第七章生物氧化(biologicaloxidation)

1、Chapter 07 Biological Oxidation *For all materails from website and other references, the copyright belongs to the original author,Section 1 decarboxylation (脫羧基作用),direct decarb

2、oxylation(直接脫羧基作用)oxidative decarboxylation(氧化脫羧基作用),1. direct decarboxylation,2. oxidative decarboxylation,Section 2 Electron Transport and Oxidative Phosphorylation,Electron transport and oxidative phosphorylation re

3、-oxidize NADH and FADH2 and trap the energy released as ATP.In eukaryotes, electron transport and oxidative phosphorylation occur in the inner membrane of mitochondria whereas in prokaryotes the process occurs in the pl

4、asma membrane.,Electrons,Dehydrogenase (脫氫酶); 使代謝物的氫活化、脫落，并將之傳遞給其他受氫體或傳遞體。Oxidase (氧化酶); 在生物氧化中，以氧直接為受氫體的氧化還原酶類稱為氧化酶。Oxigendase (加氧酶); 催化加氧反應(yīng)的酶。Carrier (傳遞體). 生物氧化過程中起著中間傳遞氫或電子作用的物質(zhì)，它們既不能使代謝物脫氫，也不能使氫

5、活化。,Enzymes in biological oxidation,Dehydrogenase(FMN co-enzyme)以黃素核苷酸為輔基的脫氫酶,Dehydrogenase(NAD co-enzyme)以煙酰胺核苷酸為輔基的脫氫酶,Oxidase (氧化酶),Respiratory Chain(呼吸鏈)：由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應(yīng)的酶系統(tǒng)組成的這種代謝途徑一般稱為生物氧化還原鏈，如果受氫體是氧，則稱為呼吸鏈(Resp

6、iratory Chain),Biologcial oxidation system in mitochondria,至今發(fā)現(xiàn)構(gòu)成呼吸鏈的組成成分有20多種，可分為5類：以NAD或NADP為輔酶的脫氫酶；以FMN或FAD為輔酶的黃素酶；鐵硫蛋白(iron-sulfur protein)：存在于線粒體內(nèi)膜上與傳遞電子有關(guān)的蛋白質(zhì);輔酶Q(CoQ)：它是呼吸鏈中的一種遞氫體；細(xì)胞色素(Cytochrome 簡(jiǎn)寫為Cyt)：屬于色

7、蛋白的結(jié)合蛋白，其輔基是含鐵卟啉的衍生物。,Constituents of respiratory chain,鐵硫蛋白(Iron-sulfur protin),輔酶Q(CoQ),細(xì)胞色素(Cytochrom),NADP在線粒體外生成,主要用于合成代謝，線粒體少量生成的NADP，它在轉(zhuǎn)氫酶的作用下將氫先轉(zhuǎn)給NAD。,呼吸鏈中各組分的排列順序,細(xì)胞色素體系,琥珀酸氧化呼吸鏈,線粒體中某些底物氧化的呼吸鏈,Biological oxid

8、ation system outside Mitochondria,微粒體或過氧化體中的氧化體系、高等植物中的一些氧化體系屬非線粒體氧化體系,微粒體加氧氧化體系,過氧化體氧化體系,呼吸鏈末端過氧化氫的生成,過氧化氫的處理和利用,ATP是細(xì)胞中重要的高能化合物,是產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)重要的能量介質(zhì);ATP+H20?ADP+Pi ?G0’=-30.5kJ/molADP+H20?AMP+Pi ?G0’=-30.5kJ/mol作為磷

9、酸基團(tuán)供體參與磷酸化反應(yīng);葡萄糖+ATP ----?葡萄糖-6-磷酸+ADPATP參加高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的反應(yīng).肌酸+ATP ----?磷酸肌酸(一種高能化合物)+ADP,高能磷酸鍵的生成機(jī)制,氧化磷酸化作用：代謝物的氧化脫氫作用與ADP的磷酸化相偶聯(lián)而生成ATP的過程。 根據(jù)是否需要氧分子參加，又可分為呼吸鏈磷酸化和底物水平磷酸化。非氧化磷酸化：這種磷酸化既沒有氧參加反應(yīng)，也沒有脫氫。,呼吸鏈磷酸化,標(biāo)準(zhǔn)電極電位NAD+/NA

10、DH+H+：E0’＝-0.32VFMN/FMNH2：E0’＝-0.03V NADH→FMN：?G0’=-nF ?E0’=-2x23.063x[(-0.03)-(-0.32) ] x4.184=-55.6(kJ/mol)Cytb→Cytc： ?G0’=-34.7 (kJ/mol)Cytaa3→O2： ?G0’=-102.1(kJ/mol),氧化與磷酸化的偶聯(lián)部位,底物磷酸化,氧化磷酸化的機(jī)制,←NAD-,Pr

