生物氧化

第七章第七章第七章第七章第七章第七章第七章第七章 生物氧化生物氧化生物氧化生物氧化生物氧化生物氧化生物氧化生物氧化 � 生物氧化中生物氧化中生物氧化中生物氧化中COCOCOCO2222的生成的生成的生成的生成 � 生物氧化中生物氧化中生物氧化中生物氧化中HHHH2222OOOO的生成的生成的生成的生成 � 生物氧化中生物氧化中生物氧化中生物氧化中能 量的生成的生成的生成的生成 ————————呼吸链呼吸链呼吸链呼吸链 什么是生物氧化？什么是生物氧化？什么是生物氧化？什么是生物氧化？ � 氧气促使生物物质氧化分解产能的过程。 � 又称（细胞）呼吸作用 �� 第一节第一节 生物氧化的特点生物氧化的特点 � 提问：提问：提问：提问：我们身体内的生物氧化与有机物体外氧化我们身体内的生物氧化与有机物体外氧化我们身体内的生物氧化与有机物体外氧化我们身体内的生物氧化与有机物体外氧化 燃烧有何相同与区别？燃烧有何相同与区别？燃烧有何相同与区别？燃烧有何相同与区别？ 答案： � 相同点————————化学本质（物质、能量） � 不同点————————条件、过程 � 点燃----酶催化 �� COCOCOCOCOCOCOCO22222222、、HHHHHHHH22222222OOOOOOOO、、能量能量的产生位置的产生位置一体一体————————————————分离分离 真核细胞 基质中脱氢、产生基质中脱氢、产生COCOCOCOCOCOCOCO22222222 产产HHHHHHHH22222222OOOOOOOO 产能产能 原核生物细胞原核生物细胞原核生物细胞原核生物细胞 细胞质中脱氢、细胞质中脱氢、 产生产生COCOCOCOCOCOCOCO22222222 细胞膜细胞膜 产产HHHHHHHH22222222O O O O O O O O 产能产能 第二节第二节 生物氧化中的生物氧化中的COCOCOCOCOCOCOCO22222222的生成的生成 � 绝大部分有机物生物氧化中的COCOCOCO2222生成是经 ？中的脱羧 作用产生的。 � 答案：三羧酸循环 � 其他一些COCOCOCO2222产生途径如 � 糖异生 � 草酰乙酸 + + + + GTP GTP GTP GTP → 磷酸烯醇式丙酮酸 + + + +GDP + GDP + GDP + GDP + COCOCOCO2222 � 氨基酸脱羧 R C NH2 COOH H R C NH2 H H + CO2 脱羧酶 氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶 2e2e2e2e2e2e2e2e 2H2H2H2H++++ 称电子传递链或呼吸链，分NADHNADHNADHNADH链和FADHFADHFADHFADH2222链。 HHHHHHHH22222222OOOOOOOOOOOOOOOO2- 2-2-2-2-2-2-2- 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 OOOOOOOO22222222 电子传递体电子传递体电子传递体电子传递体电子传递体电子传递体电子传递体电子传递体 氢传递体氢传递体氢传递体氢传递体氢传递体氢传递体氢传递体氢传递体 脱氢辅酶脱氢辅酶脱氢辅酶脱氢辅酶脱氢辅酶脱氢辅酶脱氢辅酶脱氢辅酶 -2 -2 -2 -2HHHH MHMHMHMHMHMHMHMH22222222 � 真核生物线粒体内膜或原核生物细胞膜上的呼吸链作用 下产生 �� 3.13.13.13.13.13.13.13.1呼吸链呼吸链 第三节第三节 生物氧化中生物氧化中HHHHHHHH22222222OOOOOOOO的生成的生成 NADHNADHNADHNADHNADHNADHNADHNADH链链链链链链链链 辅酶辅酶QQQQQQQQ NADH-NADH-NADH-NADH-NADH-NADH-NADH-NADH-辅辅 酶酶QQQQQQQQ还原酶还原酶 细胞色素细胞色素CCCCCCCC 还原酶还原酶 2复合体 细细 胞胞 色色 素素 CCCCCCCC 细胞色素细胞色素CCCCCCCC 氧化酶氧化酶 3复合体电子传递体电子传递体 H+ 2222eeee 1 复 合 体 氢传递体氢传递体 线粒线粒线粒线粒 体体体体外外外外 膜膜膜膜线粒线粒线粒线粒 体体体体内内内内 膜膜膜膜 间隙间隙 NADH链链是绝大部分有机物是绝大部分有机物氢最终氧氢最终氧 化的途径！化的途径！ FADHFADHFADHFADH2222链以FADHFADHFADHFADH2222为起点，没有““““1111””””复合体，代以““““4444””””复合 体，其余与NADHNADHNADHNADH链相同。 � 3.23.23.23.2呼吸链的组成 � 1.1.1.1.