第05章 生物氧化

生物氧化BiologicalOxidation第六章

主要内容概述生物氧化过程中水的生成ATP的生成其他氧化体系什么是生物氧化?物质在生物体内的氧化过程称生物氧化。主要是指糖、脂肪、蛋白质在体内变成CO2和水并生成能量ATP的过程。生物氧化这一章解决三个问题水如何生成?-----呼吸链能量如何生成?-----ATP的生成CO2如何生成?-----脱羧第一节概述一、生物氧化的方式与特点（一）生物氧化的方式1.加氧反应：向底物分子中直接加入氧原子或氧分子－O212+OH2.

脱氢反应(最主要):从底物分子上脱下一对氢原子COOHC=O+2H

CH3（2H++2e）

COOH

HO－CH

CH3CH3CHO+H2OCH3COOH+2H机体内加水脱氢反应：3.

脱电子反应：从底物分子上脱下一个电子Fe2+

Fe3++e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。（二）生物氧化的特点生物氧化与体外氧化的不同点反应条件

温和剧烈反应过程

逐步进行的酶促反应一步完成能量释放

逐步进行瞬间释放CO2生成方式

有机酸脱羧碳和氧结合H2O

需要不需要

生物氧化体外氧化速率受体内多种因素调节二、生物氧化有关的酶类（一）氧化酶类举例：细胞色素氧化酶、酚氧化酶等特点：催化底物脱氢后，以O2为直接受氢体,生成H2O。RH22Fe3+/2Cu2+O2－

H2OR

2Fe2+/2Cu+O22H++2e-2e+2e122e

组成：结合酶酶蛋白辅基：含Fe、Cu(二)需氧脱氢酶

特点：催化底物脱氢后,以O2为直接受氢体,生成H2O2。RH2FMN/FADH2O2R

FMNH2/FADH2

O2

2H2H组成：结合酶酶蛋白辅基：FMN、FAD(三)不需氧脱氢酶（最重要）

特点：催化底物脱氢后，不能以O2为直接受氢体组成：结合酶酶蛋白辅助因子辅酶：NAD+、NADP+辅基：FMN、FADRH2NAD+(NADP+)XH2

O2RNADH+H+

XH2O

(NADPH+H+)

2H2H2H12RH2FMN/FADXH2

O2R

FMNH2/FADH2

XH2O

2H2H2H12三、CO２生成的方式基本方式：

有机酸脱羧分类：

α-脱羧（羧基位置在α碳原子上）β-脱羧（羧基位置在β碳原子上）单纯脱羧（不伴氧化）氧化脱羧（伴氧化）

1.α-单纯脱羧

COOHC=OCH2COOHαβ（一）单纯脱羧2.β-单纯脱羧COOHC=O+CO2

CH3

O‖ CH3CCOOH

O‖CH3CH+CO2

（二）氧化脱羧

1.α-氧化脱羧2.β-氧化脱羧

O‖CH3－C－COOH+CoASH+NAD+

O‖CH3－C～SCoA+NADH+H++CO2COOHC=O+CO2+NADH+H+

CH3COOHCHOH+NAD+CH2COOHβα

第二节

生物氧化过程中水的生成TheOxidationSystemofH2OProducing呼吸链的概念分布于线粒体内膜，由递氢体和递电子体按一定顺序排列构成的连锁体系，与细胞利用氧的呼吸过程有关，通常称为呼吸链，又称电子传递链。一、呼吸链的组分及其作用（一）以NAD+、

NADP+为辅酶的脱氢酶类尼克酰胺核苷酸类NAD+、

NADP+递氢体

（二）黄素蛋白

FMN、FAD递氢体

（三）铁硫蛋白

单电子传递体（四）泛醌（辅酶Q）

递氢体（五）细胞色素体系

单电子传递体NAD+和NADP+的结构NAD+：R=HNADP+：R=PO32-(一)尼克酰胺核苷酸类+H+e+H++H+NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2H尼克酰胺核苷酸的作用原理（二）黄素蛋白类黄素单核苷酸的结构黄素腺嘌呤二核苷酸的结构核黄素(黄色)FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H-2H+2H还原型核黄素(无色)黄素核苷酸的作用原理（a）2Fe-2S（b）4Fe-4S（三）铁硫蛋白铁硫蛋白的结构Fe2+

Fe3+-e+eFMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b铁硫蛋白的作用原理OCH3CH3H3COH3COO（CH2CH=CCH2）nHOOH3COH3COCH3RH3COH3COOHOHCH3R+2H-2H（四）泛醌辅酶Q的结构及作用原理（五）细胞色素体系（Cyt）1.Cyt的本质细胞色素=酶蛋白+血红素2.Cyt的分类30多种a组：a、a1、a2、a3

