生物氧化微课省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第七章第七章 生物氧化生物氧化刘新文刘新文北京大学医学部生化系北京大学医学部生化系第1页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化维持生命活动能量，主要有两个起源：维持生命活动能量，主要有两个起源：光光能能（太太阳阳能能）：植植物物和和一一些些藻藻类类，经经过过光光合合作用将光能转变成生物能。作用将光能转变成生物能。化化学学能能：动动物物和和大大多多数数微微生生物物，经经过过生生物物氧氧化化作作用用将将有有机机物物质质（主主要要是是各各种种光光合合作作用用产产物物）存放化学能释放出来，并转变成生物能。存放化学能释放出来，并转变成生物能。有机物质在生物体内氧化作用，称为生物氧化。有机物质在生物体内氧化作用，称为生物氧化。因为因为生物氧化通常需要消耗氧，生物氧化通常需要消耗氧，产生二氧化碳，产生二氧化碳，故又称故又称“细胞呼吸细胞呼吸”。在整个生物氧化过程中，在整个生物氧化过程中，有机物质最终被氧化成有机物质最终被氧化成COCO2 2和水，并释放出能量。和水，并释放出能量。第2页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第一节第一节 生物氧化方式和特点生物氧化方式和特点一、生物氧化方式一、生物氧化方式1 1、脱电子、脱电子 2 2、脱氢、脱氢 3 3、加氧、加氧生生物物氧氧化化是是在在一一系系列列氧氧化化-还还原原酶酶催催化化下下分分步步进进行行。每每一一步步反反应应，都都由由特特定定酶酶催催化化。在在生生物物氧氧化化过过程程中中，主主要要包包含以下几个氧化方式。含以下几个氧化方式。第3页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化1 1脱氢氧化反应脱氢氧化反应（1 1）脱氢）脱氢在生物氧化中，脱氢反应占有主要地在生物氧化中，脱氢反应占有主要地位。它是许多有机物质生物氧化主要位。它是许多有机物质生物氧化主要步骤。催化脱氢反应是各种类型步骤。催化脱氢反应是各种类型脱氢脱氢酶酶。第4页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化烷基烷基脂肪酸脱氢脂肪酸脱氢琥珀酸脱氢琥珀酸脱氢第5页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化醛酮脱氢醛酮脱氢乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶第6页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（2 2）加水脱氢）加水脱氢酶催化醛氧化成酸反应即属于这一类。酶催化醛氧化成酸反应即属于这一类。第7页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化2 2氧直接参加氧化反应氧直接参加氧化反应这这类类反反应应包包含含：加加氧氧酶酶催催化化加加氧氧反反应应和和氧氧化化酶酶催化生成水反应。催化生成水反应。加加氧氧酶酶能能够够催催化化氧氧分分子子直直接接加加入入到到有有机机分分子子中中。比如：比如：【甲烷单加氧酶】【甲烷单加氧酶】CHCH4 4+NADH +O+NADH +O2 2 CH CH3 3-OH +NAD-OH +NAD+H +H2 2O O氧氧化化酶酶主主要要催催化化以以氧氧分分子子为为电电子子受受体体氧氧化化反反应应，反反应应产产物物为为水水。在在各各种种脱脱氢氢反反应应中中产产生生氢氢质质子子和电子，最终都是以这种形式进行氧化。和电子，最终都是以这种形式进行氧化。第8页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化3 3生成二氧化碳氧化反应生成二氧化碳氧化反应（1 1）直接脱羧作用）直接脱羧作用氧化代谢中间产物羧酸在脱羧酶催化下，直氧化代谢中间产物羧酸在脱羧酶催化下，直接从分子中脱去羧基。比如丙酮酸脱羧。接从分子中脱去羧基。比如丙酮酸脱羧。（2 2）氧化脱羧作用）氧化脱羧作用氧化代谢中产生有机羧酸（主要是酮酸）在氧化代谢中产生有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱羧酶系催化下，在脱羧同时，也发生氧化脱羧酶系催化下，在脱羧同时，也发生氧化（脱氢）作用。比如苹果酸氧化脱羧生氧化（脱氢）作用。比如苹果酸氧化脱羧生成丙酮酸。成丙酮酸。第9页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化二、生物氧化特点二、生物氧化特点1 1、生生物物氧氧化化是是在在生生物物细细胞胞内内进进行行酶酶促促氧氧化化过过程程，反应条件温和（水溶液，反应条件温和（水溶液，pHpH 7 7和常温）。和常温）。2 2、氧氧化化进进行行过过程程中中，必必定定伴伴随随生生物物还还原原反反应应发发生。生。3 3、水水是是许许多多生生物物氧氧化化反反应应氧氧供供体体。经经过过加加水水脱脱氢作用直接参予了氧化反应。氢作用直接参予了氧化反应。4 4、在在生生物物氧氧化化中中，碳碳氧氧化化和和氢氢氧氧化化是是非非同同时时进进行行。