成教生物氧化公開課一等獎(jiǎng)優(yōu)質(zhì)課大賽微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第 六 章生 物 氧 化Biological Oxidation第1頁物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)氧化分解釋放能量，并生成CO2 和 H2O過程。糖 脂肪 蛋白質(zhì) CO2和H2O O2能量ADP+PiATP熱能* 生物氧化概念 生物氧化與體外氧化之相同與不一樣點(diǎn)生物氧化普通過程（三個(gè)階段）第2頁* 生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵照氧化還原反應(yīng)普通規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。第3頁是在細(xì)胞內(nèi)溫和環(huán)境中（體溫，pH靠近中性），在一系列酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放有利于

2、有利于機(jī)體捕捉能量，提升ATP生成效率。進(jìn)行廣泛加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間接取得氧，并增加脫氫機(jī)會；脫下氫與氧結(jié)合產(chǎn)生H2O，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生CO2。* 生物氧化與體外氧化之不一樣點(diǎn)生物氧化體外氧化能量是突然釋放。 產(chǎn)生CO2、H2O由物質(zhì)中碳和氫直接與氧結(jié)合生成。第4頁糖原 三酯酰甘油 蛋白質(zhì) 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA TAC 2H 呼吸鏈 H2O ADP+Pi ATP CO2 * 生物氧化普通過程第5頁4. 生物體內(nèi)氧化體系 線粒體氧化體系 與能量相關(guān) 微粒體氧化體系 與過氧化物、藥品、 過氧物酶體氧化體系 毒物生物轉(zhuǎn)化相關(guān)第6頁 一、 呼吸鏈（respiratory chain)

3、 概念：代謝脫下成對氫原子（2H）經(jīng)過線粒體內(nèi)膜上各種酶和輔酶所催化連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水,此過程與細(xì)胞呼吸相關(guān)，此傳遞鏈稱為呼吸鏈。遞氫體、遞電子體都起傳遞電子作用，又稱電子傳遞鏈(electron transfer chain)。第一節(jié) 生成ATP氧化體系第7頁（一）、呼吸鏈組成四個(gè)蛋白復(fù)合體：復(fù)合體I IV兩個(gè)可靈活移動(dòng)成份：泛醌（Q）和 細(xì)胞色素C 第8頁四種含有傳遞電子功效酶復(fù)合體(complex) * 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四種復(fù)合體中。人線粒體呼吸鏈復(fù)合體第9頁 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液

4、側(cè) 基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜 e-e-e-e-e-呼吸鏈各成份功效：傳遞電子第10頁1. 復(fù)合體: NADH-泛醌還原酶 功效: 將電子從NADH傳遞給泛醌 (ubiquinone) 復(fù)合體NADH CoQ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 第11頁R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+ NAD+和NADP+結(jié)構(gòu)第12頁NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時(shí)改變發(fā)生在五價(jià)氮和三價(jià)氮之間。NAD / NADPNADH / NADPH H 2H（2H 2e）第13頁FMN含核黃素，功效部位是異咯嗪環(huán)FMN結(jié)構(gòu)異咯

5、嗪環(huán)第1及第10位氮原子與活潑雙鍵相連，可重復(fù)接收或放出氫，含有可逆氧化還原特征。第14頁FMN/FAD FMNH /FADH FMNH 2/FADH 2氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN 。FMN和FMNH2相互轉(zhuǎn)變第15頁第16頁復(fù)合體和中含各種Fe-S鐵硫蛋白SS無機(jī)硫半胱氨酸硫Fe-S （鐵硫簇、鐵硫中心）鐵硫蛋白經(jīng)過Fe3+ Fe2+ 改變起傳遞電子作用第17頁泛 醌 (輔酶Q, CoQ, Q)QQHQH 2（泛醌/氧化型）（半醌型）（氫醌/還原型）脂溶性，位于膜脂雙層中。苯醌結(jié)構(gòu)能進(jìn)行可逆加氫反應(yīng)電子傳遞鏈中唯一非蛋白遞氫體。第18頁復(fù)合體功效 NADH+H+ NAD+ FMN

