陳代謝總論與生物氧化ppt課件

1、生物氧化第八章本章教學目的要求1.掌握：掌握：1氧化磷酸化及底物程度磷酸化的概念；氧化磷酸化及底物程度磷酸化的概念；2氧化磷酸化偶聯(lián)部位及影響要素；氧化磷酸化偶聯(lián)部位及影響要素；3呼吸鏈的概念、組成及主要呼吸鏈的陳列順序。呼吸鏈的概念、組成及主要呼吸鏈的陳列順序。2.熟習：熟習：1ATP與能量轉換和利用。與能量轉換和利用。2胞液中胞液中NADH的氧化過程。的氧化過程。3-磷酸甘油及蘋果酸磷酸甘油及蘋果酸-天冬氨酸穿越機制。天冬氨酸穿越機制。3.了解：了解：1體內外生物氧化異同點。體內外生物氧化異同點。2氧化磷酸化的偶聯(lián)機制。氧化磷酸化的偶聯(lián)機制。3線粒體內膜物質轉運及其他氧化體系的特點、作用。

2、線粒體內膜物質轉運及其他氧化體系的特點、作用。 新陳代謝新陳代謝 新陳代謝新陳代謝 合成代謝同化作用 分解代謝異化作用生物小分子合成生物小分子合成為生物大分子為生物大分子需求能量需求能量釋放能量釋放能量生物大分子分解生物大分子分解為生物小分子為生物小分子能量能量代謝代謝物質代謝物質代謝什么叫生物氧化？什么叫生物氧化？ 糖、脂、蛋白質等有機物在細胞內氧化分解，最終生成CO2和水并釋放能量的過程。又稱細胞氧化或細胞呼吸。生物氧化是在一系列氧化-復原酶催化下分步進展的。每一步反響，都由特定的酶催化.糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白質蛋白質 葡萄糖葡萄糖 脂肪酸脂肪酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰

3、乙酰CoA 呼吸鏈呼吸鏈 ADP+Pi ATP * 生物氧化的普經(jīng)過程u二氧化碳的生成二氧化碳的生成細胞如何在細胞如何在酶的催化下將有機化合物中的酶的催化下將有機化合物中的C C變成變成CO2CO2：脫羧反響：脫羧反響u水的生成水的生成在酶的作用下細胞在酶的作用下細胞怎樣利用分子氧將有機化合物中怎樣利用分子氧將有機化合物中的的H H氧化成氧化成H2OH2O：電子傳送鏈：電子傳送鏈uATPATP的生成的生成當有機物被氧化當有機物被氧化成成CO2CO2和和H2OH2O時，釋放的能量怎樣時，釋放的能量怎樣轉化成轉化成ATPATP：底物程度磷酸化，：底物程度磷酸化，氧化磷酸化電子傳送體系磷酸氧化磷酸化

4、電子傳送體系磷酸化化生物氧化研討的內容生物氧化研討的內容第一節(jié)第一節(jié) 生物氧化的方式、特點和酶類生物氧化的方式、特點和酶類一、生物氧化中一、生物氧化中CO2生成的方式生成的方式 生物體內生物體內CO2的生成來源于有機物轉的生成來源于有機物轉變?yōu)楹然衔锏拿擊茸饔谩Ｗ優(yōu)楹然衔锏拿擊茸饔谩?脫羧的方式有四種脫羧的方式有四種 : 直接脫羧基作用 氧化脫羧基作用-直接脫羧 -氧化脫羧 -直接脫羧 -氧化脫羧(一)直接脫羧作用-脫羧：如丙酮酸、氨基酸脫羧脫羧：如丙酮酸、氨基酸脫羧-脫羧脫羧;如：草酰乙酸如：草酰乙酸+ CO2+ CO2-酮酸脫羧酶酮酸脫羧酶TPP+ CO2+ CO2丙酮酸羧化酶

5、丙酮酸羧化酶生物素生物素ATP ADP + PiATP ADP + Pi草酰乙酸 -氧化脫羧：如丙酮酸的氧化脫羧：氧化脫羧：如丙酮酸的氧化脫羧：-氧化脫羧：如蘋果酸的氧化脫羧：氧化脫羧：如蘋果酸的氧化脫羧：二氧化脫羧作用二、生物氧化中物質氧化的方式二、生物氧化中物質氧化的方式( (一一). ). 失電子失電子( (二二). ). 脫氫脫氫乙醇乙醇乙醛乙醛CH3-CH2OH CH3CHOCH3-CH2OH CH3CHO NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+醇脫氫酶醇脫氫酶 琥珀酸脫氫+2H+ 2e-+CO O HCHCHCO O HCO O HCH2CH2CO O H乳酸脫氫酶乳酸

6、脫氫酶CH3CHCOOHOHNAD+ NADHCH3CCOOHO( (三三). ). 加氧加氧( (四四). ). 加水加水O2CH2CHCOOH NH2H-CH2CHCOOH NH2HO-延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸 CHCOOHHOOC-CH H2O延胡索酸水合酶延胡索酸水合酶羥化酶羥化酶五加水脫氫o酶催化的醛氧化成酸的反響即屬于這一類。酶催化的醛氧化成酸的反響即屬于這一類。+2H+ 2e-+RCOHO 酶RCOHHOH H2ORCOH三、生物氧化的特點三、生物氧化的特點 生物氧化中物質的氧化方式有加氧、脫生物氧化中物質的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵照氧化復原反響的普通氫、失電子，遵照