氧氧化化过过程程中中脱脱下下来来氢氢质质子子和和电电子子，通通常常由由各种载体，如各种载体，如NADHNADH等传递到氧并生成水。等传递到氧并生成水。第10页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化5 5、生物氧化是一个分步进行过程。每一步都由特、生物氧化是一个分步进行过程。每一步都由特殊酶催化，每一步反应产物都能够分离出来。殊酶催化，每一步反应产物都能够分离出来。这种逐步进行反应模式有利于在温和条件下释这种逐步进行反应模式有利于在温和条件下释放能量，提升能量利用率。放能量，提升能量利用率。6 6、生物氧化释放能量，经过与、生物氧化释放能量，经过与ATPATP合成相偶联，合成相偶联，转换成生物体能够直接利用生物能转换成生物体能够直接利用生物能ATPATP。7 7、进行生物氧化反应、进行生物氧化反应部位（1 1）线粒体）线粒体 （2 2）内质网、微粒体、过氧化酶体等）内质网、微粒体、过氧化酶体等8、生理意义：供给机体能量，进行正常生理生化生理意义：供给机体能量，进行正常生理生化活动，转化有害废物。活动，转化有害废物。第11页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第二节第二节 生物能及其存在形式生物能及其存在形式一、生物能和一、生物能和ATPATP1.ATP1.ATP是生物能存在主要形式是生物能存在主要形式ATPATP是能够被生物细胞直接利用能量形是能够被生物细胞直接利用能量形式。式。2.2.生物化学反应自由能改变生物化学反应自由能改变生物化学反应与普通化学反应一样生物化学反应与普通化学反应一样,也也服从热力学规律。服从热力学规律。第12页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化二、高能化合物二、高能化合物磷酸酯类化合物在生物体能量转换过程中起磷酸酯类化合物在生物体能量转换过程中起者主要作用。许多磷酸酯类化合物在水解过者主要作用。许多磷酸酯类化合物在水解过程中都能够释放出自由能。程中都能够释放出自由能。普通将水解时能够释放普通将水解时能够释放21 kJ/mol21 kJ/mol（5 5千卡千卡/mol)/mol)以上自由能（以上自由能（G G -21 kJ/-21 kJ/molmol）化合物称为高能化合物。）化合物称为高能化合物。ATPATP是生物细胞中最主要高能磷酸酯类化合是生物细胞中最主要高能磷酸酯类化合物。物。依据生物体内高能化合物键特征能够把他们依据生物体内高能化合物键特征能够把他们分成以下几个类型。分成以下几个类型。第13页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化 1 1、磷氧键型（、磷氧键型（-O-OP)P)(1)酰基磷酸化合物3-磷酸甘油酸磷酸乙酰磷酸10.1千卡/摩尔11.8千卡/摩尔第14页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化(1)(1)酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸第15页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（2 2）焦磷酸化合物）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷）焦磷酸焦磷酸7.3千卡/摩尔第16页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（3 3）烯醇式磷酸化合物）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩尔第17页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化2 2、氮磷键型、氮磷键型磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩尔7.7千卡/摩尔这两种高能化合物在生物体内起储存能量作用。第18页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化3 3、硫酯键型、硫酯键型3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸酰基辅酶A第19页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化4 4、甲硫键型、甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸第20页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第三节第三节 线粒体呼吸链和线粒体呼吸链和ATPATP合成合成细胞内线粒体是生物氧化主要场所，主要功效是细胞内线粒体是生物氧化主要场所，主要功效是将代谢物脱下氢经过各种酶及辅酶所组成传递体将代谢物脱下氢经过各种酶及辅酶所组成传递体系传递，最终与氧结合生成水。系传递，最终与氧结合生成水。