生物化学课件(杨洋)6-生物氧化--lg.ppt
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1、第五章 生物氧化 (biological oxidation ),本章要求,1. 熟悉: 生物氧化的概念;呼吸链的主要组成成分, ATP的生理功用;胞浆NADH转运进入线粒体的机制。 2.掌握: 呼吸链的电子传递顺序;氧化磷酸化的概念、偶联部位及影响因素。 3. 了解:生物氧化的有关酶类;氧化磷酸化机制;非线粒体氧化体系的主要场所、作用和意义;化学渗透学说,第一节 概述,一、生物氧化的概念和意义,概念:物质在生物体内氧化成二氧化碳和水并逐步释放能量的过程称为生物氧化(biological oxidation)。 意义: 为机体提供生命活动所需的能量。,5,多糖 脂肪 蛋白质,葡萄糖 甘油 +
2、脂肪酸 氨基酸,乙酰CoA,CoASH,2H,2H,CO2,2H,CO2,2H,H2O,ADP + Pi,ATP,O2,产能,1%,1/3,2/3,6,条件温和 逐步放能, 能量利用率高 有水环境,爆 炸 式,生 物 氧 化,二、生物氧化的特点,第二节 线粒体氧化体系,9,一、呼吸链的组成及其作用 (一)呼吸链的概念: 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)。 (二)组成: 4种复合体、 两个移动成分:泛醌(Q)和
3、 细胞色素C,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,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,一)复合体: NADH-泛醌还原酶,功能: 将电子从NADH传递给泛醌。 电子传递:NADHFMNFe-S CoQ 复合体有质子泵功能。,包括跨膜区和延伸到基质中的长臂。NADH在臂中被氧化,电子传递给膜中的CoQ。,14,1、NAD+和NADP+的结构,R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+,NAD+(NADP+)和NADH(NADPH)相互转变,氧化还原反应时
4、变化发生在五价氮和三价氮之间。,2、黄素蛋白:辅基为 FMN和FAD,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 。,3、铁硫蛋白:辅基铁硫簇(Fe-S) ,其中铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子,为单电子传递体。, 表示无机硫,4、泛醌(辅酶Q, CoQ, UQ)由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链(人CoQ10),氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。,是呼吸链中唯一的不与蛋白质紧密结合的递氢体,功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌。 复合体 组成:以FAD为辅基的黄素蛋白、铁硫蛋白和细胞色素b。 电子传递:琥珀酸FAD几种Fe-S C
5、oQ 复合体没有H+泵的功能。,二)复合体:琥珀酸-泛醌还原酶,22,复合体II,琥珀酸-泛醌还原酶 (FAD, Fe-S),三)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 组成:细胞色素b、c1、铁硫蛋白以及其它多种蛋白质。 电子传递过程:CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cytc1Cytc 有质子泵功能,24,复合体III,泛醌-细胞色素C还原酶 铁卟啉,Fe-S,细胞色素(cytochromes Cyt),是以血红素(又称为铁卟啉)为辅基的单电子传递蛋白质,因具有颜色故名细胞色素。 功能:将电子从UQ传递到氧 根据其吸收峰波长不同分成三类,每类又
6、有各种亚类。 呼吸链中常见的细胞色素: b、c、c、a、a3,三类细胞色素,细胞色素c,是呼吸链唯一的水溶性球状蛋白,除UQ外另一个可在线粒体内膜外侧移动的递电子体。 功能:从复合体中的Cyt c1获得电子传递给复合体。,四)、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 组成:两个血红素辅基cyta、cyta3和 2个Cu离子位点CuA、CuB,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,还原型Cyt cCuA Cyt a Cyt a3- CuB O2,电子传递顺序:,29,d. 复合体IV,细胞色素C氧化酶 (铁卟啉,Cu),还原性Cyt c CuA a a3
7、-CuB O2,底物氧化后脱下的氢,通过以上呼吸链组分将电子传递到氧, 从而激活了氧 ,氢和氧结合成水。,二、呼吸链中电子传递链的排列顺序,在呼吸链中各种电子传递体是按一定顺序排的,各组分的排列顺序由下列实验确定: 1、标准氧化还原电位测定实验 2、各组分特有的吸收光谱测定实验 3、呼吸链抑制剂阻断实验 4、呼吸链拆开和重组实验,呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位,33,-0.32 -0.30 0.04 0.07 0.22 0.25 0.29 0.82,NAD+FMN CoQ Cyt b Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2 (Fe-S),FADH2,呼吸链成分的排列顺序,E0
8、表示在pH7.0, 250C,1mol/L反应物浓度条件下测得的标准氧化还原电位,E0 (V),1、NADH氧化呼吸链 NADH 复合体CoQ 复合体Cyt c 复合体O2 2、琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 CoQ 复合体Cyt c 复合体O2,线粒体内的呼吸链有两条:,三、体内重要的呼吸链,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,36,oxidative phosphorylation 氧化磷酸化 呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化生成ATP的过程 (1)氧化磷酸化的偶联部位 a. P/O比值(P/O ratio) 物质氧化时,每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数(或ADP摩尔数
9、),底物 呼吸链的组成 P/O比值 生成ATP - -羟丁酸 NAD+ FMN CoQ Cyt O2 2.4-2.8 2.5 琥珀酸 FAD CoQ Cyt O2 1.7 1.5 抗坏血酸 Cyt c Cyt aa3 O2 细胞色素C(Fe2+) Cyt aa3 O2 0.61-0.68 1,37,G 0 = -nF E 0 n: 传递电子数 F: 法拉第常数 = 96.5 kJ/molV = 23 kcal/mol V ATP高能键 = 30.5 kJ/mol = 7.3 kcal/mol,b. 自由能变化,NAD+ CoQ Cyt c Cyt aa3 O2,电位差 0.36 V 0.21
10、V 0.53 V G 0 69.5 40.5 102.3 kJ/mol,第三节 ATP的生成、利用和储存,一、ATP的重要性,ATP作为能量载体分子,是机体各种生理活动直接能量供应者。 ATP是体内最重要的高能磷酸化合物,是细胞可直接利用的能量形式。 ATP在机体能量代谢中处于中心地位。, ,AMP,ADP,ATP,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,高能化合物及其种类,(一)底物水平磷酸化 代谢物在氧化分解过程中,有少数反应因脱氢或脱水而引起分子内部能量重新分布产生高能键,直接将代谢物分子中的高能键转移给ADP(或
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