糖代谢生物氧化医学知识培训课件.ppt

1、糖代谢生物氧化医学知识掌握能斯特方程及相关计算。掌握能斯特方程及相关计算。掌握生物氧化、电子传递链、氧化磷掌握生物氧化、电子传递链、氧化磷酸化、酸化、P/O比等概念。比等概念。掌握线粒体电子传递体系的组成、电掌握线粒体电子传递体系的组成、电子传递机理和氧化磷酸化机理。子传递机理和氧化磷酸化机理。掌握化学渗透理论的要点，以及电子掌握化学渗透理论的要点，以及电子传递是如何与传递是如何与ADPADP的磷酸化相偶联的。的磷酸化相偶联的。熟悉细胞溶胶中的熟悉细胞溶胶中的NADHNADH的再氧化途径的再氧化途径糖代谢生物氧化医学知识2能斯特方程能斯特方程：En E0+RT/nF lne受体受体a/e供体供

2、体b G0nFE 0 RT 0 =E 0 lnKeq n释放出的自由能释放出的自由能膜间隙膜间隙糖代谢生物氧化医学知识3生物氧化的定义生物氧化的定义一、氧化一、氧化-还原电势还原电势二、电子传递和呼吸链二、电子传递和呼吸链三、氧化磷酸化作用三、氧化磷酸化作用糖代谢生物氧化医学知识4EMP/TCACO2、ATP、NADH、FADH2糖代谢生物氧化医学知识5糖代谢生物氧化医学知识6（一）氧化（一）氧化-还原电势还原电势（二）电势和自由能的关系（二）电势和自由能的关系（三）标准电动势和平衡常数的关系（三）标准电动势和平衡常数的关系一、氧化一、氧化-还原电势还原电势糖代谢生物氧化医学知识7(一一)氧化

3、氧化-还原电势还原电势糖代谢生物氧化医学知识8糖代谢生物氧化医学知识9还原型还原型氧化型氧化型 氧还电对氧还电对氧化氧化-还原还原Fe3+/Fe2+糖代谢生物氧化医学知识10 Zn Zn2+2e Cu2+2e CuCuSO4ZnZnSO4Cu+-糖代谢生物氧化医学知识11:氧还电对在标准条件氧还电对在标准条件（p电极势。电极势。Zn Zn2+2e Cu2+2e CuCuSO4ZnZnSO4Cu+-糖代谢生物氧化医学知识12糖代谢生物氧化医学知识13氢标电势氢标电势糖代谢生物氧化医学知识14糖代谢生物氧化医学知识15表糖代谢生物氧化医学知识16E0标准值测定条标准值测定条件：件：pH7.0,25

4、,标准氢电极，电标准氢电极，电子供体和受体的子供体和受体的浓度都是浓度都是1mol/L糖代谢生物氧化医学知识17糖代谢生物氧化医学知识18 氧还电对在标准条氧还电对在标准条件件（p电电极势。极势。糖代谢生物氧化医学知识19能斯特方程能斯特方程(Nernst equation)计算电极在溶液中的计算电极在溶液中的电极电势电极电势：H2Q+2Fe3+Q+2H+2Fe2+En E0+RT/nF ln电子受体电子受体a/电子供体电子供体b En E0+RT/nF lnFe3+2/Fe2+2糖代谢生物氧化医学知识20 E0=E0电子受体电子受体(正极）正极）E0电子供体（负极）电子供体（负极）E=E电子

5、受体电子受体 E电子供体电子供体糖代谢生物氧化医学知识21糖代谢生物氧化医学知识220.1001.00糖代谢生物氧化医学知识23 D DG0nFD DE 0 D DG0RT lnKeq RT 0 =D DE 0 lnKeq n n；氧化还原反应中传递的电子数目氧化还原反应中传递的电子数目对于对于A还原剂还原剂B氧化剂氧化剂 C氧化剂氧化剂D还原剂还原剂反应反应 RT C氧化剂氧化剂 D还原剂还原剂D DE D DE 0 ln n A还原剂还原剂 B氧化剂氧化剂（三）标准电动势和平衡常数的关系（三）标准电动势和平衡常数的关系糖代谢生物氧化医学知识24 糖代谢生物氧化医学知识25（一）（一）电电子

