生物化學(xué)chap06

1、下一頁上一頁學(xué)習(xí)要求：1 細胞是如何利用氧分子把代謝物分子中的氫氧化成水的？2 細胞是如何在酶的催化下把代謝物分子中的碳變成二氧化碳？3 當有機物被氧化時，細胞是如何將氧化時產(chǎn)生的能量搜集和貯存起來的？下一頁上一頁l6.1 生物氧化的特點和方式l6.2 線粒體生物氧化體系l6.3 生物氧化過程中能量的轉(zhuǎn)變l6.4 非線粒體氧化體系下一頁上一頁章首生物氧化中二氧化碳的生成方式生物氧化中二氧化碳的生成方式生物氧化過程中水的生成方式生物氧化過程中水的生成方式生物氧化的特點生物氧化的特點下一頁上一頁l生物氧化的能量是逐步釋放的l生物氧化過程產(chǎn)生的能量儲存在高能化合物中 主要是ATP。ATP中的能量可以

2、通過水解而被釋放出來，供給生物體的需能反應(yīng)。l生物氧化具有嚴格的細胞內(nèi)定位 原核生物的生物氧化是在細胞膜上進行的，真核生物的生物氧化是在線粒體中進行的節(jié)首章首下一頁上一頁節(jié)首章首氧化脫羧基作用氧化脫羧基作用（oxidative decarboxylation）-氧化脫羧：丙酮酸的氧化脫羧氧化脫羧：丙酮酸的氧化脫羧-氧化脫羧：蘋果酸的氧化脫羧氧化脫羧：蘋果酸的氧化脫羧直接脫羧基作用直接脫羧基作用（oxidative decarboxylation）-直接脫羧：氨基酸的脫羧直接脫羧：氨基酸的脫羧-直接脫羧：草酰乙酸脫羧直接脫羧：草酰乙酸脫羧下一頁上一頁l-直接脫羧：如氨基酸脫羧RCHNH2COOH

3、 RCH2NH2 CO2 氨基酸 胺l-直接脫羧：如草酰乙酸脫羧返回下一頁上一頁l-氧化脫羧：如丙酮酸的氧化脫羧：l-氧化脫羧：如蘋果酸的氧化脫羧：返回下一頁上一頁 在生物氧化中，水是代謝物上脫下的氫與生物體吸進的O2化合生成的。代謝物上的氫需要在脫氫酶的作用下才能脫下，吸入的O2要通過氧化酶的作用才能轉(zhuǎn)化為高活性的氧。在此過程中，還需要有一系列傳遞體才能把氫傳遞給氧，生成水. 代謝物代謝物M2H 氧化型氧化型 H2O 一個或多個傳遞體一個或多個傳遞體 M 還原型還原型 O2 生物氧化過程中水的生成節(jié)首 章首下一頁上一頁l線粒體結(jié)構(gòu)和功能特點 結(jié)構(gòu) 功能l線粒體呼吸鏈 主要功能 組成 呼吸鏈中

4、各組分的排列順序章首下一頁上一頁 線粒體有雙層膜結(jié)構(gòu)，外膜光滑，內(nèi)膜折疊成嵴，伸向基質(zhì)。內(nèi)外膜之間為膜間腔。節(jié)首章首下一頁上一頁l外膜對大多數(shù)小分子物質(zhì)和離子可通透，l內(nèi)膜須依賴膜上的特殊載體選擇性地運載物質(zhì)進出。l基質(zhì)中含有全部與有機酸氧化分解有關(guān)的酶。l內(nèi)膜上存在著多種酶與輔酶組成的電子傳遞鏈，或稱呼吸鏈。l內(nèi)膜上的ATP合成酶利用電子傳遞過程釋放的能量合成ATP，完成線粒體的供能作用。節(jié)首章首下一頁上一頁l線粒體的主要功能 是將代謝物脫下的氫通過多種酶及輔酶所組成的傳遞體系的傳遞，最后與氧結(jié)合生成水。包括代謝物的脫氫、氫及電子的傳遞以及受氫體的激活。l呼吸鏈（respiratatory

