生物竞赛培训生物化学之生物氧化

1、 二二. .生物氧化的概念：生物氧化的概念： 是指在生物细胞内是指在生物细胞内,糖、脂和蛋白质等有机物氧化糖、脂和蛋白质等有机物氧化 分解分解,消耗消耗O2,产生产生CO2和和H2O,同时释放能量的过程。同时释放能量的过程。 一一. .氧化还原的本质：氧化还原的本质： 氧化还原的本质是电子转移。失电子者为还原剂，氧化还原的本质是电子转移。失电子者为还原剂， 得电子者为氧化剂。在化学反应中，失电子、脱氢、得电子者为氧化剂。在化学反应中，失电子、脱氢、 加氧都属于氧化；得电子、加氢、脱氧都属于还原。加氧都属于氧化；得电子、加氢、脱氧都属于还原。 AH2 B A BH2 ( (一一) )生物体内电子

2、转移的主要形式：生物体内电子转移的主要形式： 因为因为H原子可分解为原子可分解为H 与 与e，因此其本质也是电子转移。，因此其本质也是电子转移。 因加氧时，常伴有氧接受质子和电子而被还原成水，其本质因加氧时，常伴有氧接受质子和电子而被还原成水，其本质 也是电子转移。也是电子转移。 三三. . 生物氧化的特点：生物氧化的特点： 1.1.直接进行电子转移：直接进行电子转移： 2.2.氢原子的转移：氢原子的转移： 3.3.有机还原剂直接加氧：有机还原剂直接加氧： Fe2 Cu2 Fe3 Cu 3.能量是逐步释放的，避免损坏机体。能量是逐步释放的，避免损坏机体。 ( (二二) )生物氧化的特点：生物氧

3、化的特点： 1.在细胞内完成，是常温、常压、在细胞内完成，是常温、常压、pH近于中性的水环近于中性的水环 境中的一系列酶促反应。境中的一系列酶促反应。 2.释放能量和体外同种氧化一样（糖、脂肪一样，蛋释放能量和体外同种氧化一样（糖、脂肪一样，蛋 白质不同），但形式不同。生物氧化释放的能量一部白质不同），但形式不同。生物氧化释放的能量一部 分是热能，一部分转移到分是热能，一部分转移到ATP中。中。 四四. 生物氧化中二氧化碳的生成：生物氧化中二氧化碳的生成： 脱羧反应：脱羧反应： 生物氧化中生物氧化中CO2的生成是由于糖、脂、蛋白质等有机物转变的生成是由于糖、脂、蛋白质等有机物转变 成含羧基的化

4、合物进行脱羧反应所致。成含羧基的化合物进行脱羧反应所致。 根据位置根据位置 类型：类型： 脱羧脱羧 （1） 脱羧脱羧 （2） （1） （2） 单纯脱羧单纯脱羧 根据性质根据性质 氧化脱羧氧化脱羧 如如: :丙酮酸、丙酮酸、酮戊二酸、苹果酸的氧化脱羧酮戊二酸、苹果酸的氧化脱羧 糖代谢中，丙酮酸在进入三羧酸循环之前，在丙酮糖代谢中，丙酮酸在进入三羧酸循环之前，在丙酮 酸脱氢酶系的作用下，进行氧化脱酸，同时和酸脱氢酶系的作用下，进行氧化脱酸，同时和CoA结结 合，形成乙酰辅酶合，形成乙酰辅酶A。 （一）水形成的方式：（一）水形成的方式： 生物氧化主要是通过脱氢来实现的。代谢物脱下的生物氧化主要是通过

5、脱氢来实现的。代谢物脱下的 氢不能游离存在氢不能游离存在, ,必须为另一物质所必须为另一物质所接受接受。 五五. 生物氧化中水的生成：生物氧化中水的生成： 糖酵解和三羧酸循环中产生的糖酵解和三羧酸循环中产生的NADHNADHH H 不能直接与 不能直接与 游离的氧分子结合，需要经过呼吸链的传递后，才能游离的氧分子结合，需要经过呼吸链的传递后，才能 与氧结合生成水。与氧结合生成水。 （二）呼吸链：（二）呼吸链： 代谢物脱下的氢代谢物脱下的氢(电子和质子电子和质子)，沿着一系列有顺序，沿着一系列有顺序 的传递体组成的传递途径，传递给氧生成水的总的传递体组成的传递途径，传递给氧生成水的总 过程。也称

