第七版生物化學(xué) 第06章生物氧化

生物化學(xué)第六章生物氧化BiologicalOxidation主講人：王平濰坊醫(yī)學(xué)院生化教研室生成ATP的氧化磷酸化體系其他不生成ATP的氧化體系目錄概述物質(zhì)在生物體內(nèi)進展氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時逐漸釋放能量，最終生成CO2和H2O的過程。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能一、生物氧化〔BiologicalOxidation〕的概念此過程需耗氧、排出CO2，又在活細胞內(nèi)進展，故又稱細胞呼吸。糖原甘油三酯蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoA電子傳送H2OADP+PiATPCO2生物氧化的普經(jīng)過程2HTAC1.ATP如何產(chǎn)生的？2.H2O如何生成？本章主要處理的問題是：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)氧化時耗費的氧量、得到的產(chǎn)物和能量一樣。1、一樣點二.生物氧化的特點2、不同點體內(nèi)氧化體外氧化〔1〕反響條件：溫暖猛烈〔2〕反響過程：分步反響一步反響能量逐漸釋放能量忽然釋放〔3〕產(chǎn)物生成：間接生成直接生成〔4〕能量方式：熱能、ATP熱能、光能Section1TheOxidationSystemofProducingATP第一節(jié)生成ATP的氧化磷酸化體系呼吸鏈的種類及陳列順序呼吸鏈的部位、概念及本質(zhì)呼吸鏈的組成及特點呼吸鏈一氧化呼吸鏈?zhǔn)且幌盗杏须娮觽魉凸δ艿难趸瘡?fù)原組分真核生物生物氧化發(fā)生的場所——線粒體原核生物生物氧化發(fā)生的場所——細胞質(zhì)膜部位基本概念呼吸鏈營養(yǎng)物質(zhì)代謝脫下的成對氫原子〔2H〕以復(fù)原當(dāng)量方式存在，再經(jīng)過多種酶和輔酶催化的氧化復(fù)原連鎖反響逐漸傳送，最終與氧結(jié)合生成水，逐漸釋放的能量可驅(qū)動ATP生成。這包含多種氧化復(fù)原組分的傳送鏈稱為氧化呼吸鏈(oxidativerespiratorychain)又稱電子傳送鏈(electrontransferchain)。遞氫體遞電子體呼吸鏈中參與傳送H的輔酶或輔基。呼吸鏈中參與傳送電子的輔酶或輔基。本質(zhì)：酶和輔酶。功能：傳送氫和電子〔2H2H++2e〕呼吸鏈基本概念呼吸鏈呼吸鏈組成：遞氫體和電子傳送體。H2O〔一〕氧化呼吸鏈由4種具有傳送電子才干的復(fù)合體組成呼吸鏈由一系列的氫傳送體和電子傳送體組成。電子傳送過程釋放的能量驅(qū)動H+移出線粒體內(nèi)膜，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐑?nèi)膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。組成四種酶復(fù)合體：復(fù)合體I～IV兩個可靈敏挪動的成分：泛醌〔Q〕和細胞色素C呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置*泛醌和Cytc不包含在上述四種復(fù)合體中。人線粒體呼吸鏈復(fù)合體復(fù)合體酶稱號復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體ⅣNADH-泛醌復(fù)原酶琥珀酸-泛醌復(fù)原酶泛醌-細胞色素C復(fù)原酶細胞色素c氧化酶輔基FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S鐵卟啉，F(xiàn)e-S鐵卟啉，Cu多肽鏈數(shù)3941113復(fù)合體酶稱號復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體ⅣNADH-泛醌復(fù)原酶琥珀酸-泛醌復(fù)原酶泛醌-細胞色素C復(fù)原酶細胞色素c氧化酶輔基FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S鐵卟啉，F(xiàn)e-S鐵卟啉，Cu多肽鏈數(shù)39413功能:復(fù)合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-21、復(fù)合體Ⅰ〔NADH-泛醌復(fù)原酶〕是將NADH+H+中的電子傳送給泛醌，每傳送2個電子可將4個H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，有質(zhì)子泵功能。1.NADH2.FMN3.Fe-S4.CoQ復(fù)合體Ⅰ組成黃素蛋白，輔基為FMN或FAD;鐵硫蛋白，輔基為Fe-S?！?〕NAD+和NADP+的構(gòu)造R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+〔2〕尼克酰胺核苷酸的作用原理+H+e+H++H+2HHHeH+HNAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2H雙電子傳送體FMN稱為黃素單核苷酸，是黃素蛋白(酶)的輔基，發(fā)揚功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化復(fù)原反響時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMNH?,屬于單、雙電子傳送體。FMNH???