【教學】第八章 生物氧化和能量轉(zhuǎn)化

第八章生物氧化和能量轉(zhuǎn)換整理課件第一節(jié)生物氧化概述生物氧化（biologicaloxidation）是指細胞內(nèi)的糖、蛋白質(zhì)和脂肪進行氧化分解而生成CO2和H2O，并釋放能量的過程。生物氧化實際上是需氧細胞呼吸作用中的一系列氧化還原反應。整理課件二、生物氧化的特點1.生物氧化是在細胞內(nèi)進行的。2.生物氧化是在常溫、常壓、近于中性及有水環(huán)境中進行的。3.生物氧化所產(chǎn)生的能量是逐步釋放的。4.生物氧化所產(chǎn)生的能量首先轉(zhuǎn)移到一些特殊的高能化合物中。整理課件三、生物氧化中CO2的生成1.直接脫羧作用氧化代謝的中間產(chǎn)物羧酸在脫羧酶的催化下，直接從分子中脫去羧基。例如草酰乙酸的脫羧。整理課件2.氧化脫羧作用氧化代謝中產(chǎn)生的有機羧酸（主要是酮酸）在氧化脫羧酶系的催化下，在脫羧的同時，也發(fā)生氧化（脫氫）作用。整理課件四、生物氧化中H2O的生成代謝物MH2氧化型M還原型1/2O2H2O一個或多個傳遞體脫氫酶氧化酶整理課件1.自由能自由能是指一個化合物分子結構中所固有的能量，是一種能在恒溫、恒壓條件下作功的能量。五、自由能和氧化還原電位如果AB,

則△G＝GB–GA△G<0，反應能自發(fā)進行，放能反應?！鱃>0，供給能量才能進行，吸能反應?！鱃=0，反應處于平衡狀態(tài)。整理課件2.氧化還原電位△Go’＝-nF△E0’

n：轉(zhuǎn)移電子數(shù)；F：法拉第常數(shù)[96.5KJ/(V.mol)]3.自由能變化和氧化還原電位的關系丙酮酸+NADH+H+乳酸+NAD+

丙酮酸+H++2e-乳酸E0’=-0.19VNAD++2H++2e-NADH+H+

E0’=-0.32V△E0’＝-0.19–(-0.32)=0.13V整理課件六、高能磷酸化合物生物體內(nèi)有許多磷酸化合物，當其磷?；鈺r，釋放大量的能量，這些化合物稱為高能磷酸化合物。如ATP。一般將水解時能夠釋放21kJ/mol以上自由能的化合物稱為高能化合物。根據(jù)生物體內(nèi)高能化合物鍵的特性可以把他們分成以下幾種類型:整理課件⑴?；姿峄衔?.磷氧鍵型（－O～P）1,3-二磷酸甘油酸11.8千卡/摩爾⑵烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾整理課件⑶焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾整理課件磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾2.磷氮鍵型（－N～P）整理課件磷酸肌酸存在于肌肉、腦和神經(jīng)組織中，它可與ATP相互轉(zhuǎn)化。ATP多時，以磷酸肌酸的形式貯能；ATP不足時，磷酸肌酸轉(zhuǎn)化為ATP。因而可認為磷酸肌酸是ATP的貯存庫。嚴格的說，ATP不是能量的貯存者，而是能量的攜帶者和傳遞者。以高能磷酸形式儲存能量的物質(zhì)稱為磷酸原，包括磷酸肌酸和磷酸精氨酸。整理課件S-腺苷甲硫氨酸3.硫碳鍵型（－C～S）⑴甲硫鍵化合物?；o酶A⑵硫酯鍵化合物整理課件第二節(jié)線粒體及其內(nèi)部氧化體系細胞內(nèi)的線粒體是生物氧化的主要場所。在生物氧化中，從代謝物上脫下的氫由一系列傳遞體所組成的電子傳遞鏈而轉(zhuǎn)移，最終達到氧，使氧還原成水，并伴隨著自由能的釋放和ATP的生成。整理課件整理課件二、線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞鏈在生物氧化過程中，從代謝物上脫下的氫由一系列傳遞體依次傳遞，最后與氧形成水的整個體系稱為呼吸鏈（respiratorychain）。

由于在傳遞過程中，在很多部位氫原子實際上以質(zhì)子（H+）形式進入基質(zhì)，僅發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，因此呼吸鏈又稱為電子傳遞鏈（electron-transportchain）。整理課件電子傳遞鏈基本分為：1.

煙酰胺腺嘌呤核苷酸（NAD+、NADP+）2.

黃素蛋白（FMN、FAD）3.

鐵硫蛋白（Fe－S）4.

泛醌（輔酶Q，CoQ）5.

