生物化学课件之生物氧化PPT资料.ppt
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产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。
1.反应温和:
37、pH接近中性2.需酶催化3.逐步氧化,逐步放能,可以调节;
释放能量的4055%以高能键储存4.生物氧化以脱氢方式为主5.H2O的生成:
代谢物脱下的氢与氧结合产生CO2来源:
有机酸脱羧产生,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,*生物氧化的一般过程,第二节线粒体氧化体系,
(一)定义:
线粒体内膜上存在着按一定顺序排列的多种酶和辅酶组成的反应体系。
代谢物脱下的氢经这一体系传递,最终与氧结合生成水。
由于此过程与细胞呼吸有关,所以称为呼吸链。
又称电子传递链。
呼吸链中传递氢的酶或辅酶称为递氢体,传递电子的酶或辅酶称为电子传递体,因此呼吸链由递氢体和电子传递体组成。
电子传递链(electrontransferchain),一、呼吸链(respiratorychain),
(1)烟酰胺(尼克酰胺)核苷酸类NAD+(NADP+)简称CoI(CoII)功能基团:
烟酰胺可逆性地加氢脱氢,代谢物上脱下的2H(2H+和2e)传递给黄素蛋白大多数脱氢酶以NAD+为辅酶少数脱氢酶以NADP+为辅酶为体内许多脱氢酶的辅酶,是联结作用物与呼吸链的重要环节。
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)或辅酶II(CoII)NADPH+H+NAD+NADP+NADH+H+,2.呼吸链的组成成份及作用:
NAD+和NADP+的结构,R=H:
NAD+;
R=H2PO3:
NADP+,黄素蛋白的辅基有两种黄素单核苷酸(FMN):
含有磷酸黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD):
含有腺苷酸(AMP)二者都含有维生素B2功能:
可催化代谢物脱下的氢,脱下的氢可被该酶的辅基FMN和FAD接受。
NADH脱氢酶的辅基就是FMN,可将NADH的H转移到NADH脱氢酶的辅基FMN。
(2)黄素蛋白,铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子,其中铁原子可进行Fe2+Fe3+e反应传递电子,每次只传递一个电子为单电子传递体。
存在形式:
Fe4S4(也有Fe2S2)铁硫蛋白常与黄酶、细胞色素结合在一起,以复合物形式存在:
FMN(Fe-S)FAD(Fe-S),表示无机硫,(3)铁硫蛋白,铁硫蛋白,细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类,根据它们吸收光谱不同而分类。
细胞色素体系各辅基中的铁可以得失电子,进行氧化还原反应,为单电子递体。
(五)细胞色素,Cyt的本质细胞色素=酶蛋白+铁卟啉Cyt的分类细胞色素(30多种)a组:
a、a1、a2、a3b组:
b、b17、P450c组:
c、c1、c2、c3,Cyt的存在部位线粒体(a、a3、b、c、c1)微粒体(b5、P450),作用:
单电子传递体2Cytaa3-Fe2+1/2O22Cytaa3-Fe3+O2-2Cyt-Fe3+2e2Cyt-Fe2+,1标准氧化还原电位:
还原电位从低到高的顺序2各组分特殊的吸收光谱,得失电子后吸收光谱改变3还原状态呼吸链缓慢给氧4特异抑制剂阻断:
阻断部位以前的为还原状态,后面的为氧化状态。
5用去垢剂温和处理线粒体内膜,可以得到四种电子传递复合体,二呼吸链中传递体的排列顺序,1.复合体:
NADH-泛醌还原酶,功能:
将电子从NADH传递给泛醌(ubiquinone),复合体的功能,2.复合体:
琥珀酸-泛醌还原酶,功能:
将电子从琥珀酸传递给泛醌,3.复合体:
泛醌-细胞色素c还原酶,功能:
将电子从泛醌传递给细胞色素c,4.复合体:
细胞色素c氧化酶,功能:
将电子从细胞色素c传递给氧,其中Cyta3和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
四种具有传递电子功能的酶复合体(complex),*泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中。
人线粒体呼吸链复合体,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,Cytc,Q,胞液侧,基质侧,线粒体内膜,三、主要的呼吸链,1.NADH氧化呼吸链NADH复合体Q复合体Cytc复合体O2,2.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸复合体Q复合体Cytc复合体O2,高能磷酸键与高能磷酸化合物,高能磷酸键水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键,常表示为P。
高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物,四、生物氧化过程中ATP的生成,高能硫脂化合物,含有酰基和硫醇基的化合物,
