生物化学教学课件：第八章 生物氧化

11第六章生物氧化

吉林大学基础医学院生物化学教研室张桂荣BiologicalOxidation物质在生物体内进行氧化称生物氧化(biologicaloxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和H2O的过程。糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能生物氧化的概念糖原三酯酰甘油蛋白质葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H

呼吸链H2O

ADP+Pi

ATP

CO2

生物氧化的一般过程14体内外氧化比较特点生物条件151.呼吸链(respiratorychain)2.递氢体3.电子传递体（电子传递链ElectronTransportChain）传递氢的酶或辅酶递氢体同时有传递电子的作用传递电子的酶或辅酶第一节氧化呼吸链是具有电子传递功能的复合体一、氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成6呼吸链的组成复合体

酶名称重要酶蛋白辅基功能结构ⅠNADH-泛醌还原酶黄素蛋白铁硫蛋白FMNFe-SVitB2FeⅡ琥珀酸-泛醌还原酶黄素蛋白铁硫蛋白CytbFADFe-S铁卟啉VitB2FeFeⅢ泛醌-细胞色素C还原酶CytbCytc1铁硫蛋白铁卟啉Fe-SFeFeⅣ细胞色素C氧化酶Cytaa3铁卟啉FeCu泛醌Cytc复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶。泛醌(ubiquinone)又称辅酶Q(CoenzymeQ)复合体Ⅰ电子传递：1、复合体Ⅰ作用是将NADH+H+中的电子传递给泛醌每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体Ⅰ有质子泵功能。

复合体ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2Fe-SNAD+和NADP+的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。接受一个H原子和一个电子（NADH+H+)(NADPH+H+)复合体Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+

FMNFMNH2还原型Fe-S

氧化型Fe-S

QQH24H+复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，又称琥珀酸-泛醌还原酶。2、复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌复合体Ⅱ没有H+泵的功能复合体Ⅱ电子传递：琥珀酸→FAD→几种Fe-S→CoQ3、复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素C复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶细胞色素b-c1复合体，含有细胞色素b(b562,b566)、细胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体Ⅲ。CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc复合体Ⅲ电子传递过程：（b566)（b562)Cytb→CytC1→复合体Ⅲ传递一对电子泵出4H+复合体Ⅲ的电子传递通过“Q循环”实现。复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体Ⅲ也有质子泵作用。Cytc是呼吸链唯一水溶性球状蛋白，不包含在复合体中。将获得的电子传递到复合体Ⅳ。复合体Ⅳ又称细胞色素C氧化酶(cytochromecoxidase)。4、复合体Ⅳ将电子从细胞色素C传递给氧复合体Ⅳ电子传递：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3–CuB→O2Cyta3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆侧转移。Cytaa3复合体Ⅳ的电子传递过程ⅣCytcoxNADH+H+NAD+1/2O2+2H+H2O胞液侧基质侧线粒体内膜ⅠQH2Q

Ⅱ延胡索酸琥珀酸4H+4H+Ⅲ4H+4H+CytcoxCytcredCytcred4H+4H+电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置118呼吸链组分的排列顺序

1.两条呼吸链NADHFMNQCytbc1caa3O2FADH22）琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）1）

NADH氧化呼吸链（1）呼吸链各组分氧化还原电位(ΔE0’)

2.呼吸链各组分排列顺序的确定实验（2）利用呼吸链特异的抑制剂阻断某一组分的电子传递（3）利用呼吸链各组分特有的吸收光谱（4）在体外将呼吸链拆开和重组119总结201.呼吸链(respiratorychain)2.递氢体3.电子传递体（电子传递链ElectronTransportChain）传递氢的酶或辅酶递氢体同时有传递电子的作用传递电子的酶或辅酶21呼吸链的组成复合体

酶名称重要酶蛋白辅基功能结构ⅠNADH-泛醌还原酶黄素蛋白铁硫蛋白FMNFe-SVitB2FeⅡ琥珀酸-泛醌还原酶黄素蛋白铁硫蛋白CytbFADFe-S铁卟啉VitB2FeFeⅢ泛醌-细胞色素C还原酶CytbCytc1铁硫蛋白铁卟啉Fe-SFeFeⅣ细胞色素C氧化酶Cytaa3铁卟啉FeCu泛醌Cytc122两条呼吸链NADHFMNQCytbc1caa3O2FADH22）琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）1）

NADH氧化呼吸链两条呼吸链的名称作用[接受H的来源（NADH,FADH)]排列顺序12324第二节氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化偶联生成ATP氧化磷酸化

(oxidativephosphorylation)是指由代谢物脱下的氢，经线粒体氧化呼吸链电子传递释放能量，此释能过程与驱动ADP磷酸化生成ATP相偶联，即还原当量的氧化过程与ADP的磷酸化过程相偶联，产生能量ATP。底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)

与脱氢反应偶联，直接将高能代谢物分子中的能量转移至ADP（或GDP），生成ATP(或GTP）的过程，称为底物水平磷酸化。ATP生成方式125126一、氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ内根据P/O比值自由能变化:⊿Gº'=-nF⊿Eº'氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ何谓氧化磷酸化偶联部位？理论推测的氧化呼吸链中偶联生成ATP的部位依据？（一）P/O比值（确定部位）1)概念氧化磷酸过程中，每消耗1/2摩尔O2所需磷酸的摩尔数。P/O2)实验条件O2底物线粒体H3PO4ADP3）结果P/OATP生成部位2.51.5211底物丙酮酸琥珀酸抗坏血酸NAD+FADCytC呼吸链3129NADHFMNQCytbc1caa3O2FADH2-0.32-0.300.040.070.220.250.290.82

-0.06(二）自由能变化(生成1molATP需30.5kJ)ΔG0’=–nFΔE0’ΔG0’(kJ)ΔE0’(V)0.3669.50.1936.70.58112（满足条件）一对电子经NADH氧化呼吸链传递生成ATP2.5个经琥珀酸氧化呼吸链传递生成ATP1.5个ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2131二.氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度

化学渗透假说（chemiosmotichypothesis)PeterMitchellNobelPrize1978

电子经氧化呼吸链传递时释放的能量，驱动质子H+从线粒体基质侧泵出至内膜的膜间腔侧，产生膜内外质子电化学梯度，以此储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。132复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵的作用

电子经呼吸链传递释放的能量，将基质中H+泵到线粒体内膜外侧。ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液侧

基质侧++++++++++---------复合体Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有质子泵功能

134三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成ATP由呼吸链中复合体质子泵作用形成的跨线粒体内膜的H+浓度梯度和电位差，储存电子传递释放的能量。当质子顺浓度梯度回流至线粒体基质内时，储存的能量被ATP合酶（ATPsynthase)充分利用，催化ADP与Pi生成ATP。135内膜基质膜间腔Ca

εαββαδγαβbF1：含5种多肽链

催化ATP合成Fo：跨线粒体内膜疏水蛋白含3种亚基

质子通道ATP合酶（复合体Ⅴ）136四、ATP在能量代谢中起核心作用137影响氧化磷酸化的因素

（一）抑制剂1.呼吸链抑制剂2.解偶联剂3.氧化磷酸化抑制剂（二）

ADP的调节作用氧化磷酸化（ATP利用）[ADP]（三）甲状腺素（四）线粒体DNA突变

13138（一）高能化合物

水解时释放出的自由能较多的化合物。

(ΔG0’>21kJ/mol)ATP: