生物化学教学课件：8生物氧化

Chapter8-1生物能学和生物氧化糖代谢脂代谢氨基酸代谢核酸/核酸代谢物质代谢的调节控制基因工程概论

静态

动态营养物质——生物体自身的分子

——生命活动所需的物质和能量糖脂类蛋白质酶维生素激素核酸Chapter8-2Biologicalenergetics&Biologicaloxidation第八章

生物能学和生物氧化Chapter8-3代谢总论p263新陈代谢(代谢，metabolism)

——营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称

——活细胞中所有化学变化的总称

——非完全自发，酶催化物质代谢

合成代谢

分解代谢能量代谢中间代谢（代谢中的一系列的酶促反应）Chapter8-4Chapter8-5Chapter8-6研究材料活体研究：“invivo”：

以生物整体、整体器官或微生物细胞群为对象进行的代谢研究称为活体研究（又称体内研究）；离体研究：“invitro”：

以组织切片、匀浆或组织提取液为对象进行的代谢研究称为离体研究（又称体外研究）。代谢的研究方法Chapter8-7代谢的研究方法

——中间代谢的研究方法酶的抑制剂遗传缺陷症（缺乏酶）气体测量法（瓦氏呼吸器）同位素示踪法(isotopictracertechnique)

常用放射性同位素

35S、32P、14C、3H标记代谢物核磁共振波谱法Chapter8-8磷酸丙糖异构酶醛缩酶(4)(5)酒精发酵碘乙酸Chapter8-9烯醇化酶丙酮酸激酶⑼⑽⑾*ATPADP自发H2O需K+和Mg2+参加氟化物Chapter8-10核磁共振波谱法Chapter8-11生物能学p246－249在生物化学反应中的一些规定

△G=G产物－G反应物=△H－T△S

△G自由能变化

△H热焓变化：由化学键的形成和断裂有关的能量变化所引起的

△S熵的变化：与一个系统中能量分布的混乱度△G0标准自由能变化：在1mol/L,1atm，298K（25℃）条件下，反应的自由能变化Chapter8-12生物能学自由能变化与化学反应平衡常数的关系

在生物化学能量学中，标准状况的pH值规定为7.0化学反应自发进行的条件：

G<0氧化还原电位与自由能△G0’=-nF△E0’

氧化还原反应自发进行的方向为△G0’小于零和△E0’大于0。Chapter8-13高能磷酸化合物高能化合物

生物化学中把水解时释放5000卡/mol（20KJ/mol）以上自由能的化合物称为高能化合物

高能键

“～”Chapter8-14ATP的作用

中间传递能量者（非贮存者）焦磷酸Chapter8-15磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸肌酸、磷酸精氨酸（无脊椎动物肌肉中）——贮能作用Chapter8-16磷酸肌酸与ATP的转换

磷酸肌酸、磷酸精氨酸（无脊椎动物肌肉中）——贮能作用Chapter8-17一、概念二、呼吸链的组分三、呼吸链中各组分的排列顺序四、线粒体中两条重要呼吸链五、氧化磷酸化抑制剂生物氧化——电子传递和氧化磷酸化作用（p233）Chapter8-18Chapter8-19Chapter8-20燃烧

呼吸

生物氧化Chapter8-21概念生物氧化：有机物在体内氧化分解为二氧化碳和水并释放能量的过程。

生物体内的氧化还原反应

氧化——失电子、脱氢、加氧和加水脱氢

还原——得电子、加氢、脱氧

如何利用氧分子把代谢物分子中的氢氧化成水

如何在酶的催化下把碳变成二氧化碳——脱羧作用

如何将氧化时产生的能量搜集和贮存起来Chapter8-22概念脱羧作用p233

非氧化脱羧（直接脱羧基作用）

CH3COCOOHCH3CHO+CO2

丙酮酸脱羧酶

氧化脱羧

丙酮酸在丙酮酸氧化脱羧酶系（丙酮酸脱氢酶）的作用下氧化脱羧Chapter8-23概念电子传递过程：还原型的辅酶通过电子传递再氧化的过程氧化磷酸化作用、氧化呼吸链、呼吸代谢

