1 / 64

第十章      生物氧化 （ biological oxidation ）

第十章      生物氧化 （ biological oxidation ）. 主讲老师：华南师范大学生命科学学院 　　　　　陈文利. 生物氧化 Biological oxidation 的特点： （与体外燃烧相比） (1) 要求温和的环境条件， pH 近中性； (2) 由酶催化逐步进行的； (3) 放出的能量有相当一部分转换为 ATP 分子中的能量。. 第一节 生物能学的基本概念. 生物氧化的概念 （广义） 有机物在生物细胞里氧化分解为 CO 2 和 H 2 O ，并释放出能量的过程叫 生物氧化 。 因为要生成 CO 2 ，所以要 ①脱羧 － CO 2

psyche
Download Presentation

第十章      生物氧化 （ biological oxidation ）

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第十章     生物氧化 （biological oxidation） 主讲老师：华南师范大学生命科学学院 　　　　　陈文利

  2. 生物氧化Biological oxidation的特点： （与体外燃烧相比） (1)要求温和的环境条件，pH近中性； (2)由酶催化逐步进行的； (3) 放出的能量有相当一部分转换为ATP 分子中的能量。

  3. 第一节 生物能学的基本概念

  4. 生物氧化的概念 （广义）有机物在生物细胞里氧化分解为CO2 和H2O，并释放出能量的过程叫生物氧化。 因为要生成CO2，所以要 ①脱羧－CO2 直接脱羧 氧化脱羧（脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）反应 要生成H2O，所以要 ②脱氢－NADH＋H＋FADH2 ③呼吸链电子传递 使电子传给O2生成H2O ④ADP磷酸化ATP （狭义）生物氧化：包括①、 ② 、③、④

  5. 1878年，Josiah Willard Gibbs提出关于自由能的公式。△G为在恒压和恒温下发生变化的体系的自由能的变化。反应的自由能变化（△G）是反应能否自发进行的重要标准。 △G＜0，反应才能自发进行； △G＝0，体系处于平衡，不能发生净变化； △G＞0，反应不能自发进行，需要输入自由能以推动这样的反应。

  6. 四. 生物化学中能量变化的一些规定 P262

  7. 六. 高能生物分子 高能化合物 高能磷酸化合物

  8. 高能化合物的概念 （high-energy 或energy-rich compound） 在生化反应中，某些化合物发生水解（或基 团的转移反应）可以释放出大量的自由能来， ΔG0′一定是负值。 Δ G0′＞5000cal/mol(20.92kJ/mol)，这样一类化合物就称为高能化合物。P222 含磷酸基团的这类化合物叫高能磷酸化合物。 (High-energy phosphate compound)

  9. 最重要的高能化合物――ATP (adenosine triphosphate) ATP作用： ①在生命活动中，直接用来做功 （ 化学功、渗透功－物质跨膜的转移， 主动运输中需ATP、机械功） ②作为能量转换中的中间载体（桥梁）

  10. 生物体内高能磷酸化合物ATP的生成主要由三种方式：生物体内高能磷酸化合物ATP的生成主要由三种方式： • 氧化磷酸化 • 底物水平磷酸化 • 光合磷酸化

  11. 底物水平磷酸化指ATP的形成直接与一个代谢中间物（PEP）上的磷酸基团转移相偶联的作用。底物水平磷酸化指ATP的形成直接与一个代谢中间物（PEP）上的磷酸基团转移相偶联的作用。 1、底物水平磷酸化 特点：ATP的形成直接与中间代谢物进行的反应相偶联；在有 O2或无O2条件下均可发生底物水平的磷酸化。

  12. （1）氧化磷酸化（oxidative phosphorylation） 定义：生物体通过生物氧化所产生的能量，除 一部分用以维持体温外，大部分可以通过磷酸 化作用转移至高能磷酸化合物ATP中。此种伴 随放能的氧化作用而进行的磷酸化称为 氧化磷酸化作用。 （2） 底物水平的磷酸化 高能磷酸化合物作为酶的底物，这些底 物在酶的催化下，用这些底物的能量使ADP 磷酸化生成ATP的过程叫底物水平的磷酸化。

  13. 2、氧化磷酸化 • 是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。即伴随电 子从底物到O2的传递，ADP被磷酸化生成ATP的酶促过程，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化。 • 这是需氧生物合成ATP的主要途径。 • 真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。

  14. 第二节 电子传递与氧化磷酸化 • 一、生物体电子传递的方式与电子载体 • 电子传递的几种方式 • 电子载体 • NAD+ NADP+ FAD FMN CoQ • 铁硫蛋白 细胞色素类

  15. 二、呼吸链（respiratory chain）及其组成 在生物氧化中，代谢脱下的H，经过一系列按一定顺序的氢－电子传递体系传给分子氧，这一系列的氢－电子传递体系叫电子传递链。(electron transport chain)

  16. 呼吸链的组成和电子传递顺序 MH2→NAD(NADP)→FMN(FAD)→Fe-S→CoQ→Cyt→O2 Succinate FAD Fumarate

  17. 2.呼吸链的组成 (1) NADH-Q还原酶 P268 黄素蛋白(flavo protein) 以FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)、FMN（黄素单核苷酸)为辅基的一类化合物。

