生物氧化醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件

生物氧化醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院（優(yōu)選）生物氧化醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院2二、生物氧化特點(diǎn)需O2釋放能量產(chǎn)生H2O+CO23三、生物氧化中物質(zhì)氧化的方式氧化反應(yīng)還原反應(yīng)脫電子脫氫加氧得電子加氫脫氧4氧化劑：還原劑：遞電子（遞氫）體：

接受電子，H（還原反應(yīng)）供給電子，H（氧化反應(yīng)）酶/輔酶在電子傳遞中：供電子（供氫）體+受電子（受氫）體

Fe2+Fe3+（供電子體）（受電子體）（還原劑）（氧化劑）5一、呼吸鏈（respiratorychain)概念：（1）代謝脫下的成對氫原子（2H）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水；（2）酶和輔酶按一定順序排列在線粒體內(nèi)膜；傳遞氫的酶和輔酶——遞氫體傳遞電子的酶和輔酶——遞電子體（3）此過程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，此傳遞鏈稱為呼吸鏈。遞氫體、遞電子體都起傳遞電子的作用，又稱電子傳遞體。第一節(jié)生成ATP的氧化體系6線粒體的結(jié)構(gòu)呼吸鏈7第二節(jié)其他氧化體系

一、需氧脫氫酶和氧化酶琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酸+CoA-SH+2、呼吸鏈中電子傳遞體的排列順序（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶ADP+PiATP（1）α-磷酸甘油穿梭呼吸鏈：跨膜電位質(zhì)子泵GDP核苷二磷酸激酶GTP2、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制ΔG’0=-40.主要存在于肝、心肌組織中。FADH2經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈2ATP第二節(jié)其他氧化體系

一、需氧脫氫酶和氧化酶Cytb,c------單電子傳遞根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氧還電位E0’的高低排列三、影響氧化磷酸化的因素（優(yōu)選）生物氧化醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課件上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院三、影響氧化磷酸化的因素所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成ATP分解ADP/ATP1、呼吸鏈中的組成

復(fù)合體復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ

酶名稱NADH-Q還原酶琥珀酸-Q還原酶Q-CytC還原酶CytC氧化酶

輔基FMN，F(xiàn)e-SFAD，F(xiàn)e-S鐵卜啉，F(xiàn)e-S鐵卜啉，Cu8NADH氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈9（1）復(fù)合物Ⅰ——NADH-Q還原酶酶/蛋白體內(nèi)大多數(shù)酶黃素蛋白鐵硫蛋白CoQ10輔酶/輔基NAD+/NADP+FMNFe2+/Fe3+10（1）復(fù)合物Ⅰ——NADH-Q還原酶

NAD+、NADP+11FMN（1）復(fù)合物Ⅰ——NADH-Q還原酶

12Fe-S（1）復(fù)合物Ⅰ——NADH-Q還原酶

Fe2S2,Fe4S4Fe4S4作用：Fe2+Fe3++e

單電子傳遞13泛醌（ubiquinone,Q）亦稱輔酶Q（CoenzymeQ,CoQ）人體中：CoQ10A、結(jié)構(gòu)

1.含有很多異戊二烯側(cè)鏈的醌類化合物2.脂溶性3.是電子傳遞體中唯一可游離存在的電子載體（無蛋白）（1）復(fù)合物Ⅰ——NADH-Q還原酶

14（1）復(fù)合物Ⅰ——NADH-Q還原酶

泛醌（ubiquinone,Q）

B、作用：遞氫體C、遞氫機(jī)制：是多種底物進(jìn)入呼吸鏈的中心點(diǎn)15NADHFMN，F(xiàn)e-SQ

復(fù)合體Ⅰ的電子傳遞16酶/蛋白琥珀酸黃素蛋白鐵硫蛋白細(xì)胞色素b560泛醌輔酶/輔基FADFe2+/Fe3+Fe2+/Fe3+（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶17（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶細(xì)胞色素b560細(xì)胞色素cytochrome,CytA、結(jié)構(gòu)：一類含鐵卜啉輔基的色素蛋白B、分類:Cyta:Cytaa3

