王鏡巖生化 生物氧化PPT課件

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1、2、G是判斷一個(gè)過程能否自發(fā)進(jìn)行的根據(jù)G0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，必須供給能量。G=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。一個(gè)放熱反應(yīng)(或吸熱反應(yīng))的總熱量的變化（H），不能作為此反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)，只有自由能的變化才是唯一準(zhǔn)確的指標(biāo)。G0僅是反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的必要條件，有的反應(yīng)還需催化劑才能進(jìn)行，催化劑（酶）只能催化自由能變化為負(fù)值的反應(yīng)，如果一個(gè)反應(yīng)的自由能變化為正值，酶也無(wú)能為力。當(dāng)G為正值時(shí)，反應(yīng)體系為吸能反應(yīng)，此時(shí)只有與放能反應(yīng)相偶聯(lián)，反應(yīng)才能進(jìn)行。 第1頁(yè)/共22頁(yè)二、標(biāo)準(zhǔn)自由能變化及其與化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系aA+bB cC+dD標(biāo)準(zhǔn)自由內(nèi)能變化：在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下的自由能變化，用G表示。標(biāo)準(zhǔn)條件

2、：25，參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度都是1molL（氣體則是1大氣壓）。若同時(shí)定義pH =7.0，則標(biāo)準(zhǔn)自由能變化用G表示。對(duì)于一個(gè)溶液中的化學(xué)反應(yīng)： aA bB cC + dD badcBADCRTGln G /第2頁(yè)/共22頁(yè)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，G = 0 /log303. 2lnlnKKRTBADCRTGbadcK/是化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，因此，G/ 也是一個(gè)常數(shù)。 對(duì)于一個(gè)溶液中的化學(xué)反應(yīng)： aA bB cC + dD badcBADCRTGln G /第3頁(yè)/共22頁(yè)常見物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能G已經(jīng)列在各種化學(xué)手冊(cè)中，可以根據(jù)G= -RT lnK的公式求出平衡常數(shù)K。P15 舉例說(shuō)明如何用K/求出

3、G o / 和G從例子可以看出G o / 和G實(shí)際上是兩個(gè)不同條件下的自由能變化值。 （1） G o /是標(biāo)準(zhǔn)條件下的自由能變化，既反應(yīng)物A、B、C、D的起始濃度都為1mol/L，溫度為25，pH=7.0時(shí)的G。每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都有其特定的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化（既G o /），是一個(gè)固定值，G是任意給定條件下的自由能變化，它是反應(yīng)物A、B、C、D的起始濃度、溫度、pH的狀態(tài)函數(shù)，在一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)中，自由能總是在降低，G總是負(fù)值，隨著反應(yīng)向平衡點(diǎn)的趨近，G的絕對(duì)值逐漸縮小，直到為0。 （2）從G o / = -RT lnK/，可以求出K/及G o /，根據(jù)G o /、G 與K/可以判斷任何條件下

4、反應(yīng)進(jìn)行的方向及程度。第4頁(yè)/共22頁(yè)三、自由能變化的可加和性。在偶聯(lián)的幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，自由能的總變化等于每一步反應(yīng)自由能變化的總和。例如：Glc+ATPG6P+ADP（總反應(yīng)）第一步，Glc+PiG6P+H2O,此反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。第二步，ATP+H2OADP+Pi總反應(yīng)：Glc+ATPG6P+ADP.因此，一個(gè)熱力學(xué)上不能進(jìn)行的反應(yīng)，可與其它反應(yīng)偶聯(lián)，驅(qū)動(dòng)整個(gè)反應(yīng)進(jìn)行。此類反應(yīng)在生物體內(nèi)是很普遍的。 第5頁(yè)/共22頁(yè)第6頁(yè)/共22頁(yè)四、高能磷酸化合物高能化合物：水解時(shí)釋放5000卡/mol及以上自由能的化合物。高 能 磷 酸 化 合 物 ： 水 解 每 摩 爾 磷 酸 基 能 釋 放500

5、0cal以上能量的磷酸化合物。P21 表10-2 某些磷酸化合物水解時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化。第7頁(yè)/共22頁(yè)（一）（一）高能化合物的類型高能化合物的類型 P18191、磷氧鍵型。（1）、?；姿峄衔?。3磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氨甲酰磷酸，酰基腺苷酸，氨酰腺苷酸。（2）、焦磷酸化合物。無(wú)機(jī)焦磷酸，ATP，ADP（3）、烯醇式磷酸化合物。磷酸烯醇式丙酮酸。2、氮磷鍵型。磷酸肌酸，磷酸精氨酸。3、硫酯鍵型。3一磷酸腺苷一5一磷酰硫酸，?；o酶A。4、甲硫鍵型。S一腺苷甲硫氨酸。第8頁(yè)/共22頁(yè)（二）（二）ATP的特殊的作用。的特殊的作用。1、是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)的化學(xué)偶聯(lián)劑。2、在磷酸基轉(zhuǎn)移中

