生物化学-6章-生物氧化

1、第七章 生物氧化学习目标掌握生物氧化的概念、特点，呼吸链的概念、组成、种类，ATP的生成方式。熟悉生物氧化的意义，影响氧化磷酸化的因素，以及生物氧化过程中水和能量的生成方式以及能量的利用、转移。了解参与生物氧化的酶类和非线粒体的氧化体系。 一概述二线粒体氧化体系目 录三非线粒体氧化体系第一节 概述一、生物氧化的概念 糖、脂、蛋白质等营养物在体内彻底氧化分解,最终生成CO2和H2O，并逐步释放出能量的过程称为生物氧化。生物氧化过程在组织细胞中进行，并且伴有氧的利用和CO2的产生，因此又称为组织呼吸或细胞呼吸。ADP+Pi糖CO2+H2O脂质蛋白质O2能量ATP热能2.脱氢反应 3.失电子反应Fe

2、2+ Fe3+ + e1.加氧反应RCHO+1/2O2 RCOOH 醛 酸生物氧化的方式：二、生物氧化的特点1.氧化环境温和：细胞内37、近中性pH条件下；2.能量逐步释放：供能（ATP）；热能维持体温；3.脱氢与脱羧：一些代谢物质脱氢与氧生成H2O；一些有机酸脱羧生成CO2；4.速率受体内多种因素的影响和调节。生物氧化和体外氧化之相同点1.均有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。2.消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。生物氧化细胞内温和的环境中，一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放生成ATP。广泛的加水脱氢反应使物质间接获得氧；脱下的氢与氧结合产生H2O；有机

3、酸脱羧产生CO2。体外氧化反应条件剧烈；能量是热能形式突然释放的。产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。生物氧化和体外氧化之不同点三、生物氧化的三个阶段大分子降解成基本结构单位脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi 小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。H2O四、生物氧化中CO2的生成概念： 糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。类型： 按

4、脱羧作用分：-脱羧和-脱羧 按是否伴有氧化反应分：氧化脱羧和单纯脱羧-单纯脱羧：脱去碳原子上的羧基。如+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶CH2-NH2R-氨基酸 胺-单纯脱羧：脱去碳原子上的羧基。如+CO2HOOCCH2COCOOH草酰乙酸脱羧酶CH3CO-COOH草酰乙酸 丙酮酸CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脱氢酶系NAD+ NADH+H+CoASH-氧化脱羧：碳原子上的羧基脱落时伴有氧化反应。如丙酮酸 乙酰辅酶A氧化脱羧：碳原子上的羧基脱落时伴有氧化反应。如柠檬酸-酮戊二酸第二节 线粒体氧化体系线粒体结构图一、呼吸链定义代谢物脱下的成对氢原子2H(2H+

5、 +2e)通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链。呼吸链中不论递氢体还是递电子体都起着电子传递的作用，故又称电子传递链。组成 递氢体（2H 2H+ + 2e）和递电子体 递氢体也是递电子体 递电子体不是递氢体 （一）呼吸链的化学组成成分 1、尼克酰胺脱氢酶类 NAD+（NADH） NADP+（NADPH） 2、黄素脱氢酶类 FMN（FMNH2） FAD（FADH2） 3、泛醌（二氢泛醌） 即辅酶Q 起递氢体作用起递氢体作用起递氢体作用 4、铁硫蛋白 Fe-S Fe2+ Fe3+ + e 5、细胞色素类（Cyt） 呼吸链中主要有a、b、c三类 C

6、oQ脱下的电子经Cyt类的传递顺序 bc1caa3 Cyta3或Cytaa3称为细胞色素氧化酶单电子传递体（二）组成呼吸链的复合体人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸复合物 II复合物 IV复合物 I复合物 IIINADH-泛醌Q还原酶辅酶Q-细胞色素c还原酶细胞色素c氧化酶琥珀酸-辅酶Q还原酶 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧 基质侧 线粒体内膜 e-e-e-e-e-复合体的在线粒体内膜中的位置及电子传递顺序4H+4H+2H

7、+二、体内重要的呼吸链NADH氧化呼吸链 和 琥珀酸氧化呼吸链 复合体复合体复合体复合体NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链NADH呼吸链H2O O2O2-MH2还原型代 谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 细胞色素b- c1- c -aa3Fe S2H+M氧化型代 谢底物复合体复合体此过程产生2.5分子ATPNADH 复合体CoQ 复合体Cyt c 复合体O2FADH2呼吸链FADFADH2琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 细胞色素b- c - c1-aa3CoQH2CoQ O2O2-2H+H2O延胡索酸此过程产生1.5分子ATP琥珀酸

