天津科技大学生物化学全套课件4.ppt

Chapter 4 Biological Oxidation 物质在生物体内氧化分解并释放出能量的过程称为生物氧化(biological oxidation)。 生物体内的生物氧化过程与体外燃烧不同的是： 在37℃，近于中性的含水环境中，由酶催化进行； 反应逐步释放出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。 Section 1 The Oxidation System of Producing ATP 一、线粒体氧化呼吸链 在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的，与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链(respiratory chain)。 1．复合体Ⅰ（NADH-泛醌还原酶）： NADH还原酶 NADH还原酶催化（NADH+H+）的脱氢反应，从而将2H传递给其辅基FMN，生成FMNH2。 铁硫蛋白 铁硫蛋白(Fe-S)共有9种同工蛋白；分子中含有由半胱氨酸残基硫原子及无机硫原子与铁离子形成的铁硫中心(铁硫簇)，一次可传递一个电子至CoQ。 铁硫中心的结构 泛醌（CoQ） 2．复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶）： 这是一类以铁卟啉为辅基的酶。在生物氧化反应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可为+3价高铁离子，通过这种转变而传递电子。细胞色素为单电子传递体。 细胞色素根据其铁卟啉辅基的结构以及吸收光谱的不同而分类。 铁卟啉辅基的分子结构 细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体。 存在于线粒体内膜的细胞色素有Cyt aa3，Cyt b（b560，b562，b566），Cyt c，Cyt c1； 存在于微粒体的细胞色素有Cyt P450和Cyt b5。 细胞色素b的分子结构 细胞色素c的分子结构 3．复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素c还原酶）： Cyt a + Cyt a3 （二）呼吸链组分的排列顺序 通过四个方面的实验可确定呼吸链各组分的排列顺序： ① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧 氧化呼吸链的组成 ⑴ NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2 ⑵ 琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2 氧化呼吸链的排列顺序 1．NADH氧化呼吸链： 两条电子传递链的关系 二、氧化磷酸化 1. 底物水平磷酸化： 直接将底物分子中的高能键转变为ATP分子中的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。 底物水平磷酸化见于下列三个反应： 2. 氧化磷酸化： 在线粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸化生成ATP，这种能量的生成方式就称为氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)。 （二）氧化磷酸化的偶联部位 1. P/O比值： 通过测定在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无机磷酸消耗之间的比例关系，可以反映底物脱氢氧化与ATP生成之间的比例关系。 每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩尔数称为P/O比值。 线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值 合成1molATP时，需要提供的能量至少为ΔG0‘=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原电位差ΔE0’=0.2V。 因此，在NADH氧化呼吸链中有三处可以生成ATP，而在琥珀酸氧化呼吸链中，只有两处可以生成ATP。 氧化磷酸化的偶联部位 （三）氧化磷酸化的偶联机制 1. 化学渗透假说： 目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是1961年由Peter Mitchell提出的化学渗透学说(chemios-motic hypothesis)。 化学渗透假说的基本要点 该学说认为氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧化反应进行时，H+通过氢泵作用被排斥到线粒体内膜外侧（膜间腔），从而形成跨膜pH梯度和跨膜电位差。 当质子顺浓度梯度回流时，这种形式的“势能”可以被存在于线粒体内膜上的ATP合酶利用，生成高能磷酸基团，并与ADP结合而合成ATP。 质子梯度的形成 ATP的合成 当质子从膜间腔返回基质中时，这种“势能”可被位于线粒体内膜上的ATP合酶利用以合成ATP。 嵌于线粒体内膜上，其头部呈颗粒状，突出于线粒体内膜的基质侧。 ATP合成模式图 氧化磷酸化的抑制剂 四、高能磷酸键的储存与释放 生物化学中常将水解时释放的能量20kJ/mol的磷酸键称为高能磷酸键。主要有以下几种类型： 1．磷酸酐键：包括各种多磷酸核苷类化合物，如ADP，ATP，GDP，GTP，CDP，CTP，GDP，GTP及PPi等，水解后可释放出30.5kJ /mol的自由能。 2．混合