生物化学和分子生物学人卫节生物氧化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

作者:苑辉卿单位:山东大学齐鲁医学院第六章 生物氧化Biological Oxidation第1页目录第一节 线粒体氧化体系与呼吸链第二节 氧化磷酸化与ATP生成第三节 氧化磷酸化影响原因第四节 其它氧化与抗氧化体系第2页重点难点熟悉了解掌握1.生物氧化概念2.线粒体呼吸链组成及功效3.氧化磷酸化概念、意义及其影响原因4.ATP在能量代谢中作用1.化学渗透学说与ATP生成机制2.呼吸链抑制剂种类及作用特点3.ROS种类及生成机制4.去除ROS抗氧化酶微粒体生物氧化第3页线粒体氧化体系与呼吸链第一节Biological oxidation in mitochondria and the mitochondrial respiratory chain第4页物质在生物体内进行氧化分解称生物氧化(biological oxidation)生物氧化发生部位：细胞胞质、线粒体、微粒体等线粒体氧化体系：经过酶促反应将营养物质氧化分解为CO2 和 H2O，并释放能量，产生ATP微粒体氧化体系：利用氧化酶类对底物进行加氧修饰，不产生ATP生物氧化 第5页主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内氧化分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O过程特点：反应温和，需要酶催化，氧化反应逐步进行，能量逐步释放线粒体氧化体系 第6页营养物质氧化普通过程第7页线粒体氧化体系需要递氢体和递电子体 递电子体递氢体电子直接传递：Fe2+Fe3+e以氢原子形式传递电子 2H 2H+2e第8页水溶性辅酶或辅基：NAD+/NADH,NADP+/NADPH为双电子传递体线粒体氧化体系递氢体和递电子体 功效基团：芳环中五价氮和三价氮间改变第9页水溶性辅酶或辅基：FAD/FADH2,FMN/FMNH2为单双电子传递体线粒体氧化体系递氢体和递电子体 结构中含核黄素 异咯嗪环为功效基团第10页脂溶性有机化合物：泛醌（ubiquinone，CoQ，Q）线粒体氧化体系递氢体和递电子体 人体：CoQ10，含10个异戊二烯单位可在线粒体内膜中自由扩散传递质子和电子QQHQH2第11页铁硫蛋白(iron-sulfur protein)辅基：铁硫中心(Fe-S)含铁离子和硫原子 经过 Fe2+Fe3+e-反应传递电子 单电子传递体 线粒体氧化体系递氢体和递电子体 Fe-SFe2S2Fe4S4第12页细胞色素蛋白（cytochrome,Cyt）含血红素样辅基蛋白质分Cyt a、b、c 及不一样亚类线粒体氧化体系递氢体和递电子体 第13页细胞色素a，b，c 结合血红素辅基血红素a血红素b血红素c经过血红素辅基 Fe2+Fe3+e-反应传递电子单电子传递体第14页含有传递电子能力蛋白复合体组成线粒体呼吸链线粒体呼吸链：生物体将NADH+H+和FADH2彻底氧化生成水和ATP过程与细胞呼吸相关，需要消耗氧，参加氧化还原反应组分由含辅助因子各种蛋白酶复合体组成，形成一个连续传递链，所以称为线粒体呼吸链（mitochodrial respiratory chain）。也称电子传递链(electron transfer chain)第15页4个蛋白质复合体，位于线粒体内膜含各种含有传递电子能力辅基，如FMN、Fe-S、金属离子等蛋白复合体、泛醌以及细胞色素c协同完成电子传递到氧过程电子传递过程伴随H+移至线粒体内膜胞质侧，形成跨内膜H+梯度，释放能量用于生成ATP 一、呼吸链由4种含有传递电子能力蛋白质复合体组成第16页线粒体内膜传递电子复合体第17页人线粒体呼吸链复合体组成泛醌和细胞色素c不包含在上述四种复合体中第18页复合体：NADH-泛醌还原酶、NADH脱氢酶接收来自NADH+H+电子并转移给泛醌复合体可催化两个同时进行过程：电子传递：NADHFMNFe-S Q 质子泵出：复合体有质子泵功效，每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧（一）复合体将NADH+H+中电子传递给泛醌第19页复合体介导电子传递过程NADH+H+NAD+FMN FMNH2还原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH2第20页复合体：琥珀酸-泛醌还原酶，即三羧酸循环中琥珀酸脱氢酶电子传递：琥珀酸FAD几个Fe-S Q复合体：无H+泵功效（二）复合体将电子从琥珀酸传递到泛醌第21页（三）复合体将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c复合体：泛醌-细胞色素C还原酶人复合体含有 Cyt b(b562,b566)、Cyt c1和一个可移动铁硫蛋白(Rieske protein)泛醌从复合体、募集氢并穿梭传递到复合体电子传递：QH2(Cyt bLCyt bH)Fe-S Cytc1Cytc第22页复合体电子传递经过“Q循环”实现复合体每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体有质子泵作用Cyt c是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中Cyt c将取得电子传递到复合体IV复合体电子传递第23页复合体：细胞色素C氧化酶电子传递：Cyt cCuACyt aCyt a3CuBO2CuA和Cyt a3CuB形成双核中心，将电子传递给O2质子泵功效：每传递2个电子使2个H+跨内膜向膜间隙侧转移（四）复合体将电子从细胞色素C传递给氧第24页复合体IV电子传递过程第25页复合体IVCuB-Cyta3将电子传递给O2、生成水第26页1、NADH氧化呼吸链NADH 复合体CoQ 复合体Cyt