《生物氧化》課件

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1、 NADH FMN CoQ b c1 c (a+a3) 1/2O2 FADH2 2.2 電 子 傳 遞 鏈 組 分 排 列 順 序 的 依 據(jù) （ 1） 根 據(jù) 遞 氫 體 、 遞 電 子 體 的 標(biāo) 準(zhǔn) 氧 化 還 原 電 位 （ E0） 的 大 小 E0 越 小 ， 越 傾 向 于 失 去 電 子 ； E0 越 大 ， 越 傾 向 于 接 受 電 子 。 根 據(jù) E0值 可 判 斷 電 子 流 動(dòng) 的 方 向 ： E0值 小 的 氧 還 電 對(duì) E0值 大 的 氧 還 電 對(duì) 電位跨度最大 電 子 從 電 負(fù) 性 較 大 的 成 員 通 過 鏈 向 電 正 性 較 大 的 氧 流 動(dòng)這 是

2、 老 版 本 上 的 舊 表 ，請(qǐng) 注 意 與 新 表 的 區(qū) 別 （ 2） 利 用 電 子 傳 遞 鏈 特 異 抑 制 劑 部 分 阻 斷 電 子 傳 遞 阻 斷 的 上 游 遞 氫 （ e） 體 為 還 原 型 ； 下 游 為 氧 化 型 。魚藤酮安密妥殺粉蝶菌素抗霉素A CO、CN-、N3-、NADH FMN CoQ Cyt b C1 C aa3 O2FADH2（ 3） 體 外 將 呼 吸 鏈 拆 開 和 重 組 可 鑒 定 呼 吸 鏈 四 種 復(fù) 合體 的 組 成 和 排 列 順 序 體 內(nèi) ATP的 生 成 方 式 ： 底 物 水 平 磷 酸 化 ： 胞 液 或 線 粒 體 內(nèi) 氧

3、化 磷 酸 化 （ 電 子 傳 遞 磷 酸 化 ） ： 線 粒 體 內(nèi) 進(jìn) 行 光 合 磷 酸 化 ： 植 物 產(chǎn) 能 方 式3, oxidative phosphrylation (氧 化 磷 酸 化 ) 代 謝 物 分 子 的 能 量 直 接 轉(zhuǎn) 移 給 ADP（ GDP） 使 之 磷 酸 化 為ATP （ GTP） 的 過 程 。 CHHC CH2OPO3H2OH3-磷酸甘油醛 O + H 3PO4NAD + NADH+H+ CHC CH2OPO3H2OH O O PO3H2 ADP ATP 1，3-二磷酸甘油酸 CHC CH2OPO3H2OH O OH 3-磷酸甘油酸底 物 水 平 磷

4、 酸 化 與 氧 的 存 在 與 否 無 關(guān) 。 3.1 底 物 水 平 磷 酸 化 P320-321例 1 ADP ATP K+ Mg2+丙酮酸激酶磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 COOHCCH2 PO 烯 醇 式 丙 酮 酸 COOHCCH2 PO H例 2例 3 P240 琥 珀 酸 硫 激 酶 催 化 的 反 應(yīng)底 物 水 平 磷 酸 化 的 例 子 不 多 ， 請(qǐng) 大 家 記 牢 *生 物 體 內(nèi) 95%的 ATP來 自 氧 化 磷 酸 化 作 用 。 氧 化 磷 酸 化 是 需 氧 細(xì)胞 生 命 活 動(dòng) 的 主 要 能 量 來 源 ， 是 生 物 產(chǎn) 生 ATP的 主 要 途 徑

5、。3.2 氧 化 磷 酸 化 伴 隨 著 電 子 從 NADH或 FADH2到 氧 的 傳 遞 ， ADP被 磷 酸化 為 ATP， 這 一 酶 促 過 程 稱 為 氧 化 磷 酸 化 （ 又 叫 電 子 傳 遞 體系 磷 酸 化 /偶 聯(lián) 磷 酸 化 ） 。 確 定 偶 聯(lián) 部 位 的 方 法 ：（ 1） P/O比 值 ： 2H+1/2 O2（ O） H2O ADP+H3PO4 ATP 幾 個(gè) ？ P/O比 值 是 指 物 質(zhì) 氧 化 時(shí) 每 消 耗 1mol氧 原 子 所 消 耗 的 無 機(jī) 磷的 mol數(shù) 。 即 每 消 耗 1mol氧 原 子 所 生 成 的 ATP的 mol數(shù) （ 或