復(fù)合體Ⅰ成分1FMN：遞氫體復(fù)合體Ⅰ成分2Fe-S：單電子傳送體鐵硫簇(Fe-S)是鐵硫蛋白(酶)中輔基，含有等量鐵原子和硫原子，主要(2Fe-2S)或(4Fe-4S)方式存在.其中鐵原子可進展Fe2+Fe3++e反響傳送電子。泛醌〔ubiquinone,Q〕亦稱輔酶Q〔CoenzymeQ,CoQ〕人體中：CoQ10〔1〕構(gòu)造1)含有很多異戊二烯側(cè)鏈的醌類化合物2)脂溶性3)是電子傳送體中獨一可游離存在的電子載體〔無蛋白〕〔2〕作用：電子和質(zhì)子的傳送體在各復(fù)合體間募集并穿越傳送復(fù)原當(dāng)量和電子。在電子傳送和質(zhì)子挪動的偶聯(lián)中起著中心作用?！?〕泛醌的作用機理復(fù)合體Ⅰ電子傳送：NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQMNADH+H+NAD+FMNFMNH2復(fù)原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2MH2M4H+2e2e2e2e代謝物2.復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌復(fù)原酶功能:將電子從琥珀酸傳送給泛醌復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFAD;Fe-S1;Fe-S2;Fe-S3復(fù)合體Ⅱ沒有H+泵的功能。構(gòu)造及組成黃素蛋白，輔基為FAD;鐵硫蛋白，輔基為Fe-S1234遞氫體〔1〕黃素核苷酸的作用原理琥珀酸FADH2Fe-SCoQ電子傳送3.復(fù)合體Ⅲ:泛醌-細胞色素c復(fù)原酶功能：將電子從泛醌傳送給細胞色素c復(fù)合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1b562、b566是吸收波長不同的兩個細胞色素，b562電位較高，又稱bH;b566電位較低，又稱bL。細胞色素b-c1復(fù)合體細胞色素體系〔cytochrome,Cyt〕〔1〕Cyt的本質(zhì)細胞色素=酶蛋白+血紅素細胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳送的酶類。血紅素中的鐵原子可進展Fe2+Fe3++e反響傳送電子,屬單電子傳送體?！?〕Cyt的功能〔3〕Cyt的分類(根據(jù)吸收光譜和最大吸收峰的不同〕30多種a類：a、a1、a2、a3…b類：b、b1～7、P450…c類：c、c1、c2、c3…各種復(fù)原型細胞色素的主要光吸收峰細胞色素波長（nm）αβγa600439b562532429c550521415c1554524418Cytc是呼吸鏈獨一水溶性球狀蛋白，與線粒體內(nèi)膜外外表疏松結(jié)合，不包含在復(fù)合體中,將獲得的電子傳送到復(fù)合體Ⅳ。電子傳送過程：CoQH2→(Cytb566→Cytb562)→Fe－S→Cytc1→CytcQ循環(huán)復(fù)合體Ⅲ每傳送2個電子向內(nèi)膜胞漿側(cè)釋放4個H+，復(fù)合體Ⅲ也有質(zhì)子泵作用。4H+4.復(fù)合體Ⅳ:細胞色素c氧化酶功能：將電子從細胞色素c傳送給氧復(fù)合體Ⅳ復(fù)原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3和CuB構(gòu)成的活性部位將電子交給O2。功能將電子從細胞色素C傳送給氧，遞電子體。電子傳送：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3–CuB→O2細胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2復(fù)原成水的過程，有強氧化性中間物一直和雙核中心嚴(yán)密結(jié)合，不會引起細胞損傷。2H+2H2O(3)利用光譜變化確定各組分的氧化復(fù)原形狀(1)測各組分氧化復(fù)原電位〔E0’〕遞增研討方法(2)呼吸鏈復(fù)合物重組(4)利用呼吸鏈抑制劑〔二〕氧化呼吸鏈組分按氧化復(fù)原電位由低到高的順序陳列電子流動方向：總是由電負(fù)性較強的氧化復(fù)原對向具有更強電正性的氧化復(fù)原對流動。1.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22.琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2兩條重要的呼吸鏈成分的陳列順序NADHFMN(Fe-S)CoQCytbCytc1CytcCytaa3O2琥珀酸FAD(Fe-S)NADH氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈***呼吸鏈傳送順序細胞色素的傳送方向筆洗一洗AA散b、c1、c、aa3洗一洗兩種呼吸鏈的比較一樣:1.將H傳送給O2生成水；2.H和O2耗費，其它可反復(fù)運用；3.CoQ是兩種呼吸鏈的集合點。不同點:NADH呼吸鏈琥珀酸呼吸鏈普遍程度較普遍次要起始物NADHFADH2ATP2.51.5

