生物氧化课件

生物氧化

维持生命活动的能量来源光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合作用将光能转变成生物能。化学能：动物和多数微生物，通过生物氧化作用将有机物质存储的化学能释放出来，并转变成生物能（ATP传递）。ATP的作用作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需的能量；供给机体生命活动所需的能量；生成核苷三磷酸（NTP）；将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸（creatinephosphate）形式储存。提供合成代谢或分解代谢

初始阶段所需的能量

G+ATPG-6-P+ADP

脂酸+CoA+ATP

脂酰CoA+AMP+PPi

氨基酸+ATP氨基酰~AMP+PPi供给机体生命活动所需的能量生成核苷三磷酸（NTP）

在生物体内，除了可直接使用ATP供能外，还用使用其他形式的高能磷酸键供能，如UTP用于糖原的合成，CTP用于磷脂的合成，GTP用于蛋白质的合成等。核苷单磷酸激酶。

ATP在能量转运中地位和作用★

ATP是细胞内的“能量通货”ATP是生物界普遍使用的供能物质，有“通用货币”之称。ATP分子中含有两个高能磷酸酐键，均可以水解供能。ATP水解为ADP并供出能量之后，又可通过氧化磷酸化重新合成，从而形成ATP循环。★

ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基团转移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基团储备物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸形式储存高能磷酸键的储存与释放磷酸肌酸（C～P）是肌肉和脑组织中能量的贮存形式。但磷酸肌酸中的高能磷酸键不能被直接利用，而必须先将其高能磷酸键转移给ATP，才能供生理活动之需。这一反应过程由肌酸磷酸激酶（CPK）催化完成。

生物氧化（biologicaloxidation）：物质在生物体内的氧化，主要是指糖、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。生物氧化

——生物体内一切代谢物进行的氧化作用。

生物氧化的特点1.在体温、近于中性的含水环境中由酶催化。2.能量逐步释放，部分存于ATP。3.分为线粒体氧化体系

(真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行)和非线粒体氧化体系。直接脱羧CH3CCOOHOCH3CHO+CO2丙酮酸脱羧酶（α-脱羧）HOOCCH2CCOOHαβ丙酮酸羧化酶CH3CCOOH+CO2OO（β-脱羧）氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。HOOCCH2CHOHCOOHCH3CCOOH+CO2NADP+NADPH+H+O（一）CO2的生成

生物体内CO2的生成来源于有机物转变为含羧基化合物的脱羧作用。（二）H2O的生成

代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。

生物体主要以脱氢酶、电子传递体及氧化酶组成生物氧化体系，以促进水的生成。MH2M递氢体递氢体H2NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ还原型氧化型Cyt

递电子体

b,c1,c,aa32H+2e½

O2O2-H2O脱氢酶氧化酶2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶

底物脱水

（1）代谢脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，在此过程中有ATP的产生（狭义的生物氧化）；（2）酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜；传递氢的酶和辅酶——递氢体传递电子的酶和辅酶——递电子体（3）此过程与细胞呼吸有关，此传递链称为呼吸链。递氢体、递电子体都起传递电子的作用，又称电子传递体。由呼吸链生成水（三）

ATP的生成方式氧化磷酸化：代谢物脱下的氢经电子传递链与氧结合成水的同时，逐步释放出能量，使ADP磷酸化为ATP的过程。底物水平磷酸化：代谢物脱氢与ADP（或GDP）的磷酸化相偶联。脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi

小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）

共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成基本结构单位

生物体内能量产生的三个阶段线粒体二、电子传递和氧化呼吸链（一）电子传递过程按照电子的亲和力递增的顺序传递电子的传递仅发生在相邻传递体之间E0’决定电子流动方向（二）呼吸链由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化系统组成的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。（三）电子传递链（四）电子传递链的组成成分

1、NADH-Q还原酶（NADH脱氢酶、复合体Ⅰ）电子传递：NADHFMNFe-SCoQ铁硫蛋白（Fe-S）

（非血红素蛋白）与电子传递有关与其他递氢体或电子传递体结合成复合物存在铁硫蛋白通过Fe3+

Fe2+

变化起传递电子的作用Differenttypesofiron-sulfurcentersIronatomscyclebetween

Fe2+(reduced)andFe3+(oxidized).（四）电子传递链的组成成分2、辅酶Q

（CoQ、Q、泛醌）不同种类CoQ侧链异戊二烯基数目不同脂溶性辅酶、可在脂双层中扩散与蛋白质结合不紧密灵活的电子载体辅酶-Q的功能还原成QH2氧化成Q电子和质子的传递体CoQ和电子传递体的碰撞是电子传递的前提和条件（四）电子传递链的组成成分3、琥珀酸—Q还原酶（复合体Ⅱ）嵌在线粒体内膜（包括琥珀酸脱氢酶）电子传递：FADH2Fe-SCoQUbiquinone(Q)acceptselectronsfrombothNADHandFADH2intherespiratorychain（四）电子传递链的组成成分4、细胞色素还原酶（复合体Ⅲ）

cytochrome,Cyt

是含铁的Pr

以血红素为辅基电子传递蛋白还原型Cyt有光谱吸收现象通过Fe3+

Fe2+

互变起传递电子的作用电子传递：CoQ

CytcCyta：辅基是血红素ACytb：------------------BCytc：------------------C——卟啉的侧链基团不同Cyt的铁卟啉一般以非共价键与酶蛋白结合Cytc例外，以硫醚键共价结合细胞色素还原酶（CoQ-细胞色素c还原酶）

