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1、第八章 生物氧化,biological oxidation,2006-8,第九章 生物氧化,2,导 学,掌握生物氧化的概念与特点；体内重要的呼吸链的组成、排列顺序及其作用；ATP的生成方式。 熟悉影响氧化磷酸化的因素；ATP的利用与贮存。 了解确定呼吸链排列顺序的实验依据；非线粒体氧化体系。,2006-8,第九章 生物氧化,3,教学内容,第一节 概述 第二节 线粒体氧化体系 第三节 生物氧化与能量代谢 第四节 非线粒体氧化体系,2006-8,第九章 生物氧化,4,第一节 概述,2006-8,第九章 生物氧化,5,一、生物氧化的概念,H2O + CO2 + 能量,生物体,营养物 （糖、脂、蛋白质
2、）,O,又称细胞呼吸或组织呼吸,2006-8,第九章 生物氧化,6,一、生物氧化的概念,线粒体内氧化：有ATP生成 非线粒体氧化：无ATP生成，与生物转化有关,2006-8,第九章 生物氧化,7,二、生物氧化特点,条件温和（37C，近中性） 酶催化 逐步释放能量 有机酸脱羧生成 CO2 有机物脱氢经呼吸链生成 H2O,2006-8,第九章 生物氧化,8,三、生物氧化的方式,（一）CO2的生成有机酸脱羧, 单纯脱羧,-单纯脱羧,-单纯脱羧, 氧化脱羧,-氧化脱羧,-氧化脱羧,2006-8,第九章 生物氧化,9,三、生物氧化的方式,（二）H2O的生成,代谢物（AH2） 2H,酶与辅酶,O2,H2O
3、,2006-8,第九章 生物氧化,10,三、生物氧化的方式,（三）氧化的本质 加氧、脱氢、加水脱氢、脱电子,2006-8,第九章 生物氧化,11,第二节 线粒体氧化体系,2006-8,第九章 生物氧化,12,一、 呼吸链 (respiratory chain),概念： 定位于线粒体内膜上的一组排列有序的递氢体和递电子体（酶与辅酶）构成的链状传递体系， 也称电子传递链。(electron transport chain),2006-8,第九章 生物氧化,13,线粒体内膜上的酶与辅酶组成的复合体,复合体 NADH泛醌还原酶,复合体 琥珀酸泛醌还原酶,复合体 泛醌CytC还原酶,复合体 细胞色素氧化
4、酶,2006-8,第九章 生物氧化,14,（一）呼吸链主要成分和作用,（递氢体 或 递电子体）,烟酰胺脱氢酶 （NAD+、NADP+） 黄素蛋白 （FMN、FAD） 铁硫蛋白 （Fe-S） 泛醌 （CoQ） 细胞色素类 （Cyt）,2006-8,第九章 生物氧化,15,辅酶,NAD+ NADP+,1、 烟酰胺脱氢酶类,作用：递氢体,2006-8,第九章 生物氧化,16,呼吸链 2H + NAD+ NADH + H+ 传递给 FMN,递氢机制,2006-8,第九章 生物氧化,17,FMNNADH脱氢酶的辅基 辅基 FAD 琥珀酸脱氢酶的辅基,2、 黄素蛋白酶类,作用：递氢体,2006-8,第九章
5、 生物氧化,18,NADH + H+ FMNH2 均可传递给CoQ 琥珀酸脱氢 FADH2,呼吸链,（Fe-S）,1,10,递氢机制,2006-8,第九章 生物氧化,19,3、 铁硫蛋白 （Fe-S）,Fe2+,Fe3+ + e-,递电子机制,作用递电子体,2006-8,第九章 生物氧化,20,作用递氢体 递氢机制,4、 泛醌（人体内： CoQ10）,2006-8,第九章 生物氧化,21,FMNH2,CoQ2H,2e,2H+,传递给一系列 Cyt类进一步传递,在呼吸链中:,（Fe-S）,FADH2,（Fe-S）,2006-8,第九章 生物氧化,22,5、细胞色素类( Cytochromes,
6、Cyt. ) 根据吸收光谱特征，Cyt.类分为a、b和c三大类：,Cytb、 Cytc1、 Cytc、 Cytaa3,组成呼吸链的细胞色素:,细胞色素氧化酶,2006-8,第九章 生物氧化,23,Cyt C的结构,Fe2+,Fe3+ + e-,递电子体：,2006-8,第九章 生物氧化,24,2006-8,第九章 生物氧化,25,与CO，CN-结合，失去传递电子能力,2006-8,第九章 生物氧化,26,线粒体呼吸链四大复合体,FMN,Fe-S 复合体,FAD,Fe-S 复合体,Cytb, Fe-S,Cytc1 复合体,Cytaa3,Cu 复合体,2006-8,第九章 生物氧化,27,（二）呼
7、吸练各成分在线粒体内膜上的定位,2006-8,第九章 生物氧化,28,二、体内重要呼吸链的排列顺序,NADH氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）,体内的两条呼吸链：,2006-8,第九章 生物氧化,29,体内两条重要的呼吸链,2006-8,第九章 生物氧化,30,2H+ 2e,O2- ,2、琥珀酸氧化呼吸链,1、NADH氧化呼吸链,2006-8,第九章 生物氧化,31,三、胞液中的NADH的氧化,胞液中生成的NADH不能自由通透线粒体内膜，必须经过转运机制进入线粒体 1. 甘油-3-磷酸穿梭作用（神经组织和骨骼肌） 2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌）,2006-8,第九
