第6章-生物氧化36285教學(xué)課件

第6章生物氧化36285幻燈片1.掌握水的生成方式，NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈，ATP的生成方式。2.熟悉生物氧化的概念、特點(diǎn)；影響氧化磷酸化的因素；胞漿中NADH的氧化。3.了解CO2的生成方式；化學(xué)滲透學(xué)說，ATP合酶；ATP的儲(chǔ)存和利用；其他氧化體系。目的與要求★★★1.脫電子反應(yīng)細(xì)胞色素c1-Fe2+細(xì)胞色素c1-Fe3+細(xì)胞色素b-Fe2+細(xì)胞色素b-Fe3+A3+B2+A2+B3+e一、氧化反應(yīng)的類型2.脫氫反應(yīng)NADH+H+NAD+乳酸丙酮酸ABH2AH2B2H3.加氧反應(yīng)RH+1/2O2→R-OHCH2－CHCOOHNH2CH2－CHCOOHNH2OH+1/2O2線粒體氧化體系：與ATP生成密切相關(guān)非線粒體氧化體系：與ATP生成無關(guān)(——主要指營(yíng)養(yǎng)物在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成水和CO2的過程)生物氧化分類：營(yíng)養(yǎng)物的代謝分為3個(gè)階段：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解為其基本單位

基本單位轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA

三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化水和能量是怎樣生成的線粒體生物氧化的過程意義：提供能量一、呼吸鏈(位于線粒體內(nèi)膜上)

代謝物脫下的成對(duì)氫原子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。由于此過程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，所以將此傳遞鏈稱為氧化呼吸鏈第二節(jié)線粒體氧化體系（生成ATP）(電子傳遞鏈)2H2H+2e-O2-O2H+傳遞H的稱遞氫體，傳遞電子的稱電子傳遞體H2O線粒體內(nèi)膜CONH2NR+H+H++eCONH2NR+HH+H+HNAD+或NADP+NADH+H+或NADPH+H+NADH或NADPHP72H3CH3CNNNNHOORH3CH3CNNNNHOORHH+2H++2eFAD或FMNFADH2或FMNH2異咯嗪環(huán)H3COH3COCH3OORH3COH3COCH3OHOHR+2H++2eCoQ（泛醌）CoQH2鐵硫蛋白含鐵硫簇（Fe-S）：Fe2+Fe3++eFeFeFeFeSSSS―S―CH2―S―CH2CH2―S―CH2―S―Fe2+Fe3++e細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類細(xì)胞色素C氧化酶除含鐵外，還含銅離子：Cu+Cu2++e線粒體內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)胞漿側(cè)ⅣⅠⅡⅢCoQ（一）呼吸鏈的組成4種酶復(fù)合體+2個(gè)游離的電子傳遞體(CoQ、Cytc)★★Cytc復(fù)合體酶輔助因子復(fù)合體ⅠNADH-泛醌還原酶FMN、Fe-S復(fù)合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶FAD、Fe-S復(fù)合體Ⅲ泛醌-細(xì)胞色素C還原酶Cytb、Cytc1復(fù)合體Ⅳ細(xì)胞色素C氧化酶Cyta、Cyta3、Cu2+4種酶復(fù)合體線粒體內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)胞漿側(cè)ⅣⅠⅡⅢFADH2NADH+H+CoQ（二）呼吸鏈成分的排列順序4種酶復(fù)合體+2個(gè)游離的電子傳遞體（CoQ、Cytc）CytcH2O1/2O21.NADH氧化呼吸鏈★★

：NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22.琥珀酸氧化呼吸鏈(FADH2氧化呼吸鏈)★★琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ

→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O21.復(fù)合體I（NADH-泛醌還原酶）：①含NADH脫氫酶(輔基FMN)、鐵硫蛋白(Fe-S)、與Q/QH2池相連②功能：經(jīng)FMN、Fe-S、Q/QH2池傳遞NADH+H+的兩個(gè)H+和電子到Q，使之轉(zhuǎn)變?yōu)镼H2。NADH+H+NAD+FMNFMNH22Fe3+2Fe2+Fe——SCoQH2CoQ基質(zhì)內(nèi)膜膜間隙2.復(fù)合體II（琥珀酸-泛醌還原酶）：①輔基FAD、Fe-S，與Q/QH2池相連②功能：催化琥珀酸脫氫，使其輔基FAD變?yōu)镕ADH2，后者再經(jīng)鐵硫蛋白傳電子而把氫傳給Q，生成QH2。琥珀酸延胡索酸FADFADH22Fe3+2Fe2+Fe——S基質(zhì)內(nèi)膜膜間隙CoQCoQH23.復(fù)合體III（泛醌-細(xì)胞色素C還原酶）：

2Fe2+①含CytbH、CytbL、Cytc1和QH2結(jié)合位點(diǎn)②功能：傳遞電子給Cytc③細(xì)胞色素C（Cytc）為在內(nèi)膜外表面可移動(dòng)的親水性球蛋白（非復(fù)合體Ⅲ成份）。作用是把電子由復(fù)合體Ⅲ傳到復(fù)合體Ⅳ（為單電子傳遞體）2Fe2+2Fe3+Fe——S2H+基質(zhì)內(nèi)膜膜間隙CoQH2CoQ2Fe2+2Fe3+2Fe3+CytbCytc1Cytc4.復(fù)合體Ⅳ（細(xì)胞色素C氧化酶）：

①結(jié)構(gòu)：Cyta、Cyta3、Cu2+，后二者構(gòu)成使O2還原為水的活性中心②功能：傳遞電子給Cyta，后者再將電子傳遞到Cyta3-CuB2+活性中心，使氧原子還原為氧離子，結(jié)合H+生成水。2Fe3+2Fe2+內(nèi)膜膜間隙2Fe3+2Fe2+2Cu2+2Cu+CytaCyta3基質(zhì)Cytaa3OH2O2H+2Fe2+2Fe3+CytcO2－線粒體內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)胞漿側(cè)ⅣⅠⅡⅢFADH2NADH+H+QH2Ocytc由復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ構(gòu)成的電子傳遞鏈稱為長(zhǎng)呼吸鏈或NADH氧化呼吸鏈由復(fù)合體Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ構(gòu)成的電子傳遞鏈稱為短呼吸鏈或琥珀酸氧化呼吸鏈或FADH2氧化呼吸鏈1.NADH氧化呼吸鏈★★SH2H2CoQCoQ

FMNFMN(Fe-S)(Fe-S)H2S+HNADNADH++b2Fe2Fec1caa32+3+2H+ⅠⅢⅣO2-1/2O2H2OCu2+

Cu+aa3CytH2CoQCoQH2S(Fe-S)FADFAD(Fe-S)SH22.琥珀酸氧化呼吸鏈★★H2O1/2O2O2-

ⅡⅢⅣaa33+2+c2Fe2Fec12H+bCu+Cu2+aa3Cyt代謝物脫氫經(jīng)呼吸鏈與氧生成水★★（如何選擇呢？）二、氧化磷酸化★★在呼吸鏈電子傳遞過程中伴有ADP磷酸化生成ATP，這一過程稱為氧化磷酸化，是細(xì)胞內(nèi)生成ATP的主要方式，又稱偶聯(lián)磷酸化。生成ATP的另一種方式：底物水平磷酸化生成ATP的數(shù)量：

NADH氧化呼吸鏈——2.5/3ATP琥珀酸氧化呼吸鏈——1.5/2ATPP/O比值★★

：指物質(zhì)氧化時(shí)，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機(jī)磷的摩爾數(shù)（或ADP摩爾數(shù)）