7、氧化復原反響的普通規(guī)律。規(guī)律。 物質在體內外氧化時所耗費的氧量、最物質在體內外氧化時所耗費的氧量、最終產物終產物CO2CO2，H2OH2O和釋放能量均一樣。和釋放能量均一樣。* * 生物氧化與體外氧化之一樣點；生物氧化與體外氧化之一樣點；w 是在細胞內溫暖的有水環(huán)境中體溫，是在細胞內溫暖的有水環(huán)境中體溫，pH接近中性，經(jīng)一系列酶促反響逐接近中性，經(jīng)一系列酶促反響逐漸緩慢進展，能量逐漸釋放，以漸緩慢進展，能量逐漸釋放，以ATP方方式儲存和轉運，有利于機體捕獲能量，式儲存和轉運，有利于機體捕獲能量，提高提高ATP生成的效率。生成的效率。w 物質的氧化方式是脫氫反響，脫下的物質的氧化方式是脫氫反響，

8、脫下的氫在酶、輔酶和電子傳送系統(tǒng)參與下經(jīng)氫在酶、輔酶和電子傳送系統(tǒng)參與下經(jīng)一系列傳送與水結合生成一系列傳送與水結合生成H2O；二氧化；二氧化碳碳CO2 是由于糖、脂類和蛋白質轉是由于糖、脂類和蛋白質轉變成含羧基的化合物有機酸直接脫變成含羧基的化合物有機酸直接脫羧或氧化脫羧產生。羧或氧化脫羧產生。* * 生物氧化與體外氧化之不同點生物氧化與體外氧化之不同點: :生物氧化生物氧化體外氧化體外氧化w 在高溫、高壓以及枯燥的在高溫、高壓以及枯燥的條件下進展，是猛烈的自在條件下進展，是猛烈的自在基反響，能量是突發(fā)式釋放基反響，能量是突發(fā)式釋放的。產生的能量以光與熱的的。產生的能量以光與熱的方式分發(fā)在環(huán)境

9、中。方式分發(fā)在環(huán)境中。w 產生的產生的CO2、H2O是由物是由物質中的碳和氫直接與氧結合質中的碳和氫直接與氧結合生成。生成。場所：真核細胞在線粒體內膜，原核細胞在質膜場所：真核細胞在線粒體內膜，原核細胞在質膜上進展。上進展。1. 1. 條件溫暖條件溫暖生物氧化是在生物細胞內進展的酶促氧化過程，反響生物氧化是在生物細胞內進展的酶促氧化過程，反響條件溫暖水溶液，中性條件溫暖水溶液，中性pHpH和常溫。和常溫。2. 2. 水的生成水的生成水的生成不是水的生成不是H H直接與直接與O O作用生成作用生成, ,氧化過程中脫下來的氫，通常氧化過程中脫下來的氫，通常由各種載體，如由各種載體，如NADHNAD

10、H等傳送到氧并生成水。水是生物氧化反響等傳送到氧并生成水。水是生物氧化反響的產物的產物, ,又是生物氧化反響的環(huán)境又是生物氧化反響的環(huán)境. . 水是許多生物氧化反響的氧水是許多生物氧化反響的氧供體。經(jīng)過加水脫氫作用供體。經(jīng)過加水脫氫作用, ,直接參予了氧化反響。直接參予了氧化反響。3. CO23. CO2的生成的生成CO2CO2的生成不是的生成不是C C直接與直接與O O作用生成作用生成, ,而是經(jīng)過脫羧作用生成。而是經(jīng)過脫羧作用生成。4. 4. 能量的生成能量的生成能量的生成不是迸發(fā)式的能量的生成不是迸發(fā)式的, ,而是逐漸釋放而是逐漸釋放, ,提高能量利用率。生物提高能量利用率。生物氧化釋放

11、的能量，經(jīng)過與氧化釋放的能量，經(jīng)過與ATPATP合成相偶聯(lián)，轉換成生物體可以直合成相偶聯(lián)，轉換成生物體可以直接利用的生物能接利用的生物能ATPATP。總結：生物氧化的特點總結：生物氧化的特點四、參與生物氧化的酶類四、參與生物氧化的酶類一脫氫酶類一脫氫酶類 使代謝物的氫活化、零落、并將其傳送給使代謝物的氫活化、零落、并將其傳送給其他受氫體或中間傳送體。其他受氫體或中間傳送體。 根據(jù)輔因子的不同，可分為：根據(jù)輔因子的不同，可分為： 1、以黃素核苷酸為輔基的脫氫酶、以黃素核苷酸為輔基的脫氫酶 2、以煙酰胺核苷酸為輔酶的脫氫酶、以煙酰胺核苷酸為輔酶的脫氫酶1 、黃素脫氫酶類以黃素輔基做為、黃素脫氫酶類

12、以黃素輔基做為H的受體的酶類的受體的酶類 直接從代謝物上獲直接從代謝物上獲H SH2+ FMN/FAD S+ FMNH2/FADH21需氧黃酶需氧黃酶 以氧為直接受氫體，即直接把以氧為直接受氫體，即直接把H給給O生成生成H2O2如如AA氧化酶氧化酶 AA+O2 +H2O 酮酸酮酸+H2O2+NH32不需氧黃酶不需氧黃酶 不以氧為直接受氫體，即先把不以氧為直接受氫體，即先把H傳給中間傳送體，最后才傳給傳給中間傳送體，最后才傳給O生成生成H2O。NAD脫氫酶脫氫酶 NADH2+FMN NAD+FMNH2琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶 COOHCH2CH2COOH+FAD COOHCHCHCOOH+FAD