6、传递链子传递链（二）（二）电子传递链各个成员电子传递链各个成员（三）（三）电子传递的抑制剂电子传递的抑制剂二、电子传递过程和呼吸链二、电子传递过程和呼吸链糖代谢生物氧化医学知识26糖代谢生物氧化医学知识27细胞色素细胞色素bc1复合体复合体 糖代谢生物氧化医学知识28糖代谢生物氧化医学知识29糖代谢生物氧化医学知识30 分子中含有由半胱氨分子中含有由半胱氨酸残基硫原子及无机硫原子与铁离子形成酸残基硫原子及无机硫原子与铁离子形成，。糖代谢生物氧化医学知识31 糖代谢生物氧化医学知识32n=10：哺乳动物哺乳动物()n=68：非哺乳动物非哺乳动物NoImage糖代谢生物氧化医学知识33（3）糖代谢

7、生物氧化医学知识34 电子传递：电子传递：琥珀酸琥珀酸FADH2 Fe-S CoQ 自由能变化：自由能变化：不足以合成不足以合成ATP。琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶Fe-S中中心心CoQ结结合合部部位位From E.coli糖代谢生物氧化医学知识352Fe-2S3Fe-4S4Fe-4S糖代谢生物氧化医学知识36 b562;b566;Fe-S;c1QH2 Cyt c 糖代谢生物氧化医学知识37糖代谢生物氧化医学知识38区别细胞色素种类的重要指标区别细胞色素种类的重要指标糖代谢生物氧化医学知识39糖代谢生物氧化医学知识40多聚异戊二烯长链多聚异戊二烯长链血红蛋白血红蛋白肌红蛋白肌红蛋白甲酰基甲酰基糖代

8、谢生物氧化医学知识41糖代谢生物氧化医学知识42糖代谢生物氧化医学知识43Cys糖代谢生物氧化医学知识44 血红素血红素 a-CuA中心中心 (II)血红素血红素 a3 CuB中心中心(I)Cu2+e Cu+P127糖代谢生物氧化医学知识45Fe3+Cu2+e-Fe3+Cu+e-Fe2+Cu+O2Fe2+-O Cu+OFe3+-O-Cu2+-Oe-+2H+Fe4+=O2-Cu2+OH He-+2H+2H2O糖代谢生物氧化医学知识46糖代谢生物氧化医学知识47糖代谢生物氧化医学知识48糖代谢生物氧化医学知识49糖代谢生物氧化医学知识50糖代谢生物氧化医学知识51糖代谢生物氧化医学知识52糖代谢生

9、物氧化医学知识53三、氧化磷酸化作用三、氧化磷酸化作用（一）（一）线粒体的结构线粒体的结构（二）（二）氧化磷酸化作用机制氧化磷酸化作用机制（三）（三）氧化磷酸化的解偶联和抑制氧化磷酸化的解偶联和抑制（四）（四）氧化磷酸化的调控氧化磷酸化的调控（五）（五）细胞溶胶内细胞溶胶内NADH的再氧化的再氧化（六）（六）葡萄糖彻底氧化的总结算葡萄糖彻底氧化的总结算糖代谢生物氧化医学知识54（一）（一）线粒体的结构线粒体的结构糖代谢生物氧化医学知识55（二）氧化磷酸化（二）氧化磷酸化作用的机制作用的机制 糖代谢生物氧化医学知识56释放出的自由能释放出的自由能膜膜间隙间隙糖代谢生物氧化医学知识57化学渗透假说

10、原理示意图化学渗透假说原理示意图4H+4H+2H+4H+NADH+H+2H+3H+3H+ADP+PiATP高高质质子子浓浓度度H2O2e-+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _质子流质子流线粒体内膜线粒体内膜氧化氧化 糖代谢生物氧化医学知识58糖代谢生物氧化医学知识59糖代谢生物氧化医学知识60糖代谢生物氧化医学知识61糖代谢生物氧化医学知识62糖代谢生物氧化医学知识63电子传递过程导致复合体构象变化电子传递过程导致复合体构象变化高高糖代谢生物氧化医学知识64糖代谢生物氧化医学知识65糖代谢生物氧化医学知识66 缺乏质子电化学梯度时，催化缺乏质子电化学梯度时，催化ATP水解水解 是能量转换的

