考研生化第24章生物氧化.ppt
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1、Biochemistry 生物化学,硕士研究生入学考试 国家教育部指定考试科目 教材:王镜岩主编(第三版) 高教出版社 主讲:杨卫民,Chapter24 生物氧化,Biological oxidation,生物能量转换示意图,前 言,1、生命活动能量的来源,来自于体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化,生物体内的氧化和外界的燃烧在化学本质上相同,方式不同。,2、什么是生物氧化?,有机分子在机体内氧化分解成CO2和H2O并释放出能量的过程,称为生物氧化(细胞氧化或细胞呼吸)。 生物氧化在形式上虽有加氧、脱氢和失电子的不同形式,但从氧化的基本概念来看,生物氧化与体外的化学氧化,实质相同,即一种物质丢失
2、电子是氧化,得到电子是还原。,特点与意义:在近中性和约37C的水溶液中逐步进行的一系列酶促反应;逐步释放的能量,一部分用于维持体温,另一部分用来合成ATP供机体利用。,Chapter24 生物氧化,Chapter24 生物氧化,一、氧化还原电势,1、氧化还原反应的概念,氧化还原反应:凡在反应过程中有电子从一物质(还原剂)转移到另一物质(氧化剂)的化学反应。 An+ + ne=A,2、氧化还原电势的概念,电动势():=E(正极电极电势) E(负极电极电势),3、生物体内重要的氧化还原电势(117页),在生物氧化反应中,氧化与还原总是相互偶联的。一个化合物(还原剂)失去电子,必然伴随另一个化合物(
3、氧化剂)接受电子。在线粒体呼吸链中,推动电子从NADH传递到O2的力,是由于NAD+ / NADH + H+ 和1/2 O2 / H2O两个半反应之间存在很大的电势差。 (a) O2 + 2 H+ + 2 e- H2O E0 = +0.82 V (b) NAD+ + H+ + 2 e- NADH E0 = -0.322 V 将 (a) 减去 (b),即得 (c) 式: (c) O2 + NADH + 2H+ H2O + NAD+ E0 = +1.14 V 每形成1mol ATP需要约50kJ能量,每形成1mol NADPH便有2mol e-从0.82V(H2O/O2氧化还原电位)上升到0.32
4、V(NADPH电位)。这一过程的自由能变化为 G =-nF E0 =-2 96500 1.14 = -220 kJ / mol,氧化-还原电势与自由能的变化,二、电子传递过程和氧化呼吸链,(一)生物氧化的方式,生物氧化中物质的氧化方式包括加氧、脱氢和失电子,与化学上氧化还原的概念是一致的,但需递氢体和递电子体。,(糖、脂肪、氨基酸等) 脱氢,脱氢酶的辅酶(氧化型)NAD+、FAD,还原型辅酶(NADH、FADH2),氢以质子形式脱下,进入递氢体,电子沿一系列的电子传递体转移,最后转移到分子氧,同时逐步释放大量的自由能,ADP磷酸化形成ATP。,质子和离子氧结合生成水,生物组织CO2的产生主要是
5、有机酸在酶的催化下脱羧反应完成的。,(二)电子传递过程,什么是电子传递过程?还原型辅酶通过电子传递再氧化,这个过程称为电子传递过程。电子传递和ATP形成的偶联机制称为氧化磷酸化作用,该全过程又称氧化呼吸链或呼吸代谢。(118页),电子传递链的部位:原核细胞存在于质膜上,真 核细胞存在于线粒体内膜上。,(三)呼吸链(电子传递链)概念的建立,它是指代谢物上脱下的氢经一系列递氢体或电子传递体的依次传递,最后传给分子氧从而生成水的全部体系。 按照还原电势大小排列,即电子亲和力不断增加的顺序,待氧化底物,NAD+,E-FMN,FeS,CoQ,Cyt-b,Cyt-c,Cyt-a,O2,NADH,2H+,1
6、/2O,H2O,呼吸链(电子传递链)各组成成分在线粒体内膜上的定位 1、各组分不对称分布;2、高能质子泵出,形成H+ 电化学梯度,(四)呼吸链(电子传递链)各个成员, NADH:还原型辅酶,它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。,(四)呼吸链(电子传递链)各个成员,铁硫蛋白,铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质,它与NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。,它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变
7、化起传递电子的作用,(四)呼吸链(电子传递链)各个成员, NADH泛醌还原酶,简写为NADHQ还原酶, 即复合物I,它的作用是催化NADH的氧化脱氢以及Q的还原。所以它既是一种脱氢酶,也是一种还原酶。 NADHQ还原酶最少含有16个多肽亚基。它的活性部分含有辅基FMN和铁硫蛋白。 FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子,形成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以进一步将电子转移给Q。 NADHQ还原酶 NADH + Q + H+ = NAD+ + QH2, NADH泛醌还原酶,(四)呼吸链(电子传递链)各个成员, 泛醌,(简写为Q)或辅酶-Q(CoQ):它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体
8、。为一种脂溶性醌类化合物。,Q (醌型结构) 很容易接受电子和质子,还原成QH2(还原型);QH2也容易给出电子和质子,重新氧化成Q。因此,它在线粒体呼吸链中作为电子和质子的传递体。,(四)呼吸链(电子传递链)各个成员, 泛醌细胞色素c还原酶,简写为QH2-cyt. c还原酶, 即复合物III, 它是线粒体内膜上的一种跨膜蛋白复合物,其作用是催化还原型QH2的氧化和细胞色素c(cyt. c)的还原。 QH2-cyt. c 还原酶 QH2 + 2 cyt. c (Fe3+) = Q + 2 cyt. c (Fe2+) + 2H+ QH2-cyt. c还原酶由9个多肽亚基组成。活性部分主要包括细胞
9、色素b 和c1,以及铁硫蛋白(2Fe-2S)。, 泛醌细胞色素c还原酶,(四)呼吸链(电子传递链)各个成员,细胞色素,(简写为cyt. )是含铁的电子传递体,辅基为铁卟啉的衍生物,铁原子处于卟啉环的中心,构成血红素。各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1等,组成它们的辅基分别为血红素A、B和C。细胞色素a, b, c可以通过它们的紫外-可见吸收光谱来鉴别。 细胞色素主要是通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递电子的作用的。,(四)呼吸链(电子传递链)各个成员, 细胞色素c(cyt.c),它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体,位于线粒体内膜外表,属
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- 考研 生化 24 生物 氧化
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