生化生物氧化资料

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1、生物化学,第六章 生物氧化,Biological Oxidation,生成ATP的氧化磷酸化体系,其他不生成ATP的氧化体系,概述,（一）掌握氧化磷酸化的概念及偶联部位。熟悉氧 化磷酸偶联部位确定的实验及数据，P/O比值的定义 及意义。了解氧化磷酸化的偶联机制。熟悉ATP合酶 组成及作用 （二）熟悉抑制剂、ADP、甲状腺素对氧化磷酸化的影响。了解线粒体DNA突变对氧化磷酸化的影响。 （三）掌握体内能量的储存和利用形式，ATP的生成和利用。熟悉高能键与高能化合物的概念，常见的高能化合物。 （四）掌握胞液中NADH转运进入线粒体氧化的机制。了解腺苷酸载体及线粒体蛋白的跨膜转运。 （五）了解其他氧化

2、体系。,目的要求,物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,一、生物氧化（Biological Oxidation）的概念,此过程需耗氧、排出CO2，又在活细胞内进行，故又称细胞呼吸。,乙酰CoA,电子传递,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,生物氧化的一般过程,2H,TAC,（1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子 （2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能量相同。,1、相同点,二. 生物氧化的特点,2、不同点,体内氧化 体外氧化,（1）反应条件： 温和 剧烈

3、 （2）反应过程： 分步反应 一步反应 能量逐步释放 能量突然释放 （3）产物生成： 间接生成 直接生成 （4）能量形式： 热能、ATP 热能、光能,Section 1 The Oxidation System of Producing ATP,第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系,电子如 何传递？ 水如何生成？,呼 吸 链,一 氧化呼吸链是一系列有电子传递功能的氧化还原组分,真核生物生物氧化发生的场所线粒体,原核生物生物氧化发生的场所细胞质膜,部 位,营养物质代谢脱下的成对氢原子（2H）以还原当量形式存在，再通过多种酶和辅酶催化的氧化还原连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，逐步释放的能量可驱

4、动ATP生成。这包含多种氧化还原组分的传递链称为氧化呼吸链(oxidative respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。,呼吸链中参与传递H的辅酶或辅基。,呼吸链中参与传递电子的辅酶或辅基。,（2H 2H+ + 2e）,（一）氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成,呼吸链由一系列的氢传递体和电子传递体组成。电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。,组 成,四种酶复合体：复合体I IV 两个可灵活移动的成分：泛醌（Q）和 细胞色素C,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,*

5、 泛醌 和 Cyt c 不包含在上述四种复合体中。,人线粒体呼吸链复合体,复合体又称NADH-泛醌还原酶。 复合体电子传递：NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQ 每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体有质子泵功能。,1、复合体作用是将NADH+H+中的电子传递给泛醌(ubiquinone),黄素蛋白，辅基为FMN或FAD; 铁硫蛋白，辅基为Fe-S。,（1）NAD+和NADP+的结构,R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+,（2） 尼克酰胺核苷酸的作用原理,2H,双电子传递体,FMN称为黄素单核苷酸，是黄素蛋白(酶)的辅基，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化

6、还原反应时不稳定中间产物是FMNH 。,FMNH,复合体成分1 FMN ：递氢体,铁硫簇(Fe-S)是铁硫蛋白(酶)中辅基，含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行 Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。,复合体成分2 Fe-S：单电子传递体,铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中一个铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。属于单电子传递体。, 表示无机硫,泛醌（ubiquinone ,Q）亦称辅酶Q（Coenzyme Q ,CoQ） 人体中：CoQ10 （1）结构 1)含有很多异戊二烯侧链的醌类化合物 2)脂溶性 3)是电子传递体中唯一可游离存在的电子载体（无蛋

7、白）,（2）作用：电子和质子的传递体 在各复合体间募集并穿梭传递还原 当量和电子。在电子传递和质子移动 的偶联中起着核心作用。,（3）泛醌的作用机理,复合体电子传递： NADHFMNFe-SCoQFe-SCoQ,M,MH2,M,4H+,2e,2e,2e,2e,代谢物,2. 复合体: 琥珀酸-泛醌还原酶,功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌,复合体没有H+泵的功能。,递氢体,（1）黄素核苷酸的作用原理,琥珀酸 FADH2 Fe-S CoQ,3. 复合体: 泛醌-细胞色素c还原酶,功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c,b562、 b566是吸收波长不同的两个细胞色素， b562电位较高，又称 bH ;

8、b566 电位较低，又称bL 。,细胞色素b-c1复合体,细胞色素体系（cytochrome,Cyt）,（1） Cyt的本质,细胞色素 = 酶蛋白 + 血红素,细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。,（2） Cyt的功能,（3） Cyt的分类,30多种,a类：a、a1、a2、 a3 ,b类：b、b17、P450 ,c类：c、c1、c2、 c3 ,各种还原型细胞色素的主要光吸收峰,Cyt c是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，与线粒体内膜外表面疏松结合，不包含在复合体中,将获得的电子传递到复合体。,电子传递过程： CoQH2(Cytb566 Cyt b562)FeSCytc1 Cytc,Q循