  18. Fe3+ + e Fe2+ 铁硫蛋白类

  19. 黄酶（黄素蛋白Flavoproteins）

  20. NADH脱氢酶（NADH-CoQ还原酶）

  21. (2) 琥珀酸脱氢酶（琥珀酸-CoQ还原酶）

  22. 辅酶Q类 (coenzyme Q, CoQ) 又称泛醌(Ubiquinone,UQ)（不是蛋白质，是一个脂溶性的，存在于mt内膜） P269

  23. CoQ（也称泛醌ubiquinone）

  24. (3)细胞色素（cytochrome，Cyt）bc1复合物 （细胞色素还原酶、复合体Ⅲ、辅酶Q-细胞色素C还原酶） 是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质

  25. 细胞色素（cytochrome,cyt） • 细胞色素是以铁卟啉（血红素）为辅基的电子传递蛋白质（有颜色，红色或褐色）的总称。几乎存在于所有的生物体内。高等动物线粒体呼吸链中主要含有5种细胞色素a、a3、 b、 c 、c1等，细胞色素b的辅基是铁-原卟啉Ⅳ（也叫b型血红素），细胞色素c 、c1的辅基是c型血红素，细胞色素a、a3的辅基为血红素A。 • 细胞色素主要是通过辅基中Fe3+ Fe2+的互变起传递电子的作用。一个细胞色素每次传递一个电子。

  26. 细胞色素c • 起着在复合体III和Ⅳ之间传递电子的作用。（细胞色素c 交互地与细胞色素还原酶的C1和细胞色素氧化酶接触） • 是唯一能溶于水的细胞色素。由一条多肽链组成，含104个氨基酸残基，分子量13000。

  27. （4）细胞色素c氧化酶 （复合体Ⅳ、细胞色素氧化酶）

  28. 是嵌在线粒体内膜的跨膜蛋白。其辅基包括两个血红素 cyt.a和a3组成及2个铜原子（CuA，CuB）。构成4个氧化-还原活性中心。 • Cyta与CuA相配合，cyta3与CuB相配合，当电子传递时，细胞色素的Fe3+ Fe2+间循环，同时Cu2+ Cu+间循环，将电子从cytc直接传递给O2。 O2是最终的电子受体。 • 细胞色素氧化酶也叫末端氧化酶。

  29. 细胞色素氧化酶（10个亚基的多聚蛋白） 血红素a位于亚基Ⅱ上，与CuA接近，形成血红素a- CuA聚簇，血红素a3位于亚基Ⅰ上，与CuB接近，形成血红素a3-CuB聚簇。

  30. Fe3+ + e Fe2+ Fe-S Cytb Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2 细胞色素类（cytochromes） Cyt是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质

  31. Complex I NADH Coenzyme Q reductase Accepts e- from NADH NADH can only participate in 2 e- transfer reactions 2 cofactors 1 FMN 6-7 Fe-S centers 2e-transferred 4 protons pumped

  32. Complex II Succinate Coenzyme Q oxidoreductase succinate dehydrogenase. Has FAD and Fe-S cofactors as electron carriers, also cytochrome b. Succinate fumarate FADH2 FAD Q QH2 No ATP is generated, but it gets electrons from FADH2 into the ETC.

  33. Complex III Coenzyme Q- Cytochrome c oxidoreductase Cytochrome bc1 complex Fe-S centre cytochromes Electron carriers Cytochrome b Cytochrome c1 Can only participate in single e- transfers

  34. Complex IV Cytochrome c oxidase Four redox centers Cytochrome a Cytochrome a3 A pair of copper atoms: the CuA centre A copper atom: CuB

  35. 2、呼吸链中传递体排列顺序的确定 呼吸链中氢和电子的传递是有着严格的顺序 和方向的。这些顺序和方向，是根据各种电 子传递标准氧化还原电位（Eo’）的数值测定。

  36. ELECTRON CARRIERS AND REDOX POTENTIAL

  37. （2）电子传递抑制剂 能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称电子传递抑制剂。 a)鱼藤酮（rotenone） 作用：阻断电子由NADH向CoQ的传递。 鱼藤酮是一种极毒的植物物质，常用作 重要的杀虫剂 b)抗霉素A(antimycinA) 作用：抑制电子从细胞色素b到细胞色素C1传 递的作用。 c)氰化物、叠氮化物、一氧化碳 作用：有阻断电子由Cytaa3传至氧的作用。

  38. 三、氧化磷酸化作用 • 是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。即伴随电 子从底物到O2的传递，ADP被磷酸化生成ATP的酶促过程，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化。 • 这是需氧生物合成ATP的主要途径。 • 真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。

  39. 1. 氧化磷酸化的作用机制 三个假说： 化学偶联假说（1953） Chemical coupling hypothesis 构象偶联假说（1956） Conformational coupling hypothesis 化学渗透学说（1961） Chemiosmotic hypothesis ＿＿只有它的实验证据比较多。

  40. 化学渗透假说 要点： （1）氢原子与电子在呼吸链上进行交替传递 （2）H＋定向从膜内泵至膜外 形成膜内外［H＋］梯度（pH）和跨膜 的电位梯度（）质子千方百计地向膜 内渗透----质子的迁移力 质子迁移力就是ATP形成的动力。 （是合成ATP的能量形式。）

More Related