第七章生物氧化

1、第七章  生物氧化本章要点      生物氧化、电子传递链、氧化磷酸化的概念一、    生物氧化的特点能量是一切生物机体活动所必需的。来源主要是生物体内糖、脂肪和蛋白质等有机物的氧化分解。食物中的糖、脂肪和蛋白质统称为人体的三大营养素。有机分子（糖、蛋白质、脂肪等）在机体内氧化分解成二氧化碳和水并释放能量的过程称为生物氧化（biological oxidation）。生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。体内进行的生物氧化反应类型有电子转移、氢原子转移和有机

2、还原剂直接加氧，常伴随有水的生成。在对营养素进行生物氧化过程中，有机物转变为含羧基化合物，脱去羧基生成CO2释放出来。生物氧化的意义就在于能为机体提供生命活动所需的能量。在真核细胞内，生物氧化在线粒体中进行；在原核细胞内，生物氧化在细胞膜上进行。1、生物氧化的特点：l        化学本质与体外的燃烧相同l        在体温、近于中性的含水环境中由酶催化l        能量逐步释

3、放，部分存于ATPl        分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系2、CO2的生成：生物体内CO2的生成来源于有机物转变为含羧基化合物的脱羧作用。直接脱羧CH3CCOOHOCH3CHO + CO2丙酮酸脱羧酶（-脱羧）HOOCC H2C COOH    丙酮酸羧化酶CH3CCOOH + CO2OO（-脱羧）       氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。  HOOCCH2CHOHCOOHCH3CCOOH

4、 + CO2NADP+NADPH + H+O3、H2O的生成       代谢物脱下的氢，经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系，以促进水的生成。MH2M递氢体递氢体H2  NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ还原型氧化型2H+2e½ O2O2-H2O脱氢酶氧化酶Cyt递电子体b, c1, c, aa3二、    电子传递链代谢物分子中的氢先经脱氢酶激活而脱出，脱下的氢需经一个或几个中间传递体按一定的顺序传递，最终与分子氧结合成水

5、。整个氢或电子的传递过程即为呼吸链或电子传递体系。根据接受氢的初受体不同，典型的呼吸链有两种：NADH呼吸链和FADH2呼吸链。MH2NADHFMNCoQbc1caa3O2FAD鱼藤酮安密妥抑制剂：抗霉素A氰化物，CO，叠氮化合物在电子的传递过程中，电子的传递可能仅发生在两个相邻的传递体之间，它的传递方向取决于每个电子所具电化学势能的大小。电子传递还伴有H的结合和释放，通过这种步骤，使H能够定向转移，通过H的定向转移以维持质子的跨膜电势，从而推动ATP的合成。呼吸链的主要成分：l        以NAD或NADP为辅酶的脱氢

6、酶类氧化还原酶、催化底物的脱氢反应                      l        黄素蛋白催化底物脱氢（黄素脱氢酶如琥珀酸脱氢酶、酰基辅酶A脱氢酶等）或传递氢（黄素递氢体如NADH脱氢酶）          

7、0;l        铁硫蛋白含有非血红素铁（NHI）和对酸不稳定的硫。因分子中含有等量的铁和硫原子构成活性中心，称为活性中心或铁硫簇，其中铁原子还与蛋白质分子中的半胱氨酸残基的S结合。目前发现的铁硫蛋白有9种：FeS、 Fe2S2 、Fe3S3、 Fe4S4 、Fe5S5 、Fe6S6等。哺乳动物中大多数铁硫中心是Fe4S4。                

8、0;        铁硫中心的作用是传递电子，通过铁的3价变2价或2价变3价进行的。从NADH脱氢酶到氧的呼吸链中，至少有7个不同的铁硫中心：4个与NADH脱氢酶结合成复合物；2个与细胞色素b结合；1个与细胞色素c1结合。l        泛醌（Q）黄色脂溶性醌类化合物，在生物界广泛存在；又称为辅酶Q（CoQ）。线粒体中唯一不与蛋白结合的电子载体，以两种形式存在：结合到膜上和游离的。    哺乳动物组织中的泛醌有10个异戊二烯

9、单位，常以Q10表示。泛醌可接受黄素蛋白脱下的氢（黄素递氢体和黄素脱氢酶），在电子传递链中处于中心地位。          l        细胞色素类（cytochromes）含铁卟啉的电子载体，依靠铁原子化合价的变化来传递电子。细胞色素类是呼吸链中将电子从辅酶Q传递到氧的专一酶类。线粒体的电子传递链至少含有5种：b、c、c1、a、a3。细胞色素b、c1、a、a3整合在一起存在。在典型的线粒体呼吸链中，电子传递顺序为：bc1caa3O

