成教生物氧化公開(kāi)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(yè)物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱(chēng)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(guò)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(guò)程（三個(gè)階段）第2頁(yè)* 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(yè)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(huì)；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(yè)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(guò)程第5頁(yè)4. 生物體內(nèi)氧化體系 線(xiàn)粒體氧化體系 與能量相關(guān) 微粒體氧化體系 與過(guò)氧化物、藥品、 過(guò)氧物酶體氧化體系 毒物生物轉(zhuǎn)化相關(guān)第6頁(yè) 一、 呼吸鏈（respiratory chain)

3、 概念：代謝脫下成對(duì)氫原子（2H）經(jīng)過(guò)線(xiàn)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(guò)程與細(xì)胞呼吸相關(guān)，此傳遞鏈稱(chēng)為呼吸鏈。遞氫體、遞電子體都起傳遞電子作用，又稱(chēng)電子傳遞鏈(electron transfer chain)。第一節(jié) 生成ATP氧化體系第7頁(yè)（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(yè)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(xiàn)粒體呼吸鏈復(fù)合體第9頁(yè) 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(xiàn)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(yè)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(yè)R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+ NAD+和NADP+結(jié)構(gòu)第12頁(yè)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(yè)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(yè)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(yè)第16頁(yè)復(fù)合體和中含各種Fe-S鐵硫蛋白SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫Fe-S （鐵硫簇、鐵硫中心）鐵硫蛋白經(jīng)過(guò)Fe3+ Fe2+ 改變起傳遞電子作用第17頁(yè)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(yè)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(yè)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(yè)第21頁(yè)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(yè)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(lèi)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(yè)甲?；嗑郛愇於╅L(zhǎng)鏈第24頁(yè)細(xì)胞色素c（cyt.c）線(xiàn)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(yè)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(yè)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(guò)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(yè)各成份排列次序由以下試驗(yàn)確定 測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位 （二）呼吸鏈成份排列次序第28頁(yè)第29頁(yè) 拆開(kāi)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(yè) 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(xiàn)粒體內(nèi)膜 e-e-e-e-e-第31頁(yè)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(yè)線(xiàn)粒體中一些主要底物氧化時(shí)呼吸鏈第33頁(yè) 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(guò)程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱(chēng)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(guò)程。第34頁(yè)（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位:復(fù)合體、ATPATP ATP 第35頁(yè)每消耗1mol 氧原子，所消耗無(wú)機(jī)磷摩爾數(shù)一對(duì)電子經(jīng)過(guò)呼吸鏈P/O比值：一對(duì)電子經(jīng)過(guò)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(wú)機(jī)磷個(gè)數(shù)生成ATP個(gè)數(shù)1、依據(jù)P/O比值推測(cè)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(yè)第37頁(yè)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(cè)可能氧化磷酸化偶聯(lián)部位G=-nFE第38頁(yè)（二） 氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)理是跨線(xiàn)粒體內(nèi)膜質(zhì)子電化學(xué)梯度1. 化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotic hypothesis) 電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子（H+）從線(xiàn)粒體內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生跨線(xiàn)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(xiàn)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(yè)化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖第40頁(yè)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(yè) 第42頁(yè)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(shuō)結(jié)合改變機(jī)制旋轉(zhuǎn)催化第43頁(yè)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(yè)魚(yú)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(yè)不一樣底物和抑制劑對(duì)線(xiàn)粒體氧耗影響 第46頁(yè)（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(jiàn)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(guò)程脫離第47頁(yè)2,4-二硝基苯酚解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線(xiàn)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(guò)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⑹А５?8頁(yè)解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線(xiàn)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(yè) 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(yè)（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(yè)（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(xiàn)粒體DNA突變 與線(xiàn)粒體DNA病及衰老相關(guān)。第52頁(yè)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(yè)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?jī)?chǔ)存和利用以ATP為中心 ATP生成、利用和儲(chǔ)存第54頁(yè)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(yè) 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(yè)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(chǔ)存 第57頁(yè) 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(hào)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(yè)（3）、高能化合物類(lèi)型 依據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類(lèi)高能化合物和非磷酸類(lèi)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(yè)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(yè)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(lèi)第61頁(yè)烯醇磷酸磷酸胍類(lèi)混合酸酐磷酸酐第62頁(yè)五、經(jīng)過(guò)線(xiàn)粒體內(nèi)膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)粒體外膜通透性高，線(xiàn)粒體對(duì)物質(zhì)經(jīng)過(guò)選擇性主要依賴(lài)于內(nèi)膜中不一樣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對(duì)各種物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。第63頁(yè) 線(xiàn)粒體內(nèi)膜主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 第64頁(yè)（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(xiàn)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(píng)果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)第65頁(yè) 酶： -P-甘油脫氫酶 輔基： 胞液中為 NAD+ 線(xiàn)粒體中為FAD 器官： 主要是腦、骨骼肌 過(guò)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(yè)第67頁(yè) NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 線(xiàn)粒體 內(nèi)膜 線(xiàn)粒體 外膜膜間隙 線(xiàn)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(yè) 酶： 蘋(píng)果酸脫氫酶 輔酶： 胞液中為NAD+ 線(xiàn)粒體中為NAD+ 器官： 主要是肝、心肌 過(guò)程：蘋(píng)果酸 草酰乙酸脫氫

18、加氫2. 蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于心肌和肝中第69頁(yè)第70頁(yè)NADH +H+ NAD+ NADH +H+ NAD+ 谷氨酸-天冬氨酸 轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋(píng)果酸-酮 戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體 蘋(píng)果酸 草酰乙酸 -酮戊二酸 谷氨酸 蘋(píng)果酸 脫氫酶 谷草轉(zhuǎn) 氨酶 胞液 線(xiàn)粒體內(nèi)膜 基質(zhì) 呼吸鏈 天冬氨酸 第71頁(yè)有氧下，線(xiàn)粒體外產(chǎn)生1分子NADH蘋(píng)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(yè) （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(yè)

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(yè)第二節(jié) 其它氧化酶系The Others Oxidation Enzyme Systems第75頁(yè)一、需氧脫氫酶和氧化酶 第76頁(yè)二、過(guò)氧化物酶體中酶類(lèi) （一）過(guò)氧化氫酶(catalase)又稱(chēng)觸酶，其輔基含4個(gè)血紅素2H2O2 2H2O + O2 過(guò)氧化氫酶 第77頁(yè)（二）過(guò)氧化物酶(perioxidase)以血紅素為輔基，催化H2O2直接氧化酚類(lèi)或胺類(lèi)化合物 R + H2O2 RO + H2O RH2+ H2O2 R + 2H2O 過(guò)氧化物酶 過(guò)氧化