ATP是如何生成？目的要求〔一〕掌握生物氧化的概念。了解生物氧化的方式及生物氧化的特點?！捕痴莆蘸粑湹母拍睢⒔M成及特點，兩條重要的氧化呼吸鏈陳列順序。了解呼吸鏈排列順序確定的實驗根據(jù)。二、氧化磷酸化*定義氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳送過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。底物程度磷酸化(substratelevelphosphorylation)直接將代謝分子中的能量轉(zhuǎn)移至ADP〔或GDP〕，生成ATP〔或GTP〕的過程。琥珀酸+CoA+GTP⑶琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酰CoA合成酶***底物程度磷酸化僅見于以下三個反響：糖酵解途徑中〔2個〕三羧酸循環(huán)中〔1個〕概念:每耗費1mol氧原子，所耗費的無機磷摩爾數(shù)一對電子經(jīng)過呼吸鏈P/O比值：一對電子經(jīng)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)1.根據(jù)P/O比值推測生成ATP的偶聯(lián)部位〔一〕氧化磷酸化偶聯(lián)部位是在復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、ⅣP/O比值=ATP數(shù)利用P/O比值推測氧化磷酸化偶聯(lián)部位：－羥丁酸：P/O＝32e從NADH到O2生成3個ATP琥珀酸：P/O＝22e從琥珀酸到O2生成2個ATP因此，NADH→Q存在偶聯(lián)部位?？箟难幔篜/O＝12e從Cytc到O2生成1個ATP因此，Cytaa3→O2存在偶聯(lián)部位。Q→Cytc存在偶聯(lián)部位。規(guī)范自在能：⊿Go'=-nF⊿Eo‘2.根據(jù)自在能變化推測偶聯(lián)部位合成1molATP時，需提供的能量至少為ΔG0‘=-30.5kJ/mol。電子傳送鏈自在能變化ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位結(jié)論〔二〕氧化磷酸化的偶聯(lián)機理1.化學(xué)浸透假說(chemiosmotichypothesis)電子經(jīng)呼吸鏈傳送時，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(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時，其能量驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。了解因提出氧化磷酸化偶聯(lián)機制：化學(xué)浸透學(xué)說而在1978年獲諾貝爾化學(xué)獎的PeterDMitchell線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)浸透假說簡單表示圖電子傳送給氧釋出的能量推進質(zhì)子泵將H+泵至內(nèi)膜胞液側(cè)，構(gòu)成化學(xué)梯度〔勢能〕當(dāng)H+順梯度回到基質(zhì)面時，釋出的能量使ADP磷酸化為ATPⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)++++++++++---------電子傳送過程復(fù)合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能。1.ATP合酶ATP合酶構(gòu)造方式圖催化亞基〔三〕質(zhì)子順梯度回流釋放能量被ATP合酶利用催化ATP合成F1:親水部分組成：α3β3γδε,OSCP,IF1亞基功能：催化ATP生成。F0:疏水部分組成：a,b2,c9~12亞基功能：構(gòu)成質(zhì)子通道，將質(zhì)子梯度產(chǎn)生的能量導(dǎo)向F1。寡霉素柄部:存有其他亞基，其中一個稱為寡霉素敏感蛋白〔OSCP)，在寡霉素存在時使ATP合酶不能合成ATP。當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個β亞基的構(gòu)象發(fā)生改動。ATP合酶的任務(wù)機制〔2〕ATP合成的結(jié)合變構(gòu)機制(bindingchangemechanism)L結(jié)合ADP和Pi；T合成ATP；O釋放ATP。三、氧化磷酸化作用可受某些內(nèi)外源要素影響〔一〕有3類氧化磷酸化抑制劑1、呼吸鏈抑制劑復(fù)合體Ⅰ抑制劑：魚藤酮(rotenone)、粉蝶霉素A(piericidinA)及異戊巴比妥(amobarbital)等阻斷傳送電子到泛醌。復(fù)合體Ⅱ的抑制劑：萎銹靈(carboxin)。復(fù)合體Ⅲ抑制劑：抗霉素A(antimycinA)阻斷CytbH傳送電子到泛醌(QN)；粘噻唑菌醇那么作用QP位點。復(fù)合體Ⅳ抑制劑：CN－、N3－嚴(yán)密結(jié)合中氧化型Cyta3，阻斷電子由Cyta到CuB-Cyta3間傳送。CO與復(fù)原型Cyta3結(jié)合，阻斷電子傳送給O2。作用：阻斷電子傳送NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2魚藤酮粉蝶霉素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H＋膜內(nèi)外電化學(xué)梯度電子傳送使H＋跨膜轉(zhuǎn)移H＋經(jīng)ATP合酶的F0單元回流ATP合成H＋經(jīng)從其它途徑回流能量以熱能散失，不能合成ATP呼吸鏈正常2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳送建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度作用：使氧化過程與磷酸化過程脫節(jié)舉例：2，4-二硝基苯酚、解偶聯(lián)蛋白。解偶聯(lián)蛋白作用機制〔棕色脂肪組織線粒體〕ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP硬腫癥給大白鼠注射DNP能夠出現(xiàn)什么景象？