第八章生物氧化（biologicaloxidation）

1、第七章  生物氧化 Biological Oxidation,ATP與其它高能化合物氧化磷酸化,2,患者：女性，53歲，因神志不清入院?；颊?小時(shí)前被發(fā)現(xiàn)，疑煤氣中毒。體格檢查：體溫37度，脈搏94次/分，呼吸22次/分。輔助檢查： 1.碳氧血紅蛋白測(cè)定：HbCO>50%。2.動(dòng)脈血?dú)夥治觯簞?dòng)脈血氧分壓、氧飽和度和二氧化碳分壓都處于較低水平。3.腦電波顯示廣泛異常改變。請(qǐng)問(wèn)：煤氣中毒的生化機(jī)制是什么？,思考題

2、1,3,運(yùn)動(dòng)與長(zhǎng)壽是一個(gè)頗具爭(zhēng)論的話題，下面是某網(wǎng)友的一家之言：“歷代壽星中，有許多一生勞作的農(nóng)民，也有諸多每日靜坐的高僧。那么，長(zhǎng)壽之道到底是在于運(yùn)動(dòng)還是在于靜養(yǎng)呢？ 大象在野外生活，可活200年，而關(guān)在動(dòng)物園中的大象，則活不到80年；野兔可活15年，而家兔只活4至5年?？梢?jiàn)，野生動(dòng)物經(jīng)常東奔西跑，體質(zhì)鍛煉得好，因此活得久。如動(dòng)物一樣，常做適當(dāng)運(yùn)動(dòng)的人，身體強(qiáng)健，生病少，壽命也長(zhǎng)。《呂氏春秋》中說(shuō)得好：“流水不腐，戶樞不蠹…

3、…”法國(guó)思想家伏爾泰講得更明確：“生命在于運(yùn)動(dòng)”。 然而，并非所有的運(yùn)動(dòng)都有益于人體健康。劇烈的運(yùn)動(dòng)往往會(huì)破壞人體內(nèi)外的生理平衡，加速機(jī)體某些器官的磨損和一些生理功能的失調(diào)，導(dǎo)致人的生命進(jìn)程縮短，出現(xiàn)早衰和早逝。據(jù)報(bào)道，國(guó)外一家保險(xiǎn)公司曾對(duì)5000名運(yùn)動(dòng)員做過(guò)健康監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，不少運(yùn)動(dòng)員50歲左右就患了心臟病。多數(shù)人的壽命不及普通人，其根本原因就在于運(yùn)動(dòng)劇烈且過(guò)度。與之相反，那些終生很少作激烈運(yùn)動(dòng)的人，如作家、書法家、畫家和

4、科學(xué)家等，活到八九十歲者卻不乏其人。自古以來(lái)，和尚、道士大多健康長(zhǎng)壽，這與他們經(jīng)常坐禪入靜不無(wú)關(guān)系。在動(dòng)物界，被視為長(zhǎng)壽象征的龜與鶴，也是從不做劇烈運(yùn)動(dòng)的，它們都是不愛(ài)動(dòng)的動(dòng)物。由此可見(jiàn)，靜養(yǎng)也是可以長(zhǎng)壽的 ……”根據(jù)生物氧化出現(xiàn)的問(wèn)題及其解決方案，談?wù)勀銓?duì)運(yùn)動(dòng)與長(zhǎng)壽的看法。,思考題 2,4,學(xué)習(xí)目標(biāo)：,ATP循環(huán)與高能磷酸鍵ATP的利用其他高能磷酸化合物氧化磷酸化的概念兩條呼吸鏈的組成和排列順序ATP合酶氧化磷酸化的調(diào)節(jié)

