATP可從γ端依次移去兩個(gè)磷酸基團(tuán)而生成ADP和AMP。ATP在細(xì)胞的產(chǎn)能和需能過程中起著重要的橋梁作用，所以我們形象地稱ATP為能量流通的貨幣。

第八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)呼吸鏈（電子傳遞鏈）一、呼吸鏈的概念、組成及其功能（一）呼吸鏈的概念呼吸鏈又叫電子傳遞鏈，是由線粒體內(nèi)膜上的一系列電子傳遞體所組成。有機(jī)化合物在體內(nèi)脫氫氧化分解，脫下的氫由輔酶所接受，形成NADH和FADH2等。再通過線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞體，最后把氫傳遞給氧而生成水。在電子傳遞過程中釋放出的能量則使ADP和無機(jī)磷酸結(jié)合形成ATP。第十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（二）呼吸鏈的組成1、煙酰胺脫氫酶第十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日2、黃素酶黃素酶是一類以FMN或FAD為輔基的不需氧的脫氫酶。該酶脫掉底物上的兩個(gè)氫原子，轉(zhuǎn)變成還原態(tài)的FMNH2或FADH2。第十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日3、鐵硫蛋白鐵硫蛋白中含有非血紅素鐵和對(duì)酸不穩(wěn)定的硫，所以也稱鐵硫中心。在生物界廣泛存在，鐵原子可以進(jìn)行Fe2+和Fe3+之間的價(jià)變而傳遞電子，它是一種單電子傳遞體。第十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日4、泛醌泛醌又稱輔酶Q，是一種脂溶性的醌類化合物。它可以攜帶電子和質(zhì)子。第十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日5、細(xì)胞色素細(xì)胞色素類都以血紅素作為輔基，具有紅色或褐色，故命名為細(xì)胞色素。它是呼吸鏈中將電子從輔酶Q傳遞到氧的專一電子傳遞體?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞色素類有30多種，但在細(xì)胞內(nèi)參與生物氧化的細(xì)胞色素有3類，即a、b、c。第十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日二、呼吸鏈中傳遞體的排序1、NADH氧化呼吸鏈

NADH氧化呼吸鏈細(xì)胞內(nèi)最主要的呼吸鏈。2、琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復(fù)合體，輔酶Q和細(xì)胞色素組成。兩條呼吸鏈的傳遞過程可以看出，輔酶Q是兩條傳遞途徑的交匯點(diǎn)。第十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日三、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑凡是能夠阻斷呼吸鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。(一)魚藤酮魚藤酮是一種極毒的植物物質(zhì)，常用作殺蟲劑，是阻斷電子從NADH到CoQ的傳遞。第十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日(二)抗霉素A

抗霉素A是從鏈霉素中分離出的抗菌素，它能抑制細(xì)胞色素b到細(xì)胞色素c1之間的電子傳遞。維生素c可緩解這種抑制作用。第二十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日(三)氰化物、疊氮化物、一氧化碳和硫化氫氰化物、疊氮化物、一氧化碳和硫化氫都能抑制細(xì)胞色素a、a3到氧之間的電子傳遞作用。氰化物、疊氮化物和細(xì)胞色素a3的Fe3+作用，而一氧化碳則可抑制Fe2+的形成。

第二十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)氧化磷酸化一、氧化磷酸化的概念及類型氧化磷酸化是將生物氧化分解過程中釋放的自由能，用以生成ATP的過程，是生物體主要的能量來源。（一）底物水平磷酸化（二）氧化磷酸化第二十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日二、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位與P/O（一）氧化磷酸化的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)對(duì)于真核生物而言，電子傳遞和ATP生成的磷酸化過程都發(fā)生在細(xì)胞中的線粒體內(nèi)膜上。原核生物則是在漿膜上發(fā)生的。第二十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（二）P/O比與偶聯(lián)部位

P/O比指一對(duì)電子通過線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈，傳至氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。第一個(gè)部位是在NADH和輔酶Q之間；第二個(gè)部位是在輔酶Q和細(xì)胞色素c之間，第三個(gè)部位是在細(xì)胞色素a和氧之間。由NADH氧化脫電子，經(jīng)過電子傳遞到氧共產(chǎn)生2.5個(gè)ATP，也即P/O比值為2.5。而琥珀酸氧化過程沒有經(jīng)過第一個(gè)部位，只產(chǎn)生1.5個(gè)ATP，其P/O比為1.5。第二十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日三、氧化磷酸化的機(jī)理（一）ATP合酶

ATP合酶由兩個(gè)部分構(gòu)成，一部分嵌入膜內(nèi)，為基部的F0單元；另一部分在膜外，為球形的F1單元。第二十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（二）化學(xué)滲透假說存在三種假說來說明這個(gè)問題，包括：化學(xué)偶聯(lián)假說，結(jié)構(gòu)偶聯(lián)假說，化學(xué)滲透假說?；瘜W(xué)滲透假說由英國生物化學(xué)家Mitchell于1961年提出的。其要點(diǎn)如下：電子傳遞的結(jié)果，形成了一個(gè)跨內(nèi)膜的H+梯度，這梯度可以促使H+返回線粒體基質(zhì)。H+只能通過內(nèi)膜上專一的質(zhì)子通道返回基質(zhì)，這個(gè)通道就是ATP合酶。就在H+通過ATP合酶返回基質(zhì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)ADP與Pi合成了ATP。第二十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（三）、氧化磷酸化的重建第二十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（四）、ATP合酶的旋轉(zhuǎn)催化理論線粒體ATP合酶的工作機(jī)制至今仍不清楚。目前科學(xué)界公認(rèn)的是美國生物化學(xué)家Boyer于1989年提出的結(jié)合變化機(jī)制和旋轉(zhuǎn)催化模型。第二十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（五）、腺苷酸與磷酸的轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體具有雙層膜，線粒體的外膜通透性高，而線粒體內(nèi)膜的通透性低，線粒體對(duì)物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。磷酸的轉(zhuǎn)運(yùn)靠磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，腺苷酸的轉(zhuǎn)運(yùn)靠腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作為一個(gè)反向轉(zhuǎn)運(yùn)載體介導(dǎo)胞漿ADP和線粒體ATP的交換。第二十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑（一）解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑可以將電子傳遞和磷酸化生成ATP的過程分離，造成電子傳遞失去控制，氧的消耗增加，但ATP不能合成。第三十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期日（二）氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑是既抑制氧的利用又抑制ATP的生成。其典型代表是寡霉素。（三）離子載體抑制劑離子載體抑制劑是運(yùn)輸其它的一價(jià)陽離子，這也等于把電子傳遞釋放的能量用于轉(zhuǎn)運(yùn)了其他離子，不是用來合成ATP。如：纈氨霉素、短桿菌肽等。第三十一頁，共三十三頁，編輯于