Cytb562/bHCytb566/bLCytc1Cytb硫醚键c型Cytb型Cyt为乙烯基所处多肽环境不同Cytochrome

bc1complex(complexIII)（四）电子传递链的组成成分5、细胞色素c（cytc）单一多肽链易溶于水与Cytc1含相同辅基，但蛋白组成不同无血红素Cytc（细胞溶胶）内外膜间隙（Cytc合成酶）

成熟Cytc（构象变化）

线粒体外膜通道×Cytc功能：传递电子复合体Ⅲ复合体Ⅳ（四）电子传递链的组成成分6、细胞色素氧化酶（Cytc氧化酶、复合体Ⅳ）位于线粒体呼吸链末端的蛋白复合物活性部分主要包括cyta和a3Cytaa3复合体(细胞色素c氧化酶)除含2个铁卟啉，还含2个铜原子(Cu+

Cu2+)Thethreecriticalsubunitsofcytochrome

oxidase

Cua-CuA聚族a3-CuB聚族Moviecomplex4Movieaswhole（五）电子传递抑制剂——阻断呼吸链中某部位电子传递的物质；氧化作用受阻、能量释放减少鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素阻断电子由NADH向CoQ的传递；抗霉素A抑制电子从Cytb到Cytc1的传递；氰化物、叠氮化物、CO等阻断电子由Cytaa3传递到氧OxidizedReducedReducedOxidizedReducedElectroncarriersmayhaveanorderofincreasingE`0从NADH到分子氧每一电子传递体得电子的倾向逐渐增大三、氧化磷酸化作用代谢物的氧化（脱氢）作用与ADP的磷酸化反应偶联生成ATP的过程。部位：线粒体内膜（真核）胞浆膜（原核细胞）数目、形状因细胞而异

底物磷酸化没有氧的参与分子内部所含能量重新分配，生成高能磷酸键也称代谢物水平磷酸化（一）线粒体膜的结构特点两层膜结构：外膜和内膜

外膜平滑、有弹性

内膜有许多向内折叠的突起（嵴）

外膜脂质多、密度小

内膜Pr含量高、密度稍大

对代谢物的通透性不同、酶的分布不同（二）氧化磷酸化的偶联机制1、ATP的合成部位NADH氧化过程中有三个反应

G

’值大于30.5kJ/molNADH

CoQ

cytb

cytc1cytaa3

O2-55.6kJ/mol-34.7kJ/mol-102.1kJ/mol复合物ⅣCytc氧化酶复合物Ⅲ泛醌

Cytc还原酶复合物ⅠNADH脱氢酶NADH+H++½O2H2O+NAD+ΔG°'=-220kJ/mol电子通过线粒体呼吸链传递到O2的过程中，释放出大量能量；这种电子传递过程的释能反应与ADP和磷酸合成ATP的需能反应相偶联，是ATP形成的基本机制。从NADH

O2产生3个ATP从FADH2

O2产生2个ATPP/O比值—消耗1摩尔氧有多少无机磷转化为有机磷—一对电子经呼吸链传至氧所产生的ATP分子数

反映氧化磷酸化的效率三、氧化磷酸化作用的机理1、有关氧化磷酸化机理的几种假说化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说（1）化学偶联假说（1953年）（掌握要点）

chemicalcouplinghypothesis

认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成高能共价中间物，最后将其能量转移到ADP中形成ATP。

AH2+B+I-OHAI+BH2+OH-AI+X-H+OH-

X

I+A+H2O

XI+P-OHXP+I-OH

XP+ADPATP+X-HAH2+B+ADP+P-OHA+BH2+ATP+H2O

（2）构象偶联假说（1964）

conformationalcouplinghypothesis

认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象。迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。

2、化学渗透假说：a.线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵b.电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动膜内侧的H+迁移到膜外侧（内膜对H+是不通透的），在膜内外侧产生了跨膜质子梯度和电位梯度c.

在膜内外势能差的驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道（ATP合酶组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP支持化学渗透假说的实验证据：氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。线粒体内膜对H+OH-K+

Cl-都是不通透的。破坏H+

浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）必然破坏氧化磷酸化作用的进行。线粒体的电子传递所形成的电子流能够将H+

从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙。大量直接或间接的实验证明膜表面能够滞留大量质子，并且在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。迄今未能在电子传递过程中分离出一个与ATP形成有关的高能中间化合物，亦未能分离出电子传递体的高能存在形式。

H+如何通过电子传递链“泵”出的？（三）质子梯度的形成（耗能过程）（四）ATP合成机制——ATP酶复合体线粒体内膜表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为ATP酶复合体/ATP合酶，是ATP合成的场所。结构：头部：ATP合酶（F1）柄部：棒状Pr，对寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，与内膜连接（FO）头部含5种不同的亚基（3

、3

、1

、1

、1

）OSCP是能量转换通道F0与线粒体电子传递系统连接（质子通道）MovieATPsyntheseThe18Oexperiment:The

G`0forATPsynthesisonpurifiedF1

isclosetozero!

(PaulBoyer)无质子梯度质子梯度的作用：不是形成ATP；而是使ATP从酶分子释放