5、chain）由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應(yīng)的酶系統(tǒng)所組成的這種代謝途徑一般稱為生物氧化還原鏈。如果受氫體是氧，則稱為呼吸鏈。節(jié)首章首下一頁上一頁lNADH-Q還原酶（NADH dehydrogenase，complex I）l琥珀酸-Q還原酶（succinate-Q reductase,complex )l細胞色素還原酶（cytochrome reductase, complex l細胞色素氧化酶（cytochrome oxidase， complex ） 節(jié)首章首下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁上一頁l煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD或CoI）l黃素單核苷酸和

6、黃素腺嘌呤二核苷酸（FMN和FAD）l鐵硫蛋白（鐵硫中心）l泛醌（CoQ）l細胞色素（ Cyta 、Cytb、Cytc）節(jié)首章首下一頁上一頁 利用分子中煙酰胺基團的可逆性還原而遞氫，還原形成的NADH即可參與組成呼吸鏈而進行電子傳遞。 NAD和NADH結(jié)構(gòu)示意圖返回下一頁上一頁輔基：黃素單核苷酸（FMN） 黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）返回下一頁上一頁 分子中常含2或4個Fe（稱非血紅素鐵）和2或4個對酸不穩(wěn)定硫，其中一個Fe原子能可逆地還原而傳遞電子。在HADH脫氫酶和琥珀酸脫氫酶中均含有多個不同的鐵硫蛋白，它們可將電子由FMNH2（或FADH2）轉(zhuǎn)移到泛醌上。返回下一頁上一頁 是一種脂溶性的

7、醌類化合物，其分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能進行可逆的加氫反應(yīng)，故也屬于遞氫體。返回下一頁上一頁細胞色素屬于電子傳遞體，其傳遞電子的方式如下： 2CytFe3+ + 2e 2CytFe2+細胞色素細胞色素 是屬于色蛋白類的結(jié)合蛋白質(zhì)，輔基是鐵卟啉的衍生物，因其有顏色又普遍存在于細胞內(nèi)，故稱為細胞色素。根據(jù)其結(jié)構(gòu)與吸收光譜的不同可將細胞色素分為a、b和c三類。 細胞色素c 的結(jié)構(gòu)示意圖返回下一頁上一頁lNADH氧化呼吸鏈l琥珀酸氧化呼吸鏈l線粒體中某些重要底物氧化時的呼吸鏈章首節(jié)首下一頁上一頁 是細胞內(nèi)最主要的呼吸鏈，因為生物氧化過程中絕大多數(shù)脫氫酶都是以NAD+為輔酶，當這些酶催化代謝物脫氫后，脫下來的氫

8、使NAD+轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADH，后者通過這條呼吸鏈將氫最終傳給氧而生成水。NADH呼吸鏈各成員的排列見圖返回下一頁上一頁 這個呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復(fù)合體、CoQ和細胞色素組成。其中琥珀酸脫氫酶復(fù)合體包括FAD、鐵硫中心和另一種細胞色素b（稱為b558）。琥珀酸氧化呼吸鏈的電子傳遞途徑如圖：返回下一頁上一頁某些代謝物在線粒體中氧化的呼吸鏈返回下一頁上一頁6.3 生物氧化過程中能量的轉(zhuǎn)變生物氧化不僅消耗氧，產(chǎn)生二氧化碳和水，更重要的是在這個過程中有能量的釋放，釋放出來的能量在細胞內(nèi)以ATP的形式貯存起來，以供細胞代謝活動的需要，這就是氧化磷酸化。本節(jié)要討論的就是生物氧化中能量的釋放、轉(zhuǎn)移和貯存利用的問題