11、oblem : Acidity During Electron Transport,What cellular compartment becomes acidic (high concentration of hydrogen ions) during mitochondrial electron transport? A. Mitochondrial stroma B. Cytoplasm C. Endoplasmic re

12、ticulum D. Space between inner and outer mitochondrial membranes E. Thylakoid membranes,Problem: Dinitrophenol[二硝基酚],Dinitrophenol is an uncoupler, or has the ability to separate the flow of electrons and the pumping o

13、f H+ ions for ATP synthesis. This means that the energy from electron transfer cannot be used for ATP synthesis. 50 yrs ago, DNP was given as a drug to help patients lose weight. Why does this work? Why would this be dan

14、gerous? A. Uncoupling the electron transport chain would inhibit fermentation and decrease ATP production, a potentially dangerous situation. B. If electron transport doesn't produce ATP, then much more sugar mu

15、st be metabolized for energy needs. Very low production of ATP would be lethal.,Problem :Effect of pH on Mitochondria,If you isolate mitochondria and place them in buffer with a low pH they begin to manufacture ATP. Why

16、? A. Low pH increases the concentration of base causing mitochondria to pump out H+ to the inter membrane space leading to ATP production. B. The high external acid concentration causes an increase in H+ in the inter m

17、embrane space leading to increased ATP production by ATP synthetase. C. Low pH increases the acid concentration in the mitochondrial matrix, a condition that normally causes ATP production. D. Low pH increases the OH

18、- concentration in the matrix resulting in ATP production by ATP synthetase.,Answer,B. The high external acid concentration causes an increase in H+ in the inter membrane space leading to increased ATP production by ATP

19、 synthetase. Mitochondrial production of ATP requires a concentration gradient of H+, with a high concentration at the inter membrane space and a low concentration in the matrix. The inner membrane is impermeable to H+,

20、 but the outer membrane of the mitochondria will allow H+ to pass through. Thus, placing mitochondria in a low pH buffer produces a H+ gradient that can generate ATP through ATP synthetase.,線粒體外的氧化磷酸化,線粒體外的氧化磷酸化,線粒體外的氧化磷

21、酸化,線粒體(呼吸鏈)與疾病,補(bǔ)充材料:,線粒體與腫瘤,腫瘤細(xì)胞線粒體氧化供能降低呼吸鏈上ＦＭＮ，ＣoQ含量下降　　原因：腫瘤細(xì)胞線粒體腫脹，內(nèi)膜缺損等結(jié)構(gòu)改變－－－導(dǎo)致電子傳遞功能下降,缺血性損傷,缺血時(shí)：　細(xì)胞內(nèi)ATP下降到０　　　　　?。ㄍǔＴ谝环昼妰?nèi)）　結(jié)　果：　線粒體失去控制；　　　　　　３０分鐘以上，內(nèi)膜結(jié)構(gòu)和功能　　　　　　　發(fā)生變化，呼吸鏈破壞，導(dǎo)致細(xì)　　　　　　胞死亡．,,線粒體DNA突變（mito

22、chondira DNA, mt DNA),線粒體腦肌病　　mtDNA 3243 A-G肌陣攣性癲癇　　mtDNA 8344 A-G------線粒體蛋白質(zhì)合成障礙，復(fù)合體I 和IV合成下降．線粒體肌病　　mtDNA 3260 A-G 肥厚性心肌病 復(fù)合體I 和ＩＶ缺損程度和mtDNA突變程度成正比,,感覺性耳聾：　氨基甙類抗生素導(dǎo)致的耳聾　mtDNA 突變藥物毒物對(duì)呼吸鏈的影響　一些生物制品的作用機(jī)制

23、?。保缺?，甲狀腺素－蛋白質(zhì)合成增加　２．生長(zhǎng)素，胰島素，催產(chǎn)素－－mt膨大?。常杌?，疊氮鈉－－－mt形態(tài)改變?。矗寤义V－－抑制mtDNA 復(fù)制mtRNA 合成,,生物氧化理論在藥物治療中的應(yīng)用?。保?xì)胞色素C 應(yīng)用范圍：組織缺氧的急救藥和輔助用藥如：CO中毒，新生兒窒息，高山缺氧，肺功能不全，心肌炎，心絞痛等．?。玻o酶Q: 肌肉萎縮,牙周病,高血壓,腫瘤等 3. 輔酶I: 進(jìn)行性肌肉萎縮

