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06-生物氧化-09级五(李)-10上

jjkk 2011-07-14 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《06-生物氧化-09级五(李)-10上ppt》,可适用于自然科学领域,主题内容包含第六章第六章生物氧化BiologicalOxidation*生物氧化的概念*生物氧化的概念物质在生物体内进行氧化称生物氧化(biologicalox符等。

第六章第六章生物氧化BiologicalOxidation*生物氧化的概念*生物氧化的概念物质在生物体内进行氧化称生物氧化(biologicaloxidation)主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量最终生成CO和HO的过程。生物氧化的定义生物氧化的特点环境条件:恒温近中性甚至有水参与。反应方式:酶促反应逐步进行(加氧、脱氢、失电子)CO的生成:有机酸脱羧水的生成:O接受电子后与H结合能量散发:逐步释放部分以化学能方式储存部分以热能释放分解代谢的一般途径分解代谢的一般途径乙酰CoAH呼吸链HOADPPiATPCOO氧化磷酸化TCAcycle三羧酸循环脂肪酸β氧化葡萄糖乙酰CoA糖酵解丙酮酸丙酮酸脱氢酶系乙酰CoAoverview第一节生成ATP的氧化磷酸化体系SectiontheOxidativePhosphorylationSystemofATPProduction第一节生成ATP的氧化磷酸化体系SectiontheOxidativePhosphorylationSystemofATPProduction、呼吸链掌握定义、部位、组分及其功能组分的排列顺序、氧化磷酸化掌握定义、PO比值、偶联部位熟悉偶联机制、影响因素、ATP掌握ATP在能量生成和利用中的地位和作用、NADH的穿梭掌握α磷酸甘油穿梭和苹果酸天冬氨酸穿梭的过程一、呼吸链一、呼吸链定义呼吸链电子传递链代谢物脱下的成对氢原子(H)通过多种酶和辅酶所催化的氧化还原连锁反应逐步传递最终与氧结合生成水。这一包含多种氧化还原组分的传递链称为呼吸链,又称电子传递链。respiratorychainelectrontransferchain:aseriesofelectroncarriersresponsibleforthetransportofelectronsfromNADHorFADHtomolecularoxygen,withthenetresultsoftrappingenergyforuseinATPsynthesis,andreducingoxygentowater递氢体:传递氢的酶或辅酶例如:NADHNADHHFMNHFMNHFADHFADHCoQHCoQH因为HHe所以递氢体也起传递电子的作用递电子体:传递电子的酶或辅酶例如:Cytb–FeeCytb–FeCytc–FeeCytc–FeCytc–FeeCytc–FeCytaa–FeeCytaa–FeaNADH氧化呼吸链:b琥珀酸氧化呼吸链:总式:体内的两条主要呼吸链呼吸链电子传递链的定位与运行条件细胞内定位线粒体内膜运行的必要条件有氧(一)呼吸链的组成(毛地黄皂苷)复合体Ⅰ复合体Ⅱ复合体Ⅲ复合体Ⅳ呼吸链中的递氢体和电子传递体电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置NAD和NADP的结构R=H:NADR=HPO:NADPNAD:nicotinamideadeninedinucleotide尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(CoⅠ辅酶Ⅰ)NADP:nicotinamideadeninedinucleotidephosphate尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(CoⅡ辅酶Ⅱ)NAD(NADP)和NADH(NADPH)相互转变氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。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复合体Ⅰ:NADH泛醌还原酶复合体Ⅰ:NADH泛醌还原酶功能:将电子从NADH传递给泛醌(ubiquinone,CoQ)同时具有质子泵作用组成:黄素蛋白FMNFeS铁硫蛋白FeS疏水蛋白FeSFMN为黄素蛋白辅基结构中含核黄素发挥功能的部位是异咯嗪环。充当递氢体。FMN:flavinmononucleotide(黄素单核苷酸)双或单电子传递体铁硫蛋白中辅基铁硫簇含有等量铁原子和硫原子其中铁原子可进行FeFee反应来传递电子(是递电子体)。FeS:ironsulfurcenter(铁硫中心铁硫簇)FeSFeS单电子传递体复合体Ⅱ:琥珀酸泛醌还原酶复合体Ⅱ:琥珀酸泛醌还原酶功能:将电子从琥珀酸传递给泛醌无质子泵作用大肠杆菌复合体Ⅱ的结构与电子传递FAD:flavinadeninedinucleotide(黄素腺嘌呤二核苷酸)双或单电子传递体FAD黄素蛋白的辅基是递氢体泛醌由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链(人CoQ)是递氢体。