6、的作用。Glc進(jìn)入血液中，唯一出路是磷酸化。G-6-P是Glc的一種活化形式。已糖激酶催化：Glc+ATPG-6-P+ADP。3一磷酸甘油是甘油的活化形式，能參與脂肪合成。甘油激酶：甘油+ATP3一磷酸甘油+ADP。（三）三）磷酸肌酸、磷酸精氨酸的儲(chǔ)能作用磷酸肌酸、磷酸精氨酸的儲(chǔ)能作用 P23磷酸肌酸是易興奮組織（如肌肉、腦、神經(jīng)）唯一的能起暫時(shí)儲(chǔ)能作用的物質(zhì)。磷酸精氨酸是無(wú)脊椎動(dòng)物肌肉中的儲(chǔ)能物質(zhì) 第9頁(yè)/共22頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 生物氧化、氧化電子傳遞鏈和生物氧化、氧化電子傳遞鏈和氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用一、生物氧化的概念和特點(diǎn)。糖，脂，蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解，生成CO2，H

7、2O并釋放出能量，這個(gè)過程稱生物氧化。生物氧化是需氧細(xì)胞呼吸代謝過程中的一系列氧化還原作用，又稱細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。特點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，多步反應(yīng)，逐步放能。生物氧化在活細(xì)胞中進(jìn)行，pH中性，反應(yīng)條件溫和，一系列酶和電子傳遞體參與氧化過程，逐步氧化，逐步釋放能量，轉(zhuǎn)化成ATP。真核細(xì)胞，生物氧化多在線粒體內(nèi)進(jìn)行，在不含線粒體的原核細(xì)胞中，生物氧化在細(xì)胞膜上進(jìn)行。 第10頁(yè)/共22頁(yè)圖示：生物氧化的三階段 第一階段：多糖，脂，蛋白質(zhì)等分解為構(gòu)造單位單糖、甘油與脂肪酸、氨基酸，該階段幾乎不釋放化學(xué)能。第二階段：構(gòu)造單位經(jīng)糖酵解、脂肪酸氧化、氨基酸氧化等各自的降解途徑分解為丙酮酸、乙酰CoA等少數(shù)幾種

8、共同的中間代謝物物，這些共同的中間代謝物在不同種類物質(zhì)的代謝間起著樞紐作用。該階段釋放少量的能量。第三階段：丙酮酸、乙酰CoA等經(jīng)過三羧酸循環(huán)徹底氧化為CO2、H2O。釋放大量的能量。在第二、第三階段中，氧化脫下的電子（H）經(jīng)過一個(gè)氧化的電子傳遞過程（氧化電子傳遞鏈）最終傳給O2，并生成ATP，以這種方式生成ATP的作用稱為氧化磷酸化作用，它是一種很重要的將生物氧化和能量生成相偶連的機(jī)制。生物氧化的終產(chǎn)物是CO2和H2O，CO2的形成是通過三羧酸循環(huán)過程，H2O則是在電子傳遞過程的最后階段生成。 第11頁(yè)/共22頁(yè)二、氧化電子傳遞過程生物氧化過程中形成的還原型輔酶（NADH和FADH2），通過

9、電子傳遞途徑，使其重新氧化，此過程稱為電子傳遞過程。在電子傳遞過程中，還原型輔酶中的氫以負(fù)質(zhì)子（H- ）形式脫下，其電子經(jīng)一系列的電子傳遞體（電子傳遞鏈）轉(zhuǎn)移，最后轉(zhuǎn)移到分子氧上，質(zhì)子和離子型氧結(jié)合生成H2O。 第12頁(yè)/共22頁(yè)三、氧化電子傳遞鏈P57圖12-2由NADH到O2的氧化電子傳遞鏈主要包括FMN、輔酶Q（CoQ）、細(xì)胞色素b、c1、c、a,a3及一些鐵硫蛋白。氧化電子傳遞鏈位于原核生物的質(zhì)膜上，真核生物中位于線粒體的內(nèi)膜上。電子載體的標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)能G o /是逐步下降的，電子沿著電勢(shì)升高的方向流動(dòng)。其中有三個(gè)部位的勢(shì)能落差G較大，足以形成ATP。這三個(gè)部位正好是氧化磷酸化部位（ ADP

