医学生物化学课件--06资料讲解

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1、第六章 生物氧化,第一节 ATP与其他高能化合物 第二节 氧化磷酸化 第三节 还原当量与ATP的转运 第四节 其它的氧化体系,自由能(G)：指一个反应体系中能够做功的那部分能量。 自由能的变化(G)：产物的自由能与反应物的自由能之差，与反应转变过程无关。 标准自由能的变化(G0)：298K（25 0C），101.3KPa，反应物浓度为1mol/L。 生化反应中标准自由能的变化(G0)：298K，101.3KPa，反应物浓度为1mol/L，pH=7。,如 A+B C+D G=(GC+GD)-(GA+GB) G = G0+RTlnCD/AB G0,反应达到平衡,反应自发进行,反应不能自发进行,R=

2、气体常数（8.314焦耳/升摩尔），T=25 0C或298K的绝对温度,糖原,脂肪,蛋白质,葡萄糖,脂肪酸 甘油,氨基酸,乙酰CoA,营养物分解代谢的三个阶段,ATP与高能磷酸键,高能磷酸键,ATP + H2O ADP + Pi G0= -30.5 KJ/mol ADP + H2O AMP + Pi G0= -30.5 KJ/mol AMP + H2O 腺苷+ Pi G0= -14.2 KJ/mol 高能磷酸键：生化中把磷酸化合物水解时释出的能量20KJ/mol者所含的磷酸键称高能磷酸键，常用P表示，含有高能键的化合物称为高能化合物。,高能磷酸键的类型,磷酸酐：ATP、ADP、UTP、CTP、

3、PPi等； 烯醇磷酸：PEP； 混合酐：1,3-BP-甘油酸； 磷酸胍类：磷酸肌酸。 另有高能硫酯键：乙酰CoA、脂酰CoA等。,磷酸酐,烯醇磷酸,PEP,混合酐（酰基磷酸）,1,3-BP-甘油酸,磷酸胍类,磷酸肌酸,高能硫酯键,乙酰CoA,ATP的作用,作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需的能量； 供给机体生命活动所需的能量； 生成核苷三磷酸（NTP）； 将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸（creatine phosphate）形式储存。,提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需的能量,G+ATP G-6-P+ADP 脂酸+CoA+ATP 脂酰CoA+AMP+PPi 氨基酸+ATP 氨基

4、酰AMP+PPi,供给机体生命活动所需的能量,生成核苷三磷酸（NTP）,将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸形式储存,ATP的生成方式,底物水平磷酸化：代谢物脱氢与ADP（或GDP）的磷酸化相偶联。共3个反应。 氧化磷酸化：代谢物脱下的氢经电子传递链与氧结合成水的同时，逐步释放出能量，使ADP磷酸化为ATP的过程。,底物水平磷酸化,它们都通过底物脱H、 H2O、CO2形成高能键，并直接转移给ADP或GDP形成ATP或GTP（没有经过呼吸链）,第二节 氧化磷酸化,电子传递链 电子传递链的组成 电子传递链的顺序 电子传递链中生成ATP的部位 质子梯度的形成机制 氧化磷酸化的调节,线粒体,主要功能：氧化

5、营养物，生成ATP。 结构 外膜：通透性较高 内膜：对物质的通过有严格选择性 内膜高度折叠形成嵴 膜间腔 基质,线粒体结构,线粒体结构模式图,线粒体嵴的分子组成,氧化磷酸化的基本机制,来自中间代谢物的还原当量(NADH或FADH2)经电子传递链传递给氧生成水时，释放出大量的能量(NADH： G0= -221.5 KJ/mol，FADH2： G0= -171.4 KJ/mol)，这部分能量可推动ADP与Pi合成ATP。,HH+（质子）+e（电子） 生物氧化中所生成的水，是代谢物脱下的H经过中间传递体和吸入的O2结合生成的。 不管是H还是O，都要变成离子型才能结合,电子传递链（呼吸链）,概念：线粒

6、体内膜上存在由多种酶和辅基组成的传递H和电子的反应链，它们按一定顺序排列，称电子传递链(或呼吸链)（electron transfer chain或respiratory chain）。 电子传递链的组成 电子传递链的顺序 电子传递链中生成ATP的部位 质子梯度的形成机制,一、电子传递链的组成,从线粒体内膜上分离到四种酶复合体及辅酶Q(CoQ)和细胞色素(Cyt)。 复合体：NADH- CoQ还原酶 复合体：琥珀酸- CoQ还原酶 复合体： CoQ -细胞色素C还原酶 复合体：细胞色素氧化酶 NADH呼吸链：由复合体、及CoQ、Cyt组成 FADH2呼吸链：由复合体、及CoQ、Cyt组成,复合

7、体：NADH-CoQ还原酶,功能：将电子从NADH传递给CoQ 辅基：FMN(黄素腺嘌呤单核苷酸)，铁硫蛋白,NAD+：R为H；NADP+：R为PO32-,铁硫蛋白,铁硫簇(Fe4S4),功能：单电子传递体,呼吸链的几乎每个过程都有Fe-S参与，有9种。含非血红素铁和对酸不稳定的硫。 主要分布在线粒体内膜上，它与NAD+或NADP+共同组成复合体，参与电子传递：Fe3+Fe2+，而且两个Fe离子中只有一个参与，所以是单电子传递,泛醌（CoQ）,是脂溶性醌类化合物，由于在生物中广泛存在，所以也称泛醌。它处于呼吸链的中心枢纽，也是中间传递体,复合体： CoQ -细胞色素C还原酶,功能：将电子从Co

8、Q传递给Cytc 组成：Cytb、Fe-S、Cytc1 细胞色素(Cyt)：含铁卟啉辅基的有色蛋白，分a、b、c三类，每类中又分几种亚类。,细胞色素,功能：单电子传递体,细胞色素为有色蛋白，有效成分是辅基铁噗啉。主要存在有氧呼吸的细胞中。 根据光吸收带不同分为：Cyt b，c1，c，aa3等。 辅基中的Fe起传递电子作用：Fe3+Fe2+ 由于Cytaa3靠近O2，故称为Cyt氧化酶，也称Cyt末端氧化酶,复合体：细胞色素氧化酶,功能：将电子从Cytc最终传递到O2 组成：Cyta、Cyta3、Cu,复合体：琥珀酸- CoQ还原酶,功能：将电子从琥珀酸传递给CoQ 辅基：FAD、Fe-S、Cy

9、tb560,NADH呼吸链:,FADH2呼吸链:,二、还原电位与电子传递链的顺序,电子传递链中各组分的顺序由还原电位决定 电子传递方向：(还原电位)低 高 标准还原电位：将一个半反应体系与一个标准氢电极(pH7)相连所测的还原电位。,原电池,正极,负极,Zn电极 标准电极势： -0.763V,Cu电极 标准电极势： +0.34V,电子传递链的顺序:,测定各种电子传递体标准氧化还原电位（ E0 ，pH7.0，25）的数值，由此来确定排列顺序。 根据生物中各种反应物对电子的亲和力可判断它们易被氧化或易还原：电位势越低，越易失去电子：NAD+/NADH = -0.32（最小），O2/H2O= +0.

10、82（最大）,三、电子传递链中生成ATP的部位,实验证据,根据电化学计算能量释放结果，确定偶联部位：pH7.0、25下测出标准电位差E0。能级不同，E0就不同。 电位差与能量关系：能量=电位差电量 G = nFE （G = nFE0） G：反应的自由能；n：电子转移数；F：法拉第常数（96500库仑，或23.062千卡/mol）；E：电位差值,P/O 比值：每消耗 mol O2所消耗无机磷酸的mol数（即合成ATP的mol数） 氧化磷酸化的全过程： NADH+H+3ADP+3Pi+1/2O2NAD+4H2O+3ATP （1）放能反应： NADH+H+1/2O2NAD+H2O E0=0.82-(

11、-0.32)=1.14V (1/2O2/H2O=0.82) G0= -223.0621.14= -52.7千卡/mol（能量释放）,（2）吸能反应： 3ADP+3Pi=3ATP+3H2O G0=37.3=+21.9千卡/mol （每个ATP水解释放7.3千卡/mol能量） 21.9/52.7100%=42% （绝大多数能量未被吸收） 由此分析各阶段的自由能变化： NADHCoQ：G0= -223.062 0.33= -15.2千卡/mol CoQcyt c：G0= -223.062 0.21= -9.7千卡/mol Cyt aa3O2：G0= -223.062 0.53= -24.4千卡/mo