5、,掌握：,了解：,化學(xué)滲透假說(shuō) P/O值α-磷酸甘油穿梭作用和蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用線粒體外其他氧化酶系的催化特點(diǎn)和功能,5,一、生物氧化的概念 1.生物氧化 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(糖、脂、蛋白質(zhì)等)在體內(nèi)氧化成二氧化碳和水并釋放能量的過(guò)程。,,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) + O2 ? H2O + CO2 + 能量,ATP + 熱量,,6,,2.生物氧化特點(diǎn),,,,,,,,,7,3.生物氧化中物質(zhì)氧化的方式,氧化反應(yīng)失電子

6、脫氫加氧,還原反應(yīng)得電子加氫脫氧,8,4.生物氧化的一般過(guò)程,糖原,三酰甘油,蛋白質(zhì),乙酰CoA,,,,,,,,,TAC,,CO2,,,2H,,呼吸鏈,,H2O,ADP+Pi,ATP,,,9,二、ATP,腺苷三磷酸,10,ATP是體內(nèi)能量利用與貯存的主要形式，是能量轉(zhuǎn)換的中心,11,其他高能化合物,12,高能化合物之間的轉(zhuǎn)換,13,磷酸肌酸-- ATP在腦、肌肉中的儲(chǔ)存形式.,14,三、ATP的生成,1、底物水平磷酸化

7、 在反應(yīng)過(guò)程中,由于分子內(nèi)部能量重新分配，形成高能磷酸化合物（或硫酯化合物），進(jìn)一步將高能磷酸鍵的能量直接轉(zhuǎn)移給ADP，形成ATP。,15,1,3-二磷酸甘油酸 + ADP 3-磷酸甘油酸 + ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP 丙酮酸 + ATP 琥珀酰CoA + H3PO4 + GD

8、P 琥珀酸 + CoA-SH + GTP

9、 +

10、 ADP 

11、 ATP,,,,,,PK,舉例：,16,I 呼吸鏈（respiratory chain)概念： 線粒體內(nèi)膜中的一系列遞氫和遞電子酶及其輔酶按照一定順序排列成的連鎖性氧化還原體系。,2、氧化磷酸化,A 代謝脫下的成對(duì)氫原子（2H）通過(guò)多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水；B 該酶和輔酶按一定順序排列在線粒體內(nèi)膜上；C 此過(guò)程與細(xì)胞呼吸有關(guān)。因此

12、，稱為呼吸鏈。,17,,線粒體的結(jié)構(gòu),,,呼吸鏈,18,NADH+H+,NAD+,e-,e-,e-,e-,1/2O2+2H+,H2O,e-,琥珀酸,延胡素酸,,呼吸鏈電子傳遞示意圖,19,NADH 氧化呼吸鏈,琥珀酸氧化呼吸鏈,20,呼吸鏈的組成,人體線粒體呼吸鏈,?輔酶Q與細(xì)胞色素c,21,（1）復(fù)合物Ⅰ—— NADH-Q 還原酶,結(jié)合鐵硫蛋白的,輔基為FMN的黃素蛋白,45條肽鏈,850kD.結(jié)合NADH,并將其氧化為NAD+;將

13、電子傳遞給泛醌,使4H+釋放入內(nèi)外膜間隙.,22,NAD+與NADP+的結(jié)構(gòu),NAD+:煙酰胺腺嘌呤二核苷酸,輔酶INADP+:煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,輔酶II,R=H:NAD+; R=H2PO3:NADP+,23,,,24,黃素單核甘酸,25,Fe-S,Fe2S2, Fe4S4,Fe4S4,,,,鐵硫蛋白,26,泛醌（ubiquinone , Q）亦稱輔酶Q（Coenzyme Q , CoQ） 人體中： CoQ

14、10 1.含有很多異戊二烯側(cè)鏈的醌類化合物2.脂溶性，可在線粒體內(nèi)膜中移動(dòng)3.是電子傳遞體中唯一可游離存在的電子載體（無(wú)蛋白）,,,,,,?,27,,NADH+H+,NAD+,FMN,FMNH2,Fe3+,Fe2+,Q,QH2,NADH,FMN,Fe-S,Q,,,,復(fù)合體Ⅰ傳遞電子的過(guò)程,NADH+H+,NAD+,,2e-,,FMN,,2H+,,Fe-S,,N-2,,Q,QH2,2H+,28,（2）復(fù)合物Ⅱ 琥珀酸-泛醌還原