泛醌(ubiquitone,CoQ,Q)CoQ募集来自复合体Ⅰ与复合体Ⅱ的电子功能:将电子从泛醌传递给细胞色素c具有质子泵作用细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类(递电子体)根据它们吸收光谱不同而分类。Cyta:a,a,a,aCytb:b(b,b),b~,PCytc:c,c~复合体Ⅲ(泛醌细胞色素c还原酶)细胞色素(cytochrome,Cyt)复合体Ⅲ的结构复合体Ⅲ将电子从泛醌传递给细胞色素c复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶功能:将电子从细胞色素c传递给氧具有质子泵作用(其中Cyta和CuB形成的双核中心将电子交给O)电子在呼吸链中的传递(二)呼吸链成分的排列顺序由以下实验确定标准氧化还原电位拆开和重组特异抑制剂阻断还原状态呼吸链缓慢给氧(二)呼吸链成分的排列顺序标准氧化还原电位的测定pH,TaNADH氧化呼吸链:b琥珀酸氧化呼吸链:体内的两条主要呼吸链NADH氧化呼吸链NADH复合体ⅠCoQ复合体ⅢCytc复合体ⅣO琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸复合体ⅡCoQ复合体ⅢCytc复合体ⅣONADH氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化*定义氧化磷酸化由代谢物脱下的氢经呼吸链的电子传递释放能量偶联驱动ADP磷酸化生成ATP的过程又称为偶联磷酸化。oxidativephosphorylation:theprocessinwhichthephosphorylationofADPtoyieldATPiscoupledtotheelectrontransportthroughrespiratorychain(一)氧化磷酸化偶联部位(ATP生成部位)(一)氧化磷酸化偶联部位(ATP生成部位)PO比值PO比值:物质氧化时每消耗摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数(或ADP摩尔数)即生成ATP的摩尔数。POratio:thenumberofinorganicphosphatemoleculesconsumedinATPformationforeachoxygenatomreducedtoHO氧化磷酸化偶联部位一对氢原子经呼吸链氧化后可产生ATP的数目:自由能的变化molADPmolPikJmolmolATP而GӨ=nFEӨ,其中n=,F=kJmolV,要求|GӨ|=|nFEӨ|>kJmol|EӨ|=|GӨ(nF)|>()=VV氧化磷酸化偶联部位(二)氧化磷酸化的偶联机理(二)氧化磷酸化的偶联机理化学渗透假说(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。In,PMitchellproposedtherevolutionaryhypothesisofChemiosmoticHypothesisandwasawardedtheNobelPrizeinChemistry化学渗透假说简单示意图胞液侧基质侧化学渗透假说详细示意图F:αβγδεATPaseactivityhydrophilicF:abc~protonchannelhydrophobicATP合酶ATPsynthase当H顺浓度递度经F中a亚基和c亚基之间回流时γ亚基发生旋转个β亚基的构象发生改变。ATP合酶的工作机制Intermembranespacematrixoverview有实验表明:每合成分子ATP需要回流个质子另加个质子回流以提供底物(ADP、Pi)和产物(ATP)的跨膜转运。因此每合成分子ATP需要回流个质子。所以NADHHO可合成分子ATP琥珀酸O可合成分子ATP三、影响氧化磷酸化的因素三、影响氧化磷酸化的因素呼吸链抑制剂阻断呼吸链中某些部位电子传递。如鱼藤酮、抗霉素A、氰化物等解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如:二硝基苯酚(DNP),解偶联蛋白氧化磷酸化抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如:寡霉素(一)抑制剂鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥抗霉素A粘噻唑菌醇COCNNHS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)ⅢQ胞液侧基质侧解偶联蛋白寡霉素(oligomycin)可阻止质子从F质子通道回流抑制ATP生成寡霉素ATP合酶结构模式图ATP合酶(二)ADP的调节作用ADP促进氧化磷酸化不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响杀黑星菌素(四)mtDNA突变影响氧化磷酸化使ATP生成减少而致病主要呈母系遗传。、Leber遗传性视神经病(LeberhereditaryopticneuropathyLHON)临床表现:病初发时为急性或亚急性眼球的神经炎引发严重双侧视神经萎缩和大片中心暗点使视力突然丧失并伴有色觉障碍。