(一)高能化合物与高能磷酸化合物,ATP的生成和利用,ADP,生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。
ADP+PiATPATPADP+Pi,
(二)高能磷酸化合物ATP的生成,氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指代谢物氧化脱氢经呼吸链电子传递给氧生成水的同时,释放能量用以使ADP磷酸化生成ATP,由于代谢物氧化反应与ADP磷酸化生成ATP相偶联,故称为偶联磷酸化。
底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)是底物分子内部能量重新分布,生成高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程。
(1)氧化磷酸化偶联部位,氧化磷酸化偶联部位:
复合体、根据自由能变化和P/O比值(每消耗一摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数)G=-nFE,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,
(2)氧化磷酸化的机制,1.化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)电子经呼吸链传递时,可将质子(H+)从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧,产生膜内外质子电化学梯度储存能量。
当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。
胞液侧,基质侧,化学渗透假说详细示意图,2.ATP合酶,由亲水部分F1(33亚基)和疏水部分F0(a1b2c912亚基)组成。
ATP合酶结构模式图,化学渗透假说简单示意图,(3)氧化磷酸化的抑制,1.呼吸链抑制剂阻断呼吸链中某些部位电子传递。
2.解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。
如:
解偶联蛋白2,4二硝基苯酚3.氧化磷酸化抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。
寡霉素,
(一)抑制剂,鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥,抗霉素A二巯基丙醇,CO、CN-、N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,解偶联蛋白作用机制(棕色脂肪组织线粒体),Q,胞液侧,基质侧,解偶联蛋白,寡霉素(oligomycin)可阻止质子从F0质子通道回流,抑制ATP生成,寡霉素,ATP合酶结构模式图,五、ATP的利用和贮存,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。
ATP的生成和利用,ATP,ADP,机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温),生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。
第三节非线粒体氧化酶系,
(一)加双氧酶,此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。
例如:
一、微粒体中的酶类,
(二)加单氧酶(monoxygenase),*催化的反应:
RH+NADPH+H+O2,ROH+NADP+H2O,故又称混合功能氧化酶(mixed-functionoxidase)或羟化酶(hydroxylase)。
上述反应需要细胞色素P450(CytP450)参与。
此酶催化在底物加1个氧原子的反应。
二、过氧化物酶体氧化体系,
(一)过氧化氢及超氧离子的生成,
(二)过氧化氢及超氧离子的作用和毒性,生理作用杀菌;
合成甲状腺素。
毒性O2.;
H2O2;
OH.等活性氧DNA氧化、修饰、甚至断裂蛋白质巯基被氧化产生过氧化脂质致癌作用和老化。
(三)过氧化氢及超氧阴离子的清除,
(1)过氧化氢酶(catalase)又称触酶,其辅基含4个血红素,
(2)过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基,催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物,谷胱甘肽过氧化物酶,H2O2(ROOH),H2O(ROH+H2O),2GSH,GSSG,NADP+,NADPH+H+,*此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤,谷胱甘肽还原酶,含硒的谷胱甘肽过氧化物酶,反应氧族超氧离子(O2)、H2O2、羟自由基(OH)的统称。
(3)超氧化物歧化酶,2O2+2H+,SOD,H2O2+O2,H2O+O2,过氧化氢酶,SOD:
超氧化物歧化酶(superoxidedismutase),
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