生物化学课件之生物氧化

生物化学课件之生物氧化第一页，共五十八页，2022年，8月28日物质在生物体内进行氧化分解称为生物氧化包括线粒体内和线粒体外两种。线粒体内的氧化主要指细胞内氧消耗和CO2释放，并逐步释放能量ATP。也就是指糖、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。线粒体外氧化不伴ATP的生成，主要和代谢物或药物、毒物的生物转化有关。糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能*生物氧化的概念和特点第二页，共五十八页，2022年，8月28日*

生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。第三页，共五十八页，2022年，8月28日*

生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化体外氧化反应条件剧烈不需要酶的催化能量是突然释放的。产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。1.反应温和：37℃、pH接近中性2.需酶催化3.逐步氧化,逐步放能,可以调节；释放能量的40~55%以高能键储存4.生物氧化以脱氢方式为主5.H2O的生成:代谢物脱下的氢与氧结合产生CO2来源：有机酸脱羧产生第四页，共五十八页，2022年，8月28日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H2OADP+PiATPCO2*生物氧化的一般过程第五页，共五十八页，2022年，8月28日第二节

线粒体氧化体系

第六页，共五十八页，2022年，8月28日（一）定义：线粒体内膜上存在着按一定顺序排列的多种酶和辅酶组成的反应体系。代谢物脱下的氢经这一体系传递，最终与氧结合生成水。由于此过程与细胞呼吸有关，所以称为呼吸链。又称电子传递链。呼吸链中传递氢的酶或辅酶称为递氢体,传递电子的酶或辅酶称为电子传递体,因此呼吸链由递氢体和电子传递体组成。－电子传递链(electrontransferchain)一、呼吸链(respiratorychain）第七页，共五十八页，2022年，8月28日（1）烟酰胺(尼克酰胺)核苷酸类

NAD+(NADP+)简称CoI(CoII)功能基团：烟酰胺可逆性地加氢脱氢，代谢物上脱下的2H（2H+和2e）传递给黄素蛋白大多数脱氢酶以NAD+为辅酶少数脱氢酶以NADP+为辅酶为体内许多脱氢酶的辅酶，是联结作用物与呼吸链的重要环节。尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）或辅酶II（CoII）NADPH+H++NAD+＝NADP+NADH+H+

2.呼吸链的组成成份及作用：第八页，共五十八页，2022年，8月28日NAD+和NADP+的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

第九页，共五十八页，2022年，8月28日第十页，共五十八页，2022年，8月28日黄素蛋白的辅基有两种黄素单核苷酸（FMN）：含有磷酸黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）：含有腺苷酸（AMP）二者都含有维生素B2功能：可催化代谢物脱下的氢，脱下的氢可被该酶的辅基FMN和FAD接受。NADH脱氢酶的辅基就是FMN，可将NADH的H转移到NADH脱氢酶的辅基FMN。（2）黄素蛋白第十一页，共五十八页，2022年，8月28日第十二页，共五十八页，2022年，8月28日铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+Fe3++e反应传递电子，每次只传递一个电子为单电子传递体。存在形式：Fe4S4(也有Fe2S2）铁硫蛋白常与黄酶、细胞色素结合在一起，以复合物形式存在：FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)Ⓢ表示无机硫（3）铁硫蛋白第十三页，共五十八页，2022年，8月28日

铁硫蛋白SS无机硫半胱氨酸硫第十四页，共五十八页，2022年，8月28日第十五页，共五十八页，2022年，8月28日第十六页，共五十八页，2022年，8月28日细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。细胞色素体系各辅基中的铁可以得失电子，进行氧化还原反应，为单电子递体。（五）细胞色素第十七页，共五十八页，2022年，8月28日第十八页，共五十八页，2022年，8月28日①Cyt的本质细胞色素=酶蛋白+铁卟啉②Cyt的分类细胞色素(30多种)a组：a、a1、a2、a3…b组：b、b1～7、P450…c组：c、c1、c2、c3…③Cyt的存在部位线粒体（a、a3、b、c、c1）微粒体（b5、P450）④作用：单电子传递体2Cytaa3-Fe2++1/2O22Cytaa3-Fe3++O2-2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+第十九页，共五十八页，2022年，8月28日第二十页，共五十八页，2022年，8月28日第二十一页，共五十八页，2022年，8月28日1标准氧化还原电位：还原电位从低到高的顺序