11、通道。是能量转换的通道。糖代谢生物氧化医学知识67要点如下要点如下(3(3个方面个方面)：ATP合合酶利用质子动势，产生构象的改变，改变了酶利用质子动势，产生构象的改变，改变了 与与底物的亲和力，催化底物的亲和力，催化ATP的的形成和释放。形成和释放。F1具有三个催化位点，分别位于三个具有三个催化位点，分别位于三个在特定的时在特定的时间，三个催化位点的构象不同、因而与核苷酸的亲和力不同。间，三个催化位点的构象不同、因而与核苷酸的亲和力不同。在在L构象（构象（loose），），ADP、Pi与酶疏松结合在一起；在与酶疏松结合在一起；在T构构象（象（tight）,底物（底物（ADP、Pi）与酶紧密结

12、合在一起，可）与酶紧密结合在一起，可；在；在O构象（构象（open）,ATP与酶的亲和力很低，被释放与酶的亲和力很低，被释放出去。出去。Boyer和和Walker获得获得1997年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。糖代谢生物氧化医学知识68构成的环旋转，从而带动构成的环旋转，从而带动亚亚基旋转，由于基旋转，由于亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起3个个亚亚基构象的周期性变化基构象的周期性变化(L,T,O)，不断将，不断将ADP和和Pi加合在一起，形成加合在一起，形成ATP并释放出来。并释放出来。-empty,-ADP,-ATP O L T糖代谢生物氧化医学知

13、识69糖代谢生物氧化医学知识70化学渗透假说原理示意图化学渗透假说原理示意图4H+4H+2H+4H+NADH+H+2H+3H+3H+ADP+PiATP高高质质子子浓浓度度H2O2e-+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _质子流质子流线粒体内膜线粒体内膜氧化氧化 糖代谢生物氧化医学知识71 ATP/ADP交换体交换体糖代谢生物氧化医学知识72合成和输出合成和输出1个个ATP=消耗消耗4个个H+糖代谢生物氧化医学知识73 NADH：10H+/3=3ATP FADH2：6H+/3=2 ATP糖代谢生物氧化医学知识74糖代谢生物氧化医学知识75NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2N

14、O2OHH+H+线粒体内膜线粒体内膜内内外外DNP2,4-二硝基苯酚的解偶联作用二硝基苯酚的解偶联作用糖代谢生物氧化医学知识76三氟甲氧基苯腙羰基氰化物三氟甲氧基苯腙羰基氰化物糖代谢生物氧化医学知识77糖代谢生物氧化医学知识78糖代谢生物氧化医学知识79 糖代谢生物氧化医学知识80 通过将膜外的通过将膜外的K 转运至膜内而消除跨膜的电位梯度转运至膜内而消除跨膜的电位梯度Gramicin ANMR 衍射图衍射图糖代谢生物氧化医学知识81糖代谢生物氧化医学知识82产热素：产热素：只存在于褐色脂只存在于褐色脂肪组织的线粒体，作用是肪组织的线粒体，作用是解偶联，产生热量。解偶联，产生热量。产热素被脂肪

15、酸激活，被产热素被脂肪酸激活，被嘌呤核苷酸抑制。嘌呤核苷酸抑制。嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸(ATP,ADP,GTP)正肾上腺素正肾上腺素cAMP-依赖性蛋白激酶依赖性蛋白激酶甘油三酯酶甘油三酯酶游离脂肪酸游离脂肪酸产热素产热素甘油三酯甘油三酯+-氧化磷酸化解偶联氧化磷酸化解偶联从而产生从而产生热量热量+糖代谢生物氧化医学知识83糖代谢生物氧化医学知识84苍术苷苍术苷金轮霉素金轮霉素黑星菌素黑星菌素糖代谢生物氧化医学知识85黑星菌素黑星菌素糖代谢生物氧化医学知识86糖代谢生物氧化医学知识87糖代谢生物氧化医学知识88糖代谢生物氧化医学知识89糖代谢生物氧化医学知识90磷氧比（磷氧比（P/O）丙酮酸，丙