9、环,复合体每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体也有质子泵作用。,4H+,4. 复合体: 细胞色素c氧化酶,功能：将电子从细胞色素c传递给氧,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,电子传递： CytcCuACyt aCyt a3CuBO2,细胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2还原成水的过程，有强氧化性中间物始终和双核中心紧密结合，不会引起细胞损伤。,2H+,2H2O,(3) 利用光谱变化确定各组分的氧化还原状态,(1) 测各组分氧化还原电位（E0）递增,研究方法,(2) 呼吸链复合物重组,(4)利用呼吸链抑制剂,（二）氧化呼吸链组分按氧化还原电位由低到高的顺

10、序排列,电子流动方向：总是由电负性较强的氧化还原对向具有更强电正性的氧化还原对流动。,1. NADH氧化呼吸链 NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2 2. 琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2,两条重要的呼吸链成分的排列顺序,NADH,FMN (Fe-S),CoQ,Cytb Cytc1,Cytc,Cytaa3,O2,琥珀酸,FAD (Fe-S),NADH氧化呼吸链,琥珀酸氧化呼吸链,*呼吸链传递顺序,细胞色素的传递方向,笔洗一洗AA散 b、c1、c、aa3,洗一洗,两种呼吸链的比较,相同: 1. 将H传递给O2生成水； 2. H和O2消耗，其它可反复使

11、用； 3. CoQ是两种呼吸链的汇合点。,不同点: NADH呼吸链 琥珀酸呼吸链 普遍程度 较普遍 次要 起始物 NADH FADH2 ATP 2.5 1.5,ATP是如何生成？,二、氧化磷酸化,* 定义 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。,底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 直接将代谢分子中的能量转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的过程。,*底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：,糖酵解途径中（2个）,三羧酸循环中（1个）,1,3

12、-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸激酶,49,概念:每消耗1mol 氧原子，所消耗的无机磷摩尔数,一对电子通过呼吸链,P/O比值：一对电子通过呼吸链时生成ATP的个数,生成ATP的个数,1. 根据P/O比值推测生成ATP的偶联部位,（一）氧化磷酸化偶联部位,是在复合体、,P/O比值=ATP数,50,利用P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位：,因此，NADHQ 存在偶联部位。,抗坏血酸：P/O 1 2e从Cytc到O2生成1个ATP,因此，Cytaa3O2 存在偶联部位。,Q Cyt c 存在偶联部位。,51,52,标准自由能：G=-nFE,2.根据自由

13、能变化推测偶联部位,合成1molATP时，需提供的能量至少为G0=-30.5kJ/mol。,电子传递链自由能变化,53,氧化磷酸化偶联部位,结论,54,（二） 氧化磷酸化的偶联机理,1. 化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时，其能量驱动ADP与Pi生成ATP。,了解,55,因提出氧化磷酸化偶联机制：化学渗透学说而在1978年获诺贝尔化学奖的Peter D Mitchell,氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜； 线粒体内膜对H+、OH、K、

14、Cl离子是不通透的； 电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的跨内膜电化学梯度； 增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成，而线粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯度，结果电子虽可以传递，但ATP生成减少。,化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。,化学渗透假说简单示意图,胞液侧,基质侧,电子传递过程复合体 (4H+) 、 (4 H+)和 (2H+)有质子泵功能。,1. ATP合酶,ATP合酶结构模式图,催化亚基,（三）质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成,F1:亲水部分 组成：33,OSCP, IF1亚基 功能：催化ATP生成。 F0:疏水部分 组成：a, b2, c91

15、2亚基 功能：构成质子通道，将 质子梯度产生的能 量导向F1。,ATP合酶组成可旋转的发动机样结构,F0的2个b亚基的一端锚定F1的亚基，另一端通过和33稳固结合，使a、b2和33、亚基组成稳定的定子部分。 部分和亚基共同形成穿过33间中轴，还与1个亚基疏松结合作用，下端与嵌入内膜的c亚基环紧密结合。c亚基环、和亚基组成转子部分。 质子顺梯度向基质回流时，转子部分相对定子部分旋转，使ATP合酶利用释放的能量合成ATP。,寡霉素,柄部: 存有其他亚基，其中一个称为寡霉素敏感蛋白（OSCP)，在寡霉素存在时使ATP合酶不能合成ATP。,当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，亚基发生旋转，3个亚基的构象发生改变。,ATP合酶的工作机制,（2）ATP合成的结合变构机制(binding change mechanism),L结合ADP和Pi；T合成ATP；O释放ATP。,三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响,（一）有3类氧化磷酸化抑制剂,1、呼吸链抑制剂,复合体抑制剂：鱼藤酮(rotenone)、粉蝶霉素A(piericidin A)及异戊巴比妥(amob