13、H2脂酰脂酰CoA脫氫酶脫氫酶 脂酰脂酰CoA+FAD 烯脂酰烯脂酰CoA+FADH2-磷酸甘油脫氫酶線粒體磷酸甘油脫氫酶線粒體 -磷酸甘油磷酸甘油+FAD 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮+FADH2傳送體2、煙酰胺脫氫酶類以煙酰胺輔酶作為受、煙酰胺脫氫酶類以煙酰胺輔酶作為受H體的酶類體的酶類o這類酶以這類酶以NAD輔酶輔酶和和NADP 輔酶輔酶為輔酶；為輔酶；o直接從代謝物上接受氫；直接從代謝物上接受氫；o屬于不需氧脫氫酶；屬于不需氧脫氫酶；o這類脫氫酶有這類脫氫酶有200多種多種.(見見P233表表10-1)S-2HSNAD/NADP NAD/NADP 中間體中間體-2H -2H O2O2NAD

14、H/NADPH NADH/NADPH 中間體中間體 H2O H2O二氧化酶種類很多二氧化酶種類很多 在生物氧化過程中，以在生物氧化過程中，以O為直接受氫體的氧化復原酶類。為直接受氫體的氧化復原酶類。 例：細胞色素氧化酶、抗壞血酸氧化酶例：細胞色素氧化酶、抗壞血酸氧化酶三加氧酶三加氧酶 CH3CHO + 1/2O2 CH3COOH四傳送體：是指生物氧化過程中，起著中間傳送氫或傳送電四傳送體：是指生物氧化過程中，起著中間傳送氫或傳送電子作用的物質。子作用的物質。 遞氫體：黃酶、煙酰胺輔酶和遞氫體：黃酶、煙酰胺輔酶和CoQ 遞電子體：細胞色素及鐵硫蛋白遞電子體：細胞色素及鐵硫蛋白VitC氧化酶氧化酶

15、脫氫抗壞血酸脫氫抗壞血酸抗壞血酸抗壞血酸O2H2O第二節(jié)第二節(jié) 線粒體氧化體系線粒體氧化體系呼吸鏈的作用呼吸鏈的作用細胞內的線粒體是生物氧化的主要場所。細胞內的線粒體是生物氧化的主要場所。線粒體的構造生物體主要以脫氫酶、傳送體及氧化酶組成生生物體主要以脫氫酶、傳送體及氧化酶組成生物氧化體系，以促進水的生成。物氧化體系，以促進水的生成。MH2M遞氫體遞氫體遞氫體遞氫體H2 NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ復原型復原型氧化型氧化型Cyt遞電子體遞電子體 b, c1, c, aa32H+2e O2O2-H2O脫氫酶脫氫酶氧化酶氧化酶二二. .呼吸鏈分組成成分呼吸鏈分組成成分1.1.煙酰胺

16、脫氫酶煙酰胺脫氫酶2.2.黃素脫氫酶黃素脫氫酶 3.3.鐵硫蛋白鐵硫蛋白4.4.細胞色素細胞色素5.5.輔酶輔酶Q-Q-泛醌泛醌 NADH-Q復原酶復合體I琥珀酸-Q復原酶復合體 細胞色素復原酶復合體 III 細胞色素氧化酶復合體電子傳送中有四個復合體參與典型的呼吸鏈根據(jù)最初受氫體的不同分：典型的呼吸鏈根據(jù)最初受氫體的不同分：一一NADH呼吸鏈線粒體內，是細胞內呼吸鏈線粒體內，是細胞內最主要的呼吸鏈最主要的呼吸鏈二二FADH2呼吸鏈又叫琥珀酸氧化呼吸呼吸鏈又叫琥珀酸氧化呼吸鏈，線粒體內鏈，線粒體內NADH NADH 氧化呼吸鏈氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈呼吸鏈各復合體在線粒體內膜

17、中的位置一NADH-Q復原酶復合體1 由FMN + 鐵硫蛋白組成的黃素蛋白功能：先與NADH結合并將NADH上的兩個高勢能電子轉移到FMN輔基上，使NADH氧化，并使FMN復原。它的活性部分含有輔基FMN和鐵硫蛋白。NADH+H+FMN FMNH2+NAD+oNADH-CoQ脫氫酶它的作用是催化脫氫酶它的作用是催化NADH的氧的氧化脫氫以及化脫氫以及CoQ的復原。的復原。NADHQ復原酶復原酶, 850KD,由由42條肽鏈構成。它的活性部分有含輔條肽鏈構成。它的活性部分有含輔基基FMN的黃素蛋白和鐵硫蛋白。的黃素蛋白和鐵硫蛋白。oFMN的作用是接受脫氫酶脫下來的電子和質子，的作用是接受脫氫酶脫

18、下來的電子和質子，構成復原型構成復原型FMNH2。復原型。復原型FMNH2可以進一步可以進一步將電子轉移給將電子轉移給CoQ。o NADHQ復原酶復原酶o NADH + CoQ + H+ = NAD+ + CoQH2 氧化復原反響發(fā)生時，變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間 鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇FeS含有等量鐵原子和硫原子，基中鐵原子可進展Fe2+ Fe3+e反響傳送電子 鐵硫聚簇有幾種不同的類型，有的只含有一個鐵原子FeS，有的只含有兩個鐵原子2Fe-2S，有的含有4個鐵原子4Fe-4S鐵硫蛋白類OOCH3OCH3OCH3(CH2CH CCH2)nHCH3n=6-10輔酶QCoQ是脂溶性輔酶。在線粒