由供氢体、传递体、受氢体以及对应酶催化系统由供氢体、传递体、受氢体以及对应酶催化系统组成这种代谢路径普通称为生物氧化还原链，当组成这种代谢路径普通称为生物氧化还原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链。受氢体是氧时，称为呼吸链。由递氢体或递电子体在线粒体内膜上按一定次序由递氢体或递电子体在线粒体内膜上按一定次序排列组成连锁反应体系称为电子传递链。它与细排列组成连锁反应体系称为电子传递链。它与细胞摄取氧呼吸过程相关，故又称呼吸链胞摄取氧呼吸过程相关，故又称呼吸链（electron transfer chain）一、一、线粒体呼吸链组成线粒体呼吸链组成第21页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第22页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化线粒体呼吸链线粒体呼吸链第23页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化线粒体呼吸链线粒体呼吸链第24页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（一）呼吸链主要成份（一）呼吸链主要成份1 1、NAD+NAD+和和NADPNADP为辅酶脱氢酶为辅酶脱氢酶 【组成成份】【组成成份】酶蛋白、尼克酰胺（酶蛋白、尼克酰胺（V Vpppp）核核糖、磷酸与糖、磷酸与AMPAMP。【作用】辅酶接收代谢物脱下【作用】辅酶接收代谢物脱下2 2H H，传递给黄，传递给黄素蛋白。素蛋白。第25页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化NADHNADH：还原型辅酶：还原型辅酶它是由它是由NADNAD+接收各种代谢产物脱氢得接收各种代谢产物脱氢得到产物。到产物。NADHNADH所携带高能电子是线粒所携带高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。体呼吸链主要电子供体之一。第26页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第27页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化2 2、铁硫蛋白（、铁硫蛋白（iron-sulfur protein,Fe-Siron-sulfur protein,Fe-S）n 铁硫蛋白与黄素蛋白形成复合物存在。铁硫蛋白与黄素蛋白形成复合物存在。【组成成份】含等量铁原子和硫原子（【组成成份】含等量铁原子和硫原子（Fe Fe2 2 S S2 2，FeFe4 4S S4 4）铁原子与铁硫蛋白半胱氨酸相连）铁原子与铁硫蛋白半胱氨酸相连【作用】将【作用】将FMNFMN或或FADFAD中电子传递给泛醌。中电子传递给泛醌。【传递机制】单电子传递【传递机制】单电子传递第28页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化铁硫蛋白铁硫蛋白铁硫蛋白铁硫蛋白(简简写为写为Fe-S)Fe-S)是是一个与电子传一个与电子传递相关蛋白质，递相关蛋白质，它与它与NADHNADH Q Q还原酶其它蛋还原酶其它蛋白质组分结合白质组分结合成复合物形式成复合物形式存在。存在。第29页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化铁硫蛋白铁硫蛋白它主要以它主要以(2Fe-2S)(2Fe-2S)或或(4Fe-4S)(4Fe-4S)形式形式存在。存在。(2Fe-2S)(2Fe-2S)含有两个活泼无机硫和含有两个活泼无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白经过两个铁原子。铁硫蛋白经过FeFe3+3+Fe Fe2+2+改变起传递电子作用改变起传递电子作用第30页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化 NADH NADH 泛醌还原酶泛醌还原酶简写为简写为NADHNADH Q Q还原酶还原酶,即即复合物复合物I I，它，它作用是催化作用是催化NADHNADH氧化脱氢以及氧化脱氢以及Q Q还原。所还原。所以它既是一个脱氢酶，也是一个还原酶。以它既是一个脱氢酶，也是一个还原酶。NADHNADH Q Q还原酶最少含有还原酶最少含有1616个多肽亚基。它活个多肽亚基。它活性部分性部分含有辅基含有辅基FMNFMN和铁硫蛋白和铁硫蛋白。FMNFMN作用是接收脱氢酶脱下来电子和质子，形作用是接收脱氢酶脱下来电子和质子，形成还原型成还原型FMNHFMNH2 2。还原型。还原型FMNHFMNH2 2能够深入将电子能够深入将电子转移给转移给Q Q。NADH Q还原酶还原酶 NADH +Q +H+=NAD+QH2第31页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化NADHNADH 泛醌还原酶泛醌还原酶第32页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第33页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化3 3、泛醌、泛醌（简简写写为为Q Q）或或辅辅酶酶-Q-Q（CoQCoQ）：它它是是电电子子传传递递链链中中唯唯一一非非蛋蛋白白电电子子载载体体。