10、磷酸化需要的自由能=7.3Kal/mol. ）。細(xì)胞內(nèi)供能物質(zhì)的徹底氧化產(chǎn)物是CO2、H2O其中CO2主要是在三羥酸循環(huán)中產(chǎn)生，水是在電子傳遞過程的最后階段產(chǎn)生。 第13頁(yè)/共22頁(yè)四、電子傳遞鏈的酶和電子載體呼吸鏈中的電子載體都是和蛋白質(zhì)結(jié)合存在（包括NAD+、FMN、鐵硫中心、細(xì)胞色素）。這些蛋白質(zhì)大都是水不溶性的，嵌在線粒體的內(nèi)膜上。NAD+是許多脫氫酶的輔酶，F(xiàn)MN是NADH脫氫酶的輔酶。1、NAD+和NADP+脫氫酶分別與NAD+或NADP+結(jié)合，催化底物脫氫，這類酶稱為與NAD（P）相關(guān)的脫氫酶，多數(shù)脫氫酶以NAD+為輔酶，少數(shù)以NADP+為輔酶（如G-6-P脫氫酶）少數(shù)酶能以NA

11、D+或NADP+兩種輔酶（Glu脫氫酶）。第14頁(yè)/共22頁(yè)2、NADH脫氫酶以及其它黃素蛋白酶類NADH脫氫酶含F(xiàn)MN輔基，鐵-硫中心。鐵硫中心鐵的價(jià)態(tài)變化（Fe3+Fe2+）可以將電子從FMN輔基上轉(zhuǎn)移到呼吸鏈下一成員輔酶Q上。含有核黃素輔基的酶還包括琥珀酸脫氫酶、脂酰CoA脫氫酶等。3、輔酶Q（泛醌）電子傳遞鏈上唯一的非蛋白質(zhì)成分。輔酶Q在線粒體中有兩種存在形式：膜結(jié)合型、游離型。輔酶Q不僅可以接受FMN上的氫（NADH脫氫酶），還可以接受線粒體FADH2上的氫（如琥珀酸脫氫酶、脂酰CoA脫氫酶以及其它黃素酶類）。第15頁(yè)/共22頁(yè)4、細(xì)胞色素類。細(xì)胞色素類是含鐵的電子傳遞體，鐵原子處于

12、卟啉的結(jié)構(gòu)中心，構(gòu)成血紅素。細(xì)胞色素類是呼吸鏈中將電子從輔酶Q傳遞到O2的專一酶類。線粒體的電子傳遞鏈至少含有5種不同的細(xì)胞色素：b、c、c1、.a、a3.細(xì)胞色素b有兩種存在形式：b562、b566細(xì)胞色素c是唯一可溶性的細(xì)胞色素，同源性很強(qiáng)，可作為生物系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系的一個(gè)指標(biāo)。細(xì)胞色素a、a3是以復(fù)合物的形式存在，又稱細(xì)胞色素氧化酶，將電子從細(xì)胞色素c傳到分子O2 。 第16頁(yè)/共22頁(yè)五、電子傳遞抑制劑阻斷呼吸鏈中某一部位的電子傳遞。1、魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素都可阻斷電子由NADH向CoQ傳遞。2、抗霉素A抑制電子從細(xì)胞色素b向細(xì)胞色素c1傳遞3、氰化物、硫化氫、疊氮化物、CO等。阻斷

13、電子從細(xì)胞色素aa3 向O2傳遞 第17頁(yè)/共22頁(yè)六、氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用：電子沿著氧化電子傳遞鏈傳遞的過程中所伴隨的將ADP磷酸化為ATP的作用，或者說(shuō)是ATP的生成與氧化電子傳遞鏈相偶聯(lián)的磷酸化作用。底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接與一個(gè)代謝中間物（如PEP）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。1、方程式：N A D P + H+ 3 A D P + 3 P i + 1 / 2 O2 NAD+3H2O+3ATP三個(gè)ATP的形成獲取了呼吸鏈中電子由NADH傳遞至氧所產(chǎn)生的全部自由能的42%。（21.9/52.7100%）。第18頁(yè)/共

14、22頁(yè)2、幾個(gè)概念：（1）、P/O比一對(duì)電子通過呼吸鏈傳至氧所產(chǎn)生的ATP的分子數(shù)。NADH3ATP，F(xiàn)ADH22ATP（2）、ATP生成部位：三個(gè)部位由三個(gè)酶復(fù)合體催化：部位：NADP與CoQ之間，NADH脫氫酶。部位：CoQ與CytC之間，CytC還原酶。部位：Cyta與O2之間，CytC氧化酶。第19頁(yè)/共22頁(yè)（3）、呼吸控制ADP作為關(guān)鍵物質(zhì)，對(duì)氧化磷酸化的調(diào)節(jié)作用稱為呼吸控制。（4）、解偶聯(lián)劑，（2.4硝基苯酚）電子傳遞過程和ATP形成過程相分離，電子傳遞仍可進(jìn)行，但不能形成ATP。（5）、氧化磷酸化抑制劑：抑制O2的利用和ATP的形成。 第20頁(yè)/共22頁(yè)七、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理 P71圖124，跨膜質(zhì)子移動(dòng)示意圖 化學(xué)滲透假說(shuō) 第21頁(yè)/共22頁(yè)感謝您的觀看！第22頁(yè)/共22頁(yè)