在急性发作之后视觉进一步衰退但常可维持~的视力。色觉障碍等。此症发病高峰年龄是~岁但任何年龄段都可能发病。基因突变:ND:LHONTC亮脯ND:LHONGA丙丝ND:LHONTC酪组、线粒体脑肌病、乳酸酸中毒及卒中样发作综合征(mitochondrialencephalomyopathylacticacidosisandstrokelikeepisodesMELAS)临床表现:虚弱、乳酸酸中毒、感觉神经性听觉丧失、痴呆、反复发生卒中样发作、头痛、呕吐基因突变:线粒体tRNALeu:MELASTC或AGND:MELASAGmtDNA突变疾病举例四、ATP四、ATP高能磷酸键水解时释放的能量大于KJmol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(一)高能磷酸键与高能磷酸化合物腺苷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用(二)高能磷酸化合物的互变与能量储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。(三)ATP的生成和利用(三)ATP的生成和利用ATPADP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。五、通过线粒体内膜的物质转运五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。线粒体内膜的主要转运蛋白(一)胞浆中NADH的氧化(一)胞浆中NADH的氧化胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制主要有α磷酸甘油穿梭(αglycerophosphateshuttle)苹果酸天冬氨酸穿梭(malateasparateshuttle)NADHHFADHNADFAD线粒体内膜线粒体外膜膜间隙线粒体基质α磷酸甘油脱氢酶α磷酸甘油穿梭机制(脑、骨骼肌)α磷酸甘油磷酸二羟丙酮NADHHNAD谷氨酸天冬氨酸转运体苹果酸α酮戊二酸转运体胞液线粒体内膜基质苹果酸天冬氨酸穿梭机制(心、肝、肾)苹果酸苹果酸脱氢酶草酰乙酸天冬氨酸α酮戊二酸谷草转氨酶谷氨酸(二)腺苷酸与磷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白又称ATPADP转位酶。作用:催化ADP经内膜进入线粒体与ATP经内膜移出线粒体。磷酸盐转运蛋白作用:参与HPO与H同向转运到线粒体内。(二)腺苷酸与磷酸转运蛋白ATPADPHPO第二节其他不生成ATP的氧化体系SectionOtherOxidativeEnzymeSystems反应活性氧类(reactiveoxygenspecies,ROS)一、抗氧化酶体系反应活性氧类化学性质活泼可引起蛋白质、DNA膜脂质等。ROS主要来源线粒体:线粒体超氧阴离子O是体内O的主要来源过氧化酶体:FAD将从脂肪酸等底物获得的电子交给O生成HO和羟自由基OH。胞浆需氧脱氢酶(如黄嘌呤氧化酶等)也可催化生成O。细菌感染、组织缺氧等病理过程环境、药物等外源因素也可导致细胞产生活性氧类。机体可通过抗氧化酶体系及时清除活性氧以防止其累积造成有害影响。(一)过氧化氢酶(catalase)又称触酶其辅基含个血红素主要存在于过氧化酶体中。抗氧化酶体系HO在吞噬细胞中可氧化杀死入侵的细菌在甲状腺中可使I转化为I进而使酪氨酸碘化生成甲状腺素。谷胱甘肽过氧化物酶(二)过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基催化HO直接氧化酚类或胺类化合物。谷胱甘肽过氧化物酶HO(ROOH)HO(ROHHO)G–SHG–S–S–GNADPNADPHH*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(三)超氧化物歧化酶(superoxidedismutaseSOD)(三)超氧化物歧化酶(superoxidedismutaseSOD)SOD的三种同工酶:细胞外、细胞质:CuZnSOD线粒体:MnSODSOD是人体防御内、外环境中超氧离子损伤的重要酶。(四)其他小分子自由基清除剂:(四)其他小分子自由基清除剂:维生素C维生素Eβ胡萝卜素泛醌(一)加单氧酶(monoxygenase)*催化的反应:RHNADPHHOROHNADPHO又称混合功能氧化酶或羟化酶。细胞色素P(CytP):Cytb类细胞色素因还原型CytP与CO结合后在nm处有最大吸收峰而得名主要分布于肝、肾上腺微粒体中参与类固醇激素、胆汁酸及胆色素的生成及药物的生物转化。二、微粒体细胞色素P加单氧酶系加单氧酶CytP细胞色素P加单氧酶作用机制(二)加双氧酶此酶催化氧分子中的个氧原子加到底物中带双键的个碳原子上。例如:练习题一、名词解释、respiratorychain、oxidativephosphorylation、POratio二、问答题、写出NADH氧化呼吸链的组成成分及其排列顺序并指出ATP的偶联部位。、脑或骨骼肌细胞液中的NADHH是如何进入呼吸链的?肝或心肌细胞液中的NADHH又是如何进入呼吸链的?、氧化磷酸化的抑制剂有哪些?它们是怎样影响氧化磷酸化反应的?

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