为一个脂溶性醌类化合物。为一个脂溶性醌类化合物。第34页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化辅酶辅酶-Q-Q功效功效Q Q(醌醌型型结结构构)很很轻轻易易接接收收电电子子和和质质子子，还还原原成成QHQH2 2（还还原原型型）；QHQH2 2也也轻轻易易给给出出电电子子和和质质子子，重重新新氧氧化化成成Q Q。所所以以，它它在在线线粒粒体体呼呼吸吸链链中中作作为为电电子和质子传递体。子和质子传递体。第35页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化 泛醌泛醌 细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶简简写写为为QHQH2 2-cyt.-cyt.c c还还原原酶酶,即即复复合合物物IIIIII,它它是是线线粒粒体体内内膜膜上上一一个个跨跨膜膜蛋蛋白白复复合合物物，其其作作用用是是催催化化还还原原型型QHQH2 2氧氧化化和和细细胞胞色色素素c c（cyt.ccyt.c）还原。）还原。QHQH2 2-cyt.c-cyt.c 还原酶还原酶QHQH2 2 +2 cyt.c(Fe+2 cyt.c(Fe3+3+)=Q +2 cyt.c(Fe)=Q +2 cyt.c(Fe2+2+)+2H)+2H+QHQH2 2-cyt-cyt c c还还原原酶酶由由9 9个个多多肽肽亚亚基基组组成成。活活性性部部分分主主要要包包含含细细胞胞色色素素b b（b b562562、b b566566）和和c c1 1，以及铁硫蛋白（，以及铁硫蛋白（2Fe-2S2Fe-2S）。第36页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第37页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化4、细胞色素、细胞色素（简简写写为为cyt.cyt.）是是含含铁铁电电子子传传递递体体，辅辅基基为为铁铁卟卟啉啉衍衍生生物物，铁铁原原子子处处于于卟卟啉啉环环中中心心，组组成成血血红红素素。各各种种细细胞胞色色素素辅辅基基结结构构略略有有不不一一样样。线线粒粒体体呼呼吸吸链链中中主主要要含含有有细细胞胞色色素素a,a,b,b,c c 和和c c1 1等等，组组成成它它们们辅辅基基分分别别为为血血红红素素A A、B B和和C C。细细胞胞色色素素a,a,b,b,c c能能够够经经过过它它们们紫紫外外-可见吸收光谱来判别。可见吸收光谱来判别。细胞色素主要是经过细胞色素主要是经过FeFe3+3+Fe Fe2+2+互变起传互变起传递电子作用。递电子作用。第38页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化细胞色素细胞色素c c（cyt.ccyt.c）它它是是电电子子传传递递链链中中一一个个独独立立蛋蛋白白质质电电子子载载体体，位位于于线线粒粒体体内内膜膜外外表表，属属于于膜膜周周蛋蛋白白，易易溶溶于于水水。它它与与细细胞胞色色素素c c1 1含含有有相相同同辅辅基基，不不过过蛋蛋白白组组成成则则有有所所不不一一样样。在在电电子子传传递递过过程程中中，cyt.cyt.c c经经过过FeFe3+3+FeFe2+2+互互变变起起电电子传递中间体作用。子传递中间体作用。第39页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化因为因为QHQH2 2是一个双电子载体，而参加上述是一个双电子载体，而参加上述反应过程其它组分反应过程其它组分(如如cyt.c)cyt.c)都是单电子都是单电子传递体，所以，实际反应情况比较复杂。传递体，所以，实际反应情况比较复杂。QHQH2 2所携带一个高能电子经过铁硫蛋白，所携带一个高能电子经过铁硫蛋白，传递给传递给cyt.ccyt.c，本身形成半醌自由基，本身形成半醌自由基（QHQH）；另一个电子则传递给）；另一个电子则传递给cyt.bcyt.b。还。还原型原型cyt.bcyt.b能够将能够将QHQH 还原成还原成QHQH2 2。其结果。其结果是经过一个循环，是经过一个循环，QHQH2 2将其中一个电子传将其中一个电子传递给递给cyt.ccyt.c。第40页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化 细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶简写为简写为cyt.c cyt.c 氧氧化酶，即化酶，即复合物复合物IVIV，它是位于线，它是位于线粒体呼吸链末端粒体呼吸链末端蛋白复合物，由蛋白复合物，由1212个多肽亚基组个多肽亚基组成。活性部分主成。活性部分主要要包含包含cyt acyt a和和a a3 3。第41页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化cyt acyt a和和a a3 3组成一个复合体，除了含有铁组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。