15、酶,即琥珀酸脫氫酶.由4條肽鏈組成，含有一個(gè)FAD，3個(gè)鐵硫中心輔基及細(xì)胞色素b其作用是催化電子從琥珀酸轉(zhuǎn)至輔酶Q，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。,電子傳遞的方向?yàn)椋虹晁帷鶩AD→Fe-S→Q。,29,細(xì)胞色素cytochrome,CytA、結(jié)構(gòu)：一類含鐵卟啉輔基的色素蛋白B、分類: Cyta: Cytaa3 Cytb: Cytb562 、Cytb566、 Cytb560

16、Cytc: Cytc 、 c1C、區(qū)別： ① 鐵卟啉輔基側(cè)鏈不同 ② 鐵卟啉輔基與酶蛋白 連接方式不同,細(xì)胞色素c,CytFe3+ + e ? CytFe2+,30,31,細(xì)胞色素a、b、c的區(qū)別,32,（3） 復(fù)合物Ⅲ Q-Cytc還原酶,即細(xì)胞色素c還原酶，由至少11條不同肽鏈組成，以二聚體形式存在，每個(gè)單體包含兩個(gè)細(xì)胞色素b（b562、b566）、一個(gè)細(xì)胞色素c1和一個(gè)鐵

17、硫蛋白。催化電子從輔酶Q傳給細(xì)胞色素c，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙。,b566?b562?Fe-S?c1,QH2,,,Cytc,33,細(xì)胞色素c,,復(fù)合物Ⅲ,34,復(fù)合體Ⅲ傳遞電子的過(guò)程,Cytc1,Fe-S,bL,bH,Cytc,QH2,Q,QH2的第一次氧化,QH2的第二次氧化,Q,? Q,2H+,,,,,,,,,Cytc1,Fe-S,bL,bH,Cytc,QH2,Q,? Q,2H+,,,,,,,,,QH

18、2,2H+,e-,e-,e-,e-,35,（4）復(fù)合物Ⅳ Cytc 氧化酶,每個(gè)單體由至少13條不同的肽鏈組成。線粒體編碼三個(gè)亞單位：I包含兩個(gè)血紅素（a、a3）和一個(gè)銅蛋白(CuB); Ⅱ包含兩個(gè)銅離子(CuA)構(gòu)成的雙核中心，其結(jié)構(gòu)與2Fe-2S相似。Cu2+ + e ? Cu+,CuA? a ? a3 ?CuB,Cyt c,O2,,,36,NADH?FMN(Fe-S)?Q?b?c1?c?aa3?O2,琥珀酸?FAD(Fe

19、-S)?Q?b?c1?c?aa3?O2,NADH氧化呼吸鏈,琥珀酸氧化呼吸鏈,37,總反應(yīng),或,進(jìn)一步:,38,II、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）,概念： 呼吸鏈中電子的傳遞過(guò)程偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP的方式，稱為氧化磷酸化；是體內(nèi)產(chǎn)生ATP的主要方式。,39,反應(yīng) ADP + Pi ? ATP + H2O 為什么需要偶聯(lián)?,ATP是比ADP與Pi能量更高的化合物。由ADP與Pi反應(yīng)

20、生成ATP是非自發(fā)過(guò)程,需要獲得能量才能進(jìn)行。,呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中，哪些區(qū)段放出的能量能實(shí)現(xiàn)ADP的磷酸化？,什么是P/O比？其值有何意義？,---物質(zhì)氧化時(shí)，每消耗1mol氧原子所消耗無(wú)機(jī)磷的mol數(shù)（或ADP mol數(shù)），或每消耗1mol氧所生成的ATP的mol數(shù).,42,氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制有：化學(xué)物質(zhì)偶聯(lián)學(xué)說(shuō)、構(gòu)象偶聯(lián)學(xué)說(shuō)及化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)等。目前公認(rèn)度較大的是化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)。,呼吸鏈的氧化與ADP的磷酸化是怎樣偶聯(lián)的？,化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)