16、酮酸，2.5；抗坏血酸抗坏血酸细胞色素细胞色素c，0.5(ADP+(ADP+Pi)Pi)ATP ATP例例 实测得实测得NADHNADH呼吸链呼吸链：NADHNADHFADHFADH2 2O O2 212H H2 2O OH H2 2O OADP+ADP+PiPi ATP ATP实测得实测得FADHFADH2 2呼吸链呼吸链：O O2 2122e-2e-ADP+ADP+PiPi ATP ATPADP+ADP+PiPi ATP ATP(ADP+(ADP+Pi)Pi)ATP ATP12121212糖代谢生物氧化医学知识91糖代谢生物氧化医学知识93苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶天

17、冬氨酸氨基移换酶天冬氨酸氨基移换酶天冬氨酸氨基移换酶天冬氨酸氨基移换酶糖代谢生物氧化医学知识94糖代谢生物氧化医学知识95糖代谢生物氧化医学知识965个个ATP25个个ATP糖代谢生物氧化医学知识97掌握能斯特方程及相关计算。掌握能斯特方程及相关计算。掌握生物氧化、电子传递链、掌握生物氧化、电子传递链、Q循环、氧循环、氧化磷酸化、呼吸控制、化磷酸化、呼吸控制、RCR、P/O等概念。等概念。掌握线粒体电子传递体系的组成、电子掌握线粒体电子传递体系的组成、电子传递机理和氧化磷酸化机理。传递机理和氧化磷酸化机理。掌握化学渗透理论的要点，以及电子传掌握化学渗透理论的要点，以及电子传递链与递链与ADP的

18、磷酸化相偶联的部位。的磷酸化相偶联的部位。掌握掌握。掌握与电子传递链和氧化磷酸化相关的掌握与电子传递链和氧化磷酸化相关的抑制剂、抑制剂、剂及抑制部位。剂及抑制部位。掌握细胞溶胶中的掌握细胞溶胶中的NADH的再氧化途径的再氧化途径糖代谢生物氧化医学知识98糖代谢生物氧化医学知识991.作业作业:P146:4,7,11.2.P145-146:1,3,8,9.3.氰化物和一氧化碳为什麽能引起窒息死亡？原理何在？氰化物和一氧化碳为什麽能引起窒息死亡？原理何在？4.概述化学渗透假说概述化学渗透假说.5.沿着电子传递链，电子载体的还原势如何变化？为什么会沿着电子传递链，电子载体的还原势如何变化？为什么会这

19、样变化？这样变化？6.由细胞色素氧化酶催化的由细胞色素氧化酶催化的O2的的4电子还原反应由哪几步组电子还原反应由哪几步组成？这一反应的重要性是什么？成？这一反应的重要性是什么？复习题复习题糖代谢生物氧化医学知识1007.在正常的线粒体内，电子转移的速度与在正常的线粒体内，电子转移的速度与ATP需求紧密联系需求紧密联系在一起的。如果在一起的。如果ATP的利用率低，电子转移速度也低；的利用率低，电子转移速度也低；ATP的利用率高，电子转移就加快。在正常情况下，当的利用率高，电子转移就加快。在正常情况下，当NADH作作为电子供体时，每消耗一个氧原子产生的为电子供体时，每消耗一个氧原子产生的ATP数大

20、约为数大约为2.5（P/O2.5）。）。（a）讨论解耦联剂的浓度相对来说较低和较高时对电子转移）讨论解耦联剂的浓度相对来说较低和较高时对电子转移和和P/O比率有什么样的影响？比率有什么样的影响？（b）摄入解耦联剂会引起大量出汗和体温升高。解释这一）摄入解耦联剂会引起大量出汗和体温升高。解释这一现象，现象，P/O比率有什么变化？比率有什么变化？（c）2,4-二硝基苯酚曾用作减肥药，其原理是什么？但现在二硝基苯酚曾用作减肥药，其原理是什么？但现在已不再使用了，因为服用它有时会引起生命危险，这又是什已不再使用了，因为服用它有时会引起生命危险，这又是什么道理？么道理？糖代谢生物氧化医学知识1018.利