細胞色素（cyt）㈡電子傳遞鏈的基本組成整理課件整理課件通過異咯嗪環(huán)第1位和第10位上的兩個氮原子反復進行加氫和脫氫反應。FMN+2H→FMNH2整理課件它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。鐵硫蛋白通過Fe3+

Fe2+變化起傳遞電子的作用。2Fe-2S4Fe-4S整理課件它是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性醌類化合物。整理課件細胞色素是一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白的總稱。線粒體呼吸鏈中主要含有cyta、cyta3、cytb、cytc和cytc1

5種。組成它們的輔基分別為血紅素A、B和C。細胞色素主要是通過Fe3+

Fe2+的互變起傳遞電子的作用的。整理課件整理課件㈢電子傳遞鏈各組分的排列順序線粒體末端氧化呼吸鏈有兩條：1.NADH氧化呼吸鏈

2.琥珀酸氧化呼吸鏈兩條呼吸鏈中除CoQ和cytc外，其余組分形成嵌入內(nèi)膜的結構化超分子復合體。這些復合體有4類：Ⅰ.NADH-Q還原酶Ⅱ.琥珀酸－Q還原酶Ⅲ.Q-Cytc還原酶Ⅳ.細胞色素c氧化酶整理課件線粒體呼吸鏈整理課件NADHFMN↓Fe-SO2FAD→Fe-S琥珀酸

等復合物II復合物IV復合物I復合物IIINADH脫氫酶Q-細胞色素還原酶細胞色素C氧化酶琥珀酸-Q還原酶CoQCytb↓Fe-S↓Cytc1

CytcCytaa3電子傳遞排列順序整理課件整理課件㈣電子傳遞鏈的抑制整理課件第三節(jié)氧化磷酸化作用氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指生物體氧化過程中釋放出自由能驅(qū)動ADP磷酸化形成ATP的過程。線粒體ATP合成的方式有兩種：

1.底物水平磷酸化2.氧化磷酸化整理課件二、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位根據(jù)氧化-還原電勢與自由能變化關系式，計算出在NADH氧化過程中，有三個反應的G’<-30.5kJ/mol。磷氧比（P/O）是指一對電子通過呼吸鏈傳遞到氧時所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。整理課件

復合體Ⅰ

復合體Ⅲ

復合體IV

NADHCoQ

cytbcytc1

cytaa3

O2G’-50.24

-41.87

-100.48

這三個反應分別與ADP的磷酰化反應偶聯(lián)。

NADH的P/O比為2.5；FADH2的P/O為1.5整理課件三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理㈠ATP合酶（ATPsynthase）ATP合酶由兩個主要單元構成，一是起質(zhì)子通道作用的單元稱為F0單元，另一是催化ATP合成的單元稱為F1單元。故ATP合酶又稱F0F1酶（F0F1－ATPase）。該酶又稱復合體Ⅴ

整理課件整理課件㈡氧化磷酸化的偶聯(lián)機理化學滲透假說的要點是：a.線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈是一個質(zhì)子泵；b.在電子傳遞鏈中，電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時釋放出來的能量，用于驅(qū)動膜內(nèi)側的H+遷移到膜外側。這樣，在膜的內(nèi)側與外側就產(chǎn)生了跨膜質(zhì)子梯度(pH)和電位梯度（）；c.在膜內(nèi)外勢能差（pH和）的驅(qū)動下，膜外高能質(zhì)子沿著一個特殊通道（ATP酶的組成部分），跨膜回到膜內(nèi)側。質(zhì)子跨膜過程中釋放的能量，直接驅(qū)動ADP和磷酸合成ATP。整理課件化學滲透假說示意圖4H+4H+2H+4H+NADH+H+2H+10H+10H+ADP+PiATP高質(zhì)子濃度H2O2e-+++++++++__________質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜磷酸化

氧化

整理課件整理課件四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑和抑制劑1.解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑（uncoupler）作用是使電子傳遞和ATP生成的兩個過程分離。它只抑制ATP的形成，而不抑制電子傳遞過程。如：2,4－二硝基苯酚（DNP）整理課件2.氧化磷酸化抑制劑氧化磷酸化抑制劑的作用是抑制氧的利用，又抑制ATP的形成，但不直接抑制電子傳遞鏈上載體的作用。如：寡霉素（oligomycin）3.離子載體抑制劑離子載體抑制劑的作用是與某些離子結合，作為離子載體使這些離子能夠穿過膜，從而破壞膜兩側的電位梯度，最終破壞氧化磷酸化。如：纈氨霉素、短桿菌肽整理課件五、腺苷酸的轉(zhuǎn)運ATP/ADP交換體整理課件六、線粒體穿梭系統(tǒng)NADH從細胞液進入線粒體的途徑：1.3-磷酸甘油穿梭途徑（glycerol3-phosphateshuttlesystem）：主要存在于肌肉細胞中。2.蘋果酸－天冬氨酸穿梭途徑（malate-aspartateshuttlesystem）：主要存在于心臟和肝細胞中。糖酵解（細胞質(zhì)）氧化磷酸化

（線粒體）整理課件3-磷酸甘油穿梭途徑3-磷酸甘油整理課件蘋果酸－天冬氨酸穿梭途徑蘋果酸天冬氨酸蘋果酸天冬氨酸整理課件七、能荷能荷表示細胞的腺苷酸庫中充滿高能磷酸根的程度。整理課件整理課件C6H12O6+6O2+10NAD++2FAD+4ADP+4Pi

6CO2

+6H2O+10NADH+10H++2FADH2+4ATPC6H12O6+