6、FMNH2還原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH2第19頁2. 復(fù)合體: 琥珀酸-泛醌還原酶 功效: 將電子從琥珀酸傳遞給泛醌 催化琥珀酸脫氫氧化和Q還原。 復(fù)合體琥珀酸 CoQFe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 第20頁第21頁3. 復(fù)合體: 泛醌-細(xì)胞色素c還原酶 功效：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c 催化還原型QH2氧化和細(xì)胞色素c （cyt. c）還原 復(fù)合體QH2 Cyt c b562; b566; Fe-S; c19個(gè)多肽亞基組成第22頁細(xì) 胞 色 素含鐵結(jié)合蛋白遞電子體（cyt.)血紅素（heme）為輔基類別: Cyta: Cytaa3 Cytb: Cy

7、tb562 、Cytb566、 Cytb560 Cytc: Cytc 、 c1鐵卟啉衍生物鐵原子處于卟啉環(huán)中心傳遞電子機(jī)理：Fe3+ Fe2+-e+e第23頁甲?；嗑郛愇於╅L鏈第24頁細(xì)胞色素c（cyt.c）線粒體內(nèi)膜外側(cè)，水溶性。獨(dú)立遞電子體與細(xì)胞色素c1含有相同輔基，但蛋白組成不一樣。第25頁4. 復(fù)合體: 細(xì)胞色素c氧化酶 功效：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧 復(fù)合體還原型Cyt c O2CuAaa3CuB 呼吸鏈末端13個(gè)多肽亞基組成第26頁cyt. a和a3組成一個(gè)復(fù)合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。cyt. a a3可直接以O(shè)2為電子受體。在電子傳遞過程中，分子中銅離子可發(fā)生C

8、u+ Cu2+ 互變，將cyt.c所攜帶電子傳遞給O2。Cyt a3 和CuB形成活性部位將電子交給O2第27頁各成份排列次序由以下試驗(yàn)確定 測定標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 （二）呼吸鏈成份排列次序第28頁第29頁 拆開和重組 特異抑制劑阻斷 還原狀態(tài)呼吸鏈遲緩給氧第30頁 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè) 線粒體內(nèi)膜 e-e-e-e-e-第31頁復(fù)合體復(fù)合體復(fù)合體琥珀酸氧化呼吸鏈NADH 復(fù)合體琥珀酸 復(fù)合體Q 復(fù)合體Cyt c 復(fù)合體O2NADH氧化呼吸鏈呼吸鏈成份排列次序第32頁線粒體中一些主要底物氧化時(shí)呼吸鏈第33頁 二、氧化磷

9、酸化* 定義氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。 底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP過程。第34頁（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位:復(fù)合體、ATPATP ATP 第35頁每消耗1mol 氧原子，所消耗無機(jī)磷摩爾數(shù)一對電子經(jīng)過呼吸鏈P/O比值：一對電子經(jīng)過呼吸鏈時(shí)生成ATP個(gè)數(shù) 1個(gè)氧原子2e+O O2-ADP+Pi ATP無機(jī)磷個(gè)數(shù)生成ATP個(gè)數(shù)1、依據(jù)P/O比值推測氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧

10、化磷酸化偶聯(lián)部位確定第36頁第37頁電子傳遞鏈自由能改變 2、依據(jù)電子傳遞時(shí)自由能改變推測可能氧化磷酸化偶聯(lián)部位G=-nFE第38頁（二） 氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)理是跨線粒體內(nèi)膜質(zhì)子電化學(xué)梯度1. 化學(xué)滲透假說(chemiosmotic hypothesis) 電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜質(zhì)子電化學(xué)梯度（質(zhì)子濃度梯度和電位梯度）。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。所以跨線粒體內(nèi)膜質(zhì)子電化學(xué)梯度是ATP合成驅(qū)動(dòng)力量。第39頁化學(xué)滲透假說簡單示意圖第40頁2. ATP合酶由親水部分 F1(33亞基)和疏水部分 F0（a1b2c91

