十二次生物氧化與氧化磷酸化一

十二次生物氧化與氧化磷酸化一糖脂肪蛋白質CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能一、生物氧化得概念

第一節(jié)生物氧化概述(一)廣義和狹義得生物氧化概念廣義:有機物(糖、脂肪、蛋白質等)在體內氧化分解生成CO2和H2O,并逐步釋放能量,產生ATP得過程。包括有機物得氧化過程、呼吸鏈得電子傳遞和ATP得合成。狹義:呼吸鏈得電子傳遞和ATP得合成。(二)生物氧化得特點

1、生物氧化就是在生物細胞內進行得酶促氧化過程,反應條件溫和(水溶液,中性pH和常溫)。2、氧化進行過程中,必然伴隨生物還原反應得發(fā)生。3、水就是許多生物氧化反應得氧供體。通過加水脫氫作用直接參予了氧化反應。4、在生物氧化中,碳得氧化和氫得氧化就是非同步進行得。氧化過程中脫下來得氫質子和電子,通常由各種載體,如NADH等傳遞到氧并生成水。5、生物氧化就是一個分步進行得過程。每一步都由特殊得酶催化,每一步反應得產物都可以分離出來。這種逐步進行得反應模式有利于在溫和得條件下釋放能量,提高能量利用率。6、生物氧化釋放得能量,通過與ATP合成相偶聯(lián),轉換成生物體能夠直接利用得生物能ATP。生物氧化與體外氧化得相同點:生物氧化中物質得氧化方式有加氧、脫氫、失電子,遵循氧化還原反應得一般規(guī)律。物質在體內外氧化時所消耗得氧量、最終產物(CO2、H2O)和釋放能量均相同。生物氧化與體外燃燒得不同點

生物氧化體外燃燒反應條件溫和劇烈

(體溫、pH近中性)

(高溫、高壓)反應過程逐步進行的酶促反應一步完成能量釋放逐步進行瞬間釋放（化學能、熱能）（熱能）CO2生成方式有機酸脫羧碳和氧結合H2O需要不需要(三)生物氧化中物質得氧化方式(3)加氧(2)脫氫(最主要)(1)失電子RH+O2ROH12COOHC=O+2HCH3(2H++2e)

COOHHO－CHCH3Fe2+Fe3++e(四)生物氧化中二氧化碳得生成

生物氧化中二氧化碳得生成就是由于糖、蛋白質、脂肪等有機物轉變成含羧基得化合物進行脫羧反應。1、α-脫羧和β-脫羧;2、直接脫羧和氧化脫羧:氧化脫羧就是指脫羧過程中伴隨著氧化(脫氫)。10大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流CO2

丙酮酸脫氫酶系NADH+H+NAD+CoACH3C～SCoAO異檸檬酸脫氫酶NAD+NADH+H++CO2*丙酮酸脫羧酶CO2

CHOCH3(五)生物氧化中水得生成

生物氧化中所生成得水就是代謝物脫下得氫經生物氧化作用和吸入得氧結合而成得。多數(shù)情況下脫氫酶和氧化酶之間需要一些電子傳遞體才能將質子和電子交給氧生成水。二、生物氧化中有關得酶類(一)電子轉移酶只催化電子得得失,實際也就是電子傳遞體。主要有鐵硫蛋白和細胞色素類。(二)氧化酶類組成:結合酶酶蛋白輔基:含F(xiàn)e、Cu舉例:細胞色素氧化酶、抗壞血酸氧化酶等特點:催化底物脫氫后,以O2為直接受氫體,生成H2O。RH22Cu2+O2－

H2OR2Cu+O2122H+2e2e(三)需氧脫氫酶

特點:催化底物脫氫后,以O2為直接受氫體,生成H2O2。組成:結合酶酶蛋白輔基:FMN、FADRH2FMN/FADH2O2R

FMNH2/FADH2

O2

2H2H舉例:黃嘌呤氧化酶(四)脫氫酶

特點:催化底物脫氫后,以NAD＋、NADP＋、FAD或FMN等為直接受氫體。組成:結合酶酶蛋白輔基:NAD＋、NADP＋、FAD等RH2NAD＋

R

NADH＋H＋2H舉例:蘋果酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶等(五)加氧酶(1)單加氧酶(混合功能氧化酶、羥化酶)RH+NADPH+H++O2

單加氧酶ROH+NADP++H2O(2)雙加氧酶O2色氨酸加雙氧酶色氨酸甲酰犬尿氨酸(六)其她酶類(1)過氧化氫酶(2)過氧化物酶

RH2+

H2O2R

+

2H2O

過氧化物酶H2O2+

H2O22

H2O+

O2

過氧化氫酶(3)超氧物歧化酶(SOD)2O2·+2HH2O2+O2SOD+三、高能化合物(一)高能化合物得概念一般將水解時能夠釋放20、92kJ/mol(5Kcal/mol)以上自由能得化合物稱為高能化合物。在高能化合物分子中,釋放出大量自由能時水解斷裂得活潑共價鍵稱為高能鍵。

按其分子結構特點及所含高能鍵得特征分:磷氧鍵型磷氮鍵型硫碳鍵型(硫酯鍵型、甲硫鍵型)(二)高能化合物得類型(1)磷氧鍵型(－O-P)(A)?；姿峄衔?,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账?B)焦磷酸化合物ATP(三磷酸腺苷)焦磷酸(C)烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)磷氧鍵型:?；姿峄衔铩⒔沽姿峄衔铩⑾┐际搅姿峄衔?2)氮磷鍵型(如胍基磷酸化合物)磷酸肌酸磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內起儲存能量得作用。H(3)硫碳鍵型?；o酶AA、硫酯鍵型B、甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸(三)最重要得高能化合物—ATP(1)ATP得分子結構特點與水解自由能得關系①ATP就是生物體通用得能量貨幣。②ATP就是磷酸基團轉移反應得中間載體。ATP在傳遞能量方面起著轉運站得作用,她就是能量得攜帶者和轉運者,但不就是能量得貯存者。(2)ATP在能量轉化中得作用