8、复合体 CoQ 复合体Cyt c 复合体O2线粒体内重要代谢物氧化的途径三、胞质中的NADH的氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，线粒体内产生的NADH和FADH2可直接进入呼吸链被氧化生成H2O,同时产生ATP。线粒体外产生的NADH不能自由透过线粒体内膜，需要经过某种转运机制才能进入线粒体氧化。有-磷酸甘油穿梭和苹果酸-天冬氨酸穿梭两种。-磷酸甘油穿梭 主要存在于脑、骨骼肌中。 胞液中NADH经-磷酸甘油穿梭进入线粒体氧化生成1.5个ATP。 NADH+H+ FADH2 NAD+ FAD 线粒体 内膜 线粒体 外膜膜间隙 线粒体 基质-磷酸甘油 脱氢酶 呼吸链 磷酸二羟丙酮 -磷酸甘油 -磷酸甘

9、油穿梭机制 苹果酸-天冬氨酸穿梭 主要存在于心肌、肝组织中。 胞液中NADH经苹果酸-天冬氨酸穿梭进入线粒体氧化生成2.5个ATP苹果酸-天冬氨酸穿梭细胞液线粒体内膜体天冬氨酸-酮戊二酸苹果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸苹果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+线粒体基质苹果酸脱氢酶NADH+H+苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶（、为膜上的转运载体）呼吸链三、体内ATP生成氧化磷酸化是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。（体内生成ATP的主要方式） 底物水平磷酸化是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。 1.氧化磷

10、酸化偶联部位即ATP生成的部位。P/O比值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。是研究氧化磷酸化最常用的方法。 三个偶联部位：ATPATP ATP NADH与CoQ之间；CoQ与Cyt c之间；Cyt aa3与氧之间。 复合体I 复合体III 复合体IV复合体II2. 自由能变化( G0)：大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。G0nFE069.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol NADH氧化呼吸链存在3个偶联部位，可产生2.5molATP。琥珀酸氧化呼吸链存在2个偶联部位，可产生1.5molATP。影响氧化磷酸化的因素：1.A

11、DP的调节作用 是主要调节因素。 机体耗能增多ADP ADP进入线粒体 ADP/ATP 氧化磷酸化2.甲状腺激素 Na+，K+-ATP酶表达增加。Na+，K+-ATP酶催化ATP转化为ADPADP ADP进入线粒体 ADP/ATP 氧化磷酸化3.抑制剂的影响 (1) 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递，使磷酸化无法进行，ATP不能生成。鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥 抗霉素A二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及H2S萎锈灵噻吩甲酰三氟丙酮丙二酸复合体I复合体II复合体III复合体IV常见解偶联剂： 2，4-二硝基苯酚（DNP）、解偶联蛋白作用机理：破坏内膜两侧的质子电化学梯度而使氧化磷酸化偶

12、联脱离。氧化照常进行，ATP不能生成。（2）解偶联剂解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体） F0 F1 Cyt cQ胞液侧 基质侧 解偶联 蛋白热能 H+ H+ ADP+Pi ATP （3） 氧化磷酸化抑制剂ATP合酶抑制剂 直接干扰ATP的生成过程，即对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素 寡霉素 可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶结构模式图四、能量的转移和利用高能磷酸键水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，常表示为 P。高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物，如ATP、ADP、磷酸肌酸等。ATP是人体内能量的直接供给者，也是机体储能者，是生物体

13、内最 重要的高能化合物。 （二）ATP的转换、贮存和利用1、代谢物的磷酸化和活化ATP+6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖+ADPATP+脂肪酸+HSCoA 脂肪酰CoA+AMP+PPi2、参与三大营养物质的合成过程 糖、脂、蛋白质合成需ATP供能，此外，糖原、磷脂、蛋白质合成所需的UTP、CTP、GTP的生成与补充也依赖于ATP，由核苷二磷酸酶催化： ATP+UDP ADP+UTP ATP+CDP ADP+CTP ATP+GDP ADP+GTP3、转变为磷酸肌酸储存能量 磷酸肌酸是肌肉、脑中能量的一种储存形式，但不能直接供能。ATP ADP 肌酸 磷酸肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 P P

14、机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)ATP的生成和利用（ATP循环）底物CO2+H2O氧化分解能量热能（散失）化学能（转移）第三节 非线粒体氧化体系1、微粒体中的氧化酶类 微粒体细胞色素P450单加氧酶，又称混合功能酶或羟化酶。催化的反应： RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 此酶参与类固醇激素、胆汁酸及胆色素等的生成，及药物或毒物在体内的生物转化过程。(1)过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含4个血红素。2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶 (2)过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物。 R + H2O2 RO + H2O RH2+ H2O2 R + 2H2O 过氧化物酶 过氧化物酶 2、过氧化物酶3、超氧化物歧化酶（SOD）作用对象：超氧阴离子、自由基作用：催化一分子超氧阴离子氧化生成O2，领一分子超氧阴离子还原为H2O2。 2O2- + 2H+ H2O2 + O2 H2O + O2SOD过氧化物酶定义：带有不成对电子的分子、原子或离子的统称。例如：超氧阴离子、羟自由基等。好处：少量并且控制得宜的自由基是有用的。例如白血球利用自由基(超级氧，一氧化氮)来杀死外来的微生物。危害： （1）削弱细胞的抵抗力，使身体