醫(yī)學生物化學課件-06

第六章生物氧化第一節(jié)ATP與其他高能化合物第二節(jié)氧化磷酸化第三節(jié)復原當量與ATP的轉運第四節(jié)其它的氧化體系自由能(G)：指一個反響體系中能夠做功的那局部能量。自由能的變化(ΔG)：產(chǎn)物的自由能與反響物的自由能之差，與反響轉變過程無關。標準自由能的變化(ΔG0)：298K〔250C〕，101.3KPa，反響物濃度為1mol/L。生化反響中標準自由能的變化(ΔG0’)：298K，101.3KPa，反響物濃度為1mol/L，pH=7。如A+BC+DΔG=(GC+GD)-(GA+GB)ΔG=ΔG0+RTln[C][D]/[A][B]ΔG<0ΔG=0ΔG>0反響到達平衡反響自發(fā)進行反響不能自發(fā)進行R=氣體常數(shù)〔8.314焦耳/升?摩爾〕，T=250C或298K的絕對溫度第一節(jié)ATP與其他高能化合物生物氧化：物質在生物體內的氧化，主要是指糖、脂肪、蛋白質等在體內分解時逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過程。糖原脂肪蛋白質葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰CoAⅠⅡⅢTCA營養(yǎng)物分解代謝的三個階段ATP與高能磷酸鍵高能磷酸鍵ATP+H2OADP+PiΔG0’=-30.5KJ/molADP+H2OAMP+PiΔG0’=-30.5KJ/molAMP+H2O腺苷+PiΔG0’=-14.2KJ/mol高能磷酸鍵：生化中把磷酸化合物水解時釋出的能量＞20KJ/mol者所含的磷酸鍵稱高能磷酸鍵，常用~P表示，含有高能鍵的化合物稱為高能化合物。高能磷酸鍵的類型磷酸酐：ATP、ADP、UTP、CTP、PPi等；烯醇磷酸：PEP；混合酐：1,3-BP-甘油酸；磷酸胍類：磷酸肌酸。另有高能硫酯鍵：乙酰CoA、脂酰CoA等。磷酸酐烯醇磷酸PEP混合酐〔酰基磷酸〕1,3-BP-甘油酸磷酸胍類磷酸肌酸高能硫酯鍵乙酰CoAATP的作用作為能量載體，提供合成代謝或分解代謝初始階段所需的能量；供給機體生命活動所需的能量；生成核苷三磷酸〔NTP〕；將高能磷酸鍵轉移給肌酸以磷酸肌酸〔creatinephosphate〕形式儲存。

提供合成代謝或分解代謝

初始階段所需的能量G+ATPG-6-P+ADP脂酸+CoA+ATP脂酰~CoA+AMP+PPi氨基酸+ATP氨基酰~AMP+PPi供給機體生命活動所需的能量生成核苷三磷酸〔NTP〕將高能磷酸鍵轉移給肌酸以

磷酸肌酸形式儲存ATP的生成方式底物水平磷酸化：代謝物脫氫與ADP〔或GDP〕的磷酸化相偶聯(lián)。共3個反響。氧化磷酸化：代謝物脫下的氫經(jīng)電子傳遞鏈與氧結合成水的同時，逐步釋放出能量，使ADP磷酸化為ATP的過程。底物水平磷酸化它們都通過底物脫H、H2O、CO2形成高能鍵，并直接轉移給ADP或GDP形成ATP或GTP〔沒有經(jīng)過呼吸鏈〕第二節(jié)氧化磷酸化電子傳遞鏈電子傳遞鏈的組成電子傳遞鏈的順序電子傳遞鏈中生成ATP的部位質子梯度的形成機制氧化磷酸化的調節(jié)線粒體主要功能：氧化營養(yǎng)物，生成ATP。結構外膜：通透性較高內膜：對物質的通過有嚴格選擇性內膜高度折疊形成嵴膜間腔基質線粒體結構線粒體結構模式圖線粒體嵴的分子組成氧化磷酸化的根本機制來自中間代謝物的復原當量(NADH或FADH2)經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給氧生成水時，釋放出大量的能量(NADH：ΔG0’=-221.5KJ/mol，F(xiàn)ADH2：ΔG0’=-171.4KJ/mol)，這局部能量可推動ADP與Pi合成ATP。H→H+〔質子〕+e〔電子〕生物氧化中所生成的水，是代謝物脫下的H經(jīng)過中間傳遞體和吸入的O2結合生成的。不管是H還是O，都要變成離子型才能結合電子傳遞鏈〔呼吸鏈〕概念：線粒體內膜上存在由多種酶和輔基組成的傳遞H和電子的反響鏈，它們按一定順序排列，稱電子傳遞鏈(或呼吸鏈)〔electrontransferchain或respiratorychain〕。電子傳遞鏈的組成電子傳遞鏈的順序電子傳遞鏈中生成ATP的部位質子梯度的形成機制一、電子傳遞鏈的組成從線粒體內膜上別離到四種酶復合體及輔酶Q(CoQ)和細胞色素(Cyt)。復合體Ⅰ：NADH-CoQ復原酶復合體Ⅱ：琥珀酸-CoQ復原酶復合體Ⅲ：CoQ-細胞色素C復原酶復合體Ⅳ：細胞色素氧化酶NADH呼吸鏈：由復合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cyt組成FADH2呼吸鏈：由復合體Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cyt組成復合體Ⅰ：NADH-CoQ復原酶功能：將電子從NADH傳遞給CoQ輔基：FMN(黃素腺嘌呤單核苷酸)，鐵硫蛋白NAD+：R為H；