6、电子传递体系或电子传递链。过程。也称电子传递体系或电子传递链。 烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类(NADH(NADH脱氢酶类脱氢酶类) ) 黄素脱氢酶类黄素脱氢酶类( (如如: :琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶) ) 铁硫蛋白类铁硫蛋白类 细胞色素类细胞色素类 辅酶辅酶Q(CoQ)Q(CoQ)类类 呼吸链是由氧化还原酶和它们的辅因子组成的呼吸链是由氧化还原酶和它们的辅因子组成的 氢传递体和电子传递体氢传递体和电子传递体(氢传递包括传递电子和质氢传递包括传递电子和质 子子,以以2H+2e-表示表示) 此酶以此酶以NADNAD 和 和NADPNADP 为辅酶。此类酶催化脱氢时， 为辅酶。此类酶催化脱氢时，

7、其辅酶其辅酶NADNAD 或 或NADPNADP 先与酶的活性部位结合，然后再 先与酶的活性部位结合，然后再 脱下来。发生如下反应：脱下来。发生如下反应： （1）烟）烟(尼克尼克)酰胺脱氢酶类：（递氢体酰胺脱氢酶类：（递氢体,也递电子）也递电子） NADNAD 2H2H（2H2H 2e2e） NADH NADH H H NADPNADP 2H2H（2H2H 2e2e） NADPH NADPH H H 此类酶以黄素单核苷酸此类酶以黄素单核苷酸FMNFMN或黄素腺嘌呤二核苷酸或黄素腺嘌呤二核苷酸 FADFAD作为辅基。作为辅基。 （2）黄素脱氢酶类：（递氢体）黄素脱氢酶类：（递氢体） MHMH2

8、2 酶酶FMN M FMN M 酶酶FMNHFMNH2 2 MHMH2 2 酶酶FAD M FAD M 酶酶FADHFADH2 2 借铁的变价传递电子借铁的变价传递电子 此类酶是一种脂溶性的醌类化合物，因广泛存在于此类酶是一种脂溶性的醌类化合物，因广泛存在于 生物界，故称泛醌。生物界，故称泛醌。 （4）辅酶）辅酶Q类（类（CoQ）：（递氢体）：（递氢体） （3）铁硫蛋白类：（）铁硫蛋白类：（FeS） Fe Fe3 3 e Fee Fe2 2 此类酶是以铁卟啉为辅基的蛋白质，也依靠铁的变此类酶是以铁卟啉为辅基的蛋白质，也依靠铁的变 价传递电子。价传递电子。 除除aaaa3 3外，其余的细胞色素中

9、的铁原子均与卟啉环和外，其余的细胞色素中的铁原子均与卟啉环和 蛋白质形成蛋白质形成6 6个配位键（共价键）。唯有个配位键（共价键）。唯有aaaa3 3的铁原子的铁原子 形成形成5 5个配位键，还保留一个配位键，故能与个配位键，还保留一个配位键，故能与O O2 2、COCO、 CNCN 等结合。正常功能是与氧结合。 等结合。正常功能是与氧结合。 （5）细胞色素类（）细胞色素类（Cyto）：（递电子体）：（递电子体） Fe Fe3 3 e Fee Fe2 2 a、a3、b、c、c1等。等。 不同种类的细胞色素的辅基结构及与蛋白质的连接方式不同。不同种类的细胞色素的辅基结构及与蛋白质的连接方式不同。

10、 bc1caa3 O2 其中仅最后一个其中仅最后一个a a3 3可被氧直接氧化，但现在不能把可被氧直接氧化，但现在不能把a a 和和a a3 3分开，故把分开，故把a a和和a a3 3合称为细胞色素氧化酶。合称为细胞色素氧化酶。 4.4.呼吸链各组分在线粒体内膜上的分布及电子的传递呼吸链各组分在线粒体内膜上的分布及电子的传递: : 呼吸链由呼吸链由4 4种蛋白复合体组成种蛋白复合体组成: : 复合体复合体: 含有含有NADHNADH脱氢酶、脱氢酶、FMNFMN和和3 3个个FeFeS S蛋白蛋白 将将NADHNADH的电子传到的电子传到CoQCoQ 质子泵 复合体复合体: 有琥珀酸脱氢酶及辅