脱氢辅酶 � NADHNADHNADHNADH链———————— NAD(P)NAD(P)NAD(P)NAD(P)+ + + + NAD(P )H+HNAD(P )H+HNAD(P )H+HNAD(P )H+H++++ FMN FMNHFMN FMNHFMN FMNHFMN FMNH2 2 2 2 ““““1111内”””” � FADHFADHFADHFADH2222链———————— FAD FADHFAD FADHFAD FADHFAD FADH2222 2.2.2.2.““““1111””””复合体————————NADH-QNADH-QNADH-QNADH-QNADH-QNADH-QNADH-QNADH-Q还原酶还原酶 � 组成：FMN+ FMN+ FMN+ FMN+ 铁硫蛋白 � （可能++++辅酶QQQQ） � 铁硫蛋白——电子传递体 � FeFeFeFe3+3+3+3+ + + + + eeee Fe Fe Fe Fe2+2+2+2+ 包括包括包括包括2222[4[4[4[4Fe-4S]Fe-4S]Fe-4S]Fe-4S]核心核心核心核心 � 功能————————氢传递体 CoQ + 2H CoQH2CoQ + 2H CoQH2CoQ + 2H CoQH2CoQ + 2H CoQH2 3.3.3.3.辅酶QQQQ(CoQ)(CoQ)(CoQ)(CoQ) � 化学本质————————脂溶性醌类化合物 （又称泛醌） O O CH3CH3 O CH3 O R H + 2 e+ 2 OH OH CH3CH3 O CH3 O R 氧化态 还原态 4.4.4.4.细胞色素（蛋白）类和““““2222””””、““““3333””””复合体 � 细胞色素（蛋白）————————aaaa、aaaa3333、bbbb、cccc、cccc1111 � 共性————————以卟啉铁为辅基 aaaa类中的卟啉环 cccc类、bbbb中的卟啉环 卟啉环卟啉环共 同 � 功能——电子传递体 � FeFeFeFe3+3+3+3+ + + + + eeee Fe Fe Fe Fe2+2+2+2+ � 区别————————卟啉环上基团种类及与铁连接的氨基酸种类 � 细胞色素（蛋白）————————aaaa、aaaa3333、bbbb、cccc、cccc1111 � 共性————————以卟啉铁为辅基 4.4.4.4.细胞色素（蛋白）类和““““2222””””、““““3333””””复合体 色素蛋白外形 第第第第2222复合体内复合体内复合体内复合体内 细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素 CCCC 电子通过多肽链 （电线）在卟啉铁 间传递 电子通过多肽链 （电线）在卟啉铁 间传递 ““““2222””””复合体————细胞色素cccc还原酶 � 组成————————细胞色素bbbb、 CCCC1111蛋白++++铁硫蛋白 � 功能————————传递电子 ((((名————————使Cyt cCyt cCyt cCyt c还原)))) ““““3333””””复合体————细胞色素cccc氧化酶 � 组成————————CytCytCytCyta a a a + + + + CytCytCytCytaaaa3 3 3 3 ++++2222铜（CuCuCuCu＋))))离子 � 功能————————传递电子给氧 ((((名————————使Cyt cCyt cCyt cCyt c氧化)))) CuCuCuCu2222＋＋e Cue Cue Cue Cu＋ ““““4444””””复合体————琥珀酸盐----辅酶QQQQ还原酶 � 组成————————黄素 脱氢酶Ⅱ++++铁 硫蛋白 � 功能————————传递 氢 22222222 44444444 44444444 FADH2链中 NADH链 FADH2链 1 2 3Q C 4 为什么是这样一个为什么是这样一个为什么是这样一个为什么是这样一个 顺序呢？顺序呢？顺序呢？顺序呢？ Q 2 C 3 提问：原电池反应中电子传递的方向是由什么 决定的？ �答案：电极反应的氧化 还原电位EEEE0000。 �（电子流动终点）正极 反应EoEoEoEo ???? 负极反应 EoEoEoEo （电子流动起点） � >>>> �呼吸链呼吸链呼吸链呼吸链--------电池组电池组电池组电池组 呼吸链蛋白就是电极板呼吸链蛋白就是电极板呼吸链蛋白就是电极板呼吸链蛋白就是电极板 O 1 2 3H2 CQ H2O ？？ � 依据————————各传递体的EoEoEoEo、复合体组成、链阻断试验 � 提问：NADHNADHNADHNADH链 � NADHNADHNADHNADH→FMNFMNFMNFMN→CoQCoQCoQCoQ→bbbb→cccc1111→cccc→aaaaaaaa3333→OOOO2222 � 判断各自所发生的““““传递反应””””EoEoEoEo大小顺序？ � 答案：升序。 � EoEoEoEo′′′′----0.320.320.320.32→----0.300.300.300.30→+0.1+0.1+0.1+0.1←+0.07+0.07+0.07+0.07→+0.22+0.22+0.22+0.22→+0.25+0.25+0.25+0.25→+0.29+0.29+0.29+0.29→+0.816+0.816+0.816+0.816 3.3 呼吸链中传递体的顺序确定 如何解释CoQCoQCoQCoQ→bbbb（ EoEoEoEo′′′′ +0.1+0.1+0.1+0.1＞ +0.07+0.07+0.07+0.07）？ 相结合的必然顺序相连bbbb→cccc1111 a a a a → a a a a3333 。 � 链阻断试验链阻断试验链阻断试验链阻断试验 � ㈠ NADHNADHNADHNADH→FMNFMNFMNFMN→CoQCoQCoQCoQ→bbbb→cccc1111→cccc→aaaaaaaa3333→OOOO2222 鱼藤酮鱼藤酮 如何根据复合体组成判断顺序？ � NADHNADHNADHNADH链断，FADHFADHFADHFADHFADHFADHFADHFADH22222222链通 � 则————————NADHNADHNADHNADH→FMNFMNFMNFMN FADHFADHFADHFADHFADHFADHFADHFADH22222222 毒鱼藤是有两广一带有毒鱼作用的 一类藤本植物的统称。毒鱼藤的根 皮或种子中含有的杀虫有效成分是 鱼藤酮和拟鱼藤酮。 � ㈡ NADH NADH NADH NADH→FMNFMNFMNFMN→CoQCoQCoQCoQ→bbbb→cccc1111→cccc→aaaaaaaa3333→OOOO2222 e e � 则————————？ CoQCoQCoQCoQ在bbbb前 � ㈢ NADH NADH NADH NADH→FMNFMNFMNFMN→CoQCoQCoQCoQ→bbbb→cccc1111→cccc→aaaaaaaa3333→OOOO2222 氰化物氰化物 COCOCOCOCOCOCOCO e cccc→aaaaaaaa3333→OOOO2222 则————————aaaaaaaa3333→OOOO2222 氰化物、氰化物、COCO——窒息剂（剧毒！）窒息剂（剧毒！） 抗霉素抗霉素A-A-A-A-A-A-A-A-分离自霉菌分离自霉菌 生物进化出如此复杂的脱氢氧化的意义何在呢？ � 尽可能高效率的固定产水反应释放的化学能！ � 途径——电子传递体系电子传递体系电子传递体系电子传递体系氧化磷酸化。氧化磷酸化。氧化磷酸化。氧化磷酸化。 第四节第四节 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用（生命动力之源）（生命动力之源） � 氧化——氧化还原反应 � 磷酸化————————特指ADPADPADPADPADPADPADPADP磷酸化成磷酸化成ATPATPATPATPATPATPATPATP（储能） � 根据氧化方式不同分为两类 � 4.14.14.14.1底物磷酸化 � 底物————————与底物催化过程相伴 � 无氧ATPATPATPATP形成机制 � 4.2 4.2 4.2 4.2 电子传递体系氧化磷酸化 � 与电子传递链相伴的有氧ATPATPATPATP形成机制。 3 -3 -3 -3 -磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 N A DN A DN A DN A D ++++ ⑤磷酸丙糖异构酶 2222 ⑥ 3 -磷酸甘油醛脱氢酶 N A D H N A D H N A D H N A D H ＋ H H H H 1 .3 -1 .3 -1 .3 -1 .3 -二磷酸甘油酸 A D PA D PA D PA D P 2222 3 -3 -3 -3 -磷酸甘油酸 2 2 2 2 ⑧磷酸甘油酸变位酶 HHHH 22220000 磷酸 A D PA D PA D PA D P AT PAT PAT PAT P 2 -2 -2 -2 -磷酸甘油酸 2222 烯醇式丙酮酸 ⑨烯醇化酶 ⑩丙酮酸激酶 ⑤异构 Δ G = -0 .6 kcal/m o l ((((可逆 )))) ⑦磷酸甘油酸激酶 AT PAT PAT PAT P ⑥氧化磷酸化 Δ G = -0 .4 kcal/m o l ((((可逆 ))))⑦产能 1 Δ G = +0 .3 kcal/m ol ((((可逆 )))) ⑩产能 2 Δ G = -4 .0 kcal/m o l ((((不可逆 )))) ⑧异构 ⑨脱水 Δ G = +0 .2 kcal/m ol Δ G = -0 .8 kcal/m o l ((((可逆 ) ) ) ) （可逆） 2222 丙酮酸 ATPATPATPATP合成酶 磷酸化 产水反应的产水反应的产水反应的产水反应的△△△△GGGG NADH+H NADH+H NADH+H NADH+H+++++1/2O+1/2O+1/2O+1/2O2 2 2 2 NADNADNADNAD+++++H+H+H+H2222OOOO 磷酸化磷酸化磷酸化磷酸化氧化氧化氧化氧化 