卟啉外，还含有铜原子。cyt aacyt aa3 3能够直能够直接以接以O O2 2为电子受体。为电子受体。在电子传递过程中，分子中铜离子能够在电子传递过程中，分子中铜离子能够发生发生CuCu+Cu Cu2+2+互变，将互变，将cyt.ccyt.c所携带电所携带电子传递给子传递给O O2 2。第42页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶第43页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化5 5、黄素酶、黄素酶-黄素蛋白（黄素蛋白（FlavoproteinFlavoprotein）【组成成份】酶蛋白、黄素单核苷酸（【组成成份】酶蛋白、黄素单核苷酸（FMNFMN）黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FADFAD），它们由核黄素），它们由核黄素（Vit BVit B2 2）、磷酸、）、磷酸、AMPAMP组成。组成。【作用】进行可逆脱氢加氢反应。【作用】进行可逆脱氢加氢反应。【传递机制】异咯嗪第【传递机制】异咯嗪第1 1、1010位位N N上可加氢上可加氢【主要形式】琥珀酸脱氢酶以【主要形式】琥珀酸脱氢酶以FADFAD为辅酶，将为辅酶，将代谢物脱下代谢物脱下H H传入呼吸链。传入呼吸链。第44页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化异咯嗪结构第45页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶还原酶琥琥珀珀酸酸是是生生物物代代谢谢过过程程（三三羧羧酸酸循循环环）中中产产生生中中间间产产物物，它它在在琥琥珀珀酸酸-Q-Q还还原原酶酶（复复合合物物IIII）催催化化下下，将将两两个个高高能能电电子子传传递递给给Q Q。再再经经过过QHQH2 2-cyt,-cyt,c c还还原原酶酶、cyt.cyt.c c和和cyt.cyt.c c氧氧化酶将电子传递到化酶将电子传递到O O2 2。第46页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化琥琥珀珀酸酸-Q-Q还还原原酶酶也也是是存存在在于于线线粒粒体体内内膜膜上上蛋蛋白白复复合合物物,它它比比NADH-QNADH-Q还还原原酶酶结结构构简简单单，由由4 4个个不不一一样样多多肽肽亚亚基基组组成成。其其活活性性部部分分含含有有辅辅基基FADFAD、Cyt Cyt b560和和铁铁硫硫蛋蛋白白。琥琥珀珀酸酸-Q-Q还还原原酶酶作作用用是是催催化化琥琥珀珀酸酸脱脱氢氢氧化和氧化和Q Q还原还原。第47页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（二）体内主要呼吸链（二）体内主要呼吸链1 1、NADHNADH氧化呼吸链氧化呼吸链 【组成与作用】脱氢酶（【组成与作用】脱氢酶（CoICoI）、黄素蛋白、）、黄素蛋白、铁硫蛋白、铁硫蛋白、CoQCoQ和细胞色素。和细胞色素。2 2、FADHFADH氧化呼吸链（氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）琥珀酸氧化呼吸链）【组成和作用】脱氢酶（【组成和作用】脱氢酶（FADFAD）、）、CoQCoQ、细胞色、细胞色素素【差异】脱下【差异】脱下2H2H不经过不经过NADNAD+传递传递,其余过程与其余过程与NADHNADH呼吸链相同呼吸链相同.第48页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化NADHFP(FMN)UQCyt bCyt C1Cyt cCyt aa3O2 (Fe-S)FP(FAD-Fe-S)第49页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第50页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化线粒体呼吸链线粒体呼吸链第51页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化二、氧化二、氧化-还原电势与自由能改变还原电势与自由能改变在生物氧化反应中，氧化与还原总是相互偶联。一个在生物氧化反应中，氧化与还原总是相互偶联。一个化合物（还原剂）失去电子，必定伴随另一个化合物化合物（还原剂）失去电子，必定伴随另一个化合物(氧化剂）接收电子。在线粒体呼吸链中，推进电子氧化剂）接收电子。在线粒体呼吸链中，推进电子从从NADHNADH传递到传递到O O2 2力，是因为力，是因为NADNAD+/NADH+H/NADH+H+和和1/2 1/2 O O2 2/H/H2 2O O两个半反应之间存在很大电势差。两个半反应之间存在很大电势差。