OH2OADP+PiATPP/O=2.5/3P/O=1.5/2氧化磷酸化偶聯(lián)部位★★：NAD+→Ⅰ

→CoQ→Ⅲ→Cytc→Ⅳ

→OⅡ

→CoQ→Ⅲ→Cytc→Ⅳ

→O2.5/31.5/2呼吸鏈的組成ATP數(shù)目Cytc→Ⅳ

→O

Ⅰ

Ⅲ0.5/1

Ⅳ氧化磷酸化偶聯(lián)的機(jī)制化學(xué)滲透假說：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有在傳遞電子的同時(shí)偶聯(lián)把質(zhì)子從基質(zhì)穿過內(nèi)膜泵出到膜間隙的功能，使基質(zhì)成為負(fù)電性空間，膜間隙成為正電性空間，形成化學(xué)梯度，蘊(yùn)藏著化學(xué)勢(shì)能，當(dāng)質(zhì)子回流到基質(zhì)時(shí)釋放能量合成ATP線粒體內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)胞漿側(cè)ⅣⅠⅡⅢFADH2NADH+H+QH2OcytcH+H+H+H+H+H+氧化磷酸化偶聯(lián)的機(jī)制化學(xué)滲透假說：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有在傳遞電子的同時(shí)偶聯(lián)把質(zhì)子從基質(zhì)穿過內(nèi)膜泵出到膜間隙的功能，使基質(zhì)成為負(fù)電性空間，膜間隙成為正電性空間，形成化學(xué)梯度，蘊(yùn)藏著化學(xué)勢(shì)能，當(dāng)質(zhì)子回流到基質(zhì)時(shí)釋放能量合成ATP基質(zhì)內(nèi)膜膜間隙H+H+++++++------交給ATP合酶（復(fù)合體V），使其合成ATPH+H+能量ATP合酶三、影響氧化磷酸化的因素★1.呼吸鏈抑制劑（抑制電子傳遞）：①魚藤酮、粉蝶霉素A、異戊巴比妥等：抑制復(fù)合體I遞電子②抗霉素A、二巰基丙醇：阻斷復(fù)合體Ⅲ遞電子。③CO、氰化物（CN-、N3-、H2S）：抑制復(fù)合體Ⅳ即細(xì)胞色素C氧化酶/Cytaa3遞電子。是常見的細(xì)胞窒息病因2.解偶聯(lián)劑：使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離

①2，4-二硝基酚（DNP）、雙香豆素等：在膜間隙結(jié)合質(zhì)子、穿內(nèi)膜入基質(zhì)后釋出質(zhì)子基質(zhì)內(nèi)膜膜間隙H+H+H+++++++------能量②解偶聯(lián)蛋白-1（UCP-1，也稱產(chǎn)熱素）：存在于棕色脂肪組織線粒體內(nèi)膜，可被游離脂肪酸激活，將膜間隙質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)。產(chǎn)生的熱能可維持體溫，新生兒缺乏導(dǎo)致新生兒硬腫癥基質(zhì)內(nèi)膜膜間隙H+H+不給ATP合酶，而以熱能形式散失

H+++++++------H+H+能量3.氧化磷酸化抑制劑：寡霉素：抑制ATP合酶阻止質(zhì)子回流，從而抑制ATP的生成,同時(shí)大量的H+又抑制了氧化呼吸鏈?；|(zhì)內(nèi)膜膜間隙H+H+++++++------H+ATP合酶H+

（二）ADP的調(diào)節(jié)作用（最主要）:

ADP/ATP比值升高,氧化磷酸化增快。下降，則減慢。調(diào)節(jié)關(guān)鍵物質(zhì)是ADP。

（三）甲狀腺激素：(1)誘導(dǎo)鈉泵合成增快，分解ATP(2)誘導(dǎo)解偶聯(lián)蛋白合成，使氧化正常進(jìn)行(產(chǎn)能),但不能磷酸化(ATP↓),增快氧化磷酸化,其能量以熱能散失。

