生物氧化 浙江大学生物化学及实验(丙)课件

•电子传递过程：电子从NADH/FADH2到。2的过程。 ♦复合物I： NADH-CoQ氧化还原酶，又称泛醍氧化还原 酶。是一
个由42条多肽链组成的大的酶复合物。其中包含 FMN黄素蛋白和 至少6个铁硫中心。
膜内空间
IVIatriic， (z
》基质 side
电子走向：NADHTFMNTFC-STCOQ 每传递
CHa
coordinated with a central Fe ion, either Fe2 * or Fe”. Iron protoporphyrin IX is found in b-type cytochromes and in
CHa
CH2CH2COO_
hemoglobin and myoglobin (see Fig. 4-16). Heme c is covalently bound to the protein of cytochrome c through thioether bonds to two Cys residues. Heme a, found in a-type
第七章生物氧化
•生物氧化的概念 '电子传递链、氧化磷酸化
一、生物氧化：是指糖类、脂类和蛋白质等在生物细胞内进 行的一系
列的氧化分解作用，生成H2O和CO2,同时释放能 量的过程。又称细
胞呼吸或组织呼吸。
-生物氧化是在细胞内进行的，条件温和。 •生物氧化的所有反应都是在酶催化下完成的，所产生的能 量是逐
在形式，氧化 型、半醍型和还原型。
H3CO
Coenzyme QH • or ubise miquinone (radical or semiquinone form)
IH-)
Coenzyme QH2 or ubiquinol (reduced or hydroquinone form)
♦细胞色素C：是一类含铁卟啉（血红素）辅基的蛋白质。根 据其吸收光谱的不同，可分为a,b,c三类。
CH2—COOHO—C—COCT
CH2—COO~ Citrate
malate
aconitase
Dehydration H2O
COO-
Malate
HO—CH CH2 COO-
⑦ Hydration
fumarase
H2O Fumarate
COOCH II HC
COO-
FADH2
succinate dehydrogenase
C o、
H C=
N c
H
NAD+
Figure 14-5 Essential Cell Biology 3/e (© Garland Science 2010)
two electrons to electrontransport chain in membrane
♦黄素蛋白：是指一些以黄素核昔酸FMN或FAD为辅基的酶
步释放的。
•生物氧化的所产生的能量首先转移到一些高能化合物中。
•生物氧化的三个阶段
Amino acids
FatXy acids
dxacose
电子传递和氧化磷酸化
JVDP -+- P. ATP
乙酰CoA的氧化
Stage 3 Electron t.ransfei-smd oxidative
•生物氧化的场所：线粒体是真核生物生物氧化的场所。线 粒体有两层
CH2
产—8。一
CO2
CH2
c—COOJபைடு நூலகம்
o
II
a-Ketoglutarate
C—S-CoA
II
o
Succinyl-CoA
CoA-SH
CO2
④
Oxidative
decarboxylation
二、电子传递链：又称为呼吸链。是由存在于线粒体内膜上 的一系列能接受氢或电子的中间传递体组成。
•电子传递链的组成成分
Intermembrane space. This space contains several enzymes that use the ATP passing out of the matrix to phosphorylate other nucleotides.
^wes (chain of electron carriers)
「- 、 顷 血 1-1
upi「L : ct r
红 FIGURE 19-3 Prosthetic groups of cytochromes. Each group
consists of four five-membered, nitrogen-containing rings in a
OH
cyclic structure called a porphynn. The four nitrogen atoms are
NADH
CH2—COOC—COO-
II
C—COO~
H
aconitase
cis-Aconitate
H2O
@)
Hydration
CH2—COO 一 H—C—COO 一
HO—C—COCT
Isocitrate
H
isocitrate dehydrogenase
③.
Oxidative decarboxylation
代谢物 已氧化代谢物
FMN/FAD
FMNH2/FADH2
FMN II -»( nt* <1 u cc<l or hy<1 roq u i n o n c form )
♦铁硫蛋白：是指蛋白中Fe原子与无机S和/或蛋白质Cys残基 的s原子 相连形成Fe-S中心。最简单的Fe-S中心是单个Fe与4 个Cys的-SH相
F^osphatidylethanolamine
2.