11、基有琥珀酸脱氢酶及辅基FADFAD和和FeFeS S蛋白蛋白, ,将将FADHFADH2 2的电子传给的电子传给Q Q 复合体复合体: : FeFeS S，把，把QHQH2 2的电子传给的电子传给 质子泵 复合体复合体: : 含细胞色素氧化酶含细胞色素氧化酶CytaCyta和和CytaCyta3 3, ,把把CytcCytc的电子传给的电子传给O O2 2, ,激发激发O O2 2 并与基质中的并与基质中的H H+ +结合成结合成H H2 2O O 质子泵 具有线粒体的生物中具有线粒体的生物中, , 根据接受代谢物上脱下氢的根据接受代谢物上脱下氢的 初始受体不同，典型的呼吸链有两种：初始受体不

12、同，典型的呼吸链有两种： 5.5.典型的呼吸链典型的呼吸链: : NADHNADH呼吸链：呼吸链： FADHFADH2 2呼吸链：（琥珀酸氧化呼吸链）呼吸链：（琥珀酸氧化呼吸链） 按各传递体的标准氧化还原电位（按各传递体的标准氧化还原电位（ E E0 0） 由低到高的顺序排列。由低到高的顺序排列。 利用阻断呼吸链的特殊抑制剂，阻断链利用阻断呼吸链的特殊抑制剂，阻断链 中某些特定的电子传递来测定顺序。中某些特定的电子传递来测定顺序。 6. 6.呼吸链中传递体的顺序：呼吸链中传递体的顺序： （1）顺序：）顺序： （2）测定：）测定： 根据生物氧化方式，可分为底物水平的磷酸化和根据生物氧化方式，可分

13、为底物水平的磷酸化和 电子传递体系磷酸化。通常说的氧化磷酸化是指电子电子传递体系磷酸化。通常说的氧化磷酸化是指电子 传递体系磷酸化。传递体系磷酸化。 六六. . 氧化磷酸化作用：氧化磷酸化作用： 生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分用以生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分用以 维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用转移至高能维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用转移至高能 磷酸化合物磷酸化合物ATPATP中。中。此种伴随放能的氧化作用而进行此种伴随放能的氧化作用而进行 的磷酸化称为氧化磷酸化作用。的磷酸化称为氧化磷酸化作用。 （一）（一）ATPATP的生成：的生成： ATP主要由主要由AD

14、P磷酸化生成，少数情况下，可由磷酸化生成，少数情况下，可由 AMP焦磷酸化生成。焦磷酸化生成。 AMPAMPPPiPPi能量能量 ATPATP ADP ADPPiPi能量能量 ATPATP 即：底物被氧化过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产即：底物被氧化过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产 物，通过酶的作用可使物，通过酶的作用可使ADPADP生成生成ATPATP。 1.1.底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：是在被氧化的底物上发生磷酸化的作用。是在被氧化的底物上发生磷酸化的作用。 X XP + ADP ATP + XP + ADP ATP + X 烯醇丙酮酸烯醇丙酮酸2 2磷酸磷酸 烯醇丙

15、酮酸烯醇丙酮酸 甘油酸甘油酸1 1，3 3二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸3 3磷酸磷酸 琥珀酸辅酶琥珀酸辅酶A A 琥珀酸琥珀酸 2. 2.电子传递体系磷酸化：（氧化磷酸化）电子传递体系磷酸化：（氧化磷酸化） 电子从电子从NADH或或FADH2经过呼吸链传给氧形成水时，经过呼吸链传给氧形成水时， 同时伴有同时伴有ADP磷酸化为磷酸化为ATP。是。是ATP生成的主要方式。生成的主要方式。 每合成每合成1摩尔摩尔ATP需能需能30.52KJ。 在在NADH的呼吸链中有的呼吸链中有3个部位产生的自由能均超过此值。个部位产生的自由能均超过此值。 常用的测定方法：常用的测定方法： P/O比值是指每消耗一摩尔