9、。l放能與吸能偶聯(lián)l高能化合物lATP的生成與調(diào)節(jié)章首下一頁上一頁A.A.氫載體循環(huán)氫載體循環(huán) B.B.磷酸循環(huán)磷酸循環(huán)節(jié)首章首下一頁上一頁l磷氧鍵型高能化合物：包括1，3二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、NTP、dNTP、NDP、dNDP、dN等。其中尤以ATP分布廣、濃度大，是所有生命形式的主要的能量載體。l氮磷鍵型高能化合物：如磷酸肌酸、磷酸精氨酸。l硫脂鍵型高能化合物：如脂酰CoA。l甲硫鍵型高能化合物：如S腺苷蛋氨酸節(jié)首章首下一頁上一頁l底物水平磷酸化l氧化磷酸化 氧化磷酸化的偶聯(lián)部位 合成ATP的酶系 偶聯(lián)機制 影響氧化磷酸化的因素l線粒體外NADH的氧化磷酸化 異檸檬酸穿梭作用 磷

10、酸甘油穿梭作用 蘋果酸穿梭作用l高能化合物的儲存和轉(zhuǎn)移利用節(jié)首章首下一頁上一頁 底物水平磷酸化是指代謝物在氧化分解過程中，有少數(shù)反應(yīng)步驟由于脫氫或脫水而引起分子內(nèi)部能量重新分布，形成了某些高能磷酸鍵，它可轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP的過程。返回下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁上一頁 在呼吸鏈中，通過氧化磷酸化產(chǎn)生能量的有3個部位（見圖）。在這3個部位，自由能的降低均足以滿足由ADP和Pi合成ATP所需的能量（7.3kcalmol1），從NADH來的一對電子傳遞到氧上，經(jīng)過這3個偶聯(lián)部位，生成3 3分子分子ATPATP。返回下一頁上一頁l 化學(xué)滲透偶聯(lián)假說其要點如下：氧化和磷酸化之間是通過H的電化學(xué)梯度

11、偶聯(lián)起來的。H離子電化學(xué)梯度中就蘊藏了能量，這種能量即驅(qū)使ADP與Pi形成ATP，這種ATP生成反應(yīng)是在內(nèi)膜內(nèi)表面的F0F1ATP酶復(fù)合體內(nèi)進行的定向反應(yīng)。返回下一頁上一頁 鑲嵌在線粒體內(nèi)膜上合成ATP的酶系是一個復(fù)合物，稱為ATP合成酶或稱F0F1ATP酶。它由兩個主要部分F0和F1再加柄連接而構(gòu)成。F1即偶聯(lián)因子，呈球形，通過一個柄（由蛋白質(zhì)組成）接到包埋在線粒體內(nèi)膜的柄底F0上，故又稱三聯(lián)體三聯(lián)體。返回下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁上一頁l激素的調(diào)節(jié) 甲狀腺激素能促進線粒體的氧化磷酸化，增加ATP的形成。l抑制劑的作用 lATP/ADP比值的影響 氧化磷酸化主要受細胞對能量需求的調(diào)節(jié)。返

12、回下一頁上一頁l通過抑制電子傳遞而抑制氧化磷酸化 如阿的平、阿米妥、魚藤酮、抗霉素A、一氧化碳和氰化物等均因能抑制呼吸鏈而抑制氧化磷酸化（如圖）l解偶聯(lián)劑lF0F1ATP酶的抑制劑l離子載體返回下一頁上一頁l異檸檬酸脫氫酶： 以NAD為輔酶（線粒體內(nèi)） 以NADP為輔酶（線粒體外）返回下一頁上一頁-磷酸甘油脫氫酶有兩種： 線粒體外的磷酸甘油脫氫酶（以NAD+為輔酶） 線粒體內(nèi)的磷酸甘油脫氫酶（以FAD為輔基的一種不需氧黃酶）通過這種穿梭作用，線粒體外的NADH+H+只能產(chǎn)生兩個兩個ATP，比線粒體內(nèi)的NADH+H+氧化少產(chǎn)生一個ATP磷酸甘油穿梭系統(tǒng)圖返回下一頁上一頁返回下一頁上一頁線粒體內(nèi)外