3.细
Succinate
琥珀酸kfl
succinate dehydrogenas
琥珀酸脱氢酶
是柠檬酸循环中唯个 镶嵌 在线粒体内膜上的酶
Matrix (N side) Hen*
基质
Ubiquinone
Fe-S centers
Substrate
binding WR*? site
♦烟酰胺腺嘌吟核苷酸NAD+ :是许多脱氢酶的辅酶。
two high-energy electrons from sugar oxidation
unstable isomer
H HH
O H
* C
CC
H
HX
C
CH
ELECTRON DONATION
A
NADH
hydride ion H：
BOND REARRANGEMENT
c2 +o o/ S c O %c - o A IH3 Accetyl-CoA
= -33.4 keJ/mol
⑥
Dehydrogenation
①
Condensation
Acetyl-CoA
o
II
—CC—HS3-CoA
H2O
CoA-SH
o=c—cocr
CH2—COO-
Oxaloacetate
citrate synthase
+ Pi
Mitochondrion (electrochemical
transducer)
Muscle contraction (mechanical work)
葡萄糖 + 2 ADP + 2Pi+ 2NAD+一 2 丙酮酸 + 2ATP + 2H2O +(2NADH)+ 2H+
\ co —/ c — Pycruvate
连。
Fe3++e
Protein
Protein
♦辅酶Q:又称泛醌，脂溶性醍类 化合物，H3CO
CH氧化型
3 CH3
有一个长的异戊二烯侧 链。是电子传 递链中唯一的非蛋 白成分。有三种存
H3CO
(CH2—CH = C—CH2)nH
Isoprenoid units
Coenzyme Q (CoQ) or ubiquinone (oxidized or quinone form)
Inner membrane. Folded into numerous cristae, the inner membrane contains proteins that carry out the oxidation reactions of the electron-transport chain and the ATP synthase that makes ATP in the matrix.
Energy is generated via electron flow both in a battery and in a cell!
Food reduced compounds)
。2
****
'high reduction potential)
Chain of electron carriers in membrane
膜结构。外膜outer membrane可允许小分子 (Mr<5000)和离子自 由通过。内膜inner membrane只允许
在内膜上有特异通道的物质通过，对大部分的小分子及离 子不通透。
外膜
Outer membrane ---- Inner membrane
内膜
-Cristae -Matrix
基质
Fatty acyl—CoA
C FAD嵐
!<ADH
Fe-S
Complex
II
y
Complex I
Complex III
2 H・♦ V2 02
Cyt c —► a Cyt —► Cyt
a3
Complex IV
Electron transport
♦复合物小：CoQ-细胞色素C氧化还原酶
Rough endoplasmic reticulum
(b)
基质：指位于线粒体内膜包围空间内的液体。里面含有大量的酶，如 丙酮酸氧
化、脂肪酸氧化、柠檬酸循环和氨基酸氧化所需的酶。
内膜：向内折叠为多个嶠。内膜上镶嵌有电子传递链相关蛋白和ATP 合成
酶。
膜内空间：为线粒体内膜和外膜之间的空间。
Matrix. This space contains a highly concentrated mixture of hundreds of enzymes, including those required for the oxidation of pyruvate and fatty acids and for the citric acid cycle.
cytochromes, has a long isoprenoid tail attached to one of the
血红素
CHO 'CH2CH2COO Heme A
(in a-type cytochromes)
five-membered rings. The conjugated double-bond 珅 stem (shaded pink) of the porphyrin ring accounts for the absoeption of visible light by these hemes.
Interlocking gears (coupHng device)
Battery (two leal species of
different reduction
potential)
Motor (energy transducer)
(a)
Weight being lifted (mechanical work)
两个电子，伴随着4个H+的泵出
Mitochondrion
♦复合物口：琥珀酸-C。Q氧化还原酶，不仅是电子传递链成 分，还是
柠檬酸循环中催化琥珀酸脱氢的酶。 电子走向：琥珀酸FADH2-Fe-S—Cytbs60CoQ
COO-
1.琥
FAD
FA
显 亠 Intermembrane 膜内全间 ms"
space
Dehydrogenation
CH2—coo一
CH2
coo-
Succinate CoA-SH
succinyl-CoA synthetase
GTP (ATP)
⑥
Substrate-level phosphorylation
GDP (ADP)
+R
\a-ketoglutarate dehydrogenase \ complex CH2—COO~
Outer membrane. Because it contains a large channel-forming protein (called porin), the outer membrane is permeable to all molecules of 5000 daltons or less.
CH?—CH
、 CH；
CH=CH.,
N
CHI
N—Fe—N
Cys—S CHyCH
S—Cys CHCH
CH：1
__
CH2CH2COO
CII2CIl2COO-
血红素
CH3 CH2CH2COO Iron protoporphyrin IX
(in 6-type cytochromes)
CH2CHUCOO
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