12、l 产生一个ATP为吸收7.3千卡/mol，所以第一、二步可以产各一个ATP，而第三步的大部分能量以放热方式释放掉。 NADH O2可合成3分子ATP,离体线粒体的P/O比值,四、氧化磷酸化作用机理,（1）化学偶联假说： 最早的假说，也称活性中间产物学说。 一是电子传递产生的能量是通过一个共同的化学中间产物转移到ATP分子中。 AH2+B+CAC+BH2 AC+Pi+ADPA+C+ATP 例如： G-3-P1,3-二磷酸甘油酸（一个高能键） 磷酸烯醇式丙酮酸（一个高能键） 琥珀酰CoA（一个高能键） 到目前为止，高能中间产物尚未分离到；这不要求膜的完整性，而氧化磷酸化需要膜的完整性。,（2）构

13、象偶联假说： 电子传递产生的能量的储存是通过一种电子传递蛋白或叫偶联因子（F1ATP酶）分子的构象变化实现的； 这种高能构象状态的产生是维持蛋白质三维构象的弱键位置和数目发生变化的结果； 这些弱键的数目和位置的变化是由能量变化引起的。这种高能结构中的能量即提供给ADP和Pi形成ATP，同时能量携带蛋白又可逆地回到原来低能状态。,（3）化学渗透偶联假说： 在电子传递和ATP形成之间起偶联作用的是H+电化学梯度； 在偶联过程中，线粒体内膜必须是完整的、封闭的，才能发挥作用； H+不能自由通过线粒体内膜，需要“氧泵”的作用，促使基质中的H+穿过线粒体内膜；泵出内膜外侧的H+不能自由返回膜内侧，因而内

14、膜外侧的H+浓度高于内侧，造成H+浓度的跨膜梯度，使原有的外正内负的跨膜电位增高，这个电位差就包含着使ADP ATP的能量（渗透能）； 由电子传递“泵”出的H+通过F0F1ATP酶分子上的特殊通道又流回线粒体基质时，释放出的自由能的反应和ATP的合成反应相偶联。,质子梯度的形成机制,化学渗透假说,五、影响氧化磷酸化的因素,氧化磷酸化主要受ADP的调节,抑制剂,1、呼吸链抑制剂 能阻断呼吸链中某些部位电子传递。如鱼藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidin A）及异戊巴比妥（amobarbital）等与复合体I中的铁硫蛋白结合，从而阻断电子传递。,2、解偶联剂 （uncouple

15、r） 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。二硝基苯酚（dinitrophenol，DNP），其作用是增加内膜对 H+的通透性，破坏跨膜梯度的形成。 3、氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP 的磷酸化均有抑制作用既抑制氧的利用，又抑制ATP的形成。但不直接抑制电子传递链上载体的作用。如寡霉素（oligomycin）,第三节 还原当量与ATP的转运,通过线粒体内膜的物质转运 还原当量的转运 -磷酸甘油穿梭：脑、心肌、骨骼肌 苹果酸-天冬氨酸穿梭：脑、心肌、肝、红肌 ATP、ADP、Pi的转运,线粒体内膜的主要转运载体,-磷酸甘油穿梭（单向）,-P甘油穿梭中-P甘油起了一个运转H的载体作用。该过程进入呼吸链

16、中的CoQ，故少了FMN的步骤，所以说是走了一个短路； 通过该穿梭，一对氢原子只能产生2分子ATP,苹果酸-天冬氨酸穿梭（双向）,苹果酸天冬氨酸穿梭中，胞质中的NADH的H以草酰乙酸为载体，经过苹果酸中间体而转给线粒体中的NAD+ 通过该穿梭，一对氢原子可产生3分子ATP,转氨作用,ATP、ADP、Pi的转运,本小节要求,熟悉ATP与其他高能化合物，ATP的生成与利用方式； 掌握氧化磷酸化的概念、电子传递链的顺序、生成ATP的部位；熟悉电子传递链的组成及氧化磷酸化的调节；了解质子梯度形成机制及ATP合成机制。 熟悉还原当量的转运；了解ATP、ADP和Pi的转运机制。,第四节 其它氧化体系,一、需氧脱氢酶和氧化酶 需氧脱氢酶:催化底物脱氢并以氧为受氢体,反应产物为H2O2。 氧化酶：直接利用氧为受氢体催化底物氧化，辅基含有铜离子，产物有H2O。