19、體內膜中是一種均一的流動庫，可以結合到膜上，也可以游離形狀存在。 CoQ和FMN都是NADH-Q復原酶的輔酶。 CoQ和FMN一樣，都可以接受或給出一個或兩個電子，由于它們都有穩(wěn)定的半醌方式。 琥珀酸脫氫酶，它是嵌在線粒體內膜的酶蛋白。也是此復合體的一部分，其輔基包括FAD和Fe-S聚簇。功能 ：將電子從琥珀酸傳送給泛醌o琥珀酸是生物代謝過程三羧酸循環(huán)中產生琥珀酸是生物代謝過程三羧酸循環(huán)中產生的中間產物，它在琥珀酸脫氫酶復合物的中間產物，它在琥珀酸脫氫酶復合物II催化下，將兩個高能電子傳送給催化下，將兩個高能電子傳送給CoQ。再將電。再將電子傳送到子傳送到Cyt.b 。o復合物復合物II比比N

20、ADH-Q復原酶的構造簡單，復原酶的構造簡單，140KD,由由4個不同的多肽亞基組成。其活性個不同的多肽亞基組成。其活性部分含有輔基部分含有輔基FAD和鐵硫蛋白。和鐵硫蛋白。o琥珀酸脫氫酶的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化琥珀酸脫氫酶的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和和CoQ的復原。的復原。 2Cytb + Cytc1 +Fe-S細胞色素是一類含有血紅素輔基的電子傳送蛋白質的總稱。 有顏色 根據(jù)吸收光譜的不同將細胞色素分為a,b,c三類分類: Cyta: Cytaa3 Cytb: Cytb562 、Cytb566、 Cytb560 Cytc: Cytc 、 c1o這是一類以鐵卟啉為輔基的蛋白質。在生物氧

21、化反響這是一類以鐵卟啉為輔基的蛋白質。在生物氧化反響中，其鐵離子可為中，其鐵離子可為+2+2價亞鐵離子，也可為價亞鐵離子，也可為+3+3價高鐵離價高鐵離子。經(jīng)過這種轉變而傳送電子。細胞色素為單電子傳子。經(jīng)過這種轉變而傳送電子。細胞色素為單電子傳送體。送體。o細胞色素存在于線粒體內膜，也存在于微粒體。細胞色素存在于線粒體內膜，也存在于微粒體。o存在于線粒體內膜的細胞色素有存在于線粒體內膜的細胞色素有Cytaa3Cytaa3，CytbCytbb560b560，b562b562，b566b566，CytcCytc，Cytc1Cytc1；而存在于微粒體的細；而存在于微粒體的細胞色素有胞色素有CytP4

22、50CytP450和和Cytb5Cytb5。 甲?；柞；嗑郛愇於╅L鏈多聚異戊二烯長鏈o 復合物III是線粒體內膜上的一種跨膜蛋白復合物，其作用是催化復原型CoQH2的氧化和細胞色素c的復原。o 復合物III由11肽鏈組成，250KD.?；钚圆糠种饕毎豣 和c1，以及鐵硫蛋白2Fe-2S。QH2+2Cyt.c1(氧化型)+2H+(基質內) -Q+2Cyt.c1(復原型)+4H+Q循環(huán)它是電子傳送鏈中一個獨立的它是電子傳送鏈中一個獨立的蛋白質電子載體，蛋白質電子載體，.124KD,.124KD,位于位于線粒體內膜外表，屬于膜周蛋白，線粒體內膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細胞色

23、素易溶于水。它與細胞色素c1c1含有含有一樣的輔基，但是蛋白組成那么一樣的輔基，但是蛋白組成那么有所不同。在電子傳送過程中，有所不同。在電子傳送過程中，cytccytc經(jīng)過經(jīng)過Fe3+ Fe3+ Fe2+ Fe2+ 的互變的互變起電子傳送中間體作用起電子傳送中間體作用, ,將電子將電子傳送給細胞色素傳送給細胞色素c c 氧化酶。氧化酶。Cyta + Cyta3o簡寫為簡寫為cyt. c 氧化酶，即復氧化酶，即復合物合物IV，它是，它是位于線粒體呼位于線粒體呼吸鏈末端的蛋吸鏈末端的蛋白復合物，由白復合物，由13個多肽亞基個多肽亞基組成?；钚圆拷M成?；钚圆糠种饕ǚ种饕╟yt. a和和a3。

24、ocyt. a和和a3組成一個復合體，除了含有鐵卟啉外，還組成一個復合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。含有銅原子。cyt. aa3可以直接以可以直接以O2為電子受體。為電子受體。o在電子傳送過程中，分子中的銅離子可以發(fā)生在電子傳送過程中，分子中的銅離子可以發(fā)生Cu+ Cu2+ 的互變，將的互變，將cyt.c所攜帶的電子傳送給所攜帶的電子傳送給O2。NADH氧化呼吸鏈NADH復合體I 復合體II Q 復合體 cyt C復合體 O2 FADH2氧化呼吸鏈(琥珀酸氧化呼吸鏈FADH2Q 復合體 cyt C復合體 O2 三、電子傳送鏈的電子傳送順序 呼吸鏈的各組分在線粒體內膜上是按一定順序陳列的，

