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第6章;物质在生物体内进行氧化称生物氧化(biological oxidation),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CO2 和 H2O的过程。;生物氧化与体外氧化之相同点;反应环境温和,酶促反应逐步进行,能量逐步释放,能量容易捕获,ATP生成效率高。
通过加水脱氢反应使物质能间接获得氧,并增加脱氢的机会;脱下的氢与氧结合产生H2O,有机酸脱羧产生CO2。;糖原 ;第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系;指线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子传递功能的酶复合体,可通过链锁的氧化还原将代谢物脱下的电子最终传递给氧生成水。这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。;酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式,所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜,转变为跨内膜H+梯度的能量,再用于ATP的生物合成。 ;人线粒体呼吸链复合体;;复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶。
复合体Ⅰ电子传递:NADH→FMN→Fe-S→ CoQ→ Fe-S→ CoQ
每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧,复合体Ⅰ有质子泵功能。;NAD+和NADP+的结构;NAD+(NADP+)和NADH(NADPH)相互转变;FMN结构中含核黄素,发挥功能的部位是异咯嗪环,氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN·。在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状态,属于单、双电子传递体。 ;铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子,其中一个铁原子可进行Fe2+ ? Fe3++e 反应传递电子。属于单电子传递体。 ; 铁硫蛋白 ;泛醌(辅酶Q, CoQ, Q)由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链(人CoQ10),氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。内膜中可移动电子载体,在各复合体间募集并穿梭传递还原当量和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。 ;复合体Ⅰ的功能 ;复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶,又称琥珀酸-泛醌还原酶。
电子传递:琥珀酸→FAD→几种Fe-S →CoQ
复合体Ⅱ没有H+泵的功能。;3、复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c。;细胞色素(cytochrome, Cyt) ;复合体Ⅲ的电子传递通过“Q循环”实现。
复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+,复合体Ⅲ也有质子泵作用。
Cyt c是呼吸链唯一水溶性球状蛋白,不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体Ⅳ。;复合体Ⅳ又称细胞色素C氧化酶(cytochrome c oxidase)。
电子传递:Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3–CuB→O2
Cyt a3–CuB形成活性双核中心,将电子传递给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移 。;复合体Ⅳ的电子传递过程;细胞色素c氧化酶CuB-Cyta3中心使O2还原成水的过程,有强氧化性中间物始终和双核中心紧密结合,不会引起细胞损伤。;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;呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位;1、NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
2、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;NADH;二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生成ATP偶联 ;(一)氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ内;线;2、自由能变化;电子传递链自由能变化 ;ATP;(二)氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度;氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜;
线粒体内膜对H+、OH-、K+、Cl-离子是不通透的;
电子传递链可驱动质子移出线粒体,形成可测定的跨内膜电化学梯度;
增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成,而线粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯度,结果电子虽可以传递,但ATP生成减少。 ;;Ⅲ;化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响;(三)质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成 ;ATP合酶组成可旋转的发动机样结构 ;;当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时,γ亚基发生旋转,3个β亚基的构象发生改变。;三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响;复合体Ⅲ抑制剂:抗霉素A(antimycin A)阻断Cyt bH传递电子到泛醌(QN) ;粘噻唑菌醇则作用QP位点。
复合体Ⅳ 抑制剂:CN-、N3-紧密结合中氧化型Cyt a3,阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。CO与还原型Cyt a3结合,阻断电子传递给O2。 ;NADH;不同底物和抑制剂对线粒体氧
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