11、2亞基）組成。ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖第41頁 第42頁當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時(shí)，亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個(gè)亞基構(gòu)象發(fā)生改變。ATP合酶工作機(jī)制構(gòu)像偶聯(lián)假說結(jié)合改變機(jī)制旋轉(zhuǎn)催化第43頁三、影響氧化磷酸化原因1. 呼吸鏈抑制劑 2. 解偶聯(lián)劑3. 氧化磷酸化抑制劑 （一）抑制劑第44頁魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥 抗霉素A二巰基丙醇 CO、CN-、N3-及H2S各種呼吸鏈抑制劑阻斷位點(diǎn)（1）呼吸鏈抑制劑第45頁不一樣底物和抑制劑對線粒體氧耗影響 第46頁（2）解偶聯(lián)劑作用機(jī)制 H膜內(nèi)外電化學(xué)梯度電子傳遞使H跨膜轉(zhuǎn)移H經(jīng)ATP合酶F0 單元回流ATP合成H經(jīng)從其它路徑回流能量以熱能散失，

12、不能合成ATP常見解偶聯(lián)劑包含：2,4二硝基苯酚，解偶聯(lián)蛋白。使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離第47頁2,4-二硝基苯酚解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外低 pH高 pH不能形成質(zhì)子梯度，使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。抑制ATP生成，不抑制電子傳遞，使電子傳遞產(chǎn)生自由能都變?yōu)闊崮苌⑹?。?8頁解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體） F0 F1 Cyt cQ胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè) 解偶聯(lián) 蛋白熱能 H+ H+ ADP+Pi ATP 第49頁 1.可阻止質(zhì)子從FO質(zhì)子通道回流，直接抑制ATP生成2.間接抑制電子傳遞,耗O2量寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖

13、寡霉素(oligomycin)第50頁（二）正常機(jī)體氧化磷酸化速率主要受ADP調(diào)整作用負(fù)反饋調(diào)整。當(dāng)ATP高時(shí)，ADP、AMP下降，氧化磷酸化速度減慢，NADH堆積，TCA循環(huán)速度減慢，ATP合成降低；當(dāng)ATP低時(shí)，ADP、AMP升高，氧化磷酸化速度加緊，TCA循環(huán)速度加緊，ATP合成增加。第51頁（三）甲狀腺激素間接影響氧化磷酸化速度。Na+,K+ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表示均增加。ATP水解增加，ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加緊。（四）線粒體DNA突變 與線粒體DNA病及衰老相關(guān)。第52頁ATP是能夠被生物細(xì)胞直接利用能量形式。生物系統(tǒng)能量交換中心四、 ATP- “通用貨幣” 第

14、53頁ATP ADP 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 P P 機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)) 化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)肌酸 磷酸肌酸 體內(nèi)能量儲存和利用以ATP為中心 ATP生成、利用和儲存第54頁體內(nèi)有些合成反應(yīng)不直接利用ATP供能，而是由ATP將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)給UDP、CDP和GDP，生成UTP、CTP、GTP，作為能量直接起源參加合成反應(yīng)。第55頁 核苷二磷酸激酶作用ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP腺苷酸激酶作用 ADP + ADP ATP + AMP多磷酸核苷間能量轉(zhuǎn)移 NMP