25、在線粒體內膜上主要有兩條呼吸鏈：電子傳送鏈 其他末端氧化酶系統(tǒng)是指除細胞色素系統(tǒng)之外的氧化體系，又稱非線粒體氧化體系，與ATP生成無關。1. 微粒體氧化體系2.多酚氧化酶 體系3.抗壞血酸氧化酶體系4.超氧化物歧化酶、過氧化氫 酶和過氧化物酶體系第三節(jié)第三節(jié) 非線粒體氧化體系非線粒體氧化體系o該體系在細胞微粒體中發(fā)生，不產生能量即與該體系在細胞微粒體中發(fā)生，不產生能量即與ATP合成無關，但具有重要生理功能。合成無關，但具有重要生理功能。o過氧化氫酶過氧化氫酶CAT、過氧化物酶、過氧化物酶POD、超、超氧化物歧化酶氧化物歧化酶SOD，都是抗氧化酶防衰老，都是抗氧化酶防衰老o酚類無顏色，氧化成醌褐

26、色，故土豆、蘋果、酚類無顏色，氧化成醌褐色，故土豆、蘋果、梨等的切口處，放了一會兒變成褐色酚類、胺類梨等的切口處，放了一會兒變成褐色酚類、胺類被氧化成醌。被氧化成醌。 1、加雙氧酶類直接把氧加究竟物分子上：、加雙氧酶類直接把氧加究竟物分子上： 一、微粒體氧化體系加氧體系一、微粒體氧化體系加氧體系3-3-羥鄰氨基苯二甲酸加雙氧酶羥鄰氨基苯二甲酸加雙氧酶- -胡蘿卜素加雙氧酶胡蘿卜素加雙氧酶尼克酸尼克酸3-3-羥基鄰氨基苯甲酸羥基鄰氨基苯甲酸脫羧酶脫羧酶CO2+H2OCO2+H2O加雙氧酶加雙氧酶O2O22、加單氧酶類一個氧原子進入底物分子中，另、加單氧酶類一個氧原子進入底物分子中，另一個氧原子復

27、原成水，又稱混合功能氧化酶。此一個氧原子復原成水，又稱混合功能氧化酶。此酶并非一種單酶，而是一個酶體系。酶并非一種單酶，而是一個酶體系。 RH+NADPH2+O2 ROH+NADP+H2OP450-Fe3+-RHP450-Fe2+-RHP450-Fe2+-RHO2P450-Fe3+-ROH+H2O例：例：NADPH-P450復原酶復原酶二二. .過氧化體氧化體系過氧化體氧化體系過氧化體也稱過氧化物酶體過氧化體也稱過氧化物酶體(peroxisome),(peroxisome),即微體即微體microbodymicrobody含過氧化氫酶和過氧化物酶。含過氧化氫酶和過氧化物酶。1.1.過氧化氫的生

28、成過氧化氫的生成COOH COOHCOOH COOHCHNH2 C=O + NH3 + H2O2CHNH2 C=O + NH3 + H2O2R RR RO2O2黃嘌呤氧化酶H2O + O2黃嘌呤尿酸氨基酸氧化酶2.2.過氧化氫的處置與利用過氧化氫的處置與利用1)1)過氧化氫酶過氧化氫酶H2O2H2O + O2過氧化氫酶過氧化氫酶(2).過氧化物酶過氧化物酶R-2H + H2O2R + H2O過氧化物酶過氧化物酶酚類和胺類三三. .植物細胞中的生物氧化體系植物細胞中的生物氧化體系1.1.多酚氧化酶體系多酚氧化酶體系組成：脫氫酶、醌復原酶、酚氧化酶生物學意義：此酶與植物組織受傷反響有關，植物組織受

29、傷后多酚氧化酶活力增高，呼吸作用加強；植物受病菌損害時，多酚氧化酶活力也增高，有利于把酚類化合物氧化為醌，醌對病菌有毒害而起抗 病作用。2.VitC2.VitC氧化酶體系氧化酶體系3.3.乙醇酸氧化酶體系乙醇酸氧化酶體系四、超氧化物歧化酶SOD)自在能自在能G是指在一個反響體系的總能量中，在恒溫恒壓條是指在一個反響體系的總能量中，在恒溫恒壓條件下可以用以作功的那一部分能量。即生物體中進展生物氧件下可以用以作功的那一部分能量。即生物體中進展生物氧化所提供的能。化所提供的能。 恒溫恒壓條件下自在能變化公式為恒溫恒壓條件下自在能變化公式為G =H T S意義：意義：1)用其判別一個反響能否能發(fā)生；用

30、其判別一個反響能否能發(fā)生；2)生物體用以作功的能為體內化學反響放出的自在能；生物體用以作功的能為體內化學反響放出的自在能；3)生物氧化所提供的能是機體可利用的自在能。生物氧化所提供的能是機體可利用的自在能。一、生化反響中的自在能及自在能的變化一、生化反響中的自在能及自在能的變化第四節(jié)第四節(jié) 生物氧化過程中生物氧化過程中 能量的轉移和利用能量的轉移和利用G與反響途徑、反響機理無關。任何反響，當：與反響途徑、反響機理無關。任何反響，當： G0 反響可自發(fā)進展，為放能反響；反響可自發(fā)進展，為放能反響； G 0 反響不能自發(fā)進展，為吸能反響；反響不能自發(fā)進展，為吸能反響； G 0 體系處于平衡形狀，反