寡霉素可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成。作用：抑制電子傳送及氧化磷酸化過程舉例：寡霉素3、ATP合酶抑制劑不同底物和抑制劑對線粒體氧耗的影響ADP/ATP↓：抑制氧化磷酸化，ATP生成↓ADP/ATP↑：促進氧化磷酸化，ATP生成↑H2O+NAD+NADH+H++O212ADP+PiATP氧化磷酸化〔二〕ADP是調(diào)理正常人體氧化磷酸化速率的主要要素。ATP分解產(chǎn)熱量ATP合成耗氧量〔三〕甲狀腺激素刺激機體耗氧量和產(chǎn)熱同時添加。Na+，K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達均添加?！菜摹尘€粒體DNA突變可影響機體氧化磷酸化功能。四、ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲存中起中心作用高能磷酸: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。ATP1、ATP分子中的高能磷酸基的來源〔1〕氧化磷酸化：主要來源〔2〕底物程度磷酸化

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+AMP2.多磷酸核苷間的能量轉(zhuǎn)移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儲存方式。3.ATP的生

成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸氧化磷酸化底物程度磷酸化~P~P機械能(肌肉收縮)浸透能(物質(zhì)自動轉(zhuǎn)運)化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲存和利用都以ATP為中心。線粒體外NADH2的氧化1.α-磷酸甘油穿越2.蘋果酸-天冬氨酸穿越〔二〕兩種穿越系統(tǒng)的比較五、線粒體內(nèi)膜對各種物質(zhì)進展選擇性轉(zhuǎn)運〔一〕胞漿中NADH經(jīng)過穿越機制進入線粒體氧化呼吸鏈1.α-磷酸甘油穿越〔1〕特點：線粒體內(nèi)外的α-磷酸甘油脫氫酶的輔酶不同胞液-----NAD+線粒體---FADFADH2經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈1.5ATP主要存在于骨骼肌、腦

NADH+H+FADH2NAD+FAD線粒體內(nèi)膜線粒體外膜膜間隙線粒體基質(zhì)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油〔2〕過程2.蘋果酸-天冬氨酸穿越系統(tǒng)〔1〕特點：蘋果酸脫氫酶的輔酶是NAD+經(jīng)過NADH氧化呼吸鏈2.5ATP主要存在于肝、心肌組織中。

NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運體蘋果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈天冬氨酸〔2〕過程AH2A2HRCOOHCO2+RHE代謝物氧化產(chǎn)物2Hα-磷酸甘油穿越蘋果酸穿越+O212H2O能量ADP+H3PO4ATP+H2O氧化磷酸化胞液線粒體呼吸鏈〔二〕兩種穿越系統(tǒng)的比較α-磷酸甘油穿越蘋果酸-天冬氨酸穿越穿越物質(zhì)α-磷酸甘油磷酸二羥丙酮蘋果酸、谷氨酸天冬aa、α-酮戊二酸進入線粒體后轉(zhuǎn)變成的物質(zhì)FADH2NADH+H+進入呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈生成ATP數(shù)1.52.5存在組織骨骼肌、神經(jīng)組織肝臟和心肌組織一樣點將胞漿中NADH的復(fù)原當(dāng)量轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi)ATP4-F0F1胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)腺苷酸轉(zhuǎn)運蛋白磷酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-〔二〕ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶促進ADP進入和ATP移出嚴(yán)密偶聯(lián)〔一〕掌握氧化磷酸化的概念及偶聯(lián)部位。熟習(xí)氧化磷酸偶聯(lián)部位確定的實驗及數(shù)據(jù)，P/O比值的定義及意義。了解氧化磷酸化的偶聯(lián)機制。熟習(xí)ATP合酶組成及作用〔二〕熟習(xí)抑制劑、ADP、甲狀腺素對氧化磷酸化的影響。了解線粒體DNA突變對氧化磷酸化的影響。目的要求第二節(jié)其他不生成ATP的氧化體系TheOthersOxidativeEnzymeSystemswithoutATPProducing其他不生成ATP的氧化體系包括過氧化物酶體系：與ATP的生成無關(guān)，去除活性氧。微粒體氧化體系：與ATP的生成無關(guān)，光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上發(fā)生，機體對非營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生的生物轉(zhuǎn)化，與機體排毒及排出異物有關(guān)。一、抗氧化酶體系有去除反響活性氧類的