c 复合体O22、琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 CoQ 复合体Cyt c 复合体O2二、NADH和FADH2是呼吸链电子供体NADH和FADH2是线粒体呼吸链电子供体，形成两条呼吸链第27页标准氧化还原电位特异抑制剂阻断还原状态呼吸链迟缓给氧将呼吸链拆开和重组 呼吸链各组分排列次序试验依据第28页呼吸链中各种氧化还原对标准氧化还原电位氧化还原对E0(V)氧化还原对E0(V)NAD+/NADN+H+0.32Cyt c1 Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH20.219Cyt c Fe3+/Fe2+0.254FAD/FADH20.219Cyt a Fe3+/Fe2+0.29Cyt bL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyt a3 Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.816第29页NADH氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链第30页氧化磷酸化与ATP生成第二节Oxidative phosphorylation and production of ATP 第31页底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):与底物分子高能键水解相偶联，使ADP磷酸化生成ATP氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)：NADH和FADH2经过线粒体呼吸链被氧化生成水过程伴伴随能量释放，驱动ADP磷酸化生成ATP。即NADH和FADH2氧化过程与ADP磷酸化过程相偶联，释放能量用于生成ATPATP生成方式第32页氧化过程怎样偶联ADP磷酸化过程？每条呼吸链各产生多少ATP？第33页一、氧化磷酸化偶联部位在复合体、内依据P/O比值自由能改变:G=-nFE 氧化与磷酸化偶联部位：复合体、第34页（一）P/O 比值指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP摩尔数（或一对电子经过呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）第35页依据自由能改变确定偶联部位G=-nF E偶联部位电位改变(E0)自由能改变(G0)能否生成ATP(G0是否大于30.5KJ)NADHCoQ0.36V69.5KJ/mol能CoQCytc0.21V40.5KJ/mol能Cyta-a3O20.53V102.3KJ/mol能n：传递电子数；F：法拉第常数 合成1摩尔ATP 需能量约30.5kJ（二）自由能改变第36页呼吸链产生能量完全满足合成ATP所需复合体 I复合体 III复合体 IV一对电子经NADH氧化呼吸链氧化，偶联生成2.5分子ATP一对电子经琥珀酸呼吸链氧化，偶联产生1.5分子ATP第37页二、氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜质子梯度化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电子经呼吸链传递时释放能量，经过复合体质子泵功效，转运H+从线粒体基质到内膜胞质侧质子不能自由穿过线粒体内膜返回基质，从而形成跨线粒体内膜质子电化学梯度（H+浓度梯度和跨膜电位差），储存电子传递释放能量质子电化学梯度转变为质子驱动力，促使质子从膜间隙侧顺浓度梯度回流至基质、释放储存势能，用于驱动ADP与Pi结合生成ATP第38页化学渗透假说示意图第39页质子跨内膜梯度复合体I，III，IV都含有质子泵功效呼吸链每传递2个电子使10个H+跨内膜向胞浆侧转移线粒体胞浆侧质子浓度、正电荷远高于基质形成跨内膜浓度和电位差（电化学梯度）第40页依赖于完整封闭线粒体内膜，对H+、K、Cl等离子不通透性呼吸链复合体可驱动质子移至线粒体膜间隙，形成可测定跨膜电化学梯度增加线粒体膜间隙侧酸性可促进ATP合成，降低内膜质子梯度，电子虽能够传递，但ATP生成降低 化学渗透假说试验依据第41页三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成 ATPATP合酶：跨线粒体内膜通道蛋白功效：回流质子至基质时，结合ADP与Pi合成ATP第42页ATP合酶结构组成F1（亲水部分）（亲水部分）亚基：功效：催化 ATP 合成Fo（疏水部分）（疏水部分）亚基：a1b2c9-12功效：质子回流至基质通道DL.Nelson,MM.Cox Lehninger Principles of Biochemistry第43页ATP合酶：质子回流通道a亚基形成2个质子半通道半通道接收质子中和c亚基Asp61负电荷后，c亚基环与内膜接触发生转动第44页ATP 合酶结合变构模型：催化ATP合成质子顺浓度梯度经Fo部分回流时，驱动亚基转动，使3个亚基构象周期性改变 依次结合底物、生成、释出产物ATP 生成1个ATP，需3个H回流入线粒体基质第45页小结氧化磷酸化：在线粒体完成氧化与磷酸化偶联过程 经过NADH呼吸链、琥珀酸呼吸链完成线粒体基质中NADH、FADH2氧化过程 呼吸链中含有质子泵功效复合体能够将基质中质子“泵出”至膜间隙侧而产生跨膜质子电化学梯度，储存电子氧化释放能量，形成质子驱动力 质子驱动力促使质子经过线粒体内膜上ATP合酶回流至基质释放能量，同时驱动ADP磷酸化生成ATP，完成磷酸化过程第46页小结一对电子经NADH氧化呼吸链氧化，偶联生成2.5分子ATP一对电子经琥珀酸呼吸链氧化，偶联产生1.5分子ATP复合体 I复合体 III复合体 IV第47页谢 谢 观 看第48页