21、：電子釋放的能量轉(zhuǎn)化為呼吸鏈向線粒體內(nèi)外膜間隙釋放質(zhì)子，造成膜間隙與基質(zhì)側(cè)質(zhì)子化學(xué)濃度梯度。質(zhì)子跨線粒體內(nèi)膜滲透流回基質(zhì)側(cè)，帶動(dòng)ATP合成酶運(yùn)轉(zhuǎn)，合成ATP。,1961~1978,43,電子傳遞過(guò)程中,呼吸鏈將質(zhì)子放入線粒體內(nèi)外膜間隙側(cè),使線粒體內(nèi)膜兩側(cè)H+濃度不同。,44,化學(xué)滲透假說(shuō)示意圖,NADH+H+,NAD+,e-,琥珀酸,延胡素酸,1/2O2+2H+,H2O,,,,H+,H+,H+,+ + + + + + + +

22、 + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - -,ADP+Pi,ATP,H+,H+,H+,45,ATP合成酶,ATP合成酶由疏水的F0(a1b2c9?12)和親水的F1(?3?3???)組成。質(zhì)子穿過(guò)a時(shí),推動(dòng)c環(huán)象水車一樣轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)?轉(zhuǎn)動(dòng), αβ亞基下結(jié)合底物ADP與H3PO4,在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中隨著構(gòu)象的變化，對(duì)底物

23、進(jìn)行作用，生成ATP。,46,ATP合成酶在線粒體中的位置,,,47,ATP合成酶的工作原理,?亞基有三種構(gòu)象:松L、緊T、放O。,生產(chǎn)ATP的過(guò)程：,48,49,III、影響氧化磷酸化的因素,(1)、抑制劑呼吸鏈抑制劑 阻斷呼吸鏈的電子傳遞。解偶聯(lián)劑　使氧化與磷酸化的偶聯(lián)脫離。如：解偶聯(lián)蛋白、2,4-二硝基苯酚。氧化磷酸化抑制劑　如寡霉素，在ＡＴＰ合酶中抑制質(zhì)子回流，從而抑制ＡＤＰ的磷酸化。,50,呼吸鏈抑制劑的阻斷位

24、點(diǎn),異藤酮粉蝶霉素Ａ異戊巴比妥,,?,抗霉素Ａ二巰基丙醇,,?,?,CO、CN-、N3-及Ｈ２Ｓ,,,,ADP+Pi,ATP+H2O,解偶聯(lián)蛋白,,,,Ｈ＋,解偶聯(lián)作用機(jī)制,,熱,Ｈ＋,,52,寡霉素的抑制作用,阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流。,53,(2)、ADP的調(diào)節(jié)作用 主要調(diào)節(jié)因素：ADP/ATP比值 ADP + Pi ? ATP + H2O(3)、甲狀腺激素,Na+-K+ ? ATP酶活性?

25、? ATP分解 ? ? ADP/ATP ? ? 氧化磷酸化?,54,線粒體DNA的功能線粒體DNA編碼的13條肽鏈(NADH脫氫酶7條、Cytc還原酶1條、Cytc氧化酶3條及ATP合酶2條）均參與氧化磷酸化突變影響氧化磷酸化功能，ATP減少裸露環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu)，缺乏保護(hù)/修復(fù)系統(tǒng)癥狀取決于突變程度+各器官對(duì)ATP的需求,(4)、線粒體DNA突變,線粒體疾病母系遺傳?。ㄟz傳性視神經(jīng)病、遺傳性糖尿病及遺傳性耳聾）。與衰老密切