13、都具有蘋果酸脫氫酶，而且輔酶（FAD）相同通過這種穿梭作用，線粒體外的NADH+H+能產(chǎn)生3個個ATP。蘋果酸穿梭系統(tǒng)圖返回下一頁上一頁返回下一頁上一頁 ATP是生物界普遍的供能物質(zhì)，體內(nèi)的分解代謝和合成代謝的偶聯(lián)都以ATP為偶聯(lián)劑。ATP分子含有兩個高能磷酸鍵，在體外標準條件下測定，每個高能磷酸鍵水解時釋放約7.3kcalmol1的能量。 在細胞內(nèi)如脊椎動物肌肉和神經(jīng)組織的磷酸肌酸和無脊椎動物的磷酸精氨酸才是真正的能量儲存物質(zhì)，又稱為磷酸原。當機體消耗ATP過多致使ADP增多時，磷酸肌酸可將其高能鍵轉(zhuǎn)給ADP生成ATP，以供生理活動之用。催化這一反應(yīng)的酶是肌酸磷酸激酶（CPK）。 肌酸 AT

14、P 磷酸肌酸 ADP下一頁上一頁 當機體代謝中需要ATP提供能量時，ATP可以多種形式實行能量的轉(zhuǎn)移和釋放：l葡萄糖ATP 6磷酸葡萄糖 ADP l5磷酸核糖ATP 5磷酸核糖1焦磷酸 AMPl氨基酸 ATP 氨酰- AMP Ppil蛋氨酸ATP S腺苷蛋氨酸 PPi + Pi返回下一頁上一頁返回下一頁上一頁l微粒體氧化體系加單氧酶 加雙氧酶l過氧化物酶體氧化體系過氧化氫及超氧離子的生成過氧化氫及超氧離子的毒性作用過氧化氫及超氧離子的消除章首下一頁上一頁加單氧酶催化的反應(yīng)進行時，需要氧和還原型輔助因子。反應(yīng)通式如下：RHO2NADPHH ROHNADPH2O節(jié)首章首下一頁上一頁此類酶催化氧分子

15、直接加到作用物分子上:節(jié)首章首下一頁上一頁 在生物氧化過程中，呼吸鏈末端每分子氧必須接受4個電子才能完全還原，生成2O2，可以與H結(jié)合生成水，如果電子供給不足，則生成過氧化基團O22或超氧離子。 O24e 2O2 2H2O O22e O22 H2O2 O2e O2節(jié)首章首下一頁上一頁超氧離子為帶有負離子的自由基，反應(yīng)活潑，與過氧化氫作用可以生成性質(zhì)更活潑的羥自由基OH。它們作用于DNA時可使其氧化、修飾、甚至斷裂；作用于蛋白質(zhì)時可使其巰基氧化而改變其功能或引起酶活性喪失；作用于脂質(zhì)中的不飽和脂肪酸等則可產(chǎn)生過氧化脂質(zhì)，引起生物膜損傷。節(jié)首章首下一頁上一頁l超氧化物歧化酶（SOD） 2O22H

16、H2O2 O2l過氧化氫酶 H2O2 + H2O2 2H2O + O2l過氧化物酶 RH2 H2O2 R 2H2O節(jié)首章首下一頁上一頁某些代謝物在線粒體中氧化的呼吸鏈返回下一頁上一頁下一頁上一頁 鑲嵌在線粒體內(nèi)膜上合成ATP的酶系是一個復(fù)合物，稱為ATP合成酶或稱F0F1ATP酶。它由兩個主要部分F0和F1再加柄連接而構(gòu)成。F1即偶聯(lián)因子，呈球形，通過一個柄（由蛋白質(zhì)組成）接到包埋在線粒體內(nèi)膜的柄底F0上，故又稱三聯(lián)體三聯(lián)體。返回下一頁上一頁-磷酸甘油脫氫酶有兩種： 線粒體外的磷酸甘油脫氫酶（以NAD+為輔酶） 線粒體內(nèi)的磷酸甘油脫氫酶（以FAD為輔基的一種不需氧黃酶）通過這種穿梭作用，線粒體外的NADH+H+只能產(chǎn)生兩個兩個ATP，比線粒體內(nèi)的NADH+H+氧化少產(chǎn)生一個ATP磷酸甘油穿梭系統(tǒng)圖返回下一頁上一頁返回下一頁上一頁加單氧酶催化的反應(yīng)進行時，需要氧和還原型輔助因子。反應(yīng)通式如下：RHO2NADPHH ROHNADPH2O節(jié)首章首