6、 一 對(duì) 電 子 通 過 呼 吸 鏈 傳 至 氧 所 產(chǎn) 生 的 ATP分 子 數(shù) ） 。 3.2.1 氧 化 磷 酸 化 偶 聯(lián) 部 位 線粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值 底物 呼吸鏈的組成 P/O ATP 比值 生成數(shù)-羥丁酸 NADFMNQcytO2 2.42.8 3 琥珀酸 FADQcyt O2 1.7 2抗壞血酸 cyt c cytaa3 O2 0.88 1CytC-Fe2+ cytaa3 O2 0.610.68 1 1940年，Ochoa等以組織勻漿和組織切片為材料，測(cè)定呼吸過程中氧的消耗和ATP生成的關(guān)系。結(jié)果表明， NADH呼吸鏈的P/O值是3，F(xiàn)ADH2呼吸鏈的P/O

7、值是2。 （2）計(jì) 算 標(biāo) 準(zhǔn) 自 由 能 變 化（ G0）： G0 = - nF E0 n：傳遞電子數(shù)； F：法拉第常數(shù)（ 96.49 kJ/V）； E0：反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位變化 E0越大，標(biāo)準(zhǔn)自由能變化 G0越大，只有 G0大于ADP磷酸化所需要的能量時(shí)才能生成ATP。 ADP+PiATP G 0= 7.3 kcal/mol=30.5kJ/mol 呼吸鏈傳遞電子， G0 30.5kJ/mol的部位有氧化磷酸化的偶聯(lián)，其余部位釋放的能量以熱形式散失。 根 據(jù) 標(biāo) 準(zhǔn) 氧 化 還 原 電 位 差 計(jì) 算 能 量 ： NADHCoQ： NAD+/NADH+H+：E0 -0.30V CoQ/QH2：E

8、0 0.10V G0 = -nF E0 = -2x96.49x(0.045)-(-0.30) = -66.58(kJ/mol) CytbCytc： G0 = -34.7 (kJ/mol) Cytaa 3O2： G0 = -102.1(kJ/mol)NADH呼吸鏈中有3個(gè)部位FADH2呼吸鏈中有2個(gè)部位 自由能變化足以供給ADP + Pi ATP ( G0 = 30.5kJ/mol) 氧 化 磷 酸 化 生 成 ATP分 子 數(shù) 計(jì) 算 新 方 法 ：*復(fù) 合 體每 次 泵 出 4個(gè) H+， 復(fù) 合 體每 次 泵 出 4個(gè) H+， 復(fù) 合 體每 次 泵 出 2H+。*合 成 1個(gè) ATP， 需

9、3個(gè) 質(zhì) 子 通 過 ATP合 酶 返 回 基 質(zhì) 來 驅(qū) 動(dòng) ， 同 時(shí) 產(chǎn)生 的 ATP從 線 粒 體 基 質(zhì) 進(jìn) 入 胞 質(zhì) 還 需 消 耗 1個(gè) 質(zhì) 子 來 運(yùn) 送 ， 所 以 每產(chǎn) 生 1個(gè) 分 子 ATP需 要 4個(gè) 質(zhì) 子 。*所 以 一 對(duì) 電 子 通 過 呼 吸 鏈 傳 遞 產(chǎn) 生 的 ATP分 子 數(shù) 如 下 ：NADH呼 吸 鏈 ： （ 4+4+2） /4 =2.5 FADH 2呼 吸 鏈 ： （ 4+2） /4 =1.5 能 量 偶 聯(lián) 假 說 (Energy coupling hypothesis): ATP synthesis a.化 學(xué) 偶 聯(lián) 假 說 (Chem

