第4章电子传递体系与氧化磷酸化.ppt
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1、第4章 电子传递体系与氧化磷酸化,主要内容:重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子传递机理和氧化磷酸化机理。对非线粒体氧化体系作一般介绍。,思考,目 录,第一节 生物氧化的特点和方式 第二节 线粒体电子传递体系 第三节 氧化磷酸化作用* 第四节 其它氧化体系(自学),第一节 生物氧化的特点和方式,一、生物氧化的特点 二、生物氧化过程中CO2的生成 三、生物氧化过程中H2O的生成 四、有机物在体内氧化释能的三个阶段,糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化(biological oxidation),其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的
2、一系列氧化还原反应过程。,生物氧化的特点,生物氧化在活细胞中进行,pH中性,反应条件温和,一系列酶和电子传递体参与氧化过程,逐步氧化,逐步释放能量,转化成ATP。 对于真核细胞,生物氧化多在线粒体内进行;在不含线粒体的原核细胞中,生物氧化在细胞膜上进行。,生物氧化的化学本质,氧化还原反应,脱电子、氢,加氧,氧化反应,接受电子、氢,脱氧,还原反应,供电子体或供氢体,受电子体或受氢体,偶联进行,生物氧化与体外燃烧的比较,CO2的生成,方式:糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物,然后在酶催化下脱羧而生成CO2。 类型:-脱羧和-脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧,H2O的生成,代谢物在脱氢酶催化下脱
3、下的氢由相应的氢载体(NAD+、NADP+、FAD、FMN等)所接受,再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。,例:,12 O2,NAD+,电子传递链,H2O,2e,O=,2H+,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递(氧化),蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物(如丙酮酸、乙酰CoA等),共同中间产物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O,释放出大量能量,其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,生物氧化的三个阶段,1 、食物中有机大分子在消化道消化降解为有机小分子 如:
4、淀粉葡萄糖 2、有机小分子被细胞摄取,在细胞质内进一步降解为 更小的有机小分子(糖酵解) 如:葡萄糖2丙酮酸 +2ATP 3、有机小分子丙酮酸穿过线粒体膜进入线粒体基质 丙酮酸+辅酶A乙酰辅酶A+2H+CO2 4、乙酰辅酶A 2CO2+ 8H+ +辅酶A 5、电子传递和氧化磷酸化,能量转换,细胞质,线粒体,第二节 线粒体电子传递体系,一、线粒体结构特点 二、电子传递呼吸链的概念 三、呼吸链的组成 四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化 五、电子传递抑制剂,线粒体结构,线粒体呼吸链,线粒体基质是呼吸底物氧化的场所,底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上,经过一系
5、列氢载体和电子载体的传递,最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链(eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关,亦称为呼吸链。 氧化电子传递链位于原核生物的质膜上,真核生物中位于线粒体的内膜上。,呼吸链的组成,1. 黄素蛋白酶类 (flavoproteins, FP) 2. 铁-硫蛋白类 (ironsulfur proteins) 3. 辅酶 (ubiquinone,亦写作CoQ) 4. 细胞色素类 (cytochromes),NADH,辅 酶 Q(CoQ),Fe-S,Cyt c1,O2,Cyt b,Cyt c,Cyt aa3,琥珀
6、酸等,黄素蛋白(FAD),黄素蛋白(FMN),细胞色素类,铁硫蛋白(Fe-S),铁硫蛋白(Fe-S),NADH呼吸链,NADH,FMN,CoQ,Fe-S,Cyt c1,O2,Cyt b,Cyt c,Cyt aa3,Fe-S,FAD,Fe-S,琥珀酸等,复合物 II,复合物 IV,复合体 I,复合物 III,NADH脱氢酶,细胞色素还原酶,细胞色素氧化酶,琥珀酸-辅酶Q还原酶,FADH2呼吸链,NADH呼吸链电子传递和水的生成,H2O,O2-,FMN,FMNH2,CoQH2,CoQ,NAD+,NADH+H+,2Fe2+,2Fe3+,细胞色素 b- c1- c -aa3,2H+,FADH2呼吸链电
7、子传递和水的生成,2e,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,呼吸链中电子传递时自由能的下降,FADH2,2e-,NADH,细胞色素还原酶部分结构模式,细胞色素氧化酶结构示意图,铁-硫蛋白,Cyt b,NADH呼吸链电子传递过程中自由能变化,总反应: NADH+H+1/2O2NAD+H2O G=-nFE =-296.50.82-(-0.32) =-220.07千焦mol-1,烟酰胺脱氢
8、酶类,特点:以NAD+ 或NADP+为辅酶,存在于线粒体、基质或胞液中。 传递氢机理:,黄素蛋白酶类,特点: 以FAD或FMN为辅基,酶蛋白为生物膜组成蛋白,类别:黄素脱氢酶类(如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶) 需氧脱氢酶类(如L氨基酸氧化酶) 加单氧酶(如赖氨酸羟化酶),铁硫蛋白,特点:含有Fe和对酸不稳定的S原子,Fe和S常以等摩尔量存在(Fe2S2, Fe4S4 ),构成FeS中心。Fe通过蛋白质分子中的4个Cys残基的SH与蛋白质相连结。,CoQ,特点:带有聚异戊二烯侧链的苯醌,脂溶性,位于膜双脂层中,能在膜脂中自由泳动。,细胞色素,特点:以血红素(heme)为辅基,血红素的主要成份为
9、铁卟啉。 类别: 根据吸收光谱分成a、b、c三类,呼吸链中含5种(b、c、c1、a和a3),cyt b和cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体,a和a3以复合物物存在,称细胞色素氧化酶,其分子中除含Fe外还含有Cu ,可将电子传递给氧,因此亦称其为末端氧化酶。,CoQ的结构和递氢原理,CoQ+2H CoQH2,铁硫蛋白的结构,细胞色素体系(Cyt),(1) Cyt的本质,细胞色素 = 酶蛋白 + 血红素,(2) Cyt的分类,30多种,a类:a、a1、a2、 a3 ,b类:b、b17、P450 ,c类:c、c1、c2、 c3 ,电子传递 抑制剂,NADH,FMN,CoQ,Fe-S,Cyt
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- 电子 传递 体系 氧化 磷酸化
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