第1章生物氧化Biologicaloxidaton.ppt
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1、第一章 生物氧化 Biological oxidation,第一节 新陈代谢 Metabolism 第二节 生物能学 第三节 生物氧化Biological oxidation -电子传递和氧化磷酸化,第一节 新陈代谢Metabolism,一、新陈代谢-生物体与外界环境之间物质和能量交换的全过程。 - 合成代谢和分解代谢 -物质代谢和能量代谢 二、新陈代谢的特点 严格的细胞内定位 特异的酶促反应 共通的代谢间关联 高效率的调控机制 三、新陈代谢的研究方法,第二节 生物能学,一、有关热力学的一些基本概念 二、化学反应中自由能的变化和意义 三、高能磷酸化合物,三、高能磷酸化合物,高能化合物-某些化合
2、物随着水解反应或基团转移反应可放出大量的自由能的称高能化合物。(大量,约5000千卡) 高能磷酸化合物-其磷酸基团水解时可释放出20.92kJmol以上自由能的化合物称为高能磷酸化合物 高能化合物类型: 磷酸化合物(磷氧键型) 磷酸化合物(磷氮键型) 非磷酸化合物,磷酸化合物(磷氧键型),磷酸化合物(磷氮键型),非磷酸化合物,第三节 生物氧化 Biological oxidation,一、生物氧化的概念、方式和特点 生物氧化-有机物在生物体细胞内的氧化,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。,TAC,生物氧化的一般过程,生物氧化中物质的氧化方式,脱
3、氢、失电子或直接和氧结合,生成水和二氧化碳,并释放能量,氧化方式,(三) 加氧,(一) 脱氢 (主要方式),(二) 失电子,生物氧化的特点,1、条件温和,pH接近中性 2、有水存 在,有酶的催化。 3、能量的释放是逐步的,先贮藏在一些特殊的高能化合物内 4、生物氧化的地点是在细胞的线粒体内。,二、电子传递-氧化呼吸链Respiration chain,呼吸链-还原型辅酶NADH和FADH2的氢以质子的形式脱下,其电子沿一系列电子传递体转移最后转移到分子氧,质子和离子型氧结合生成水,同时释放能量使ADP变成ATP的过程,称为呼吸链。 场所:真核生物,线粒体内膜;原核生物,细胞膜 呼吸链的组成(与
4、电子传递链有关的酶和电子载体): 吡啶核苷酸类 NADH脱氢酶 铁硫中心 辅酶Q 细胞色素类 呼吸链中传递体的顺序 呼吸链中传递体顺序的决定,线粒体结构示意图,线粒体电镜照片,(一).呼吸链的组分 Components of electronic transfer chain (与电子传递链有关的酶和电子载体),吡啶核苷酸类NAD+ and NAD+ -linked dehydrogenases , NAD+ is a mobile electron carrier NADH脱氢酶Flavin (黄素蛋白) and flavin-linked dehydrogenases 铁硫中心Iron-s
5、ulfur protein 辅酶Q mobile electron carrier 细胞色素类 Cytochromes ( mobile electron carrier too )。,吡啶核苷酸类 pyridine nucleotide,也叫烟酰胺脱氢酶类,以NAD+或NADP +为辅酶。 辅酶(NAD+或Co)为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。 辅酶(NADP+或Co)为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。 不需氧脱氢酶的辅酶,以NAD+为辅酶的脱氢酶占多数。,过程,以NAD +为例,一个氢加到NAD上,成为NADH,另一个为游离质子,2.NADH脱氢酶 NADH dehydrogenase,NADH脱氢酶(
6、也叫黄素蛋白flavin) 辅基:FMN或FAD,结合牢固。 底物: NADH,将NADH上的氢交给其辅基FMN,催化NADH脱氢,黄素单核苷酸(FMN)的结构,黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的结构,FMN加氢过程:,3. 辅酶Q Coenzyme Q,结构特点: 也叫泛醌(ubiquinone , Q),脂溶性, 带异戊二烯侧链的醌,在哺乳动物,这个长链为10个单位,故常以Q10表示 是电子传递体中唯一可游离存在的电子载体(无蛋白),辅酶Q的作用原理,功能:电子和质子的传递体 接受来自FMNH2和FADH2的氢成为氢醌,是多种底物进入呼吸链的中心点,过程:,4.铁硫中心,非血红素铁和酸不稳定硫
7、原子相结合 存在于NADH脱氢酶,琥珀酸脱氢酶 铁离子价态的变化可将氢从NADH脱氢酶复合物的FMNH2辅基上脱下转给辅酶Q。 NADH脱氢酶复合物也叫NADH-辅酶Q还原酶,复合物I,由两个电子传递结构,(酶原-FMN-铁硫中心),铁硫中心,5.细胞色素类Cytochromes,细胞色素类以血红素为辅基,铁原子处于卟啉中心。 作用:单电子传递体, 将电子从辅酶Q传到氧。,细胞色素体系(Cyt),30多种,细胞色素a a3以复合物的形式存在,传递e机制是以铁价的变化Fe3+ Fe2+,a3还含有铜离子,把电子直接交给分子氧Cu+ Cu2+,所以a3又称细胞色素氧化酶。 A3可与氰化物离子(CN
8、)、CO等结合,不同细胞色素的差异,区别: 铁卜啉辅基侧链不同 铁卜啉辅基与酶蛋白连接方式不同,(二).呼吸链的组成和位置,呼吸链由四个蛋白复合组分和两个游离的成分组成: 四个蛋白复合组分:Complex 、 Complex 、 Complex 、Complex 两个游离成分:辅酶Q和细胞色素C,The composition of respiratory chain complexes,复合物 (NADH-辅酶Q还原酶;NADH脱氢酶复合物),组成:黄素蛋白的复合物( 25条多肽链),FMN, 2个铁-硫中心。 作用:使NADH脱氢氧化,脱下的H+和2个e-由FMN接受,生成FMNH2,FM
9、NH2中的电子通过铁-硫中心的传递,传给辅酶Q,辅酶Q在接受电子的同时还从基质吸取2个H+形成还原型辅(CoQH2),复合物(琥珀酸-Q还原酶复合物),位置:线粒体内膜整体不可分割的组成部分 组成: 琥珀酸脱氢酶和3个其他小的疏水亚基 细胞色素(Cyt)b560 铁-硫中心 辅酶:FAD, 作用过程: 催化琥珀酸氧化成延胡索酸,同时使FAD还原成FADH2,由FADH2的氢放出的电子通过铁-硫中心传递给辅酶Q而进入呼吸链。,琥珀酸 延胡索酸(复合物),复合物和复合物,复合物 (辅酶Q-细胞色素还原酶复合物,细胞色素bc1复合物),组成: 细胞色素b562、细胞色素b566、细胞色素c 铁-硫蛋
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