生物化学chapter5.ppt
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1、第五章 生 物 氧 化 (Biological Oxidation),本章重点及难点 重点:掌握什么是生物氧化,高能磷酸化合物的概念及ATP的作用;掌握呼吸链电子传递体的组成及排列方式,以及受抑制的部位;掌握氧化磷酸化的部位,氧化磷酸化的作用机理 ,了解其他末端氧化酶系统。 难点:与能量代谢有关的一些概念;呼吸链的组成成分、排列顺序;氧化磷酸化的机理 。,第一节 概述 第二节 线粒体氧化体系 第三节 非线粒体氧化体系,第一节 概 述,1、生物氧化的概念,生物氧化(Biological Oxidation) 物质在生物体内氧化分解的过程称为生物氧化,主要是指糖、脂肪、蛋白质等有机物在生物体内分解
2、时逐步释放能量,最终生成CO2和H2O的过程。 生物氧化的主要生理意义是为生物体提供能量。,2、 生物氧化的过程,乳酸脱氢酶,3、生物氧化的特点,(1)物质氧化方式:加氧、脱氢、失电子 (2)物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能量相同。,相同点:,不同点:,体内氧化 体外氧化,(1)反应条件: 温和 剧烈 (2)反应过程: 分步反应 一步反应 能量逐步释放 能量突然释放 氧化的同时有还原 水是供氧体 碳和氢的氧化不同步 (3)产物生成: 间接生成 直接生成 (4)能量形式: 热能、ATP 热能、光能,4、生物氧化的方式, 脱氢反应:(生物氧化以脱氢为主), 直接脱氢. 例如:, 加水脱氢. 例
3、如:,NAD, 加氧反应:, 失电子(e)反应,例如:,例如: 细胞色素中铁的氧化,从底物分子上脱去电子。,5、 生物氧化中CO2的生成方式,CO2的生成并不是有机物的碳原子与吸入的氧直接化合的结果; 糖、脂肪、蛋白质等在体内的代谢过程中会产生许多不同的有机酸,有机酸中的羧基(COOH)的形成不是碳与分子氧的直接结合; COOH中的氧来自水分子中,通过加氢、加水、脱氢进入有机物分子形成有机酸。有机酸脱羧产生CO2 ; 它是所有生物组织中产生CO2的最根本方式。,在有机酸脱羧反应中,根据脱去的羧基在有机酸中的位置不同,分为脱羧和脱羧两种类型。每种类型又根据脱羧反应的同时是否伴有氧化反应,又分为单
4、纯脱羧和氧化脱羧。,1. 单纯脱羧,2. 氧化脱羧,(一)脱羧反应,6、H2O的生成,代谢物在脱氢酶催化下脱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+,(1)生物能和ATP ATP是生物能存在的主要形式; ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式; 生物化学反应与普通的化学反应一样,也服从热力学的规律。,7、生物能及其存在形式,ATP(三磷酸腺苷),焦磷酸,ATP的作用,在生命活动中,直接用来做功( 化学功、渗透 功物质跨膜的主动运输、机械功);
5、ATP是生物系统能量交换中心和桥梁; 生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心; ATP是能量的流通货币。,机械能-运动,化学能-合成,渗透能-分泌吸收,电能-生物电,热能-体温,光能-生物发光,荧火虫,体内有些合成反应不直接利用ATP供能,而是由ATP将高能磷酸键转给UDP、CDP和GDP,生成UTP、CTP、GTP,作为能量的直接来源参与合成反应。 如UTP用于糖原的合成,CTP用于磷脂合成,GTP用于蛋白质合成等。,核苷二磷酸激酶的作用 ATP + UDP ADP + UTP ATP + CDP ADP + CTP ATP + GDP ADP + GTP,高能键: 含有容易断裂的“活泼键
6、”,水解时可释放大于21KJ/mol的能量,常用符号表示。,(2)高能化合物,定义: 指含有高能键,在标准条件下(pH=7,25,1mol/L)发生水解时可释放大量自由能的化合物。,类型: 根据分子中是否含有磷酸可分为磷酸类高能化合物和非磷酸类高能化合物。 必须注意:并非所有的磷酸化合物都是高能化合物,也并非不含磷酸基团的就不是高能化合物。,高能磷酸键 水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键,常表示为 P。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物。,1)磷氧键型:如ATP、磷酸烯醇式丙酮酸等; 2)磷氮键型:如磷酸肌酸等; 3)硫酯键型:如脂酰CoA等; 4)甲硫键型:S-腺苷甲硫氨酸