31、響可逆。體系處于平衡形狀，反響可逆。自在能變化自在能變化G: A B G= GB GAG是衡量反響自發(fā)性的規(guī)范。是衡量反響自發(fā)性的規(guī)范。 化學反響：化學反響：AB自在能的變化：自在能的變化：G G0 RTlnB/A R-氣體常數(shù)氣體常數(shù)8.315J/mol.K T-熱力學溫度絕對溫度熱力學溫度絕對溫度規(guī)范自在能變化規(guī)范自在能變化G0 ： 規(guī)范情況下規(guī)范情況下 pH=7時，產物自在能與時，產物自在能與反響物自在能之差。單位：反響物自在能之差。單位：kJ/mol 當反響到達平衡時：當反響到達平衡時：G 0G0 RTlnB/A= -2.303RT lgK G0的大小依賴于反響的平衡常數(shù)的大小依賴于反

32、響的平衡常數(shù)K 每一化學反響有其特定的每一化學反響有其特定的G0自在能變化與反響平衡常數(shù)的關系氧化復原電位：指氧化復原反響中，反響物得失電子的才干。用氧化復原電位：指氧化復原反響中，反響物得失電子的才干。用E表示。表示。氧化復原反響氧化復原反響指反響過程中凡是有電子從一物質復原劑轉移到另指反響過程中凡是有電子從一物質復原劑轉移到另一物質氧化劑的化學反響都屬于氧化復原反響。通常所說某一物一物質氧化劑的化學反響都屬于氧化復原反響。通常所說某一物質的氧化復原電位都是和規(guī)范氫電極比較得到的。質的氧化復原電位都是和規(guī)范氫電極比較得到的。參與氧化復原反響的每種物質都有氧化態(tài)和復原態(tài)，稱為氧還對；每一參與氧

33、化復原反響的每種物質都有氧化態(tài)和復原態(tài)，稱為氧還對；每一氧還對轉移電子的勢能即失去或獲得電子趨勢的高低叫做氧化氧還對轉移電子的勢能即失去或獲得電子趨勢的高低叫做氧化復原電位復原電位.規(guī)范氫電極規(guī)范氫電極是指在是指在25C、一個大氣壓下，將鉑電極放入氫離子活、一個大氣壓下，將鉑電極放入氫離子活度為度為1質量摩爾濃度的溶液中其質量摩爾濃度的溶液中其pH=0構成的。規(guī)定其電極電位構成的。規(guī)定其電極電位E0為為o。 所以待測物質與規(guī)范氫電極組成的原電池的電動勢即為該物質的規(guī)范氧所以待測物質與規(guī)范氫電極組成的原電池的電動勢即為該物質的規(guī)范氧化復原電位?；瘡驮娢?。規(guī)范形狀下測得的為規(guī)范氧化復原電位規(guī)范形

34、狀下測得的為規(guī)范氧化復原電位E0；生化反響是在；生化反響是在pH=7.0條條件下進展的，故此時測得的氧化復原電位為生化氧化復原電位件下進展的，故此時測得的氧化復原電位為生化氧化復原電位 E0生化規(guī)范氧化復原電位生化規(guī)范氧化復原電位E0：生化規(guī)范條件下：生化規(guī)范條件下 25C、一個大、一個大氣壓、氣壓、 pH=7.0 、電子供體和電子受體的濃度都是、電子供體和電子受體的濃度都是1mol/L，發(fā)生氧化復原反響的每一氧還對的電子轉移勢能。發(fā)生氧化復原反響的每一氧還對的電子轉移勢能。二、氧化復原電位與自在能變化二、氧化復原電位與自在能變化o普通普通E0 E0 值越小，表示該氧還對的復原態(tài)失電子才干越大

35、，值越小，表示該氧還對的復原態(tài)失電子才干越大，即復原才干越強，是強復原劑。越處于呼吸鏈的前面即復原才干越強，是強復原劑。越處于呼吸鏈的前面oE0E0值越大，表示該氧還對的氧化態(tài)得電子才干越大，即值越大，表示該氧還對的氧化態(tài)得電子才干越大，即氧化才干越強，是強氧化劑。越處于呼吸鏈的后面。氧化才干越強，是強氧化劑。越處于呼吸鏈的后面。o在氧化復原反響中，電子總是從在氧化復原反響中，電子總是從E0E0值較小的物質轉移到值較小的物質轉移到E0E0值較大的物質，即從復原劑流向氧化劑。值較大的物質，即從復原劑流向氧化劑。o G0 nF E0 n=轉移電子數(shù)轉移電子數(shù) F:法拉第常數(shù)法拉第常數(shù)96.496k

36、J/V.mol)氧化復原電位與自在能的關系氧化復原電位與自在能的關系 對于一個氧化復原反響，經(jīng)過氧化復原電位差對于一個氧化復原反響，經(jīng)過氧化復原電位差即可計算出該反響自在能的變化。即可計算出該反響自在能的變化。丙酮酸丙酮酸NADHH乳酸乳酸 NADNAD/NADH: E0 0.32V， 丙酮酸丙酮酸/乳酸乳酸: E0 0.185V G0296.4960.185 (0.32) 25.1kJ/mol第四節(jié)第四節(jié) 生物氧化過程中生物氧化過程中 能量的轉移和利用能量的轉移和利用三、高能磷酸鍵的生成機制三、高能磷酸鍵的生成機制一一.高能鍵與高能化合物高能鍵與高能化合物高能鍵高能鍵物理化學解釋：當某一化學