2各组分特殊的吸收光谱，得失电子后吸收光谱改变

3还原状态呼吸链缓慢给氧

4特异抑制剂阻断：阻断部位以前的为还原状态，后面的为氧化状态。

5用去垢剂温和处理线粒体内膜，可以得到四种电子传递复合体

二呼吸链中传递体的排列顺序第二十二页，共五十八页，2022年，8月28日1.复合体Ⅰ:NADH-泛醌还原酶

功能:

将电子从NADH传递给泛醌

(ubiquinone)

复合体ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2第二十三页，共五十八页，2022年，8月28日复合体Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2第二十四页，共五十八页，2022年，8月28日2.

复合体Ⅱ:琥珀酸-泛醌还原酶

功能:

将电子从琥珀酸传递给泛醌

复合体Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3第二十五页，共五十八页，2022年，8月28日第二十六页，共五十八页，2022年，8月28日3.复合体Ⅲ:泛醌-细胞色素c还原酶

功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c

复合体ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1第二十七页，共五十八页，2022年，8月28日4.复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶

功能：将电子从细胞色素c传递给氧

复合体Ⅳ还原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3

和CuB形成的活性部位将电子交给O2。第二十八页，共五十八页，2022年，8月28日四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)*泛醌和Cytc

均不包含在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体第二十九页，共五十八页，2022年，8月28日呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置第三十页，共五十八页，2022年，8月28日ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+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-第三十一页，共五十八页，2022年，8月28日三、主要的呼吸链1.NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2第三十二页，共五十八页，2022年，8月28日2.琥珀酸氧化呼吸链

琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2第三十三页，共五十八页，2022年，8月28日第三十四页，共五十八页，2022年，8月28日高能磷酸键与高能磷酸化合物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

四、生物氧化过程中ATP的生成高能硫脂化合物含有酰基和硫醇基的化合物（一）高能化合物与高能磷酸化合物第三十五页，共五十八页，2022年，8月28日第三十六页，共五十八页，2022年，8月28日ATP的生成和利用ADPATP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P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)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。ADP+PiATPATPADP+Pi第三十七页，共五十八页，2022年，8月28日

（二）高能磷酸化合物ATP的生成

氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指代谢物氧化脱氢经呼吸链电子传递给氧生成水的同时，释放能量用以使ADP磷酸化生成ATP，由于代谢物氧化反应与ADP磷酸化生成ATP相偶联，故称为偶联磷酸化。

底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)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。第三十八页，共五十八页，2022年，8月28日（1）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ根据自由能变化和P/O比值（每消耗一摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数）⊿Gº‘=-nF⊿Eº’第三十九页，共五十八页，2022年，8月28日第四十页，共五十八页，2022年，8月28日ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化

第四十一页，共五十八页，2022年，8月28日（2）氧化磷酸化的机制1.化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)

电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。第四十二页，共五十八页，2022年，8月28日ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液侧基质侧++++++++++---------化学渗透假说详细示意图第四十三页，共五十八页，2022年，8月28日2.ATP合酶由亲水部分F1（α3β3γδε亚基）和疏水部分F0（a1b2c9～12亚基）组成。ATP合酶结构模式图第四十四页，共五十八页，2022年，8月28日线粒体基质

线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化学渗透假说简单示意图第四十五页，共五十八页，2022年，8月28日（3）氧化磷酸化的抑制1.呼吸链抑制剂

阻断呼吸链中某些部位电子传递。2.解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白2，4－二硝基苯酚3.氧化磷酸化抑制剂

对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（一）抑制剂第四十六页，共五十八页，2022年，8月28日鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥×抗霉素A二巯基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各种呼吸链抑制剂的阻断位点第四十七页，共五十八页，2022年，8月28日解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能H+H+ADP+PiATP第四十八页，共五十八页，2022年，8月28日

寡霉素(oligomycin)可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶结构模式图第四十九页，共五十八页，2022年，8月28日ATP是能量的释放和贮存利用的最主要的形式ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP五、ATP的利用和贮存第五十页，共五十八页，2022年，8月28日肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。第五十一页，共五十八页，2022年，8月28日ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(