NADP+：R為PO32-鐵硫蛋白鐵硫簇(Fe4S4)功能：單電子傳遞體呼吸鏈的幾乎每個過程都有Fe-S參與，有9種。含非血紅素鐵和對酸不穩(wěn)定的硫。主要分布在線粒體內膜上，它與NAD+或NADP+共同組成復合體，參與電子傳遞：Fe3+←→Fe2+，而且兩個Fe離子中只有一個參與，所以是單電子傳遞泛醌〔CoQ〕是脂溶性醌類化合物，由于在生物中廣泛存在，所以也稱泛醌。它處于呼吸鏈的中心樞紐，也是中間傳遞體復合體Ⅲ：CoQ-細胞色素C復原酶功能：將電子從CoQ傳遞給Cytc組成：Cytb、Fe-S、Cytc1細胞色素(Cyt)：含鐵卟啉輔基的有色蛋白，分a、b、c三類，每類中又分幾種亞類。細胞色素功能：單電子傳遞體細胞色素為有色蛋白，有效成分是輔基鐵噗啉。主要存在有氧呼吸的細胞中。根據(jù)光吸收帶不同分為：Cytb，c1，c，aa3等。輔基中的Fe起傳遞電子作用：Fe3+←→Fe2+由于Cytaa3靠近O2，故稱為Cyt氧化酶，也稱Cyt末端氧化酶復合體Ⅳ：細胞色素氧化酶功能：將電子從Cytc最終傳遞到O2組成：Cyta、Cyta3、Cu復合體Ⅱ：琥珀酸-CoQ復原酶功能：將電子從琥珀酸傳遞給CoQ輔基：FAD、Fe-S、Cytb560NADH呼吸鏈:FADH2呼吸鏈:二、復原電位與電子傳遞鏈的順序電子傳遞鏈中各組分的順序由復原電位決定電子傳遞方向：(復原電位)低高標準復原電位：將一個半反響體系與一個標準氫電極(pH7)相連所測的復原電位。原電池正極負極Zn電極標準電極勢：-0.763VCu電極標準電極勢：+0.34V半反應ΔE0’（V）2H++2eH2-0.41NAD++2H++2eNADH+H+

-0.32FMN+2H++2eFMNH2-0.30FAD+2H++2eFADH2-0.06CoQ+2H++2eCoQH20.04(或0.10)Cytb(Fe3+)+eCytb(Fe2+)0.07Cytc1(Fe3+)+eCytc1(Fe2+)0.23Cytc(Fe3+)+eCytc(Fe2+)0.25Cyta(Fe3+)+eCyta(Fe2+)0.29Cyta3(Fe3+)+eCyta3(Fe2+)0.55O2+2H++2eH2O0.82電子傳遞鏈的順序:測定各種電子傳遞體標準氧化復原電位〔E0’，pH7.0，25℃〕的數(shù)值，由此來確定排列順序。根據(jù)生物中各種反響物對電子的親和力可判斷它們易被氧化或易復原：電位勢越低，越易失去電子：NAD+/NADH=-0.32〔最小〕，O2/H2O=+0.82〔最大〕三、電子傳遞鏈中生成ATP的部位實驗證據(jù)根據(jù)電化學計算能量釋放結果，確定偶聯(lián)部位：pH7.0、25℃下測出標準電位差E’0。能級不同，E’0就不同。電位差與能量關系：能量=電位差×電量△G=nF△E〔△G’=nF△E’0〕△G：反響的自由能；n：電子轉移數(shù)；F：法拉第常數(shù)〔96500庫侖，或23.062千卡/mol〕；△E：電位差值P/O比值：每消耗molO2所消耗無機磷酸的mol數(shù)〔即合成ATP的mol數(shù)〕