37、鍵斷裂時，需物理化學解釋：當某一化學鍵斷裂時，需求大量的能量的化學鍵，如求大量的能量的化學鍵，如P-O;O-O鍵。這里高鍵。這里高能鍵式指含有這種化學鍵的化合物水解反響或基團能鍵式指含有這種化學鍵的化合物水解反響或基團轉移反響所釋放的能量大于或等于轉移反響所釋放的能量大于或等于5Kcal/mol20.9KJ/mol，這種鍵就稱為高能鍵，用，這種鍵就稱為高能鍵，用“表示。表示。高能化合物高能化合物當某一化合物分解時所釋放的能量大當某一化合物分解時所釋放的能量大于或等于于或等于ATP水解成水解成ADP時放出的能量時放出的能量 30.5kJ /mol7.3K cal/mol)，那么稱此化，那么稱此化

38、合物為高能化合物。合物為高能化合物。 磷氧鍵型磷氮鍵型硫酯鍵型甲硫鍵型高能化合物的類型 1磷氧鍵型O-P:335kJ/mol)1,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-CH3COOPOO-O-11.8千卡千卡/摩爾摩爾10.1千卡千卡/摩爾摩爾H3N+COOPOO-O-氨甲酰磷酸R COOPOOO-A?；佘账酭C HCOOPOOO-AN+H3氨?；佘账?B) 焦磷酸化合物O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP三磷酸腺苷O-POO-O POO-O-焦磷酸 ATPATP是生物體通用的能量貨幣。是生物體通用的能量貨幣。

39、ATPATP是磷酸基團轉移反響的中間載體。是磷酸基團轉移反響的中間載體。 ATP ATP在在傳送能量方面起著轉運站的作用，它是能量的傳送能量方面起著轉運站的作用，它是能量的攜帶者和轉運者，但不是能量的儲存者。攜帶者和轉運者，但不是能量的儲存者。 ATPATP在能量轉化中的作用在能量轉化中的作用(C)烯醇式磷酸化合物OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡千卡/摩爾摩爾(2) 氮磷鍵型OPOONHCNHNCH3CH2COOHOPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH2磷酸肌酸磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內起儲存能量的作用10.3千卡千卡/摩爾摩爾7.7千卡千

40、卡/摩爾摩爾O SOO-OCH2OHHOHHOHHNNNH2NNO POO-3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸RCOSCoA?；o酶A(3) 硫酯鍵型COO-CHNH3+CH2CH2S+H3CAS-腺苷甲硫氨酸(4) 甲硫鍵型1 1、呼吸鏈磷酸化電子傳送體系磷酸化、呼吸鏈磷酸化電子傳送體系磷酸化 電子從電子從NADHNADH或或FADH2FADH2經(jīng)過電子傳送體系傳送給經(jīng)過電子傳送體系傳送給氧構成水，同時伴有氧構成水，同時伴有ADPADP磷酸化為磷酸化為ATPATP 這種方式生成的高能鍵最多，是生理活動所需能這種方式生成的高能鍵最多，是生理活動所需能量的主要來源。量的主要來源。 一氧化磷酸化作用偶聯(lián)磷

41、酸化作用一氧化磷酸化作用偶聯(lián)磷酸化作用在代謝物的氧化過程中，物質的氧化作用與在代謝物的氧化過程中，物質的氧化作用與ADPADP磷磷酸化作用偶聯(lián)生成酸化作用偶聯(lián)生成ATPATP的過程伴隨著放能的氧化的過程伴隨著放能的氧化作用而進展的磷酸化作用而進展的磷酸化二.ATP生成方式化學偶聯(lián)假說1953 以為電子傳送過程產生一種活潑的高能共價中間物。它隨后的裂解驅動氧化磷酸化作用。.構象偶聯(lián)假說1964 以為電子沿電子傳送傳送使線粒體內膜蛋白質組分發(fā)生了構象變化，構成一種高能方式。這種高能方式經(jīng)過ATP的合成而恢復其原來的構象。2、氧化磷酸化的機制、氧化磷酸化的機制o化學浸透假說的要點是化學浸透假說的要點

42、是 Mitchell 1961Mitchell 1961：o線粒體內膜的電子傳送鏈是一個質子泵；線粒體內膜的電子傳送鏈是一個質子泵；o線粒體內膜是完好封鎖的線粒體內膜是完好封鎖的; ;o電子由高能形狀傳送到低能形狀時釋放出來的電子由高能形狀傳送到低能形狀時釋放出來的能量，用于驅動膜內側的能量，用于驅動膜內側的H+H+遷移到膜外側膜遷移到膜外側膜對對H+H+是不通透的。在膜的內側與外側產生了是不通透的。在膜的內側與外側產生了跨膜質子梯度跨膜質子梯度 ( (pH) pH) 和電位梯度和電位梯度；o在膜內外勢能差在膜內外勢能差pH pH 和和的驅動下，的驅動下，膜外高能質子沿著膜外高能質子沿著F0F

43、1-ATPF0F1-ATP酶特殊通道，跨膜酶特殊通道，跨膜前往到膜內側。質子跨膜過程中釋放的能量，前往到膜內側。質子跨膜過程中釋放的能量，直接驅動直接驅動ADPADP和磷酸合成和磷酸合成ATPATP。 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP H+ H+ H+ 胞液側胞液側 基質側基質側 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化學浸透假說詳細表示圖化學浸透假說詳細表示圖 線粒體膜上的線粒體膜上的ATPATP合酶是受質子動力推進合酶是受質子動力推進的酶?？纱呋?/p>

