生物氧化課件

生物氧化課件第1頁/共58頁

學習目標

1．解釋生物氧化、氧化脫羧

2．簡述生物氧化的特點

3．總結生物氧化中CO2的生成第2頁/共58頁一、生物氧化的概念

營養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)氧化分解釋放能量，最終生成

CO2和H2O的過程稱為生物氧化。

營養(yǎng)物質(zhì)能量+CO2+H2OO2第3頁/共58頁

二、生物氧化的特點

①反應條件:

溫和、由酶催化；

②氧化方式:

脫氫、失電子為主;

③能量釋放:

逐步釋放,生成ATP;

④CO2生成:

有機酸脫羧反應;

⑤反應速率:

受機體精細調(diào)節(jié)。第4頁/共58頁

三、生物氧化中CO2的生成

1.α-單純脫羧

2.α-氧化脫羧

3.β-單純脫羧

4.β-氧化脫羧第5頁/共58頁

第2節(jié)線粒體生物氧化體系

一、呼吸鏈的概念二、呼吸鏈的組分及作用三、體內(nèi)重要的呼吸鏈四、呼吸鏈與ATP的生成第6頁/共58頁

學習目標1．解釋呼吸鏈、氧化磷酸化、底物水平磷酸化、P/O比值

2．比較體內(nèi)兩條呼吸鏈的組成成分、排列順序及作用機制

3．簡述氧化磷酸化的偶聯(lián)部位及影響因素

4．總結ATP的生成、利用、及儲存概況

第7頁/共58頁一、呼吸鏈的概念

在線粒體內(nèi)膜上,具有傳遞氫或電子功能的酶和輔酶,按照嚴格順序排列構成的連鎖反應鏈稱為電子傳遞鏈。由于此過程與細胞攝取氧的呼吸過程有關，又稱為呼吸鏈。第8頁/共58頁

二、呼吸鏈的組分及作用

復合體Ⅰ

復合體Ⅱ

復合體Ⅲ

復合體Ⅳ

泛醌（Q）細胞色素c（

Cytc）第9頁/共58頁

人體線粒體中電子傳遞復合體第10頁/共58頁(一)復合體Ⅰ

即:NADH-泛醌還原酶又稱:NADH脫氫酶

功能:將電子從NADH傳遞給泛醌。第11頁/共58頁1.NAD+

NAD+是多數(shù)不需氧脫氫酶的輔酶,是連接代謝物與呼吸鏈的重要環(huán)節(jié)。作用原理：NAD++2HNADH+H+

第12頁/共58頁

2.FMN

FMN是NADH脫氫酶的輔基,其核黃素結構中的異咯嗪環(huán)能進行可逆的加氫和脫氫反應，接受2H后氧化型FMN還原成FMNH2。FMN（氧化FMNH2（還原型））型第13頁/共58頁

