生物化学第八章生物氧化

生物化学第八章生物氧化第1页，课件共56页，创作于2023年2月一、生物氧化的概念：

糖脂肪蛋白质O2CO2、H2O能量40%ATP热能

物质在生物体内氧化分解的代谢过程，称为生物氧化(BiologicalOxidation)。第2页，课件共56页，创作于2023年2月

二、生物氧化的方式

加氧方式脱氢失电子

反应过程遵循氧化还原反应的一般规律。第3页，课件共56页，创作于2023年2月三、生物氧化的特点:1、在细胞内温和的水环境中进行。2、酶促反应过程，速度快、可调节。3、能量逐步释放，其中40%合成ATP。4、进行广泛的加水脱氢反应。第4页，课件共56页，创作于2023年2月第一节呼吸链组成体系

一、呼吸链（一）呼吸链的概念：

线粒体内膜中按一定顺序排列的酶和辅酶（递氢体和递电子体）组成的氧化还原反应体系,将代谢物脱下的成对氢原子最终传递给氧生成水。由于此反应与细胞呼吸有关，故将这链锁的氧化还原反应体系称为呼吸链(respiratorychain)

。第5页，课件共56页，创作于2023年2月呼吸链的组成成份1、NAD+2、FAD、FMN3、铁硫蛋白4、CoQ(泛醌）5、细胞色素（二）呼吸链的组成成份(辅酶)第6页，课件共56页，创作于2023年2月人体呼吸链复合体的组成复合体酶名称质量(kD)多肽链数功能辅基含结合位点复合体ⅠNADH-泛醌还原酶85042FMN，Fe-SNADH（基质侧）CoQ（脂质核心）复合体Ⅱ琥珀酸-泛醌还原酶1404FAD，Fe-S琥珀酸（基质侧）CoQ（脂质核心）复合体Ⅲ泛醌-细胞色素C还原酶25011血红素bL,bH,c1,Fe-SCytc（膜间隙侧）复合体Ⅳ细胞色素C氧化酶16213血红素a，a3，CuA,CuBCytc（膜间隙侧）表8-1细胞色素c 13 1 血红素c Cytc1，Cyta第7页，课件共56页，创作于2023年2月ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液侧基质侧++++++++++---------各复合体在线粒体内膜中的位置线粒体内膜第8页，课件共56页，创作于2023年2月NADH-泛醌还原酶作用:将NADH+H+中的电子传递给泛醌电子传递：NADH→FMN→Fe-S→CoQ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。1、复合体Ⅰ

第9页，课件共56页，创作于2023年2月①NAD+和NADP+的结构及作用

R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

第10页，课件共56页，创作于2023年2月作用：可逆性传递一个氢原子和一个电子第11页，课件共56页，创作于2023年2月2、FMN和FAD的结构及作用

作用：N1,N10可逆性传递二个氢原子。第12页，课件共56页，创作于2023年2月③铁硫蛋白的结构及作用

作用：Fe+2↔Fe+3+eˉ可逆性的传递电子

Ⓢ表示无机硫fe4S4的结构第13页，课件共56页，创作于2023年2月④辅酶Q（CoQ）作用：可逆性传递2个电子和2个质子，在生物氧化中是一种递氢体第14页，课件共56页，创作于2023年2月琥珀酸-泛醌还原酶作

用:将电子从琥珀酸传递到泛醌。电子传递：琥珀酸→FAD→Fe-S→CoQ复合体Ⅱ没有H+泵的功能。2、复合体Ⅱ第15页，课件共56页，创作于2023年2月3、复合体Ⅲ泛醌-细胞色素C还原酶作

用:将电子从泛醌传递给细胞色素c电子传递：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc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Ⅲ有质子泵功能。第16页，课件共56页，创作于2023年2月结构和吸收光的不同将细胞色素分成三大类:细胞色素cytacytbcytcaa3b562(H)b566(L)C1C作用:可逆性的传递电子Fe+2

↔

Fe+3+eˉ第17页，课件共56页，创作于2023年2月细胞色素(cytochrome,Cyt)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。第18页，课件共56页，创作于2023年2月细胞色素C氧化酶(cytochromecoxidase)。作用:将电子从细胞色素C传递给氧电子传递：Cytc→CuA→Cyta→(Cyta3–CuB)→O2Cyta3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给O2。4、复合体Ⅳ每传递2个电子可将2个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体Ⅳ有质子泵功能。第19页，课件共56页，创作于2023年2月二、呼吸链中NADH和FADH2电子传递顺序

呼吸链中各组分的排列顺序是经过一系列的实验结果确定的。①标准氧化还原电位，由低到高。②拆开和重组。③特异抑制剂阻断。④还原状态缓慢给氧，观察各组分被氧化的顺序。

NADH和FADH2是呼吸链电子的供体。第20页，课件共56页，创作于2023年2月表8-2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+/NADH+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第21页，课件共56页，创作于2023年2月1.NADH氧化呼吸链:NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O22.琥珀酸氧化呼吸链:琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2两条呼吸链排列顺序第22页，课件共56页，创作于2023年2月NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc1→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链第23页，课件共56页，创作于2023年2月

第二节ATP的生成

底物水平磷酸化ATP生成方式

氧化磷酸化

底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation

):底物脱氢使分子内部能量重新分布，生成的高能键，直接转给ADP磷酸化生成ATP的过程。

氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)