(a)O(a)O2 2+2 H+2 H+2 e+2 e-H H2 2O EO E0 0=+0.82 V=+0.82 V(b)NAD(b)NAD+H+H+2 e+2 e-NADH E NADH E0 0=-0.322 V =-0.322 V 将将(a)(a)减去减去(b)(b)，即得，即得(c)(c)式：式：(c)O(c)O2 2 +NADH+2H+NADH+2H+H H2 2O+NADO+NAD+E E0 0=+1.14 V=+1.14 V G G =-nF=-nF E E0 0 =-2=-2 9650096500 1.14 1.14=-220-220 kJ kJ/molmol第52页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化三、电子传递和三、电子传递和ATP合成合成作用物水平磷酸化（作用物水平磷酸化（substrate level substrate level phoaphorylationphoaphorylation）：高能化合物在进行反）：高能化合物在进行反应过程中，将能量转给应过程中，将能量转给ADPADP生成生成ATPATP。第53页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化 NADHNADH或琥珀酸所携带高能电子经过线粒体呼吸或琥珀酸所携带高能电子经过线粒体呼吸链传递到链传递到O O2 2过程中，释放出大量能量。这种高过程中，释放出大量能量。这种高能电子传递过程释能反应与能电子传递过程释能反应与ADPADP和磷酸合成和磷酸合成ATPATP需能反应相偶联，是需能反应相偶联，是ATPATP形成基本机制。形成基本机制。代谢物氧化脱氢经呼吸代谢物氧化脱氢经呼吸 链传递给氧生成水同链传递给氧生成水同时，伴有时，伴有ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP过程为氧化磷酸化，过程为氧化磷酸化，因氧化反应与因氧化反应与ADPADP磷酸化反应偶联发生，有称磷酸化反应偶联发生，有称偶联磷酸化。偶联磷酸化。此为体内生成此为体内生成ATPATP主要方式。主要方式。第54页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化1 1、ATPATP酶复合体酶复合体 线线粒粒体体内内膜膜表表面面有有一一层层规规则则地地间间格格排排列列着着球球状状颗颗粒粒，称称为为ATPATP酶酶复复合合体体，是是ATPATP合成场所。合成场所。第55页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化ATPATP酶，含有酶，含有5 5种不种不一样亚基（按一样亚基（按3 3、3 3、1 1、1 1 和和1 1 百分比结合）。百分比结合）。OSCPOSCP为一个蛋白，为一个蛋白，是能量转换通道。是能量转换通道。F F0 0为一个疏水蛋白，为一个疏水蛋白，是与线粒体电子传是与线粒体电子传递系统连接部位。递系统连接部位。第56页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化2 2、ATPATP合成反应合成反应-氧化磷酸化氧化磷酸化生生物物氧氧化化释释能能反反应应与与ADPADP磷磷酰酰化化反反应应偶偶联联合合成成ATPATP过过 程程，称称 为为 氧氧 化化 磷磷 酸酸 化化(Oxidative phosphorylation）。依依据据氧氧化化-还还原原电电势势与与自自由由能能改改变变关关系系式式，计计算算出出在在NADHNADH氧氧化化过过程程中中，有有三三个个反反应应 G G -30.5 kJ/mol-30.5 kJ/mol。FMNHFMNH2 2 Q cyt b Q cyt b cyt c cyt c1 1 cyt aa cyt aa3 3 O O2 2 G G -55.6kJ/mol -34.7kJ/mol -102.1kJ/moL -55.6kJ/mol -34.7kJ/mol -102.1kJ/moL 这这三三个个反反应应分分别别与与ADPADP磷磷酰酰化化反反应应偶偶联联，产产生生3 3个个ATPATP。这些反应称为呼吸链偶联部位。这些反应称为呼吸链偶联部位。第57页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化P/O:P/O:物物质质氧氧化化时时，每每消消耗耗1 1摩摩尔尔氧氧原原子子所所消消耗耗无机磷摩尔数，即生成无机磷摩尔数，即生成ATPATP摩尔数。摩尔数。NADHNADH氧氧化化呼呼吸吸链链生生成成3 3个个ATP/ATP/传传递递1 1对对电电子子（P/O=3P/O=3）。）。从琥珀酸从琥珀酸 O O2 2只产生只产生2 2个个ATPATP（P/O=2P/O=2）.解偶联：有代谢物氧化过程，不伴有解偶联：有代谢物氧化过程，不伴有ADPADP磷酸磷酸化过程为氧化磷酸化解偶联。化过程为氧化磷酸化解偶联。第58页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（2 2）偶联机制）偶联机制化学渗透假说关键点是：化学渗透假说关键点是：a.a.线粒体内膜电子传递链是一个质子泵；线粒体内膜电子传递链是一个质子泵；b.b.在在电电子子传传递递链链中中，电电子子由由高高能能状状态态传传递递到到低低能能状状态态时时释释放放出出来来能能量量，用用于于驱驱动动膜膜内内侧侧H H+迁迁移移到到膜膜外外侧侧（膜膜对对H H+是是不不通通透透）。这这么么，在在膜膜内内侧侧与与外外侧侧就就产产生生了了跨跨膜膜质质子子梯梯度度 (pH)pH)和电位梯度（和电位梯度（）；）；第59页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化c.c.