線粒體DNA（mtDNA）是人和動(dòng)物細(xì)胞中唯一核外DNA，為封閉的雙鏈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可表達(dá)13種參與構(gòu)成復(fù)合體和ATP合酶部分亞基的蛋白質(zhì)。若mtDNA突變或大片段丟失，皆可使氧化磷酸化下降，因其無損傷修復(fù)機(jī)制，甚至導(dǎo)致線粒體衰老、疾病或細(xì)胞凋亡。人mtDNA為母性遺傳（卵子含幾十萬mtDNA，而精子中僅含幾百個(gè)），故有家族性。（四）線粒體DNA突變的影響：機(jī)體內(nèi)的能量大約有40%是以化學(xué)能形式儲(chǔ)存于一些特殊的有機(jī)磷酸化合物中——ATP是體內(nèi)能量?jī)?chǔ)存、轉(zhuǎn)移和直接利用的最重要形式，還存在其他高能化合物。

四、ATP~~ADPATP磷酸肌酸儲(chǔ)存能量，不能被直接利用磷酸肌酸（CP）是肌和腦中能量的一種儲(chǔ)存形式COOHCH2H3C—NNHNH2CCOOHCH2H3C—NNHNH—CP肌酸磷酸肌酸ADPATP氧化磷酸化底物水平磷酸化~Pi肌酸磷酸肌酸~Pi轉(zhuǎn)變?yōu)镚TP、UTP等機(jī)械能（肌肉收縮等）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）生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都是以ATP為中心五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

線粒體是生物氧化最主要的場(chǎng)所，生命活動(dòng)所需要的能量95％來源于此，被喻為“動(dòng)力工廠”。線粒體外膜通透性大，但內(nèi)膜只容許相對(duì)分子質(zhì)量<150Da的分子通過，所以內(nèi)膜上有幾種特異的轉(zhuǎn)運(yùn)載體。1，3－二磷酸甘油酸3－磷酸甘油醛線粒體（一）胞漿中的NADH的氧化乳酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸

NAD+NADH+H+2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸

×2胞漿1，3－二磷酸甘油酸3－磷酸甘油醛線粒體（一）胞漿中的NADH的氧化生成2ATP線粒體1，3－二磷酸甘油酸3－磷酸甘油醛

生成3ATP

葡萄糖—>6-磷酸葡萄糖-1-16-磷酸果糖—>1,6-雙磷酸果糖-1-1(3-磷酸甘油醛脫氫酶反應(yīng)NADH)2+3(或+5)+4(或+6)(1,3-二磷酸甘油酸—>3-二磷酸甘油酸)2+2+2(磷酸烯醇型丙酮酸—>丙酮酸)X2+2+2(丙酮酸—>乙酰CoA)2+5+6(乙酰CoA—>CO2+H2O)2+20+24

總計(jì)

30（或32）

36（或38）

葡萄糖有氧氧化生成的ATP反應(yīng)ATP第二節(jié)其他氧化體系不伴有磷酸化，不能生成ATP一、過氧化物酶體中的酶類2H2O22H2O+O2過氧化氫酶（一）過氧化氫酶（二）過氧化物酶O2+

Cu2+-SODO2+Cu+-SOD2H++O2+Cu+-SODH2O2+Cu2+-SOD（三）超氧化物歧化酶（SOD）??清除自由基2GSH+H2O2GSSH+2H2O谷胱甘肽過氧化物酶C－CH2－CHCOOHNH2（一）加單氧酶：催化向底物加氧原子,需要CytP450參與RH+NADPH+H++O2→R-OH+NADP++H2ONHCH2－CHCOOHNH2NHCHOOO2（二）加雙氧酶：催化向底物加氧分子二、微粒體中的酶類學(xué)無止境氧化脫羧單純脫羧生物氧化中CO2的生成：有機(jī)酸脫羧按是否伴氧化分β-脫羧α-脫羧按羧基位置分CαHRCOOHNH2C