生物氧化课件

生物氧化

生物氧化的概念

营养物质在生物体内氧化分解,生成CO2和H20并释放能量的过程称为生物氧化。又称组织呼吸或细胞呼吸。生物氧化的过程

多糖脂肪蛋白质葡萄糖甘油＋脂肪酸氨基酸HCO2TAC乙酰CoAO2H2O能量第一节概述生物氧化的方式

1.失电子反应

2.脱氢反应

3.加氧反应

Fe2+

Fe3++eCOOHC=O+2H

CH3

COOH

HO－CH

CH3Cu+O2

CuO12

生物氧化的特点

物质氧化方式相同——加氧、脱氢、失电子物质氧化时消耗的氧量、终产物和释放的能量相同。与体外燃烧的相同点：反应条件

温和剧烈能量释放

逐步释放骤然释放并储存于ATP中热能CO2的生成有机酸脱羧碳和氢直接与氧H2O的生成代谢物脱下的氢与结合生成氧结合产生

生物氧化体外燃烧不同点：

第二节呼吸链

一、呼吸链的概念在线粒体内膜上，由一系列递氢体和递电子体按一定顺序排列构成的，能将代谢物脱下的氢传递给氧生成水的连锁反应体系称电子传递链。由于此反应体系与细胞呼吸有关，故又称为呼吸链。二、呼吸链的组成NAD+、NADP+

递氢体

黄素蛋白（FMN、FAD）递氢体

铁硫蛋白

单电子传递体泛醌（CoQ）

递氢体细胞色素体系

单电子传递体呼吸链主要由以下5类递氢体和递电子体组成：㈠NAD+

和NADP+

NAD+

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide

Adenine

Dinucleotide)，又叫CoⅠNADP+

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NicotinamideAdenineDinucl-eotide

Phosphate)又叫CoⅡ作用二者的尼克酰胺部分为VitPP，能可逆地加氢或脱氢，为递氢体。R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的结构+

H+

e+

H++

H+NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2HNAD+和NADP+的递氢机制

㈡黄素蛋白——辅基为FMN和FADFMN

黄素单核苷酸(Flavin

Mononucleotide)

FAD

黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin

Adenine

Dinucleotide)作用二者的异咯嗪及核糖醇部分为VitB2（核黄素），能可逆地加氢或脱氢，为递氢体。FMN的结构FAD的结构FMN和FAD递氢机制

（氧化型）（还原型）FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H㈢铁硫蛋白(Iron-sulfurprotein,Fe-S)Fe-S

又叫铁硫中心或铁硫簇。

Fe-S

含有等量铁原子和硫原子。作用铁原子可进行Fe2+

Fe3++e反应传递电子，为单电子传递体。Fe-S的结构㈣泛醌

(coenzymeQ,CoQ)CoQ

属于脂溶性醌类化合物，带有一较长的聚异戊二烯侧链。

CoQ

因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中分离。作用分子中的苯醌结构能可逆地加氢和脱氢，为递氢体。CoQ的结构及作用机制O

CH3CH3H3COH3COO（CH2CH=CCH2）nHOOH3COH3COCH3RH3COH3COOHOHCH3R+2H-2H㈤细胞色素体系（Cyt）Cyta与Cyta3结合紧密，很难分开，故称之为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。Cyt的分类：

根据其吸收光谱不同而分为Cyta、Cytb、Cytc三类。

Cyt的本质：细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。Cyt的存在部位：线粒体（a、a3

、b、c、c1）微粒体（b5、P450

）

Cyt在呼吸链中的作用：通过辅基中Fe2+Fe3++e-

的可逆改变而传递电子。Cyt

Cyt在呼吸链中的作用2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+

2Cytaa3-Fe2+

+1/2O2

2Cytaa3-Fe3+

+O2-

NADH+H+

NAD+FMNFMNH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

复合体ⅠNADH→→CoQ

FMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2

复合体Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3琥珀酸延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

复合体ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1

复合体Ⅳ还原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB

三、呼吸链的排列顺序由以下实验确定：①标准电极电位②拆开和重组③特异抑制剂阻断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电极电位数值的测定（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。呼吸链中各种氧化还原对的标准电极电位++-2-2-10/Q102c2+aFe3+/Fe2+Cyta2/H2氧化还原对EΘ(V)NAD/NADH+H0.32FMN/FMNH0.30FAD/FADH0.06CytbFe3+/Fe2+0.04（或0.10）QH0.07Cyt1Fe3+/Fe0.22CytcFe3+/Fe2+0.25Cyt0.293Fe3+/Fe2+0.551/2OO0.821.NADH氧化呼吸链两条重要的呼吸链

SH2NAD+FMNH2

CoQ2Cyt-Fe2+1/2O2

（Fe-S）

SNADHFMNCoQH22Cyt-Fe3+O2-

（Fe-S）2.琥珀酸氧化呼吸链

琥珀酸

延胡索酸12

FAD（Fe-S）b

FADH2

（Fe-S）bCoQH2

CoQ2Cyt-Fe3+2Cyt-Fe2+

O2O2-(b、c1、c

、aa3)呼吸链的组成

NADH氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链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