Cytb:Cytb562、Cytb566、Cytb560Cytc:Cytc、c118Fe2+Fe3++e磷酸肌酸（creatinekinase)五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（4）復(fù)合物ⅣCytc氧化酶（1）呼吸鏈抑制劑：抑制電子傳遞（3）此過程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，此傳遞鏈稱為呼吸鏈。三、影響氧化磷酸化的因素（3）氧化磷酸化抑制劑：EO’（?。〦O’（大）概念：此酶能使底物產(chǎn)生活化的氫，以質(zhì)子--線粒體內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)（基質(zhì)側(cè)）質(zhì)子--線粒體內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)（基質(zhì)側(cè)）分類:（1）Cytc氧化酶FADH2經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈2ATP泛醌（ubiquinone,Q）癥狀取決于突變程度+各器官對ATP的需求線粒體α-磷酸甘油脫氫酶超氧化物歧化酶(SOD)---CuZn-SOD/Mn-SOD四、微粒體中的氧化酶類

1、加單氧酶（monooxygenase）反應(yīng)體系1、ATP分子中的高能磷酸基的來源（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶細(xì)胞色素b560細(xì)胞色素cytochrome,CytC、區(qū)別：①鐵卜啉輔基側(cè)鏈不同②鐵卜啉輔基與酶蛋白連接方式不同1920甲酰基多聚異戊二烯長鏈21（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶細(xì)胞色素b560細(xì)胞色素cytochrome,CytD.作用：Cytb,c

------單電子傳遞

Fe2+Fe3++e

Cytaa3------以O(shè)2為電子受體22（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶琥珀酸FAD，F(xiàn)e-S，Cytc560CoQ

復(fù)合體Ⅱ的電子傳遞23酶/蛋白CoQ細(xì)胞色素b562/b566細(xì)胞色素c1鐵硫蛋白細(xì)胞色素c輔酶/輔基Fe2+/Fe3+Fe2+/Fe3+Fe2+/Fe3+Fe2+/Fe3+（3）復(fù)合物ⅢQ-cytc還原酶24Cytc呈水溶性與線粒體內(nèi)膜外表面結(jié)合不緊密易與線粒體內(nèi)膜分離（3）復(fù)合物ⅢQ-cytc還原酶25（3）復(fù)合物ⅢQ-cytc還原酶QH2Cytb562Cytb566，F(xiàn)e-S，Cytc1Cytc

復(fù)合體Ⅲ的電子傳遞26蛋白(13條多肽)1條含Cu多肽——CuA細(xì)胞色素aa3另1條含Cu多肽——CuB輔酶/輔基Cu+/Cu2+Fe2+/Fe3+Cu+/Cu2+（4）復(fù)合物ⅣCytc氧化酶27（4）復(fù)合物ⅣCytc氧化酶還原型CytcCuACytaa3CuBO2

復(fù)合體Ⅳ的電子傳遞28（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶ATP分解ADP/ATP傳遞氫的酶和輔酶——遞氫體所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成2、活性氧化物的去除：（1）呼吸鏈抑制劑：抑制電子傳遞線粒體內(nèi)的草酰乙酸生成天冬氨酸NADHQEO’（?。〦O’（大）另1條含Cu多肽——CuB線粒體內(nèi)的草酰乙酸生成天冬氨酸四種復(fù)合物的電子傳遞再造實(shí)驗(yàn)質(zhì)子--線粒體內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)（基質(zhì)側(cè)）ATP分解ADP/ATP細(xì)胞色素cytochrome,Cyt（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶催化一個氧原子加到底物分子上,另一(malate-asparateshuttle)e遞氫體、遞電子體都起傳遞電子的作用，又稱電PEP+ADPEP+ATPCtybCytcEO’（?。〦O’（大）（2）酶和輔酶按一定順序排列在線粒體內(nèi)膜；傳遞氫的酶和輔酶——遞氫體第二節(jié)其他氧化體系

一、需氧脫氫酶和氧化酶（4）復(fù)合物ⅣCytc氧化酶②鐵卜啉輔基與酶蛋白連接方式不同泛醌（ubiquinone,Q）1、ATP分子中的高能磷酸基的來源一、呼吸鏈（respiratorychain)（3）復(fù)合物ⅢQ-cytc還原酶2、活性氧化物的去除：三、影響氧化磷酸化的因素三、氧化磷酸化

（oxidativephosphorylation）（1）復(fù)合物Ⅰ——NADH-Q還原酶遞氫體、遞電子體都起傳遞電子的作用，又稱電機(jī)制:α-磷酸甘油穿梭（3）氧化磷酸化抑制劑：四、微粒體中的氧化酶類