21、用附表的数据，计算以下各氧化还原反应的标准还原势利用附表的数据，计算以下各氧化还原反应的标准还原势和标准自由能变化。和标准自由能变化。（a）乙醛）乙醛+NADH+H+乙醇乙醇+NAD+（b）氢醌（）氢醌（QH2）+2细胞色素细胞色素C(Fe 3+)泛醌（泛醌（Q）+2细细胞色素胞色素C（Fe2+）+2H+（c）琥珀酸）琥珀酸+1/2O2 延胡索酸延胡索酸+水水答案答案:（a）23kJ/mol（b）-52 kJ/mol（c）-150 kJ/mol 名词解释名词解释生物氧化氧化磷酸化底物水平磷酸化呼吸链生物氧化氧化磷酸化底物水平磷酸化呼吸链 磷氧比（磷氧比（P/O）呼吸控制呼吸控制 呼吸控制率呼吸

22、控制率 甘油磷酸穿梭甘油磷酸穿梭/苹苹果酸天冬氨酸穿梭果酸天冬氨酸穿梭 电子传递抑制剂电子传递抑制剂 氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂解偶联剂解偶联剂糖代谢生物氧化医学知识102解偶联剂（解偶联剂（uncoupling agent）:一种使电子传递与一种使电子传递与ADP磷酸化之间的紧密偶联关系解除磷酸化之间的紧密偶联关系解除的化合物，例如的化合物，例如2,4-二硝基苯酚。二硝基苯酚。P/O比比(P/O ratio)：在氧化磷酸化中，每在氧化磷酸化中，每1/2O2被还原时形成的被还原时形成的ATP的摩尔数的摩尔数。电子从。电子从NADH传递给传递给O2时，时，P/O比为比为2.5，而电子从，而

23、电子从FADH2传递给传递给O2时，时，P/O比为比为1.5。糖代谢生物氧化医学知识103糖代谢生物氧化医学知识1041.1.呼吸链存在于（呼吸链存在于（）A A 细胞膜细胞膜 B B 线粒体外膜线粒体外膜 C C 线粒体内膜线粒体内膜 D D 微粒体微粒体 E E 过氧化物酶过氧化物酶体体2.2.下列哪种物质不是下列哪种物质不是NADHNADH氧化呼吸链的组分？氧化呼吸链的组分？（）A.FMN B.FAD C.A.FMN B.FAD C.泛醌泛醌 D.D.铁硫蛋白铁硫蛋白 E.E.细胞色素细胞色素c c3.ATP3.ATP生成的主要方式是（生成的主要方式是（）A A 肌酸磷酸化肌酸磷酸化 B

24、 B 氧化磷酸化氧化磷酸化 C C 糖的磷酸化糖的磷酸化 D D 底物水平磷酸化底物水平磷酸化4 4 由琥珀酸脱下的一对氢，经呼吸链氧化可产生（由琥珀酸脱下的一对氢，经呼吸链氧化可产生（）分子）分子ATPATP。5 5 下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是（下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是（）A A 所有高能键都是磷酸键；所有高能键都是磷酸键；B B 高能磷酸键只存在于高能磷酸键只存在于ATPATPC C 高能磷酸键仅在呼吸链中偶联；高能磷酸键仅在呼吸链中偶联；D D 有有ATPATP参与的反应也可逆向进参与的反应也可逆向进行行6 6下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？（下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？（）A A 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶 B B 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 C C 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 D D 细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶糖代谢生物氧化医学知识105简述生物氧化与体外物质氧化的异同。简述生物氧化与体外物质氧化的异同。8 8 简述影响氧化磷酸化的因素及其作用机制。简述影响氧化磷酸化的因素及其作用机制。呼吸链呼吸链氧化磷酸化氧化磷酸化糖代谢生物氧化医学知识106