3.Fe-S

Fe-S是鐵硫蛋白的輔基，含有等量的鐵原子和硫原子（Fe2S2或Fe4S4）。鐵硫蛋白又稱鐵硫中心，通過其分子中一個鐵原子的電子得失反應傳遞電子,

是單電子傳遞體。第14頁/共58頁

鐵硫簇Fe4S4結構示意圖

（

S表示無機硫）第15頁/共58頁

4.泛醌（Q）又稱輔酶Q（CoQ）,游離存在,

不參與復合體的組成。其

苯醌結構能進行可逆的加氫和脫氫反應,接受2H后由氧化型轉變?yōu)檫€原型,然后將電子傳遞給細胞色素。

Q（氧化型）

QH2（還原型）

第16頁/共58頁(二)復合體Ⅱ

即:琥珀酸-泛醌還原酶又稱:琥珀酸脫氫酶組成：琥珀酸脫氫酶及輔基FAD和Fe-S

功能：依靠FAD將電子從琥珀酸傳給Q

作用原理：FAD的遞氫原理同F(xiàn)MN。第17頁/共58頁(三)復合體Ⅲ

即:泛醌-細胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給細胞色素c

組成：包括Cytb、Cytc和鐵硫蛋白。第18頁/共58頁

電子傳遞過程：

復合體Ⅲ的電子傳遞

第19頁/共58頁

細胞色素電子傳遞機制：

細胞色素以鐵卟啉為輔基,其催化電子傳遞的機制是通過輔基

鐵卟啉中鐵原子的電子得失進行電子傳遞,

是單電子傳遞體。

2Cyt-Fe3+

2Cyt-Fe2+

第20頁/共58頁Cytc

與線粒體內(nèi)膜外表面結合疏松，極易分離，是除CoQ外另一個可在線粒體內(nèi)膜中移動的電子傳遞體。Cytc

的輔基:蛋白質(zhì)第21頁/共58頁(四)復合體Ⅳ

即:細胞色素c氧化酶組成：包括Cyta和Cyta3及兩個銅原子，

Cyta與Cyta3合稱為Cytaa3。

功能：將電子從Cytc傳遞給氧

作用原理：通過銅原子的Cu+Cu2++e反應傳遞電子。

Cytaa3

催化氧分子接受電子還原成氧離子，故又稱之為細胞色素氧化酶。第22頁/共58頁復合體Ⅳ的電子傳遞過程第23頁/共58頁

呼吸鏈中各復合體位置示意圖

第24頁/共58頁

三、體內(nèi)重要的呼吸鏈

(一)NADH氧化呼吸鏈

(二)琥珀酸氧化呼吸鏈

第25頁/共58頁

(一)NADH氧化呼吸鏈

1．NADH氧化呼吸鏈的組成

2．NADH氧化呼吸鏈的電子傳遞

NADH→復合體Ⅰ→Q→復合體Ⅲ→Cytc→復合體Ⅳ→O2第26頁/共58頁

(二)琥珀酸氧化呼吸鏈

1．琥珀酸氧化呼吸鏈的組成：

2．琥珀酸氧化呼吸鏈的電子傳遞

琥珀酸→復合體Ⅱ→Q→復合體Ⅲ→Cytc→復合體Ⅳ→O2第27頁/共58頁

四、呼吸鏈與ATP的生成

(一)體內(nèi)ATP的生成方式

1.底物水平磷酸化

2.氧化磷酸化第28頁/共58頁

1.

底物水平磷酸化

概念:

代謝物由于脫氫或脫水反應,引起分子內(nèi)部能量重新分布聚集形成高能鍵,然后將高能鍵轉移給ADP（或GDP）生成ATP

（或GTP）的過程。

第29頁/共58頁

2.

氧化磷酸化

概念:

代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧生成水，釋放的能量使ADP

磷酸化生成ATP。這種遞氫、遞電子的氧化釋能反應與ADP磷酸化生成ATP的儲能反應相偶聯(lián)的過程，稱為氧化磷酸化。又稱偶聯(lián)磷酸化、電子傳遞水平磷酸化。

第30頁/共58頁

（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)部位

呼吸鏈中3個產(chǎn)生ATP的偶聯(lián)部位ADPATPADPATPNADHFMNCoQCytbCytc1

Cytc

Cytaa3O2(Fe-S)FAD.H2(Fe-S)ADPATP~P~P~P第31頁/共58頁

（三）影響氧化磷酸化的因素

1．ADP/ATP的調(diào)節(jié)作用

2．甲狀腺素的調(diào)節(jié)作用

3．抑制劑的作用

第32頁/共58頁

1．ADP/ATP的調(diào)節(jié)作用

ADP/ATP比值升高，氧化磷酸化速度加快。

ADP/ATP比值降低，氧化磷酸化速度減慢。第33頁/共58頁

2．甲狀腺素的調(diào)節(jié)作用

甲狀腺素誘導細胞膜上的Na+/K+-ATP

酶生成，加快ATP水解為ADP和Pi,

使ADP/ATP比值增高,

促進氧化磷酸化的進行。甲狀腺素（T3）還可使解偶聯(lián)蛋白基因表達增加，使機體耗氧和產(chǎn)熱均增高。第34頁/共58頁

3．抑制劑的作用

（1）解偶聯(lián)劑：2,4－二硝基酚（DNP）、

雙香豆素、水楊酸等,以及解偶聯(lián)蛋白

作用:

使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離,

氧化產(chǎn)生的能量不能使ADP磷酸化生

成ATP，而以熱能形式散發(fā)。

（2）電子傳遞抑制劑：魚藤酮、阿密妥、

蝶霉素A、抗霉素A、CN－、CO、N3－

作用:

能選擇性地阻斷呼吸鏈中某一部

部位的電子傳遞。

第35頁/共58頁呼吸鏈抑制劑的作用部位-第36頁/共58頁

（四）ATP的利用和能量轉移

1．ATP的利用

2．能量的轉移

3．能量的儲存

第37頁/共58頁

（1）提供物質(zhì)代謝需要的能量

合成代謝中所需要的能量，占機體總耗能量的10%左右。

（2）供給生命活動需要的能量

各種生理活動如肌肉收縮、神經(jīng)傳導、腺體分泌、物質(zhì)吸收、離子平衡、體溫維持等所需要的能量，絕大部分來自ATP。

(肌肉收縮耗能約占總耗能量的50%～60%；離子主動轉運消耗的能量約占機體總耗能量的20%～30%。)1．ATP的利用第38頁/共58頁

2．高能磷酸鍵的轉移

二磷酸核苷激酶催化下列反應：

UDP+ATP→UTP+ADPCDP+ATP→CTP+ADPGDP+ATP→GTP+ADP

第39頁/共58頁

3．高能磷酸鍵的儲存

肌酸激酶（CK）催化磷酸肌酸（CP）的生成：

肌酸＋ATP磷酸肌酸＋ADP

CK第40頁/共58頁

ATP的生成、儲存和利用第41頁/共58頁

第3節(jié)非線粒體氧化體系

一、微粒體氧化體系二、過氧化物酶體氧化體系三、超氧物歧化酶與超氧陰離子第42頁/共58頁

學習目標

1．說出微粒體氧化體系的反應類型

2．簡述加單氧酶催化的反應特點及生理意義

3．說出體內(nèi)H2O2、超氧陰離子的生成、作用及清除過程第43頁/共58頁

一、微粒體氧化體系

（一）微粒體中的氧化酶類

1.加單氧酶

2.加雙氧酶

（二）微粒體氧化體系的生理意義

1.參與生理活性物質(zhì)的合成

2.參與非營養(yǎng)物質(zhì)的生物轉化

第44頁/共58頁

（一）微粒體中的氧化酶類

1.加單氧酶

又稱:羥化酶、混合功能氧化酶組成：細胞色素P450和NADPH-細胞色素

P450還原酶作用：催化一個氧原子加到底物分子上（羥化）,另一個氧原子被NADPH+H+

還原成水。反應通式為：

加單氧酶

RH+O2+NADPH+H+R-OH+H2O+NADP+第45頁/共58頁

該酶催化氧分子中的2個氧原子加到底物中帶雙鍵的2個碳原子上。例如：(O2)

色氨酸吡咯酶COOH2.加雙氧酶第46頁/共58頁（二）微粒體氧化體系的生理意義

1.參與生理活性物質(zhì)的合成

①膽汁酸、膽色素、類固醇激素的生成；

②維生素D3的羥化；

③胡蘿卜素轉變?yōu)榫S生素A（肝細胞）。

2.參與非營養(yǎng)物質(zhì)的生物轉化

①使非營養(yǎng)物質(zhì)增強極性或改變活性，便于排出；

②某些藥物、毒物在肝中經(jīng)生物轉化，改變活性,或降低毒性；

③某些本來無活性的物質(zhì)經(jīng)轉化后生成有毒性或致癌性物質(zhì)。第47頁/共58頁

二、過氧化物酶體氧化體系

（一）過氧化氫的生成與作用

1．H2O2的生成

2．H2O2生成的意義

（二）過氧化氫的清除

1．過氧化氫酶

2．過氧化物酶

3．谷胱甘肽過氧化物酶第48頁/共58頁

（一）過氧化氫的生成與作用

1.H2O2的生成

反應通式如下：

需氧脫氫酶催化，底物脫下2H直接以O2為受氫體，產(chǎn)物是H2O2而不是H2O。第49頁/共58頁2.H2O2生成的意義

1）作用

在粒細胞和吞噬細胞中可氧化殺死入侵的細菌；在甲狀腺細胞中可使2I-氧化成I2，I2為酪氨酸碘化生成甲狀腺素所。

2）危害

H2O2氧化性極強，可氧化含巰基的酶、蛋白質(zhì)以及生物膜上的不飽和脂肪酸，使酶和蛋白質(zhì)失去活性，生物膜喪失正常功能。第50頁/共58頁

（二）過氧化氫的清除

1．過氧化氫酶（CAT）

2．過氧化物酶

過氧化物酶催化H2O2分解生成水，釋出氧原子直接氧化酚類或胺類化合物。

R+H2O2RO+H2O

RH2+H2O2R+2H2O第51頁/共58頁

3．谷胱甘肽過氧化物酶（Se-GSHPx）第52頁/共58頁

三、超氧物歧化酶與超氧陰離子

（一）超氧陰離子的生成

1.氧的單價還原