电子传递体系（电子传递体系（电子传递体系（电子传递体系（NADHNADHNADHNADH链）链）链）链） FADHFADHFADHFADH2222+1/2O+1/2O+1/2O+1/2O2222+ + + + 2222ADP+ADP+ADP+ADP+2222PiPiPiPi FAD FAD FAD FAD+++++H+H+H+H2222O+O+O+O+22222222ATPATPATPATP FADHFADHFADHFADH2222链 根据O/PiO/PiO/PiO/Pi消耗比例→1:31:31:31:3、1:21:21:21:2 ((((分析分析分析分析△△△△GGGGoooo′′′′ △△△△GGGGoooo′′′′=-nF=-nF=-nF=-nF△△△△EEEEo o o o ′′′′ ————△△△△GGGGoooo′′′′＞＞＞＞7.3(kcal/mol) 7.3(kcal/mol) 7.3(kcal/mol) 7.3(kcal/mol) 能形成能形成能形成能形成 ATP)ATP)ATP)ATP) + + + + 3333ADP+ADP+ADP+ADP+3333Pi Pi Pi Pi ++++33333333ATPATPATPATP EEEEo o o o ′′′′ 传递体 △△△△GGGGoooo′′′′ EEEEo o o o ′′′′ 传递体 GGGGoooo′′′′ � ----0.32 0.32 0.32 0.32 NADH NADH NADH NADH � -0.30 FMNH-0.30 FMNH-0.30 FMNH-0.30 FMNH2222 -0.18 FADH -0.18 FADH -0.18 FADH -0.18 FADH2222 � +0.1 CoQ +0.1 CoQ+0.1 CoQ +0.1 CoQ+0.1 CoQ +0.1 CoQ+0.1 CoQ +0.1 CoQ � +0.07 b +0.07 b +0.07 b +0.07 b � +0.22 c+0.22 c+0.22 c+0.22 c1111 � +0.25 c+0.25 c+0.25 c+0.25 c � +0.29 aa+0.29 aa+0.29 aa+0.29 aa3333 � +0.816 O+0.816 O+0.816 O+0.816 O2222 --------0.920.920.920.920.920.920.920.92 -18.45-18.45-18.45-18.45-18.45-18.45-18.45-18.45 +1.38+1.38+1.38+1.38+1.38+1.38+1.38+1.38 -8.30-8.30-8.30-8.30-8.30-8.30-8.30-8.30 -1.34-1.34-1.34-1.34-1.34-1.34-1.34-1.34 -1.84-1.84-1.84-1.84-1.84-1.84-1.84-1.84 -23.9-23.9-23.9-23.9-23.9-23.9-23.9-23.9 NADHNADHNADHNADHNADHNADHNADHNADH链链 FADHFADHFADHFADHFADHFADHFADHFADH22222222链链 --------12.9112.9112.9112.9112.9112.9112.9112.91 3333个复合体各能合成1111ATPATPATPATP ？？？？？？？？ 怎样产生ATPATPATPATP呢？ ————————机制 但第4复合体不能产生 机制————————化学渗透学说 � 唯一与大部分实验现象相符的假说，被普遍接受 � P.Mitchell因此获78年诺贝尔化学奖 � 要点： � 1.1.1.1.氢传递体利用传递反应能量将HHHH++++泵出内膜； � 2.2.2.2.内膜阻止HHHH++++自由进入，形成膜内外电位差 ((((△EEEE))))； 1111 4444 33332222 �� 太阳能太阳能太阳能太阳能太阳能太阳能太阳能太阳能 �� 电势能电势能 �� 电能电能电能电能电能电能电能电能 电势能电势能 ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP 化学能化学能 代谢物代谢物代谢物代谢物 化学能化学能化学能化学能 通过通过通过通过XXXX射射射射 线衍射技线衍射技线衍射技线衍射技 术分析其术分析其术分析其术分析其 结构结构结构结构 3.3.3.3.△EEEE推动ATPATPATPATP合成酶为ADPADPADPADP磷酸化提供能量。 FADHFADHFADHFADH2222链““““4444””””复合体不能向膜外传递氢离子，故该 处能量浪费。 ATPATPATPATPATPATPATPATP储能效率储能效率 42% 42% 42% 42% 34% 34% 34% 34% 其余能量以热形式散失，ATPATPATPATP中能量为各种生命活动提供动 力。 呼吸链可与 磷酸化脱 离，能量全 部转化为热。 �熊冬眠 �婴儿及初 生的哺乳 动物维持 体温 —颈背部褐色脂肪细胞