8、章 生物氧化,32,甘油-3-磷酸穿梭机制示意图,NADH+H+,3-磷酸甘油穿梭,2ATP,神经组织和骨骼肌,FADH2,2006-8,第九章 生物氧化,33,苹果酸天冬氨酸穿梭,NADH+H+,苹果酸-天冬氨酸穿梭,3ATP,肝和心肌,NADH+H+,2006-8,第九章 生物氧化,34,第三节 生物氧化与能量代谢,约60%以热能形式散失， 维持体温； 糖 脂类 蛋白质 约40%以化学能形式形成 高能化合物 (如，ATP)，以驱动各种生命活动。,2006-8,第九章 生物氧化,35,营养物质的氧化分解过程,糖原 脂肪 蛋白质,葡萄糖 脂肪酸 氨基酸 甘油,乙酰辅酶A,2006-8,第九章
9、生物氧化,36,一、高能化合物的种类,水解时释放的自由能 30 KJ/mol 的含有磷酸键 或硫酯键的化合物,高能磷酸化合物,2006-8,第九章 生物氧化,37,二、ATP的生成,2006-8,第九章 生物氧化,38,（一）底物水平磷酸化(substrate level phosphrylation),在分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等作用而使能量在分子内部重新分布，形成高能化合物，然后将高能键转移给ADP（GDP）形成ATP（GTP）的过程。,2006-8,第九章 生物氧化,39,底物水平磷酸化1,2006-8,第九章 生物氧化,40,底物水平磷酸化2,2006-8,第九章 生物氧化,4
10、1,底物水平磷酸化3,2006-8,第九章 生物氧化,42,（二） 氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）,生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，所释放的能量能够偶联ADP磷酸化生成ATP的过程。,2006-8,第九章 生物氧化,43,1、氧化磷酸化及其偶联,2006-8,第九章 生物氧化,44,2、氧化磷酸化偶联部位,计算各阶段释放的自由能 P/O比值的测定,氧化磷酸化偶联部位即ATP生成部位,推测偶联部位,2006-8,第九章 生物氧化,45,推测呼吸链偶联部位： NADHQ ，QCytc ， Cytaa3O2,2006-8,第九章 生物氧化,46,
11、呼吸链各部位释放的自由能,（kj/mol） 52.1 40.5 102.3,NADH：3ATP FADH2：2ATP,2006-8,第九章 生物氧化,47,3、氧化磷酸化作用机理,线粒体(mitochondrion)结构：,线粒体内膜和脊上有许多球状小体突出： ATP合成酶系,2006-8,第九章 生物氧化,48,三、影响氧化磷酸化的因素,抑制剂（inhibitor） ADP的调节 甲状腺素（thyroxine）的调节 线粒体（mitochondrial）DNA突变（mutation）,2006-8,第九章 生物氧化,49,1、抑制剂呼吸链抑制,机理：阻断氢与电子的传递,2006-8,第九章
12、生物氧化,50,作用机理： 破坏内膜两侧的电化学梯度而使氧化磷酸化偶联脱离。氧化照常进行，ATP不能生成。,1、抑制剂解偶联剂,解除偶联,2，4-二硝基 苯酚（DNP）,2006-8,第九章 生物氧化,51,2、ADP的调节,ADP/ATP 氧化磷酸化 ADP/ATP 氧化磷酸化,2006-8,第九章 生物氧化,52,Na+-K+-ATP酶,ATP水解,氧化磷酸化,ATP合成,耗氧量和产热量,3、甲状腺激素的调节,（）,甲状腺激素,（thyroxine）,2006-8,第九章 生物氧化,53,4、线粒体DNA突变,mtDNA编码呼吸链复合体蛋白的部分多肽链,mtDNA突变,影响氧化磷酸化,AT
13、P生成减少,mtDNA病,（mitochondrial DNA）,多种疾病,2006-8,第九章 生物氧化,54,四、 ATP的利用、转移与贮存,ATP + H2O ADP + Pi + 30.5 Kj,2006-8,第九章 生物氧化,55,ATP的生成和利用,2006-8,第九章 生物氧化,56,高能键的转移,ATP +,UDP CDP GDP,ADP +,UTP（糖原合成） CTP（磷脂合成） GTP（蛋白质合成）,2006-8,第九章 生物氧化,57,能量的储存（磷酸肌酸的生成）,肌肉和脑组织中能量的贮存形式,2006-8,第九章 生物氧化,58,第五节 非线粒体氧化体系,RH + O2
14、 + NADPH + H+,ROH + NADP+ + H2O,加单氧酶系,一、微粒体氧化体系 加单氧酶系, monooxygenases, MOA,（羟化酶）,Cytp450,2006-8,第九章 生物氧化,59,二、过氧化物酶体氧化体系,（一）过氧化氢酶（catalase, CAT）,2H2O2 2H2O + O2,2006-8,第九章 生物氧化,60,二、过氧化物酶体氧化体系,（二）过氧化物酶（peroxidase, POD）,Ar-OH R-HO + H2O2 R-COOH + 2H2O + NH3 R-NH2,2006-8,第九章 生物氧化,61,某些组织细胞内： 谷胱甘肽过氧化物酶 （glutathion-peroxidase, GSH-Px） H2O2 +2GSH GSSG + 2H2O ROOH + GSH ROH + H2O + GSSG,2006-8,第九章 生物氧化,62,三、超氧化物歧化酶 （superoxide dismutase, SOD）,SOD类型： 胞液 Cu.Zn-SOD； 线粒体 Mn-SOD,2 O2- + 2H H2O2 + O2 CAT 2H2O + O2,SOD,