10、ical coupling hypothesis) 1953, Edward Slater, 活 潑 的 高 能 共 價(jià) 中 間 物b.構(gòu) 象 偶 聯(lián) 假 說 (Conformational coupling hypothesis) 1964, Paul Boyer, Mt 內(nèi) 膜 蛋 白 質(zhì) 發(fā) 生 構(gòu) 象 變 化c. 化 學(xué) 滲 透 假 說 (Chemiosmotic hypothesis) 1961, Peter Mitchell, explains how ATP is synthesized by mitochondria as a result of protons pumped

11、during electron transport system (ETS).3.2.2氧 化 磷 酸 化 的 機(jī) 制 1） 電 子 傳 遞 的 自 由 能 形 成 了 主 動(dòng) 運(yùn) 輸 系 統(tǒng) (active transport system)。2） 這 一 系 統(tǒng) 有 H+泵 作 用 （ 由 內(nèi) 向 外 ） ； 造 成 線 粒 體 內(nèi) 膜 的 內(nèi) 、外 側(cè) 質(zhì) 子 濃 度 差 ， 形 成 了 跨 膜 電 位 差 。3） H +經(jīng) ATP合 酶 的 H+通 道 順 濃 度 梯 度 回 流 驅(qū) 動(dòng) ATP的 合 成 。 chemiosmotic hypothesis 復(fù)合體、 、有質(zhì)子泵作用！主

12、 要 論 點(diǎn) 是 底 物 氧 化 期 間 建 立 的 質(zhì) 子 濃 度 梯 度 提 供 了 驅(qū) 動(dòng) ADP和 Pi形成 ATP能 量 。 ATP合 酶 （ ATP synthase） 復(fù) 合 體, F1F0- ATPase 由 F1和 F0兩 個(gè) 主 要 單 元 構(gòu) 成 ， 主 要 功 能 是 催 化 ATP合 成 。F1（ 親 水 部 分 ） ： 亞 基 組 成 ： 3 3 。 亞 基 含 催 化 ATP合 成 的 活 性 中 心 作 用 ： 調(diào) 節(jié) 質(zhì) 子 流 動(dòng) 及 ATP的 合 成 F 0（ 疏 水 部 分 ） ： a1b2c 9 12亞 基 組 成 ， 含 跨 膜 H+通 道 。 存

13、在 寡 霉 素 敏 感 蛋 白 （ OSCP） ， 對(duì) 寡 霉 素 敏 感 ！ Movement of the protons through the Fo complex causes it to rotatePaul Boyer提 出 旋 轉(zhuǎn) 催 化 機(jī) 制 （ Rotational catalysis mechanism）質(zhì) 子 流 是 如 何 驅(qū) 動(dòng) ATP合 成 的 ？質(zhì) 子 的 作 用 并 不 是 合 成 ATP， 而 是 使 ATP從 酶 分 子 上 解 脫 下 來 。 當(dāng) H+順 濃 度 梯 度 經(jīng) F0中 a亞 基 和 c亞 基 之 間 回 流 時(shí) ， 亞基 發(fā) 生 旋 轉(zhuǎn)

14、， 3個(gè) 亞 基 的 構(gòu) 象 發(fā) 生 改 變 。O態(tài) ： 開 放 形 式 ， 對(duì) 底 物 的 親 和 力 較 低 ；L態(tài) ： 酶 與 底 物 的 結(jié) 合 較 松 弛 ， 對(duì) 底 物 沒 有 催 化 能 力 ；T態(tài) ： 與 底 物 結(jié) 合 緊 密 ， 并 有 催 化 活 性 。 2、 解 偶 聯(lián) 劑 （ uncouplers） ： 如 2,4-二 硝 基 苯 酚 （ DNP）作 用 ： 不 抑 制 電 子 傳 遞 ， 只 阻 斷 ADP磷 酸 化 成 ATP， 使 電 子 傳 遞和 ATP形 成 兩 過 程 分 離 。 甚 至 加 速 電 子 傳 遞 ， 促 進(jìn) 呼 吸 底 物 和 分子 氧 的