7、。,B. 可根据分子结构的特点和所含高能键的特 征进行分类。,磷氧键型(OP),酰基磷酸化合物,1,3-磷酸甘油酸,乙酰磷酸,10.1千卡/摩尔,11.8千卡/摩尔,酰基磷酸化合物,氨甲酰磷酸,酰基腺苷酸,氨酰基腺苷酸,焦磷酸化合物,ATP,焦磷酸,7.3千卡/摩尔,烯醇式磷酸化合物,磷酸烯醇式丙酮酸,14.8千卡/摩尔,磷氮键型,磷酸肌酸,磷酸精氨酸,10.3千卡/摩尔,7.7千卡/摩尔,这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。,硫酯键型,3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸,酰基辅酶A,甲硫键型,S-腺苷甲硫氨酸,具有代表性的高能化合物与低能化合物,第二节 线粒体氧化体系,根据是否产生能量,将生
8、物氧化分为: 线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系 线粒体氧化体系:真核发生在线粒体内膜上,原核 发生在内质网膜上。 非线粒体氧化体系:都发生在内质网膜上。,一、呼吸链 (Respiratory Chain) 1、呼吸链的概念 2、呼吸链的组成 3、呼吸链的排列顺序,1、呼吸链的定义: 一系列酶和辅酶按照一定的顺序排列在线粒体内膜上,可以将代谢物脱下的氢(He)逐步传递给氧生成水同时释放能量,由于此过程与细胞摄取氧的呼吸过程有关,所以这一传递链称为呼吸链。根据代谢物上脱下氢的受体不同分NADH呼吸链和FADH2呼吸链。,NADH呼吸链和FADH2呼吸链,NADH呼吸链,H2O,O2-,FMN,FM
9、NH2,CoQH2,CoQ,NAD+,NADH+H+,2Fe2+,2Fe3+,细胞色素 b- c- c1 -aa3,2H+,2、呼吸链的组成,四个蛋白复合体:复合体I IV 两个可灵活移动的成分:泛醌(Q)和 细胞色素C,(1)复合体(NADH一泛醌还原酶):该复合体由NADH脱氢酶和铁硫离子组成,将电子从NADH经FMN及铁硫蛋白传给泛醌。 (2)复合体(琥珀酸一泛醌还原酶):该复合体由琥珀酸脱氢酶和铁硫离子组成,将电子从琥珀酸经 FAD及铁硫蛋白传递给泛醌。 (3)复合体(泛醌一细胞色素C还原酶):该复合体由细胞色素b和C1及特殊的铁硫离子组成,将电子从泛醌经Cyt b、Cyt c1传给C
10、yt c。 (4)复合体(细胞色素C氧化酶):该复合体由细胞色素a和a3组成,将电子从Cyt c经Cyt aa3传递给氧。,电子传递链中各中间体的顺序,复合物 II,复合物 IV,复合物 I,复合物 III,NADH脱氢酶,辅酶Q-细胞色素还原酶,细胞色素C氧化酶,琥珀酸-辅酶Q还原酶,Complex I: NADH enters at NADH dehydrogenase (also NADH:ubiquinone oxidoreductase or NADH-Q oxidoreductase).,(complex II) : succinate Dehydrogenase,FADH2 of
11、 flavoproteins also transfer their electrons to ubiquinone (Q), with no H+ pumped.,(Complex III) Cytochrome bc1 complex passes 2e- from 1 QH2 to 2 cytochrome c,e- transferring & H+ pumping in Complex III via the Q cycle (for each 2 e- transferred, 4H+ are released at the P side and 2H+ taken from th
12、e N side),III,III,III,The Q cycle,The Q cycle,1st QH2,2nd QH2,Qp,Qp,QN,QN,A switch between 2e- carrier (QH2) and 1e- carrier (Cyt c),Complex IV : Cytochrome c oxidase, the terminal enzyme of the respiratory chain, contains 3 Cu and 2 heme A groups as electron carriers,CuA-CuA,CuB,Heme a,Heme a3,CuA,
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