16、氧所消耗比值是指每消耗一摩尔氧所消耗 无机磷酸的摩尔数（无机磷酸的摩尔数（ATP的生成量）。的生成量）。 NADH呼吸链的呼吸链的P/O值是值是3。 即：每消耗一摩尔氧原子可形成即：每消耗一摩尔氧原子可形成3摩尔摩尔ATP。 FADH2呼吸链的呼吸链的P/O值是值是2。 即：每消耗一摩尔氧原子可形成即：每消耗一摩尔氧原子可形成2摩尔摩尔ATP。 3. 3.氧化磷酸化作用的机制：氧化磷酸化作用的机制： 已知的阻断剂及阻断部位：已知的阻断剂及阻断部位： 4. 4.氧化磷酸化的抑制作用：氧化磷酸化的抑制作用： 呼吸链阻断剂：呼吸链阻断剂： 能够阻断呼吸链中某一部位电子流的物质称为电子传递阻能够阻断呼

17、吸链中某一部位电子流的物质称为电子传递阻 断剂或呼吸链阻断剂。断剂或呼吸链阻断剂。 2，4二硝基苯酚是最早发现的一种解耦联剂。二硝基苯酚是最早发现的一种解耦联剂。 解耦联剂：解耦联剂： 解耦联剂对于电子传递没有抑制作用，只抑制由解耦联剂对于电子传递没有抑制作用，只抑制由ADP变为变为 ATP的磷酸化作用。即：它使产能过程与贮能过程相脱离。的磷酸化作用。即：它使产能过程与贮能过程相脱离。 鱼藤酮鱼藤酮 抗霉抗霉 素素A NAD FMNNAD FMN CoQCytob CoQCytobCytocCytoc1 1CytocCytoaaCytocCytoaa3 3OO2 2 CO 氰化物氰化物 电子传

18、递和电子传递和ATP形成的偶联关系是相辅相成的，形成的偶联关系是相辅相成的，ATP的生成必须以电的生成必须以电 子传递为前提，而呼吸链只有生成子传递为前提，而呼吸链只有生成ATP才能推动电子的传递。完整的线才能推动电子的传递。完整的线 粒体只有当无机磷酸和粒体只有当无机磷酸和ADP都充分时电子传递速度才能达到最高水平。都充分时电子传递速度才能达到最高水平。 当缺少当缺少ADP时，因为缺少磷酸的受体则不能进行磷酸化作用。时，因为缺少磷酸的受体则不能进行磷酸化作用。ATP ADP之比在细胞内对电子传递速度起着重要的调节作用，同时对还原之比在细胞内对电子传递速度起着重要的调节作用，同时对还原 型辅酶

19、的积累和氧化也起调节作用。型辅酶的积累和氧化也起调节作用。ADP作为关键物质对氧化磷酸化作作为关键物质对氧化磷酸化作 用的调节称为呼吸控制。用的调节称为呼吸控制。 5. 5.氧化磷酸化的调控：氧化磷酸化的调控： 氧化磷酸化作用的进行和细胞对氧化磷酸化作用的进行和细胞对ATP的需要是相适应的。这种精确的的需要是相适应的。这种精确的 适应是靠以适应是靠以ADP作为关键物质的作为关键物质的“呼吸控制呼吸控制”来实现的。来实现的。 细胞利用细胞利用ATP时，细胞内时，细胞内ATP水平迅速下降，同时水平迅速下降，同时ADP的浓度迅速升高。的浓度迅速升高。 于是于是ATP的合成加快，电子传递加速，底物不断

20、被氧化，氧的利用也增加。的合成加快，电子传递加速，底物不断被氧化，氧的利用也增加。 反之，反之，ATP在细胞内积累时，在细胞内积累时，ADP浓度必然很低。这时电子传递变缓浓度必然很低。这时电子传递变缓 或停止，还原型辅酶浓度增加以致不能再接受电子，于是整个呼吸链也或停止，还原型辅酶浓度增加以致不能再接受电子，于是整个呼吸链也 受到抑制或停止。受到抑制或停止。 解析解析：电子传递和：电子传递和ATP形成的偶联关系是相辅相成的，形成的偶联关系是相辅相成的，ATP 的生成必须以电子传递为前提，而呼吸链只有生成的生成必须以电子传递为前提，而呼吸链只有生成ATP才能推才能推 动电子的传递。完整的线粒体只