24、和肝臟疾病,線粒體疾病的總結(jié)和展望,補(bǔ)充療法　添加呼吸鏈上所需要的輔酶選擇療法　加藥物排斥突變的線粒體基因治療線粒體移植,選擇題練習(xí)生物氧化,,1. 呼吸鏈存在于（ ）,A 細(xì)胞膜 B 線粒體外膜 C 線粒體內(nèi)膜 D 微粒體E 過氧化物酶體,,2. 下列哪種物質(zhì)不是NADH氧化呼吸鏈的組分？,A. FMN B. FAD C. 泛醌 D. 鐵硫蛋白 E. 細(xì)胞色素c,,3. ATP生成的主要方式

25、是（ ）,A 肌酸磷酸化 B 氧化磷酸化 C 糖的磷酸化 D 底物水平磷酸化E 高能化合物之間的轉(zhuǎn)化,,4 由琥珀酸脫下的一對(duì)氫，經(jīng)呼吸鏈氧化可產(chǎn)生（ ）分子ATP,A 1B 2C 3D 4E 0,,5 下例關(guān)于高能磷酸鍵的敘述，正確的是（ ）,A 所有高能鍵都是磷酸鍵B 高能磷酸鍵只存在于ATPC 高能磷酸鍵僅在呼吸鏈中偶聯(lián)D 有ATP參與的反應(yīng)也可逆向進(jìn)行E 所有的生化

26、轉(zhuǎn)變都需要ATP參與,,6. 下列哪種酶以氧為受氫體催化底物氧化生成水？,A 丙酮酸脫氫酶 B 琥珀酸脫氫酶 C 黃嘌呤氧化酶D 細(xì)胞色素c氧化酶E SOD,,7. 關(guān)于線粒體內(nèi)膜外H+濃度敘述正確的是( ),A 濃度高于線粒體內(nèi)B 濃度低于線粒體內(nèi)C 可自由進(jìn)入線粒體D 進(jìn)入線粒體需主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)E 進(jìn)入線粒體需載體轉(zhuǎn)運(yùn),,8. 參與呼吸鏈電子傳遞的金屬離子是( ),A 鐵離子B 鈷離子C 鎂離子D

27、 鋅離子E 以上都不是,,9. 呼吸鏈中,不具有質(zhì)子泵功能的是( ),A 復(fù)合體ⅠB 復(fù)合體ⅡC 復(fù)合體ⅢD 復(fù)合體ⅣE 以上都不是,,10. 關(guān)于超氧化物歧化酶,哪項(xiàng)是不正確的( ),A 可催化產(chǎn)生超氧離子B 可消除超氧離子C 可催化產(chǎn)生過氧花氫D 含金屬離子輔基E 存在于胞液和線粒體中,,11. Except iron, Cyt aa3 contain ( ) ion.,A ZnB

28、 MgC CuD MnE K,,12. Which one can be inhibited by CO in respiratory chain ?,A FADB FMNC Fe-SD Cyt aa3E Cyt c,,13. Which one is uncoupler?,A COB piericidin AC KCND 2,4-dinitrophenol

29、E H2S,,14. The right electron tansferation sequence is ( ),A b→c→c1→aa3→O2B c1→c→b→aa3→O2C c→c1→b→aa3→O2D c→b→c1→aa3→O2E b→c1→c→aa3→O2,,15. 關(guān)于ATP合成酶，敘述正確的是（ ）,A 位于線粒體內(nèi)膜，又稱復(fù)合體ⅤB 由F1和F0兩部分組成C F0是質(zhì)子通道

30、D 生成ATP的催化部位在F1的?亞基上E F1呈疏水性，嵌在線粒體內(nèi)膜中,,16. 關(guān)于輔酶Q, 哪些敘述是正確的?,A 是一種水溶性化合物B 其屬醌類化合物C 可在線粒體內(nèi)膜中迅速擴(kuò)散D 不參與呼吸鏈復(fù)合體E 是NADH呼吸鏈與琥珀酸呼吸鏈的交匯點(diǎn),,,17. 關(guān)于細(xì)胞色素,敘述正確的是( ),A 均以鐵卟啉為輔基B 有色C 均為電子傳遞體D 均可被氰化物抑制E 本質(zhì)是蛋白質(zhì),,,18. 下列物質(zhì)

31、屬于高能化合物的是（ ）,A 乙酰輔酶AB GTPC 磷酸肌酸D 磷酸二羥丙酮E 磷酸烯醇式丙酮酸,,19. Which make Fe-S as prosthetic group in the respiratory chain?,A Complex ⅠB Complex ⅡC Complex ⅢD Complex ⅣE Cyt c,,,,20. Where does the phosphory