第五章 微生物代谢与调控 2.ppt

概念:是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化过程;是最普遍、最重要的生物氧化方式。
途径:EMP,TCA循环
特点:必须指出,在有氧呼吸作用中,底物的氧化作用不与氧的还原作用直接偶联,而是底物在氧化过程中释放的电子先通过电子传递链(由各种电子传递体,如NAD,FAD,辅酶Q和各种细胞色素组成)最后才传递到氧。
有氧呼吸
★★★由此可见, TCA循环与电子传递是有氧呼吸中两个主要的产能环节。
A、电子传递与氧化呼吸链
定义:由一系列氧化还原势不同的氢传递体组成的一组链状传递顺序。在氢或电子的传递过程中,通过与氧化磷酸化反应发生偶联,就可产生ATP形式的能量。
部位:原核生物发生在细胞膜上,真核生物发生在线粒体内膜上
成员:电子传递是从NAD到O2,电子传递链中的电子传递体主要包括FMN 、CoQ、细胞色素b 、c 1、 c、 a 、a3和一些铁硫旦白。这些电子传递体传递电子的顺序,按照它们的氧化还原电势大小排列,电子传递次序如下:
MH2 →→→ NAD FMN C0Q b
(-) ()
C1 C a a3 O2 H2O
(+) (+) (+)
呼吸链中NAD+/NADH的E0’值最小,而O2/H2O的E0’值最大,所以,电子的传递方向是:NADH O2
上式表明还原型辅酶的氧化,氧的消耗,水的生成。NADH+H+和FADH2的氧化,都有大量的自由能释放。证明它们均带电子对,都具有高的转移势能,它推动电子从还原型辅酶顺坡而下,直至转移到分子氧。
电子传递伴随ADP磷酸化成ATP全过程,故又称为氧化呼吸链。
典型的呼吸链
NAD:含有它的酶能从底物上移出一个质子和两个电子,成为还原态NDAH+H+。
FAD和FMN:黄素蛋白的辅基,
铁硫蛋白(Fe-S):传递电子的氧化还原载体辅基为分子中的含铁硫的中心部分。存在于呼吸链中几种酶复合体中,参与膜上的电子传递。在固氮、亚硫酸还原、亚硝酸还原、光合作用、分子氢的激活和释放以及链烷的氧化作用中也有作用。在呼吸链的“2Fe+2S”中心每次仅能传递一个电子。
泛醌(辅酶Q):脂溶性氢载体。广泛存在于真核生物线粒体内膜和革兰氏阴性细菌的细胞膜上;革兰氏阳性细菌和某些革兰氏阴性细菌则含甲基萘醌。在呼吸链中醌类的含量比其他组分多10~15倍,其作用是收集来自呼吸链各种辅酶和辅基所输出的氢和电子,并将它们传递给细胞色素系统。
细胞色素系统:位于呼吸链后端,功能是传递电子。
微生物中重要的呼吸链组分
细胞色素系统
功能:从泛醌中接受电子,并将同等数目的质子推到线粒体膜或细胞膜外的溶液中。
分类:线粒体的电子传递链至少含有5种不同的细胞色素,, , , 。细胞色素b c c1 a a3整合在一起存在。Cyta a3以复合物形式存在,称为细胞色素氧化酶。细胞色素a a3含有两个必需的铜原子。由还原型a3将电子直接传递给分子氧。
电子从CoQ传到b c c1 ,Fe-S旦白, a a3 。
结构组成:以血红素为辅基,通过其卟啉分子中心铁原子的价电荷的变化而传递电子。 ,能催化4个电子还原氧的反应,激活分子氧。
ATP的结构和生成
2. ATP的生成方式:
微生物能量代谢活动中所涉及的主要是ATP(高能分子)形式的化学能. ,,ATP分子上的高能键水解,重新释放出能量.
光合磷酸化
氧化磷酸化
底物水平磷酸化
电子传递磷酸化
1. 结构:
{
{
ATP 的结构
氧化磷酸化:利用化合物氧化过程中释放的能量生成ATP的反应。
氧化磷酸化生成ATP的方式有两种:
底物水平磷酸化——不需氧
电子传递磷酸化——需氧。
底物水平磷酸化:
底物水平磷酸化是在某种化合物氧化过程中可生成一种含高能磷酸键的化合物,这个化合物通过相应的酶作用把高能键磷酸根转移给ADP,使其生成ATP。
这种类型的氧化磷酸化方式在生物代谢过程中较为普遍。催化底物水平磷酸化的酶存在于细胞质内。
底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)
物质在生物氧化过程中,常生成一些含有高能键的化合物,
而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成。