15、 消 耗 ， 但 不 形 成 ATP， 只 產(chǎn) 生 熱 量 。機(jī) 制 ： DNP為 脂 溶 性 ， 透 過 脂 膜 時(shí) 將 質(zhì) 子 帶 入 基 質(zhì) ， 破 壞 線 粒 體內(nèi) 膜 兩 側(cè) 的 電 化 學(xué) 梯 度 。3.2.3 氧 化 磷 酸 化 的 解 偶 聯(lián) 和 抑 制1、 電 子 傳 遞 抑 制 劑 （ 呼 吸 鏈 阻 斷 劑 ）作 用 ： 直 接 抑 制 了 電 子 傳 遞 鏈 上 載 體 的 電 子 傳 遞 和 分 子 氧 的 消 耗 ，因 為 代 謝 物 的 氧 化 受 阻 ， 偶 聯(lián) 磷 酸 化 就 無 法 進(jìn) 行 ， ATP的 生 成 隨 之減 少 。如 ： 魚 滕 酮 、 安 密

16、 妥 、 抗 霉 素 A、 氰 化 物 、 疊 氮 化 物 、 CO。 3、 離 子 載 體 抑 制 劑作 用 ： 將 一 價(jià) 陽 離 子 從 膜 間 隙 轉(zhuǎn) 移 到 線 粒 體 基 質(zhì) ， 降 低 內(nèi) 膜兩 側(cè) 的 電 位 差 ， 因 此 抑 制 ATP的 合 成 .如 : 纈 氨 霉 素 和 短 桿 菌 肽4、 氧 化 磷 酸 化 抑 制 劑 (質(zhì) 子 通 道 阻 斷 劑 )如 寡 霉 素 。作 用 ： 對(duì) 氧 的 利 用 和 ATP合 酶 均 有 抑 制 。 直 接 作 用 于 ATP合 酶 F 0亞 基 ， 間 接 抑 制 電 子 傳 遞 和 分 子 氧 的 消 耗 。 3.2.4 胞

17、 液 中 NADH的 氧 化 ：n 真 核 生 物 胞 液 中 底 物 脫 氫 生 成 的 NADH+H+在 細(xì) 胞 有 氧情 況 下 進(jìn) 入 線 粒 體 氧 化 并 產(chǎn) 生 ATP。n 胞 液 中 產(chǎn) 生 的 NADH +H+需 經(jīng) 2種 轉(zhuǎn) 運(yùn) 機(jī) 制 進(jìn) 入 線 粒 體 ，再 通 過 呼 吸 鏈 進(jìn) 行 氧 化 磷 酸 化 。 甘 油 - -磷 酸 穿 梭 蘋 果 酸 -天 冬 氨 酸 穿 梭 1）甘油-3-磷酸穿梭：特 點(diǎn) : 主 要 存 在 于 骨 骼 肌 和 神 經(jīng) 細(xì) 胞 。線 粒 體 內(nèi) 外 的 甘 油 - -磷 酸 脫 氫 酶 的 輔 酶 不 同 胞 液 -NAD+ 線 粒

18、體 -FAD經(jīng) 此 途 徑 每 1 NADH +H+氧 化 產(chǎn) 生 1.5ATP(2ATP)。2） 蘋 果 酸 -天 冬 氨 酸 穿 梭 ： 主 要 存 在 于 肝 、 腎 、 心 肌 組 織 中 。 n 蘋 果 酸 脫 氫 酶 的 輔 酶 是 NAD+; 經(jīng) 此 途 徑 每 1 NADH +H+氧 化 產(chǎn) 生 2.5ATP (3ATP)。 括 號(hào) 內(nèi) 為 老 算 法 復(fù)習(xí)思考題1、解釋名詞： 生物氧化、電子傳遞鏈或呼吸鏈、氧化磷酸化、 P/O比值、底物水平磷酸化、化學(xué)滲透學(xué)說。2、物質(zhì)在體內(nèi)和體外氧化有何異同？3、何謂電子傳遞鏈？試述其組成和排列順序。4、試述ATP的生成方式、過程以及ATP的利用方式。 5、何謂穿梭系統(tǒng)？體內(nèi)有哪些穿梭系統(tǒng)？各有何作用？6、電子傳遞抑制劑、解偶聯(lián)劑、氧化磷酸化抑制劑有何不同？代表性化合物各有哪些？7、有哪些方法可證明氧化磷酸化的偶聯(lián)部位。8、維生素在生物氧化中有哪些作用？