:底物脱下成对的氢,经呼吸链的传递释放能量，偶联ADP磷酸化生成ATP的过程，又称为偶联磷酸化。第24页，课件共56页，创作于2023年2月

（一）P/O比值：

氧化磷酸化过程中，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数(合成ATP的克分子数)。一、氧化磷酸化偶联部位（ATP生成部位）线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值底物呼吸链的组成P/O比值可能生成的ATP数β-羟丁酸NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ2.4～2.82.5→Cytc→复合体Ⅳ→O2琥珀酸复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ1.71.5→Cytc→复合体Ⅳ→O2抗坏血酸Cytc→复合体Ⅳ→O20.881细胞色素c(Fe2+)复合体Ⅳ→O20.61-0.681第25页，课件共56页，创作于2023年2月ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ（二）电子传递链自由能变化

第26页，课件共56页，创作于2023年2月二、氧化磷酸化偶联机制

（一）化学渗透学说(chemiosmotichypothesis)

：氢原子经呼吸链传递时，质子（H+）被从线粒体内膜的基质侧泵到胞浆侧，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。

第27页，课件共56页，创作于2023年2月ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液侧基质侧++++++++++---------化学渗透假说详细示意图第28页，课件共56页，创作于2023年2月（二）ATP合成酶（复合体Ⅴ）ATP合成酶F1(亲水,催化合成ATP,

α3β3γδε复合体、

OSCP、IF1亚基)F0

(疏水,电子通道,α、b2C9-12）

第29页，课件共56页，创作于2023年2月第30页，课件共56页，创作于2023年2月当H+顺浓度递度经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合酶的工作机制第31页，课件共56页，创作于2023年2月三、生物体能量生成储存和利用

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)肌肉和脑ATP是能量代谢的核心第32页，课件共56页，创作于2023年2月磷酸肌酸的生成

第33页，课件共56页，创作于2023年2月第34页，课件共56页，创作于2023年2月第三节影响氧化磷酸化的因素影响因素ADP的调节作用抑制剂的影响甲状腺素的作用线粒体DNA突变一、ADP（ATP/

ADP）的调节作用、ADP↑（ATP/

ADP↓）氧化磷酸化加速。2、ADP↓（ATP/

ADP↑）氧化磷酸化减速。第35页，课件共56页，创作于2023年2月二、抑制剂的影响1.呼吸链抑制剂2.解偶联剂3、氧化磷酸化抑制剂第36页，课件共56页，创作于2023年2月1、呼吸链抑制剂

阻断呼吸链中某些电子传递部位，主要有鱼藤酮、粉蝶霉素A、异成巴比妥、抗霉素A、二硫基丙醇，CO、CN-、H2S、N-3

。2、解偶联剂

使氧化与磷酸化偶联过程脱离，主要有二硝苯酚，棕色脂肪组织中的解偶联蛋白。3、氧化磷酸化抑制剂

对电子传递及ADP磷酸化有抑制作用。如：寡霉素第37页，课件共56页，创作于2023年2月鱼藤酮粉蝶霉素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38页，课件共56页，创作于2023年2月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39页，课件共56页，创作于2023年2月

寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶结构模式图可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。第40页，课件共56页，创作于2023年2月

三、甲状腺素的作用

1、诱导Na+K+-ATP酶的生成，促进ATP分解成ADP。

2、促进解偶联蛋白基因表达。四、线粒体DNA突变

mtDNA突变，影响到呼吸链多种酶的合成，而影响氧化磷酸化，老年人多见。第41页，课件共56页，创作于2023年2月五、通过线粒体内膜转运的物质第42页，课件共56页，创作于2023年2月

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1、α-磷酸甘油穿梭机制（脑、肌肉）

（一）胞浆中NADH的氧化第43页，课件共56页，创作于2023年2月NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸转运体苹果酸-α-酮戊二酸转运体苹果酸草酰乙酸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2、苹果酸一天冬氨酸穿梭（肝、肌肉）第44页，课件共56页，创作于2023年2月六、CO2的生成人体的CO2来自有机酸的脱羧反应。（一）α-单純脱羧R-CHNH2-COOHR-CH2NH2+CO2（二）α-氧化脱羧CH3-CO-COOH+HSCoACH3CO~SCoA+CO2脱羧方式α-单純脱羧α-氧化脱羧β-单純脱羧β-氧化脱羧NAD+NADH+H+第45页，课件共56页，创作于2023年2月（三）β-单純脱羧CH2-COOHCO-COOHCH3COCOOH+CO2草酰乙酸丙酮酸（四）β-氧化脱羧CH2-COOHCHOH-COOH苹果酸CH3COCOOH+CO2丙酮酸NAD+NADH+H+第46页，课件共56页，创作于2023年2月第四节其他氧化体系（自学）第47页，课件共56页，创作于2023年2月一、需氧脱氢酶和氧化酶第48页，课件共56页，创作于2023年2月二、过氧化物酶体中的酶类（一）过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含4个血红素2H2O22H2O+O2

过氧化氢酶

第49页，课件共56页，创作于2023年2月（二）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+H2O2RO+H2ORH2+H2O2R+2H2O过氧化物酶

过氧化物酶

第50页，课件共56页，创作于2023年2月反应氧族超氧离子(O2﹣)、H2O