1、加單氧酶（monooxygenase）反應(yīng)體系呼吸鏈簡圖292、呼吸鏈中電子傳遞體的排列順序根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氧還電位E0’的高低排列

eEO’（?。〦O’（大）根據(jù)電子傳遞體氧化還原態(tài)時的吸收光譜變化進(jìn)行檢測利用阻斷劑研究分析四種復(fù)合物的電子傳遞再造實(shí)驗(yàn)3031NADH氧化呼吸鏈琥珀酸氧化呼吸鏈體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈：（1）NADH氧化呼吸鏈（2）琥珀酸氧化呼吸鏈32三、氧化磷酸化

（oxidativephosphorylation）概念：呼吸鏈中電子的傳遞過程偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP的方式，稱為氧化磷酸化；是體內(nèi)產(chǎn)生ATP的主要方式。331、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位NADH與Q之間Ctyb與Cytc之間Cytaa3與O2之間341、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位*推測氧化磷酸化的偶聯(lián)部位的方法:（1）P/O比值：

物質(zhì)氧化時，每消耗1mol氧原子所消耗無機(jī)磷的mol數(shù)（或ADPmol數(shù)），或每消耗1mol氧所生成的ATP的mol數(shù).35位置NADHQCtybCytcCytaa3O2ΔE’0ΔE’0=-0.36vΔE’0=-0.21vΔE’0=-0.53v1、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位

（2）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位差計算能量

ΔG’0=-nFΔE’036位置NADHQCtybCytcCytaa3O2ΔG’0ΔG’0=-69.5KJ/molΔG’0=-40.5KJ/molΔG’0=-102.3KJ/mol1、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位

（2）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位差計算能量

ΔG’0=-nFΔE’01molADPATP:ΔG’0=30.5KJ/mol三個部分釋放的能量足以形成ATP372、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制（1）化學(xué)滲透學(xué)說●呼吸鏈傳遞電子和質(zhì)子:電子--釋放的能量質(zhì)子--線粒體內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)（基質(zhì)側(cè)）

線粒體內(nèi)膜的外側(cè)（膜間隙側(cè)）3839●形成膜化學(xué)梯度H+濃度pH下降跨膜電位差能量儲存●H+順電化學(xué)梯度回流

ADPATPF1-F0復(fù)合體●ATP合酶能量4041（F1-F0復(fù)合體）ATP合酶F1-球狀頭部：

柄：F0-埋于內(nèi)膜底部

含催化ATP合成的活性中心調(diào)節(jié)質(zhì)子流動及ATP合成的作用含質(zhì)子通道4243機(jī)制:α-磷酸甘油穿梭Cytaa3O2根據(jù)電子傳遞體氧化還原態(tài)時的吸收光譜變化進(jìn)行檢測三、生物氧化中物質(zhì)氧化的方式CtybCytc三、影響氧化磷酸化的因素EO’（小）EO’（大）母系遺傳病，隨年齡增長而出現(xiàn)線粒體內(nèi)外的α-磷酸甘油脫氫酶的A、結(jié)構(gòu)：一類含鐵卜啉輔基的色素蛋白三、影響氧化磷酸化的因素氫體，產(chǎn)物之一是H2O2，輔酶為PEP+ADPEP+ATPPEP+ADPEP+ATP四、微粒體中的氧化酶類

1、加單氧酶（monooxygenase）反應(yīng)體系三、影響氧化磷酸化的因素氧化磷酸化五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞色素cytochrome,Cyt一、呼吸鏈（respiratorychain)四、微粒體中的氧化酶類

1、加單氧酶（monooxygenase）反應(yīng)體系44三、影響氧化磷酸化的因素1、抑制劑（1）呼吸鏈抑制劑：抑制電子傳遞45（2）解偶聯(lián)劑：破壞H+的跨膜電位：2，4-二硝基苯酚（磷酸化破壞）ADP+PiATP呼吸鏈正常（3）氧化磷酸化抑制劑：抑制磷酸化：寡霉素H+從質(zhì)子通道回流

呼吸鏈：跨膜電位質(zhì)子泵

_——462、ADP的調(diào)節(jié)作用：主要調(diào)節(jié)因素：ADP/ATP比值3、甲狀腺激素Na+-K+ATP酶活性

ATP分解ADP/ATP氧化磷酸化三、影響氧化磷酸化的因素474、線粒體DNA突變裸露環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu)，缺乏保護(hù)/修復(fù)系統(tǒng)突變影響氧化磷酸化功能，ATP減少癥狀取決于突變程度+各器官對ATP的需求e.gDM、高血壓、高膽固醇、Mg++降低母系遺傳病，隨年齡增長而出現(xiàn)三、影響氧化磷酸化的因素4849四、ATP1、ATP分子中的高能磷酸基的來源（1）氧化磷酸化：主要來源（2）底物水平磷酸化在反應(yīng)過程中,由于分子內(nèi)部能量重新分配，形成高能磷酸化合物，進(jìn)一步將高能磷酸基轉(zhuǎn)移給ADP，形成ATP。50舉例：