44、的酶?？纱呋疉TPATP水解放能；又可從質子水解放能；又可從質子動力獲能，合成動力獲能，合成ATPATP。ATP合酶構造表示圖構造：由親水構造：由親水部分部分 F133亞基亞基 和疏水部分和疏水部分 F0a1b2c912亞基組成亞基組成。Mitchell外側內側ATP合酶的任務機制3個亞基構象不同 O開放型；T嚴密結合型；L疏松型Paul Boyer提出：結合變化機制1997年諾貝爾化學獎o氧的耗費與無機磷酸耗費之間的比例關系，可以反映氧的耗費與無機磷酸耗費之間的比例關系，可以反映底物脫氫氧化與底物脫氫氧化與ATP生成之間的比例關系。每耗費一生成之間的比例關系。每耗費一摩爾氧原子所耗費的無機磷

45、的摩爾數(shù)稱為摩爾氧原子所耗費的無機磷的摩爾數(shù)稱為P/O比值。比值。 oNADH或琥珀酸所攜帶的高能電子經(jīng)過線粒體呼吸鏈或琥珀酸所攜帶的高能電子經(jīng)過線粒體呼吸鏈傳送到傳送到O2的過程中，釋放出大量的能量。這種高能的過程中，釋放出大量的能量。這種高能電子傳送過程的釋能反響與電子傳送過程的釋能反響與ADP和磷酸合成和磷酸合成ATP的的需能反響相偶聯(lián)，是需能反響相偶聯(lián)，是ATP構成的根本機制。構成的根本機制。3 3、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位：、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位：P/OP/O比值比值o在生物氧化反響中，氧化與復原總是相互偶聯(lián)的。在在生物氧化反響中，氧化與復原總是相互偶聯(lián)的。在線粒體呼吸鏈中，推進電子從線

46、粒體呼吸鏈中，推進電子從NADH傳送到傳送到O2的力，的力，是由于是由于NAD+ / NADH + H+ 和和1/2 O2 / H2O兩個反響之間存在很大的電勢差。兩個反響之間存在很大的電勢差。o(a) O2 + 2 H+ + 2 e- H2O E0 = +0.82 Vo(b) NAD+ + H+ + 2 e- NADH E0 = -0.32 V o將將 (a) 減去減去 (b)，即得，即得 (c) 式：式：o(c) O2 + NADH + H+ H2O + NAD+ E0 = +1.14 Vo G =-nF E0 =-2 96500 1.14 = -220 kJ / mol 呼吸鏈中生成呼吸

47、鏈中生成ATPATP的部位的部位NADHNADH呼吸鏈呼吸鏈FADHFADH呼吸鏈呼吸鏈2.5ADP+Pi2.5ATP0.5FADH2 CoQ b c1 c aa3 FADH2 CoQ b c1 c aa3 1/2O21/2O2 1ATP 1ATP 0.5ATP0.5ATP 1.5ADP +Pi 1.5ATP1.5ADP +Pi 1.5ATP實驗測得實驗測得:NADH的的P/O2.5FADH2的的P/O1.5作用物作用物 呼吸鏈的組成呼吸鏈的組成 P/O P/O比值比值 ATP ATP數(shù)數(shù)-羥丁酸羥丁酸 NADH 1/2O2 2.8 2.5 NADH 1/2O2 2.8 2.5琥珀酸琥珀酸 F

48、AD 1/2O2 1.7 1.5 FAD 1/2O2 1.7 1.5抗壞血酸抗壞血酸 cytC 1/2O2 0.88 1 cytC 1/2O2 0.88 1cytC cytaa3 1/2O2 0.61cytC cytaa3 1/2O2 0.610.68 0.50.68 0.5X + ADP ATP + XP二、底物磷酸化：被氧化的底物上直接進二、底物磷酸化：被氧化的底物上直接進展展 的磷酸化作用。的磷酸化作用。 3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 + ADP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 + ATP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP 烯

49、醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 + ATP 琥珀酰硫激酶琥珀酰硫激酶琥珀酰琥珀酰CoA+H3PO4 + GDP 琥珀酸琥珀酸 + CoA + GTP 高能磷酸鍵經(jīng)過非氧化性而生成。這種磷酸化作用，既沒有脫氫，也沒有氧參與。例：2磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸三非氧化性磷酸化三非氧化性磷酸化非氧化性磷酸化及底物磷酸化是生物體在缺氧情況下，特別非氧化性磷酸化及底物磷酸化是生物體在缺氧情況下，特別是厭氧微生物進展糖類中間代謝時獲取能量的重要方式；而是厭氧微生物進展糖類中間代謝時獲取能量的重要方式；而呼吸鏈磷酸化那么是一切生物在有氧存在下獲取能量的主要呼吸鏈磷酸化那么是一切生物在有氧存在下獲取能量的主要方式。方式。第四節(jié)第四節(jié) 生物氧化過程中生物氧化過程中 能量的轉移和利用能量的轉移和利用四、線粒體外的氧化磷酸化細胞質生成的四、線粒體外的氧化磷酸化細胞質生成的NADH進進入線粒體入線粒體異檸檬酸的穿越作用異檸檬酸的穿越作用磷