氧化磷酸化的全過程：NADH+H++3ADP+3Pi+1/2O2→NAD++4H2O+3ATP〔1〕放能反響：NADH+H++1/2O2→NAD++H2O△E’0=0.82-(-0.32)=1.14V(1/2O2/H2O=0.82)△G0’=-2×23.062×1.14=-52.7千卡/mol〔能量釋放〕〔2〕吸能反響：3ADP+3Pi=3ATP+3H2O△G0’=3×7.3=+21.9千卡/mol〔每個ATP水解釋放7.3千卡/mol能量〕21.9/52.7×100%=42%〔絕大多數(shù)能量未被吸收〕

由此分析各階段的自由能變化：NADH→CoQ：△G0’=-2×23.062×0.33=-15.2千卡/molCoQ→cytc：△G0’=-2×23.062×0.21=-9.7千卡/molCytaa3→O2：△G0’=-2×23.062×0.53=-24.4千卡/mol

產(chǎn)生一個ATP為吸收7.3千卡/mol，所以第一、二步可以產(chǎn)各一個ATP，而第三步的大局部能量以放熱方式釋放掉。NADHO2可合成3分子ATP離體線粒體的P/O比值底物電子傳遞鏈P/O比值生成ATP數(shù)β羥丁酸NADHFMNCoQbc1caa3O23.03琥珀酸

FADCoQbc1caa3O22.02維生素C

Cytcaa3O21.01四、氧化磷酸化作用機理〔1〕化學偶聯(lián)假說：最早的假說，也稱活性中間產(chǎn)物學說。一是電子傳遞產(chǎn)生的能量是通過一個共同的化學中間產(chǎn)物轉移到ATP分子中。AH2+B+C←→A~C+BH2A~C+Pi+ADP←→A+C+ATP例如：G-3-P→1,3-二磷酸甘油酸〔一個高能鍵〕磷酸烯醇式丙酮酸〔一個高能鍵〕琥珀酰CoA〔一個高能鍵〕到目前為止，高能中間產(chǎn)物尚未別離到；這不要求膜的完整性，而氧化磷酸化需要膜的完整性。〔2〕構象偶聯(lián)假說：①

電子傳遞產(chǎn)生的能量的儲存是通過一種電子傳遞蛋白或叫偶聯(lián)因子〔F1ATP酶〕分子的構象變化實現(xiàn)的；②

這種高能構象狀態(tài)的產(chǎn)生是維持蛋白質三維構象的弱鍵位置和數(shù)目發(fā)生變化的結果；③這些弱鍵的數(shù)目和位置的變化是由能量變化引起的。這種高能結構中的能量即提供給ADP和Pi形成ATP，同時能量攜帶蛋白又可逆地回到原來低能狀態(tài)?！?〕化學滲透偶聯(lián)假說：①在電子傳遞和ATP形成之間起偶聯(lián)作用的是H+電化學梯度；②在偶聯(lián)過程中，線粒體內膜必須是完整的、封閉的，才能發(fā)揮作用；③H+不能自由通過線粒體內膜，需要“氧泵〞的作用，促使基質中的H+穿過線粒體內膜；泵出內膜外側的H+不能自由返回膜內側，因而內膜外側的H+濃度高于內側，造成H+濃度的跨膜梯度，使原有的外正內負的跨膜電位增高，這個電位差就包含著使ADP→ATP的能量〔滲透能〕；④由電子傳遞“泵〞出的H+通過F0F1ATP酶分子上的特殊通道又流回線粒體基質時，釋放出的自由能的反響和ATP的合成反響相偶聯(lián)。質子梯度的形成機制化學滲透假說五、影響氧化磷酸化的因素氧化磷酸化主要受ADP的調節(jié)抑制劑1、呼吸鏈抑制劑能阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。如魚藤酮〔rotenone〕、粉蝶霉素A〔piericidinA〕及異戊巴比妥〔amobarbital〕等與復合體I中的鐵硫蛋白結合，從而阻斷電子傳遞。2、解偶聯(lián)劑〔uncoupler〕使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。二硝基苯酚〔dinitrophenol，DNP〕，其作用是增加內膜對H+的通透性，破壞跨膜梯度的形成。3、氧化磷酸化抑制劑對電子傳遞及ADP的磷酸化均有抑制作用既抑制氧的利用，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〕第三節(jié)復原當量與ATP的轉運通過線粒體內膜的物質轉運復原當量的轉運α-磷酸甘油穿梭：腦、心肌、骨骼肌蘋果酸-天冬氨酸穿梭：腦、心肌、肝、紅肌ATP、ADP、Pi的轉運線粒體內膜的主要轉運載體載體胞液線粒體基質α-酮戊二酸載體蘋果酸α-酮戊二酸酸性氨基酸載體谷氨酸天冬氨酸腺苷酸載體ADPATP磷酸鹽載體H2PO4-、H+H2PO4-、H+丙酮酸載體丙酮酸OH-三羧酸載體蘋果酸檸檬酸堿性氨基酸載體鳥氨酸瓜氨酸肉毒堿載體脂酰肉堿肉堿α-磷酸甘油穿梭〔單向〕α-P甘油穿梭中α-P甘油起了一個運轉H的載體作用。該過程進入呼吸鏈中的CoQ，故少了FMN的步驟，所以說是走了一個短路；通過該穿梭，一對氫原子只能產(chǎn)生2分子ATP蘋果酸-天冬氨酸穿梭〔雙向〕蘋果酸天冬氨酸穿梭中，胞質中的NADH的H以草酰乙酸為載體，經(jīng)過蘋果酸中間體而轉給線粒體中的NAD+通過該穿梭，一對氫原子可產(chǎn)生3分子ATP轉氨作用ATP、ADP、Pi的轉運本小節(jié)要求熟悉ATP與其他高能化合物，ATP的生成與利用方式；掌握氧化磷酸化的概念、電子傳遞鏈的順序、生成ATP的部位；熟悉電子傳遞鏈的組成及氧化磷酸化的調節(jié)；了解質子梯度形成機制及ATP合成機制。熟悉復原當量的轉運；了解ATP、ADP和Pi的轉運機制。第四節(jié)其它氧化體系一、需氧脫氫酶和氧化酶需氧脫氫酶:催化底物脫氫并以氧為受氫體,反響產(chǎn)物為H2O2。氧化酶：直接利用氧為受氫體催化底物氧化，輔基含有銅離子，產(chǎn)物有H2O。如細胞色素C氧化酶、抗壞血酸氧化酶。二、過氧化物酶體中的氧化酶類過氧化氫酶〔catalase〕又稱觸酶，其輔基含4個血紅素，催化反響：2H2O22H2O+O2過氧化物酶：〔perioxidase〕也以血紅素為輔基：R+H2O2RO+H2O三、超氧物歧化酶〔SOD〕呼吸鏈電子傳遞過程中可產(chǎn)生超氧離子〔〕其化學性質活潑,可使磷脂分子中不飽和脂肪酸氧化生成過氧化脂質,損傷生物膜；過氧化脂質與蛋白質結合形成的復合物，積累成棕褐色的色素顆粒，稱為脂褐素，與組織老化有關。SOD是人體防御內、外環(huán)境中超氧離子損傷的重要酶。四、微粒體中的氧化酶類一、加單氧酶〔monoxygenase〕催化一個氧原子加到底物分子上，另一個氧原子被氫復原成水，又稱混合功能氧化酶或羥化酶〔hydroxylase〕。RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O細胞色素P450〔CytochromeP450CytP450〕屬Cytb類，與CO結合后在450nm處出現(xiàn)最大吸收峰。⑥⑤④③②①RHR-OHH2O2H+O22eNADP+

((FeS)2

((FeS)2-FADH2FADH++NADPH

Fe3+

P450RHFe3+

P450

O2-

Fe2+

P450RH

O2-

Fe3+

P450RH

O2

Fe2+

P450RHFe2+

P450RH測試題A、磷酸酐型B、混合酐型C、烯醇磷酸型D、磷酸胍類型E、硫酯型 磷酸肌酸中高能鍵為: 琥珀酰CoA中的高能鍵為: UTP中的高能鍵為:〔D〕〔E〕〔A〕測試題A、含高能磷酸鍵B、含一般磷酸鍵C、兩者都有D、兩者都沒有AMPGDP丙酮酸磷酸肌酸〔B〕〔C〕〔D〕〔A〕測試題關于三羧酸循環(huán)的表達正確的選項是：A、循環(huán)一周可生成4分子NADHB、循環(huán)一周可使2個ADP磷酸化成ATPC、丙二酸可抑制延胡索酸轉變成蘋果酸D、琥珀酰CoA是α–酮戊二酸氧化脫羧的產(chǎn)物〔D)測試題以下關于乙酰CoA的表達錯誤的選項是：A、*CH3CO～SCoA經(jīng)三羧酸循環(huán)一周后，*C出現(xiàn)于CO2B、它是丙酮酸羧化酶的變構激活劑C、從丙酮酸生成乙酰CoA是不可逆的D、乙酰CoA不能通過線粒體E、乙酰CoA含高能鍵〔A〕測試題三羧酸循環(huán)的酶均存在于線粒體基質，除了:A、檸檬酸合成酶B、延胡索酸酶 C、琥珀酰CoA合成酶D、琥珀酸脫氫酶 E、順烏頭酸酶〔D〕測試題三羧酸循環(huán)和有關呼吸鏈反響中能產(chǎn)生ATP最多的步驟是：A、檸檬酸——→異檸檬酸