21、有当无机磷酸和动电子的传递。完整的线粒体只有当无机磷酸和ADP都充分时都充分时 电子传递速度才能达到最高水平。当缺少电子传递速度才能达到最高水平。当缺少ADP时，因为缺少磷时，因为缺少磷 酸的受体则不能进行磷酸化作用。酸的受体则不能进行磷酸化作用。ATPADP之比在细胞之比在细胞 内对电子传递速度起着重要的调节作用，同时对还原型辅酶的内对电子传递速度起着重要的调节作用，同时对还原型辅酶的 积累和氧化也起调节作用。积累和氧化也起调节作用。 (09年联赛年联赛)38.在离体的完整线粒体中，有可氧化底物存在时，在离体的完整线粒体中，有可氧化底物存在时， 加入哪一种物质可提高电子传递和氧气的摄入量加入

22、哪一种物质可提高电子传递和氧气的摄入量? ATCA循环的酶循环的酶 BADP C FADH2 DNADH NADH NADH必须通过线粒体内膜上的呼吸链，必须通过线粒体内膜上的呼吸链， 其中的氢才能被氧化生成水。但胞液中其中的氢才能被氧化生成水。但胞液中 （糖酵解）形成的（糖酵解）形成的NADHNADH不能透过正常线不能透过正常线 粒体内膜，故线粒体外的粒体内膜，故线粒体外的NADHNADH必需通过必需通过 穿梭系统才能将氢带入线粒体内。穿梭系统才能将氢带入线粒体内。 （二）胞液中（二）胞液中NADHNADH的氧化磷酸化：的氧化磷酸化： （1 1）苹果酸穿梭系统：）苹果酸穿梭系统： 动物体内有

23、两种主要的穿梭系统：动物体内有两种主要的穿梭系统： （2）磷酸甘油穿梭系统：磷酸甘油穿梭系统： 存在于肌肉、神经组织。所以葡萄糖在这些组织中彻存在于肌肉、神经组织。所以葡萄糖在这些组织中彻 底氧化所产生的底氧化所产生的ATPATP比其他组织要少比其他组织要少2 2个。个。 ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸肌酸磷酸肌酸 （三）磷酸肌酸是动物体内高能磷酸化合物的贮存形式：（三）磷酸肌酸是动物体内高能磷酸化合物的贮存形式： ATP ATP可把高能磷酸键传递给肌酸，生成磷酸肌酸。可把高能磷酸键传递给肌酸，生成磷酸肌酸。 肌肉收缩时，磷酸肌酸又可转出高能磷酸键，使肌肉收缩时，磷酸肌酸又可转出高能磷酸键，使

24、ADPADP 生成生成ATPATP。 1.氧化磷酸化过程中电子传递的主要作用是氧化磷酸化过程中电子传递的主要作用是 A.形成质子梯度形成质子梯度 B.将电子传给氧分子将电子传给氧分子 C.转运磷酸根转运磷酸根 D.排出二氧化碳排出二氧化碳 A 2.若若NADH（H+）和）和FADH2分别计分别计2.5和和1.5ATP，则，则1分子丙分子丙 酮酸彻底氧化成酮酸彻底氧化成CO2和和H2O，释放的，释放的ATP数是多少数是多少 A.12.5 B.14 C.15 D.11.5 A 3.以下哪一个关于化学渗透学说的描述是正确的以下哪一个关于化学渗透学说的描述是正确的 A.OH-聚集在线粒体内膜外，而聚集

25、在线粒体内膜外，而H 聚集在膜内 聚集在膜内 B.H 聚集在线粒体内膜外，而 聚集在线粒体内膜外，而OH-聚集在膜内聚集在膜内 C.OH-及及H 都聚集在线粒体内膜内 都聚集在线粒体内膜内 D.OH-及及H 都聚集在线粒体内膜外 都聚集在线粒体内膜外 B 糖酵解糖酵解 复合体复合体 二二. .生物氧化的概念：生物氧化的概念： 是指在生物细胞内是指在生物细胞内,糖、脂和蛋白质等有机物氧化糖、脂和蛋白质等有机物氧化 分解分解,消耗消耗O2,产生产生CO2和和H2O,同时释放能量的过程。同时释放能量的过程。 一一. .氧化还原的本质：氧化还原的本质： 氧化还原的本质是电子转移。失电子者为还原剂，氧化还原的本质是电子转移。失电子者为还原剂， 得电子者为氧化剂。在化学反应中，失电子、脱氢、得电子者为氧化剂。在化学反应中，失电子、脱氢、 加氧都属于氧化；得电子、加氢、脱氧都属于还原。加氧都属于氧化；得电子、加氢、脱氧都属于还原。 AH2 B A BH2 ( (一一) )