1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP

PEP+ADPEP+ATPPK琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酸+CoA-SH+GTP+ADP

ATP51（2）ATP的儲存肌肉中的儲存形式：磷酸肌酸（creatinekinase)四、ATP52（3）其它核苷三磷酸UTP、CTP、GTP中的高能磷酸基團(tuán)均來自ATP四、ATP

GDP核苷二磷酸激酶GTPATP+UDPADP+UTPCDPCTP

53五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜孔蛋白，<10kDa的物質(zhì)通過線粒體內(nèi)膜不同的轉(zhuǎn)運(yùn)體,對物質(zhì)有選擇性54五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)1.胞質(zhì)中NADH的氧化(線粒體外NADH的氧化)機(jī)制:α-磷酸甘油穿梭(glycerophosphateshuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)55五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（1）α-磷酸甘油穿梭特點(diǎn)：線粒體內(nèi)外的α-磷酸甘油脫氫酶的輔酶不同胞液-----NAD+線粒體---FADFADH2經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈2ATP主要存在于骨骼肌、神經(jīng)細(xì)胞

56五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（1）α-磷酸甘油穿梭

1.胞漿α-磷酸甘油脫氫酶2.線粒體α-磷酸甘油脫氫酶2ATP57五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（2）蘋果酸穿梭系統(tǒng)特點(diǎn)：蘋果酸脫氫酶的輔酶是NAD+線粒體內(nèi)的草酰乙酸生成天冬氨酸再穿過線粒體膜。通過NADH氧化呼吸鏈3ATP主要存在于肝、心肌組織中。

58五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（2）蘋果酸穿梭系統(tǒng)

3ATP59第二節(jié)其他氧化體系

一、需氧脫氫酶和氧化酶1、不需氧脫氫酶概念：此酶能使底物產(chǎn)生活化的氫，以某些輔酶（基）作為直接受氫體，這些酶常見于呼吸鏈中的脫氫酶。分類:（1）需NAD+（NADP+）脫氫酶類（2）需FMN（FAD）脫氫酶類（3）細(xì)胞色素體系60第二節(jié)其他氧化體系

一、需氧脫氫酶和氧化酶2、需氧脫氫酶概念：此酶能使底物產(chǎn)生活化的氫，以

氧和其他試劑（甲烯蘭）作為受

氫體，產(chǎn)物之一是H2O2，輔酶為

FAD、FMN

。分類:（1）L-氨基酸氧化酶（2）單胺氧化酶（3）黃嘌呤氧化酶61第二節(jié)其他氧化體系

一、需氧脫氫酶和氧化酶3、氧化酶類概念：此酶能使底物產(chǎn)生活化的氫，以氧作為唯一受氫體，產(chǎn)物之一是H2O，輔基含銅。分類:（1）Cytc氧化酶（2）酚氧化酶（3）抗壞血酸氧化酶62第二節(jié)其他氧化體系

二、過氧化酶體中的酶類1、過氧化氫酶catalase（觸酶）催化反應(yīng):1分子H2O2提供電子,另1分子H2O2接受電子

輔基:4個血紅素作用：分布廣,可消除需氧脫氫酶催化反應(yīng)產(chǎn)生有毒的H2O263第二節(jié)其他氧化體系

二、過氧化酶體中的酶類2、過氧化物酶（peroxidase）催化反應(yīng):催化H2O2直接氧化酚類/胺類化合物

輔基：血紅素舉例：（1）谷胱甘肽過氧化物酶對機(jī)體起保護(hù)作用（2）臨床糞便隱血實(shí)驗(yàn)

64第二節(jié)其他氧化體系

三、超氧化物歧化酶

（superoxidedimutase,SOD）1、活性氧化物的生成和作用：呼吸鏈電子傳遞過程中產(chǎn)生超氧離子(O2-.)O2-.H2O2+.OH損傷生物膜、生成脂褐素65質(zhì)子--線粒體內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)（基質(zhì)側(cè)）五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)2、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制概念：此酶能使底物產(chǎn)生活化的氫，以主要存在于肝、心肌組織中。（2）復(fù)合物Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶催化一個氧原子加到底物分子上,另一遞氫體、遞電子體都起傳遞電子的作用，又稱電GDP核苷二磷酸激酶