第06章生物氧化-ci.ppt
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1、第 六 章,生 物 氧 化 Biological Oxidation,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。又称细胞氧化或细胞呼吸。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,* 生物氧化的概念,1、CO2的生成-脱羧,2、水的生成 在脱氢酶、传递体、氧化酶组成的体系催化下生成,3、能量的生成 当有机物被氧化成CO2和H2O时,释放的能量怎样转化成ATP?,底物水平磷酸化 氧化磷酸化,主要是通过呼吸链,* 生物氧化与体外氧化之相同点,生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子,遵循氧化还原反应的一般
2、规律。 物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物(CO2,H2O)和释放能量均相同。,是在细胞内温和的环境中(体温,pH接近中性),在一系列酶促反应逐步进行,能量逐步释放有利于有利于机体捕获能量,提高ATP生成的效率。 进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧,并增加脱氢的机会;脱下的氢与氧结合产生H2O,有机酸脱羧产生CO2。,* 生物氧化与体外氧化之不同点,生物氧化,体外氧化,能量是突然释放的。 产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,* 生物氧化的一般过程,第一节 生成ATP的氧化体系 The Oxi
3、dation System of ATP Producing,定义 代谢物脱下的成对氢原子(2H)通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递,最终与氧结合生成水,这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜; 组成 递氢体和电子传递体(2H 2H+ + 2e),一、呼吸链,线粒体的结构,呼吸链,(一)呼吸链的组成,四种具有传递电子功能的酶复合体(complex),* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。,人线粒体呼吸链复合体,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,C
4、ytc,Q,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,1. 复合体: NADH-泛醌还原酶,功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone),复合物 NADH-Q 还原酶,酶/蛋白 体内大多数酶 黄素蛋白 铁硫蛋白 CoQ10,辅酶/辅基 NAD+/NADP+ FMN Fe2+/Fe3+,NAD+(NADP+)和NADH(NADPH)相互转变,氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。,FMN结构中含核黄素,发挥功能的部位是异咯嗪环,氧化还原反应时不稳定中间产物是FMNH 。,铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)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。单电子传递
5、, 表示无机硫,Fe4S4,Fe2S2, Fe4S4,铁硫蛋白,铁硫簇有几种不同的类型,有的只含有一个铁原子FeS,有的只含有两个铁原子2Fe-2S,有的含有4个铁原子4Fe-4S,A、结构 1.含多个异戊二烯疏水侧链的醌类化合物,人:CoQ10 2.脂溶性 3.是电子传递体中唯一可游离存在的电子载体(无蛋白),B、作用:递氢体,泛醌(辅酶Q, CoQ, Q ),C、递氢机制:,复合体的功能,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,细 胞 色 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,根据它们吸收光谱不同而分类。,区别: 铁卜啉辅基侧链不同 铁卜啉辅基
6、与酶蛋白连接方式不同,作用: Cytb,c -单电子传递 Fe2+ Fe3+e Cytaa3 -以O2为电子受体,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,细胞色素c是唯一能溶于水的细胞色素,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,13个亚基的多聚蛋白,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,由以下实验确定 标准氧化还原电位(低 高 ) 拆开和重组 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧,(二)呼吸链成分的排列顺序,利用专一性电子传递抑制剂选择性的阻断呼吸链中某个传递步骤,再测定链中各组分的氧化-还原状态情况,是研
7、究电子传递中电子传递体顺序的一种重要方法。,1. NADH氧化呼吸链,NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2,琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2,2. 琥珀酸氧化呼吸链,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,电子传递中的四个复合体,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) 是底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程。,(一)氧化磷酸
8、化偶联部位,氧化磷酸化偶联部位:复合体、 根据自由能变化和P/O比值 G=-nFE,P/O比值:是指每消耗一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。根据所消耗的无机磷酸摩尔数,可间接测出ATP生成量。又可以看作是当一对电子通过呼吸链传至O2所产生的ATP分子数。,ATP产生的部位都是有大的电位差变化的地方,例如,NADH呼吸链生成ATP的三个部位是:E0值在此三个部位有大的“跳动”,都在0.2伏以上。,G=-nFE,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,(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
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- 06 生物 氧化 ci
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