电子传递和ATP形成的偶联机制

是电子沿着电子传递链传递过程中伴随着将ADP磷酸化而形成ATP的全过程。由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化系统组成的这种代谢途径一般称为生物氧化还原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链。Chapter8-24生物氧化体系线粒体氧化体系

细胞内的线粒体是生物氧化的主要场所，主要功能是将代谢物脱下的氢通过多种酶及辅酶所组成的传递体系的传递，最终与氧结合生成水。非线粒体氧化体系

微粒体氧化体系

过氧化物体氧化体系

多酚氧化酶体系（植物细胞）

抗坏血酸氧化酶体系p242-245p243Chapter8-25线粒体的结构

p249嵴Chapter8-26呼吸链的组成成分至今发现构成呼吸链的组成成分有20多种供氢体传递体（递氢体、递电子体）受氢体酶Chapter8-27参与生物氧化的酶类脱氢酶——以FMN，FAD，NAD，NADP为辅酶

使代谢物的氢活化、脱落，并将之传递给其他受氢体或传递体。

以作用底物命名：丙酮酸脱氢酶、NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶氧化酶——以氧为直接受氢体的氧化还原酶类

eg.细胞色素酶、抗坏血酸氧化酶加氧酶——催化加氧反应过氧化氢酶p234－237Chapter8-28以黄素核苷酸为辅酶的脱氢酶以氧为直接受氢体Chapter8-29以烟酰胺核苷酸为辅酶的脱氢酶Chapter8-30氧化酶(Oxidase)以氧为直接受氢体的氧化还原酶类金属离子把电子传给分子氧，使氧激活，易与质子结合生成水。Chapter8-31

传递体

作用

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸

（NAD+）

递氢体尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）

递氢体

黄素蛋白（辅基为FAD和FMN）

递氢体

铁硫蛋白（Fe-S）

单电子传递体辅酶Q（CoQ)递氢体细胞色素类

（除细胞色素a3）

单电子传递体传递体——递氢体（传递氢原子）

递电子体（传递电子）Chapter8-32NAD和NADPChapter8-33Chapter8-34Chapter8-35辅酶Q(CoQ,UQ)结构与性质：脂溶性苯醌，含多个异戊二烯作用：传递氢，将电子传给细胞色素C。/view/15284.htm

Chapter8-36铁硫蛋白(Iron-sulfurprotein)

单电子传递

铁硫蛋白与黄素蛋白和细胞色素形成复合体存在。

结构:含等量的铁原子和硫原子（Fe2S2，Fe4S4）铁

原子与铁硫蛋白的半胱氨酸相连。

Chapter8-37细胞色素(Cytochrome)CytochromeC细胞色素分a、b、c为三类，Cyta,Cyt

a3,Cyt

c,Cyt

c1,Cytb等。结构共同点：铁卟啉、多种酶蛋白

差异点：铁卟啉辅基侧链及铁卟啉与蛋白质的连接方式不同。作用：电子传递体Chapter8-38呼吸链中各组分的排列顺序电子亲和力递增的顺序p253ATPFADH2ATPATPChapter8-39p251Chapter8-40复合体Ⅰ（NADH-泛醌还原酶）：

NADH还原酶+2（Fe-S）+CoQChapter8-41复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶）：

琥珀酸脱氢酶+2（Fe-S）+2（Cytb560）Chapter8-42复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素c还原酶）：2Cytb+Cytc1+（Fe-S）

Chapter8-43复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）：Cyta+Cyta3

Chapter8-44电子呼吸链的酶蛋白复合体及游离分子的组成及功能复合体或游离分子名称所含辅基种类有无质子泵作用复合体INADH-CoQ还原酶FMN和Fe-S质子泵NADH脱H经FMN、铁硫蛋白传递给UQ复合体II琥珀酰CoQ还原酶FAD和4Fe-4S无质子泵将琥珀酸中脱的氢传递给UQ复合体III细胞色素C还原酶Cytb、C1和Fe-S质子泵将电子从泛醌传递给CytC，伴有质子自基质转移至膜间隙复合体IV细胞色素C氧化酶含Cyta、a3质子泵电子自CytC经复合体IV到氧，并使质子从基质移到膜间隙细胞色素CCyta、a3