15、 + ATP NDP + ADP核苷單磷酸激酶糖原合成磷脂合成蛋白質(zhì)合成第56頁肌酸激酶作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量一個(gè)貯存形式。ATP儲存 第57頁 特點(diǎn) 含有輕易斷裂“活潑鍵”，水解時(shí)可釋放大于21KJ/mol能量，慣用符號表示。高能化合物概念高能化合物 指含有高能鍵，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（pH=7, 250C,1mol/L)發(fā)生水解時(shí)可釋放大量自由能化合物。第58頁（3）、高能化合物類型 依據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類高能化合物和非磷酸類高能化合物。 必須注意：并非全部磷酸化合物都是高能化合物。高能磷酸鍵水解時(shí)釋放能量大于21KJ/mol磷酸酯鍵，常表示為 P。高能磷酸化合物含有高能磷

16、酸鍵化合物第59頁ATP分子中含有兩個(gè)高能磷酸酐鍵，均能夠水解供能。第60頁1）磷氧鍵型：如ATP、磷酸烯醇式丙酮酸等2）磷氮鍵型：如磷酸肌酸等3）硫酯鍵型：如脂酰CoA等4）甲硫鍵型：S-腺苷甲硫氨酸依據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所含高能鍵特征進(jìn)行分類第61頁烯醇磷酸磷酸胍類混合酸酐磷酸酐第62頁五、經(jīng)過線粒體內(nèi)膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜通透性高，線粒體對物質(zhì)經(jīng)過選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不一樣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對各種物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。第63頁 線粒體內(nèi)膜主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 第64頁（一） 胞漿中NADH氧化胞漿中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要有-磷酸甘油穿梭(-g

17、lycerophosphate shuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)第65頁 酶： -P-甘油脫氫酶 輔基： 胞液中為 NAD+ 線粒體中為FAD 器官： 主要是腦、骨骼肌 過程： -P-甘油 磷酸二羥丙酮脫氫加氫1. -磷酸甘油穿梭主要存在于骨骼肌和腦中 第66頁第67頁 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 線粒體 內(nèi)膜 線粒體 外膜膜間隙 線粒體 基質(zhì)-磷酸甘油 脫氫酶 呼吸鏈 磷酸二羥丙酮 -磷酸甘油 第68頁 酶： 蘋果酸脫氫酶 輔酶： 胞液中為NAD+ 線粒體中為NAD+ 器官： 主要是肝、心肌 過程：蘋果酸 草酰乙酸脫氫

18、加氫2. 蘋果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于心肌和肝中第69頁第70頁NADH +H+ NAD+ NADH +H+ NAD+ 谷氨酸-天冬氨酸 轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸-酮 戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體 蘋果酸 草酰乙酸 -酮戊二酸 谷氨酸 蘋果酸 脫氫酶 谷草轉(zhuǎn) 氨酶 胞液 線粒體內(nèi)膜 基質(zhì) 呼吸鏈 天冬氨酸 第71頁有氧下，線粒體外產(chǎn)生1分子NADH蘋果酸天冬氨酸穿梭-磷酸甘油穿梭以NADH形式進(jìn)入NADH呼吸鏈以FADH2形式進(jìn)入琥珀酸呼吸鏈產(chǎn)生3分子ATP產(chǎn)生2分子ATP第72頁 （二） 腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(adenine nucleotide transporter) 參加ADP與ATP反向轉(zhuǎn)運(yùn)。第73頁

19、ATP4- F0 F1 胞液側(cè) 基質(zhì)側(cè) 腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 ADP3- H2PO4- ATP4- H+ H+ H+ H+ H2PO4- H2PO4- ADP3- ADP3- 第74頁第二節(jié) 其它氧化酶系The Others Oxidation Enzyme Systems第75頁一、需氧脫氫酶和氧化酶 第76頁二、過氧化物酶體中酶類 （一）過氧化氫酶(catalase)又稱觸酶，其輔基含4個(gè)血紅素2H2O2 2H2O + O2 過氧化氫酶 第77頁（二）過氧化物酶(perioxidase)以血紅素為輔基，催化H2O2直接氧化酚類或胺類化合物 R + H2O2 RO + H2O RH2+ H2O2 R + 2H2O 過氧化物酶 過氧化