2023学年完整公开课版生物氧化

第二单元糖代谢与生物氧化

——生物氧化新疆农业职业技术学院主讲：刘利群生物化学一、生物氧化概述二、生物氧化的概念、方式、特点三、ATP与高能化合物四、磷酸化作用的方式与氧化磷酸化教学目标一、生物氧化概述1、生物氧化的概念糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能营养物质在生物体内进行的氧化称生物氧化，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。此过程需耗氧、排出CO2，又在活细胞内进行，故又称细胞呼吸(cellularrespiration)。

1、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H2OADP+PiATPCO22生物氧化的一般过程二、生物氧化中物质氧化方式与特点脱电子

Fe2+ Fe3++e生物氧化体外氧化(燃烧)反应性质相同（氧化还原反应）产物

相同（CO2、H2O）耗氧量

相同环境细胞内体外条件体温，需酶高温，不需酶能量释放方式逐步释放骤然释放产物生成方式水由代谢物脱下的氢与氧结合产生，CO2由有机酸脱羧产生水和CO2由物质中的碳和氢直接与氧结合产生

线粒体主要功能：氧化营养物，生成ATP。结构：外膜：通透性较高内膜：对物质的通过有严格选择性内膜高度折叠形成嵴膜间腔基质线粒体结构模式图线粒体结构线粒体嵴的分子组成三、ATP与高能化合物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化合物△E0′kJ/mol(kcal/mol)磷酸烯醇式丙酮酸－61.9(－14.8)氨基甲酰磷酸－51.4(－12.3)1，3-二磷酸甘油酸－49.3(－11.8)磷酸肌酸－43.1(－10.3)ATP→ADP＋Pi－30.5(－7.3)乙酰辅酶A－31.5(－7.5)ADP→AMP＋Pi－27.6(－6.6)焦磷酸－27.6(－6.6)1-磷酸葡萄糖－20.9(－5.0)一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能磷酸肌酸磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。Q：下列哪些化合物属于高能磷酸键化合物？A：1,6-二磷酸果糖B：三磷酸肌醇C：磷酸烯醇式丙酮酸D：磷酸肌酸E：UTP(CDE)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(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。1、氧化呼吸链（电子传递链）

概念

组成

电子传递体的排列顺序

呼吸链顺序的实验依据四、磷酸化作用与氧化磷酸化概念在线粒体内膜上具有氧化还原功能的酶和辅酶按一定顺序排列组成，能传递氢和电子的链式反应体系称为电子传递链（electrontransferchain）。由于电子传递过程与细胞呼吸有关，又称呼吸链（respiratorychain）。组成递氢体和电子传递体（2H2H++2e）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-氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置氧化还原电位低氧化还原电位高呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位氧化还原对E0’(V)氧化还原对E0’(V)NAD+/NADN+H+－0.32Cytc1Fe3+/Fe2+0.22FMN/FMNH2－0.219CytcFe3+/Fe2+0.254FAD/FADH2－0.219CytaFe3+/Fe2+0.29CytbL(bH)Fe3+/Fe2+0.05(0.10)Cyta3Fe3+/Fe2+0.35Q10/Q10H20.061/2O2/H2O0.816电子传递方向：(还原电位)低

高1.NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O22.琥珀酸（FADH2）氧化呼吸链

琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链IIIIIVQCIIQIIICIV

NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc1→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链CytbL→CytbH→Fe-S→Cytc1CuA→a→a3-CuB2、氧化磷酸化*定义氧化磷酸化指在代谢物脱下的氢经电子传递链传递给氧生成H2O时，释放出的能量使ADP磷酸化生成ATP的过程。

*实质：氢的氧化

ADP的磷酸化偶联底物水平磷酸化合酶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。不经电子传递。ATPATPATP（一）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：三个复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ（1）自由能变化（内容抽象，知道就行，不用深究）⊿Gº'=-nF⊿Eº'2.确定氧化磷酸化偶联部位的方法（2）P/O比值概念：指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）底物电子传递链P/O比值生成ATP数NADH+H+NAD+

复合体ICoQ复合体IIIc

复合体IV

O22.52.5FADH2

复合体IICoQ复合体IIIc

复合体IV

O21.51.5离体线粒体的P/O比值（二）氧化磷酸化的偶联机制1.

化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)-1978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。线粒体基质

线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATPⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液侧

基质侧++++++++++---------电子传递过程复合体Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有质子泵功能。

2.ATP合酶疏水部分,亚基:a1b2c9～12ATP合酶结构模式图亲水部分,亚基:

α3β3γδε,

OSCP,IF1亚基)（1）结构(2)质子通过ATP合酶Fo顺浓度梯度回流使F1γ亚基旋转ATP合酶Fo中a亚基和c亚基结构示意半通道：亲水线粒体内膜：疏水c环与γδ亚基紧密相连，当c环旋转时会带动γ亚基旋转。胞浆半通道基质半通道H+当H+顺浓度梯度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。ATP合酶的工作机制(3)γ亚基旋转使β亚基构象改变导致ATP合成和释放L：疏松型；T：紧密型；O：开放型三、影响氧化磷酸化的因素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3.ATP合酶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Q：氰化物中毒是由于抑制了哪种细胞色素？解偶联蛋白（UCP)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熊冬眠婴儿及初生的哺乳动物维持体温—棕色脂肪组织（含大量线粒体，内膜存在解偶联蛋白）

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+++++++-------H+（二）ADP的调节作用主要因素：ADP↑→氧化磷酸化↑（三）甲状腺激素诱导Na+,K+–ATP酶→ATP加速分解→ADP↑解偶联蛋白基因表达↑→产热↑（四）线粒体DNA(mtDNA)突变

与线粒体DNA病及衰老有关。化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响四、线粒体内膜的物质转运

线粒体外膜：通透性高线粒体内膜：对物质通过的有严格的选择性物质的转运主要依赖于中不同转运蛋白(transporter)（一）胞浆中NADH的氧化

胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制主要有α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)1.

α-磷酸甘油穿梭机制

NADH+H+FADH2NAD+FAD

线粒体内膜

线粒体外膜膜间隙

线粒体基质α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油主要存在于脑和骨骼肌中。糖酵解途径中产生的NADH进入线粒体生成FADH2，进入琥珀酸氧化呼吸链，生成1.5ATPα-磷酸甘油穿梭2.

苹果酸-天冬氨酸穿梭机制NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白α-酮戊二酸转运蛋白苹果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链天冬氨酸主要存在于肝和心肌中。糖酵解途径中产生的NADH进入线粒体，重新生成NADH，进入NADH氧化呼吸链，生成

2.5ATP苹果酸-天冬氨酸穿梭（二）ADP与ATP反向转运腺苷酸转位酶（adeninenucleotidetranslocase）又称腺苷酸转运蛋白。ATP4-F0F1胞液侧

基质侧

腺苷酸转运蛋白磷酸转运蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP4-和ADP3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷，相当于多1个H+转入线粒体基质。

转运蛋白进入线粒体