及铜离子游离的递电子体，促进电子自复合体III向复合体IV的传递.CoQ接受复合体I或II的氢，把电子传递给复合体III。Chapter8-45线粒体內的两条重要呼吸链NADH氧化呼吸链——细胞内最主要的呼吸链琥珀酸氧化呼吸链（p240－241）Chapter8-461．NADH氧化呼吸链：Chapter8-472.琥珀酸氧化呼吸链：Chapter8-48Chapter8-49ATP生成——氧化磷酸化底物水平磷酸化：底物的高能磷酸基团直接转移给ADP生成ATP（没有氧参加）。P252—高能磷酸键的生成过程只有脱氢作用，没有氧参加。Chapter8-50氧化磷酸化：是指在电子传递过程中,释放的能量使ADP磷酸化成ATP的过程。—需要氧分子参加

又称呼吸链磷酸化或电子传递水平磷酸化

p252ATP生成——氧化磷酸化Chapter8-51高能磷酸键通过非氧化性生成。这种磷酸化作用既没有氧参加反应，也没有脱氢。ATP生成——非氧化磷酸化Chapter8-52PeterMitchell1961提出化学渗透学说要点：

1）电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）自线粒体内膜基质侧泵到内膜外。

2）内膜不允许质子自由回流，形成膜内、外的电子化学梯度。（形成H+浓度梯度和跨膜电位差

）。3）当质子顺浓度梯度回流时释放的能量释放的能量驱动ADP与Pi生成ATP。

氧化磷酸化机制

Chapter8-53

氧化磷酸化机制

Chapter8-54←NAD-p255Chapter8-55Chapter8-56头部

ATP合酶

偶联因子F1柄部

棒状蛋白分子

对寡霉素敏感的蛋白（OSCP）

能量通道基底

疏水蛋白（HP或F0）质子通道Chapter8-57ATPFADH2ATPATP氧化磷酸化偶联部位

p252Chapter8-58标准电极电位

p248NAD+/NADH+H+：E0’＝-0.32VFMN/FMNH2：E0’＝-0.03V

NADH→FMN：G0’ =-nFE0’ =-2×23.063×[(-0.03)-(-0.32)]×4.184 =-55.6(kJ/mol)Cytb→Cytc：

G0’=-34.7

(kJ/mol)Cytaa3→O2：

G0’=-102.1(kJ/mol)氧化磷酸化偶联部位ATP分解成ADP时释放30.5kJ/mol的能量Chapter8-59P/O比：当一对电子通过呼吸链传至氧所产生的ATP分子数

NADH氧化呼吸链——3(2.5)

琥珀酸氧化呼吸链——2(1.5)Chapter8-60线粒体外的氧化磷酸化

p256胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产生NADH。这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生H2O和ATP。异柠檬酸穿梭系统磷酸甘油穿梭系统

主要存在于脑和骨骼肌苹果酸穿梭系统

主要存在于肝和心肌Chapter8-61线粒体外的氧化磷酸化Chapter8-62线粒体外的氧化磷酸化Chapter8-63线粒体外的氧化磷酸化Chapter8-64（1）ADP和ATP的调节：正常生理条件下，ADP与ATP的比值是调节氧化磷酸化的重要因素，ADP

、ATP↓则氧化磷酸化

。（2）甲状腺激素：它诱导Na+,K+-ATP酶的生成使ATP分解,因ADP

导致氧化磷酸化

。ATP合成和分解速度都加快，导致耗氧和产热

，基础代谢

率提高（甲亢病人主要临床指征之一）。影响氧化磷酸化作用的因素Chapter8-65（3）抑制剂

呼吸链的抑制剂

解偶联剂

氧化磷酸化的抑制剂影响氧化磷酸化作用的因素Chapter8-661．呼吸链的抑制剂：p259能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为电子传递链抑制剂。能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮等（阻断复合物I→CoQ）能够抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇（抑制Cytb

Cytc1的电子传递）能够抑制第三位点的有CO、H2S和CN-、N3-。其中，