磷酸基團往往從磷酸基團轉移勢能高得物質向勢能低得物質轉移。磷酸基團轉移勢能在數(shù)值上等于其水解反應得ΔG0’。磷酸基團轉移勢能(kcal/mol)246810121416ATPPEP1,3-二P甘油酸6-P葡萄糖3-P甘油ATP就是磷酸基團轉移反應得中間載體第二節(jié)電子傳遞鏈一、電子傳遞鏈得概念和存在部位概念:在生物氧化過程中,代謝物上脫下得氫經過一系列得按一定順序排列得氫傳遞體和電子傳遞體得傳遞,最終與氧結合生成水。這些氫和電子得傳遞體系稱為電子傳遞鏈、由于此過程與細胞呼吸有關,所以將此傳遞鏈稱為呼吸鏈。2H

2H++2e部位:真核線粒體得內膜上,原核生物在細胞膜上。二、電子傳遞鏈得組分

(一)黃素蛋白類脫氫酶(二)鐵硫蛋白類(三)輔酶Q

(四)細胞色素類黃素單核苷酸得結構黃素蛋白類黃素腺嘌呤二核苷酸得結構黃素核苷酸得作用原理核黃素(黃色)-2H+2H還原型核黃素(無色)FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子,其中鐵原子可進行Fe2+

Fe3++e反應傳遞電子。?表示無機硫Fe2+Fe3+-e+e鐵硫蛋白得作用原理FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b輔酶Q得結構及作用原理O

CH3CH3H3COH3COO(CH2CH=CCH2)nHOOH3COH3COCH3RH3COH3COOHOHCH3R+2H-2H泛醌細胞色素體系(Cyt)(1)Cyt得本質細胞色素=酶蛋白+血紅素(2)Cyt得分類30多種a類:a、a1、a2、a3…b類:b、b1～7、P450…c類:c、c1、c2、c3…血紅素Ab型血紅素c型血紅素b型血紅素線粒體(a、a3

、b、c、c1)微粒體(b5、P450)(3)Cyt得存在部位Cytaa3(細胞色素氧化酶):呼吸鏈中唯一直接將e傳遞給O2

(4)Cyt在呼吸鏈中得作用2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+

2Cytaa3-Fe2++1/2O2

2Cytaa3-Fe3++O2-

總結:呼吸鏈各組分得作用名稱本質在呼吸鏈中作用尼克酰胺核苷酸NAD+、

NADP+不需氧脫氫酶的輔酶NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2HFAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H黃素蛋白結合酶FMN、FAD

鐵硫蛋白結合酶

Fe、S

Fe2+Fe3+-e+e名稱本質在呼吸鏈中作用CoQ

CoQH2+2H-2H輔酶Q(CoQ)脂溶性醌類化合物Fe2+Fe3+-e+e結合酶鐵卟啉細胞色素(Cyt)三、呼吸鏈上電子傳遞體得排列(一)電子傳遞鏈在膜上得存在狀態(tài)除了CoQ和細胞色素C外,電子傳遞鏈上得電子傳遞體組成了四個復合體。復合體酶名稱輔基復合體ⅠNADH-泛醌還原酶FMN,Fe-S復合體Ⅲ泛醌-細胞色素C還原酶鐵卟啉,Fe-S

復合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶FAD,Fe-S復合體Ⅳ細胞色素C氧化酶鐵卟啉,CuⅢⅠⅡⅣ胞液側基質側線粒體內膜呼吸鏈各復合體位置示意圖1、復合體ⅠNADH-泛醌還原酶復合體Ⅰ將電子從還原型煙酰胺(尼克酰胺)腺嘌呤二核苷酸(NADH)傳遞給泛醌復合體Ⅰ含有以黃素單核苷酸為輔基得黃素蛋白和以鐵硫簇(Fe-S)為輔基得鐵硫蛋白。復合體Ⅰ得功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH22、復合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶

復合體Ⅱ將電子從琥珀酸傳遞給泛醌復合體Ⅱ含有以黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)為輔基得黃素蛋白、鐵硫蛋白和細胞色素(Cyt)b5603、復合體Ⅲ泛醌-細胞色素C還原酶

復合體Ⅲ將電子從泛醌傳遞給細胞色素C復合體Ⅲ含有2種細胞色素b(Cytb562,Cytb566)、細胞色素C1和鐵硫蛋白4、復合體Ⅳ細胞色素C氧化酶

復合體Ⅳ將電子從細胞色素C傳遞給氧復合體Ⅳ中含有Cyta和Cyta3

RH2O2還原態(tài)氧化態(tài)(二)呼吸鏈成分得排列順序

1、研究方法(3)利用呼吸鏈抑制劑(2)呼吸鏈復合物重組(1)測各組分氧化還原電位(E0′)遞增(4)利用光譜變化確定各組分得氧還狀態(tài)呼吸鏈中各氧還對得Eo’氧化還原對(V)NAD+/NADH+H+-0、32FMN/FMNH2-0、30FAD/FADH2-0、06Q/QH20、04(或0、10)Cytb(Fe3+)/(Fe2+)0、07Cytc1(Fe3+)/(Fe2+)0、22Cytc(Fe3+)/(Fe2+)0、25