…b组：b、b1～7、P450…c组：c、c1、c2、c3…细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。线粒体（a、a3

、b、c、c1）微粒体（b5、P450

）3.Cyt的存在部位Cytaa3（细胞色素氧化酶）：

Cyta与Cyta3结合紧密，很难分开，故将Cyta和Cyta3合称Cytaa3。Cytaa3可以直接将电子传递给氧，使氧被激活为氧离子，故亦称为细胞色素氧化酶。细胞色素的传递方向

笔洗一洗AA散b、c1、c、aa3洗一洗4.Cyt在呼吸链中的作用2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+

2Cytaa3-Fe2++1/2O2

2Cytaa3-Fe3++O2-

二、呼吸链中的传递体排列顺序呼吸链中氢和电子的传递顺序和方向主要是根据各种递氢体和电子传递体的标准氧化还原电位数值的测定（电子总是从低氧化还原电位向高氧化还原电位流动）而确定的。-63.7kJ/mol-59.8kJ/mol-110.0kJ/mol1.NADH氧化呼吸链每2H通过此呼吸链可生成2.5分子ATP。体内重要的两条呼吸链

SH2NAD+FMNH2CoQ2Cyt-Fe2+1/2O2

（Fe-S）SNADHFMNCoQH22Cyt-Fe3+O2-（Fe-S）每2H通过此呼吸链可生成1.5分子ATP。2.琥珀酸氧化呼吸链

琥珀酸

延胡索酸12FAD（Fe-S）b

FADH2

（Fe-S）bCoQH2

CoQ2Cyt-Fe3+2Cyt-Fe2+

O2O2-(b、c1、c

、aa3)3.分别进入两条呼吸链的底物苹果酸异柠檬酸

琥珀酸β-羟丁酸谷氨酸

FAD（Fe-S）NAD+FMNCoQbc1caa3O2

丙酮酸FAD

α-酮戊二酸

脂肪酰CoA

α-磷酸甘油NADH氧化呼吸链

FADH2氧化呼吸链

两种呼吸链的比较:相同:1.将H传递给O2生成水；2.H和O2消耗，其它可反复使用；3.CoQ是两种呼吸链的汇合点。不同点:

NADH呼吸链FADH2呼吸链

普遍程度较普遍次要起始物NADHFADH2ATP

2.51.5三、胞液中NADH的氧化

（一）α-磷酸甘油穿梭(脑、骨骼肌)（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭(肝脏、心肌组织)

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(每2H生成1.5ATP)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(每2H生成2.5ATP)两种穿梭系统的比较α-磷酸甘油穿梭苹果酸-天冬氨酸穿梭穿梭物质α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮苹果酸、谷氨酸天冬aa、α-酮戊二酸进入线粒体后转变成的物质FADH2NADH+H+进入呼吸链

琥珀酸氧化呼吸链NADH氧化呼吸链生成ATP数1.52.5存在组织脑、骨骼肌肝脏和心肌组织相同点将胞浆中NADH的还原当量转送到线粒体内第三节ATP的生成一、高能化合物

生物化学中常将水解时释放的能量>21kJ/mol的磷酸键称为高能磷酸键。含有高能键的化合物叫高能化合物。

ATP是最主要的直接供能物质ATP的结构：可用A－P～P～P表示末端有2个高能磷酸键~二、ATP的生成方式底物水平磷酸化氧化磷酸化(最主要)定义：将代谢物分子中能量（磷酸基）直接转移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的过程称底物水平磷酸化。每次底物磷酸化产生一个ATPX~+ADP→ATP+XP（一）底物水平磷酸化：

在被氧化的底物上发生磷酸化作用。底物水平磷酸化仅见于以下三个反应（二）氧化磷酸化1.概念：代谢物脱下的氢，经呼吸链氧化为水时释放的能量，在ATP合酶的催化下，使ADP磷酸化成ATP的过程，由于代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联进行，故称为氧化磷酸化。2.氧化磷酸化的偶联部位P/O值：是指氧化磷酸化过程中，无机磷原子消耗的摩尔数与氧原子消耗的摩尔数之比。从P/O值可了解物质氧化时每消耗1摩尔原子氧所产生的ATP的摩尔数。离体线粒体实验中测得一些底物的P/O值底物呼吸链的组成P/O值生成ATP数1.β-羟丁酸

NAD+→FMN→CoQ→Cyt→O2

2.4～2.8

2.5琥珀酸

FA