26、相關(guān),,55,IV、通過(guò)線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn),線粒體外膜孔蛋白，<10kDa的物質(zhì)通過(guò),,,線粒體內(nèi)膜不同的轉(zhuǎn)運(yùn)體,對(duì)物質(zhì)有選擇性,56,57,兩種機(jī)制: α-磷酸甘油穿梭 (glycerophosphate shuttle) 蘋果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle),胞質(zhì)中NADH的氧化(線粒體外NADH的氧化),58,NADH兩種氧化途徑

27、的比較,?-磷酸甘油穿梭示意圖,NADH+H+,NAD+,,FAD,FADH2,,,呼吸鏈,60,蘋果酸穿梭,61,1、需氧脫氫酶和氧化酶,四、其他氧化體系,62,63,2、過(guò)氧化酶體中的酶類,(1)、過(guò)氧化氫酶catalase（觸酶）催化反應(yīng): 1分子H2O2 提供電子, 另1分子H2O2 接受電子輔基: 4個(gè)血紅素作用：分布廣,可消除需氧脫氫酶催化 反應(yīng)產(chǎn)生的有毒H2O2,64,

28、催化反應(yīng):催化H2O2直接氧化酚類/胺類化合物 輔基：血紅素谷胱甘肽過(guò)氧化物酶對(duì)機(jī)體起保護(hù)作用臨床糞便隱血實(shí)驗(yàn),(2)、過(guò)氧化物酶（peroxidase）,65,3、超氧化物歧化酶（superoxide dimutase, SOD）,呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中產(chǎn)生超氧離子(O2-.)O2-. H2O2 + .OH 損傷生物膜、生成脂褐素,,SOD輔基含Cu、Zn

29、(胞液)或Mn(線粒體)。,過(guò)氧化氫酶,H2O + O2,66,(1).加單氧酶（monooxygenase）,又稱混合功能氧化酶(mixedfunction oxidase)或羥化酶(Hydroxylase)。,4、微粒體中的氧化酶類,催化的反應(yīng):,作用：羥化。膽汁酸、膽固醇的生成；藥物、毒物的轉(zhuǎn)化；腎上腺皮質(zhì)、類固醇激素的生物合成。,67,作用機(jī)制,RH.P450.Fe3+,RH,,,,,,,,,,,,,,,,ROH,H2O,,

30、68,(2).加雙氧酶,催化氧分子中的2個(gè)氧原子加到底物中帶雙鍵的2個(gè)碳原子上。,69,提要,ATP的生成主要通過(guò)氧化磷酸化。呼吸鏈?zhǔn)蔷€粒體內(nèi)膜中的一系列遞氫和遞電子酶及其輔酶按照一定順序排列成的連鎖性氧化還原體系。主要有兩條：?NADH?FMN(FeS)?Q?b?c1?c? aa3 ? O2 ?琥珀酸?FADH(FeS)?Q?b?c1?c?aa3?O2呼吸鏈的電子傳遞與氧化磷酸化有三處偶聯(lián)：NADH?Q；Ctyb?Cytc；

31、Cytaa3?O2化學(xué)滲透假說(shuō)影響氧化磷酸化的因素需氧脫氫酶、氧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶、SOD、羥化酶及加雙氧酶的作用。,70,選擇題練習(xí)生物氧化,71,,1. 呼吸鏈存在于（ ）,A 細(xì)胞膜 B 線粒體外膜 C 線粒體內(nèi)膜 D 微粒體E 過(guò)氧化物酶體,72,,2. 下列哪種物質(zhì)不是NADH氧化呼吸鏈的組分？,A. FMN B. FAD C. 泛醌 D. 鐵硫蛋白 E. 細(xì)胞色素c,73,,3.