10、2。细胞色素b是跨膜蛋白，在一条多肽链连接了2个血红素辅基；细胞色素c 松弛地结合于线粒体内膜表面，是电子传递链中唯一水溶性组分。细胞色素a和a3还不能分开，结合在一起形成聚合体（细胞色素氧化酶）。在a和a3之间传递电子的是2个铜原子。除细胞色素a3外，其余的细胞色素的辅基与肽链上的2个半胱氨酸残基结合成硫醚键，铁原子的6个配位键中，4个与卟啉环的N生成配合物；另外2个与蛋白质部分的His和Met相结合，因此不能与别的化合物结合。而细胞色素a3的铁原子只能形成5个配位键，还保留1个配位键，其正常功能是与O2结合。       呼吸链的

11、上述成员按一定的顺序传递氢或电子，在体内多数代谢物（如乳酸、丙酮酸、苹果酸等）的氧化是通过相应的以DNA为辅酶的脱氢酶作用而脱氢，生成的NADH再通过以FMN为辅基的NADH脱氢酶的作用将氢和电子依次传递给CoQ和Cyt体系，最终与分子氧结合成水，同时时放出大量的化学能。这样的呼吸链称为NADH呼吸链。       体内还有少数代谢物（如琥珀酸、脂酰辅酶A等）其脱氢酶通过辅基FAD直接将氢传递给CoQ，少了一步脱氢辅酶的递氢，所以此类呼吸链稍短一些，释放的能量也少一些，这样的呼吸链称为FAD呼吸链。l   

12、;     呼吸链复合体呼吸链中的各种组份紧密地镶嵌在线粒体内膜中，并非分开独立存在，而是结合成在功能上相关的4种脂溶性复合体，称为呼吸链复合物。l        复合物I包括NADH脱氢酶和铁硫蛋白l        复合物II由琥珀酸脱氢酶等的黄素蛋白和铁硫蛋白组成l        复合物III包括Cyt b和c1以及铁硫蛋白l 

13、60;      复合物IV包括Cyt a和a3CoQ是复合物I、II和III之间的连接者。Cyt c是水溶性的，在复合物III和IV之间传递电子。三、    氧化磷酸化作用生物氧化释放的能量，除部分用以维持体温外，大部分通过磷酸化作用转至高能磷酸化合物如ATP中。体内生成ATP的方式有两种：底物水平磷酸化和氧化磷酸化。1、底物水平磷酸化：在有些物质代谢过程中，当底物分子起化学变化时，因脱氢、脱水等作用使能量在分子内部重新分布而形成高能磷酸化合物，然后将高能磷酸基团转移给ADP形成ATP，这种合成ATP的方式称为底

14、物水平磷酸化。它与氧的存在与否无关。2、氧化磷酸化：生物氧化过程中，代谢物脱出的氢或电子沿呼吸链传递给氧形成水的过程中，逐步释放的自由能用于ADP与无机磷酸化合生成ATP。P/O比值：在电子传递体系磷酸化中，在一定时间内所消耗的氧（以克原子计）与所产生的ATP数目的比值。NADH的P/O=3FADH2的P/O=2 NADHFMNCoQbc1caa3O2PPP3ADP3ATP氧化磷酸化作用机理：l        化学渗透学说：氧化磷酸化作用的关键因素是质子（H+）梯度和完整的线粒体内膜。MH2MNAD+2H+FeS2

15、e2H+FMN2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e½ O2O2-X- + IO-XHIOHH2OXIXIXI   头部ATP合酶ADP +PiATP2H+X- +IO-H2O化学渗透学说l        化学偶联学说形成高能中间产物，促使ATP生成l        结构偶联学说Ared + Box   2eA*ox +BredA*ox + ADP +Pi   Ao

16、x + ATP3、胞液中NADH的氧化磷酸化：NADH + H+NAD+二羟磷酸丙酮甘油-磷酸甘油-磷酸穿梭作用甘油-磷酸FAD二羟磷酸丙酮FADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2 酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+苹果酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸链苹果酸-天冬氨酸转运NADH系统4、非线粒体氧化体系与ATP合成无关，但具有重要生理功能。l        微粒体氧化体系主要在细胞的光滑内质网上进行。催化分子氧中二个氧原子分别进行不同的反应。一个O加到底物分子上，另一个O则与NADP

17、H上的二个H作用形成H2O，不生成ATP。加单氧酶。生理功能：胆酸生成中环核羟化；不饱和脂肪酸双键引进；维生素D活化；药物、致癌物和毒物的氧化解毒等。l        过氧化物酶体系在过氧化物酶体上进行的较为简单的氧化反应。过氧化物酶体含有较多的需氧脱氢酶，可以催化氨基酸、黄嘌呤等代谢脱氢、加氧，并生成H2O2。RCHCOOH +O2 + H2ONH2RCCOOH + H2O2 + NH3OH2O2的功用：参与甲状腺中活性碘的生成；在中性粒细胞中可杀死被吞噬进的细菌；使过氧化物（ROOH）转变为无毒的醇类。H2O2的毒性：使

18、酶失活；损伤膜功能；生成脂褐素颗粒。2H2O2                           2H2O  +  O2过氧化氢酶R + H2O2