第三节能量的生成、储存和利用水解时释放出的能量大于21kJ/mol,的化学键。用～表示。含高能键的化合物。ATP是体内生命活动所需能量的直接供应体高能键高能化合物

ATP

高能键与高能化合物

ATP的结构可用A－P～P～P表示末端有2个高能磷酸键二、ATP的生成底物水平磷酸化生成方式氧化磷酸化(主要方式)㈠底物水平磷酸化概念：代谢物在氧化分解过程中，因脱氢、脱水等作用而使分子内部能量重新分布，产生高能磷酸键，直接将底物分子中的高能磷酸键转移给ADP（或GDP）生成ATP（或GTP）的过程，称为底物水平磷酸化。

磷酸甘油酸激酶

3-磷酸甘油酸这是糖酵解中第一次底物水平磷酸化反应ADPATP1,3-二磷酸甘油酸

(1,3-DPG)OPO3

2-反应：ADPATP丙酮酸激酶(Mg2+,K+)磷酸烯醇式丙酮酸

烯醇式丙酮酸糖酵解中第二次底物水平磷酸化反应琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoAGDP+PiGTPATPADP琥珀酸

HSCoA（二）氧化磷酸化概念：是指在电子传递过程中，释放的能量使ADP磷酸化生成ATP的过程。呼吸链AH22H(2H++2eA能量ADP+PiATPO2

12氧化磷酸化偶联H2O2.氧化磷酸化的偶联部位P/O值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。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

3琥珀酸

FAD→CoQ→Cyt→O2

1.7

2抗坏血酸

Cytc→Cytaa3→O2

0.88

1Cytc(Fe2+)

Cytaa3→O20.61～0.6812.3.4.第一个偶联部位NAD+→CoQ

之间第二个偶联部位CoQ

→Cytc

之间第三个偶联部位Cytaa3→O2

之间氧化磷酸化偶联部位NADHFMNCoQCytbc1caa3O2琥珀酸

FADADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP~p~p~p氧化磷酸化的偶联机制⑴化学渗透学说呼吸链在传递电子的过程中释放能量，不断驱动质子（H+）从线粒体内膜的基质侧转移到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度，并储存能量。当质子顺浓度梯度回流时释放能量驱动ADP与Pi生成ATP。线粒体基质线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化学渗透假说简单示意图复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵作用4H+4H+4H+4H+2H+2H+内膜表面基质NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸½O2＋2H+H2O4H+4H+4H+4H+2H+2H+胞浆侧基质侧NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸½O2＋2H+H2O⑵

ATP合酶即复合体Ⅴ。位于线粒体内膜的基质侧。ATP合酶F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。F1：为亲水蛋白质，由

3

3

亚基组成，功能是催化生成ATP。当H+顺浓度梯度经F0回流时，

F1催化ADP和Pi生成ATP。OSCP：寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与F1之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生成ATP。ATP合酶结构模式图ATP4-F0F1胞液侧基质侧腺苷酸转运蛋白磷酸转运蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+

H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-

每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需4个H＋回流进入线粒体基质中㈢影响氧化磷酸化的因素

1

2

3抑制剂ADP的调节作用甲状腺激素1.抑制剂⑴呼吸链抑制剂鱼藤酮阿米妥抗霉素AH2SCOCN作用：阻断电子传递NADHFMNCoQbc1aa3cO2琥珀酸FAD

⑵解偶联剂:

作用：使氧化与磷酸化脱离

举例：2，4-二硝基苯酚

⑶磷酸化抑制剂：

作用：同时抑制电子传递及ADP的磷酸化

举例：寡霉素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+Pi

ATP

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2.ADP的调节作用ADP/ATP↓：抑制氧化磷酸化，ATP生成↓ADP/ATP↑：促进氧化磷酸化，ATP生成↑H2O+NAD+NADH+H++

O212ADP+PiATP氧化磷酸化3.甲状腺素的作用Na+,K+–ATP酶基因表达增加。ATP分解↑产热量↑ATP合成↑耗氧量↑三、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

-磷酸甘油穿梭(

-glycerophosphateshuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭

(malate-asparateshuttle)NAD+NADH+H+α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油磷酸二羟丙酮FADH2FAD胞液线粒体基质①胞液中α-磷酸甘油脱氢酶(辅酶为NAD+)CoQbc1caa3O2①②②线粒体内α-磷酸甘油脱氢酶(辅基为FAD)（一）α-磷酸甘油穿梭脑、骨骼肌（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭肝、心肌组织内膜谷氨酸α-酮戊二酸天冬氨酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH+H+呼吸链ⅠⅢⅣ谷氨酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH+H+天冬氨酸Ⅱα-酮戊二酸胞液线粒体①苹果酸脱氢酶②天冬氨酸氨基转移酶①①②②两种穿梭系统的比较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、谷氨酸天冬氨酸、α-酮戊二酸进入线粒体后转变成的物质FADH2NADH+H+进入呼吸链