32、ATP生成的主要方式是（ ）,A 肌酸磷酸化 B 氧化磷酸化 C 糖的磷酸化 D 底物水平磷酸化E 高能化合物之間的轉(zhuǎn)化,74,,4 由琥珀酸脫下的一對(duì)氫，經(jīng)呼吸鏈氧化可產(chǎn)生（ ）分子ATP,A 1B 1.5C 3D 4E 0,75,,5 下例關(guān)于高能磷酸鍵的敘述，正確的是（ ）,A 所有高能鍵都是磷酸鍵B 高能磷酸鍵只存在于ATPC 高能磷酸鍵僅在呼吸鏈中偶聯(lián)D 有ATP參

33、與的反應(yīng)也可逆向進(jìn)行E 所有的生化轉(zhuǎn)變都需要ATP參與,76,,6. 下列哪種酶以氧為受氫體催化底物氧化生成水？,A 丙酮酸脫氫酶 B 琥珀酸脫氫酶 C 黃嘌呤氧化酶D 細(xì)胞色素c氧化酶E SOD,77,,7. 關(guān)于線粒體內(nèi)膜外H+濃度敘述正確的是( ),A 濃度高于線粒體內(nèi)B 濃度低于線粒體內(nèi)C 可自由進(jìn)入線粒體D 進(jìn)入線粒體需主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)E 進(jìn)入線粒體需載體轉(zhuǎn)運(yùn),78,,8. 參與呼吸鏈電子傳遞的金屬離子是(

34、 ),A 鐵離子B 鈷離子C 鎂離子D 鋅離子E 以上都不是,79,,9. 呼吸鏈中,不具有質(zhì)子泵功能的是( ),A 復(fù)合體ⅠB 復(fù)合體ⅡC 復(fù)合體ⅢD 復(fù)合體ⅣE 以上都不是,80,,10. 關(guān)于超氧化物歧化酶,哪項(xiàng)是不正確的( ),A 可催化產(chǎn)生超氧離子B 可消除超氧離子C 可催化產(chǎn)生過(guò)氧花氫D 含金屬離子輔基E 存在于胞液和線粒體中,81,,11. Except iron,

35、Cyt aa3 contain ( ) ion.,A ZnB MgC CuD MnE K,82,,12. Which one can be inhibited by CO in respiratory chain ?,A FADB FMNC Fe-SD Cyt aa3E Cyt c,83,,13. Which one is uncoupler?,A COB

36、 piericidin AC KCND 2,4-dinitrophenolE H2S,84,,14. The right electron tansferation sequence is ( ),A b→c→c1→aa3→O2B c1→c→b→aa3→O2C c→c1→b→aa3→O2D c→b→c1→aa3→O2E b→c1→c→aa3→O2,85,,15. 關(guān)于ATP合成酶，敘述正確的是（

37、 ）,A 位于線粒體內(nèi)膜，又稱復(fù)合體ⅤB 由F1和F0兩部分組成C F0是質(zhì)子通道D 生成ATP的催化部位在F1的?亞基上E F1呈疏水性，嵌在線粒體內(nèi)膜中,86,,16. 關(guān)于輔酶Q, 哪些敘述是正確的?,A 是一種水溶性化合物B 其屬醌類化合物C 可在線粒體內(nèi)膜中迅速擴(kuò)散D 不參與呼吸鏈復(fù)合體E 是NADH呼吸鏈與琥珀酸呼吸鏈的交匯點(diǎn),87,,,17. 關(guān)于細(xì)胞色素,敘述正確的是( ),A 均以

38、鐵卟啉為輔基B 有色C 均為電子傳遞體D 均可被氰化物抑制E 本質(zhì)是蛋白質(zhì),88,,,18. 下列物質(zhì)屬于高能化合物的是（ ）,A 乙酰輔酶AB GTPC 磷酸肌酸D 磷酸二羥丙酮E 磷酸烯醇式丙酮酸,89,,19. Which make Fe-S as prosthetic group in the respiratory chain?,A Complex ⅠB Complex ⅡC Comp