在在膜膜内内外外势势能能差差（pH pH 和和）驱驱动动下下，膜膜外外高高能能质质子子沿沿着着一一个个特特殊殊通通道道（ATPATP酶酶组组成成部部分分），跨跨膜膜回回到到膜膜内内侧侧。质质子子跨跨膜膜过过程程中中释释放放能能量量，直直接接驱驱动动ADPADP和磷酸合成和磷酸合成ATPATP。第60页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第61页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（1 1）氧化磷酸化调整）氧化磷酸化调整 a.ADPa.ADP和和ATPATP调整：正常生理条件下，调整：正常生理条件下，ADPADP是氧化磷是氧化磷酸化主要调整者，酸化主要调整者，ADP ADP 则则氧化磷酸化氧化磷酸化。b.b.甲状腺激素：它诱导甲状腺激素：它诱导NaNa+,K,K+-ATP-ATP酶生成使酶生成使ATPATP分解分解,因因ADPADP 造成氧化造成氧化。它还使解偶联蛋白基因表示。它还使解偶联蛋白基因表示 和耗氧和耗氧，产热，产热。（2 2）线粒体）线粒体DNADNA突变突变mtDNAmtDNA突变率是核内突变率是核内DNA10-20DNA10-20倍，如突变发生在氧倍，如突变发生在氧化磷酸化基因上，将使化磷酸化基因上，将使ATPATP生成生成,造成疾病。造成疾病。3 3、影响氧化磷酸化原因、影响氧化磷酸化原因第62页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（3 3）抑制剂）抑制剂呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂【作用】阻断呼吸链中一些部位电子传递，造成【作用】阻断呼吸链中一些部位电子传递，造成生命活动停顿生命活动停顿,引发死亡。引发死亡。例例11鱼藤酮、粉蝶霉素鱼藤酮、粉蝶霉素A A、异戊巴比妥异戊巴比妥等等:抑制复抑制复合物合物IFe-SIFe-S蛋白。蛋白。例例22抗霉素抗霉素A A、二巯基丙醇、二巯基丙醇:抑制抑制CytbCytbCytcCytc1 1(复合物复合物)电子传递。电子传递。例例3CO3CO、CNCN-、N N3 3及及H H2 2S S等等:抑制抑制Cyt aaCyt aa3 3（复合物（复合物）。）。第63页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化解偶联剂（解偶联剂（uncoupleruncoupler）【作用】使氧化磷酸化脱离【作用】使氧化磷酸化脱离 例例11二硝基苯酚二硝基苯酚（dinitrophenol,dinitrophenol,DNPDNP）:脂溶性物脂溶性物质，自由经过内膜，将质，自由经过内膜，将H H+带入基质带入基质,破坏了破坏了H H+梯度梯度.例例22解偶联蛋白解偶联蛋白:人体棕色脂肪组织中含大量线粒人体棕色脂肪组织中含大量线粒体，其内膜中含解偶联蛋白，它转运体，其内膜中含解偶联蛋白，它转运H H+，释放热量，释放热量，维持体温。（骨骼肌，心肌）维持体温。（骨骼肌，心肌）氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂【作用】对电子传递和【作用】对电子传递和ADPADP磷酸化都有抑制。磷酸化都有抑制。例例 寡霉素寡霉素:与与ATPATP合酶合酶F F0 0部位结合，破坏部位结合，破坏H H+回流，回流，影响呼吸链质子泵功效，抑制电子传递。影响呼吸链质子泵功效，抑制电子传递。第64页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化n 线粒体基质与胞液之间有内、外膜相隔，外线粒体基质与胞液之间有内、外膜相隔，外膜通透性高，内膜依赖其膜上转运载体完成转膜通透性高，内膜依赖其膜上转运载体完成转运。运。（一）胞液中（一）胞液中NADHNADH氧化氧化 胞液中生成胞液中生成NADHNADH不能自由经过不能自由经过线粒体线粒体内膜内膜转运胞液转运胞液NADHNADH机制主要有：苹果酸机制主要有：苹果酸-天冬氨酸天冬氨酸穿梭和穿梭和-磷酸甘油穿梭作用。磷酸甘油穿梭作用。四、线粒体内膜物质转运四、线粒体内膜物质转运第65页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第66页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第67页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化1.1.-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭（glycerol-glycerol-phosphate shuttle-phosphate shuttle）部位部位 脑、骨骼肌脑、骨骼肌 催化酶催化酶 磷酸甘油脱氢酶（磷酸甘油脱氢酶（FADFAD）能量生成能量生成 经呼吸链生成经呼吸链生成2 2个个ATPATP，在脑与骨骼肌组，在脑与骨骼肌组织中，织中，1 1分子葡萄糖彻底氧化生成分子葡萄糖彻底氧化生成3636分子分子ATPATP2.2.苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭（malate-aspartate shuttlemalate-aspartate shuttle）部位部位 肝、心肌肝、心肌 催化酶催化酶 苹果酸脱氢酶（苹果酸脱氢酶（NADNAD+）、谷草转氨酶）、谷草转氨酶 能量生成能量生成 经呼吸链生成经呼吸链生成3 3个个ATPATP，在肝与心肌组织，在肝与心肌组织中，生成中，生成38 ATP38 ATP。第68页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第69页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第70页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化（二）腺苷酸载体（二）腺苷酸载体-ATP-ADPATP-ADP转位酶转位酶第71页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第72页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第73页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化四、四、ATP ATP利用和贮存利用和贮存 （一）（一）ATP ATP功效功效1 1 1 1、维持生理活动、维持生理活动、维持生理活动、维持生理活动-分泌，吸收，收缩，神分泌，吸收，收缩，神分泌，吸收，收缩，神分泌，吸收，收缩，神经传导等。经传导等。经传导等。经传导等。2 2 2 2、生化活动、生化活动、生化活动、生化活动-合成代谢等。合成代谢等。合成代谢等。合成代谢等。（二）（二）（二）（二）ATP ATP ATP ATP贮存贮存磷酸肌酸（磷酸肌酸（creatine phosphate,CPcreatine phosphate,CP）是肌）是肌肉中能量贮存肉中能量贮存形式。形式。形式。形式。第74页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第四节第四节 其它氧化体系 一、需氧脱氢酶和氧化酶一、需氧脱氢酶和氧化酶1 1、氧化酶：直接利用氧，产物为水，辅基含铜离、氧化酶：直接利用氧，产物为水，辅基含铜离子。子。例例 细胞色素氧化酶，抗坏血酸氧化酶等。细胞色素氧化酶，抗坏血酸氧化酶等。2 2、需氧脱氢酶：以氧为受氢体，产物为、需氧脱氢酶：以氧为受氢体，产物为H H2 2O O2 2,辅辅基为基为FMNFMN、FADFAD。第75页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化二、过氧化物酶体氧化体系二、过氧化物酶体氧化体系n过氧化物酶体是特殊细胞器。过氧化物酶体是特殊细胞器。部位部位 肝、肾，中性粒细胞，小肠粘膜细胞肝、肾，中性粒细胞，小肠粘膜细胞 作用作用 含生成和分解含生成和分解H2O2H2O2酶类。酶类。1 1、过氧化氢及超氧离子作用和毒性、过氧化氢及超氧离子作用和毒性 作用作用 中性粒细胞中中性粒细胞中H H2 2O O2 2可杀死吞噬细菌。可杀死吞噬细菌。甲状腺中甲状腺中H H2 2O O2 2使使2I2I生成生成I I2 2,促进甲状腺激素合成。促进甲状腺激素合成。毒性毒性 H H2 2O O2 2堆积毒害细胞，使堆积毒害细胞，使DNADNA氧化氧化,断断裂、损裂、损伤细胞膜等。伤细胞膜等。第76页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化2 2、过氧化氢去除、过氧化氢去除（1 1）过氧化氢酶：）过氧化氢酶：2 2H H2 2O O2 2 2 2H H2 2O+OO+O2 2 （2 2）过氧化物酶）过氧化物酶:R+HR+H2 2O O2 2 RO+H RO+H2 2O O RHRH2 2+H+H2 2O O2 2 R+2H R+2H2 2O O 3.3.超氧离子去除（超氧离子去除（O O2 2-）（1 1）超氧化物歧化酶（）超氧化物歧化酶（SODSOD）2O2O2 2-+2H+2H H H2 2O O2 2+O+O2 2 （2 2）谷胱甘肽过氧化物酶）谷胱甘肽过氧化物酶第77页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第78页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化三、微粒体中氧化酶三、微粒体中氧化酶1 1、单加氧酶（混合功效氧化酶、羟化酶）、单加氧酶（混合功效氧化酶、羟化酶）作用作用 活性物质生成与灭活，药品、毒物活性物质生成与灭活，药品、毒物生物转化。生物转化。反应反应 RH+NADPH+HRH+NADPH+H+O+O2 2 ROH+NADP ROH+NADP+H+H2 2O O第79页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第80页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第81页刘新文，生物氧化刘新文，生物氧化第82页