生物氧化课件

生物氧化BiologicalOxidation

物质在生物体内进行的氧化分解称生物氧化

主要指糖、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的过程一、什么是生物氧化?（一）氧化方式1.加氧2.脱氢(最主要)3.失电子Cu+O2

CuO12COOHC=O+2H

CH3（2H++2e）

COOH

HO－CH

CH3Fe2+

Fe3++e二、生物氧化的特点(二)生物氧化与体外氧化的不同点反应条件

生物氧化体外氧化温和剧烈逐步进行的酶促反应一步完成

逐步进行瞬间释放有机酸脱羧碳和氧结合需要不需要反应过程能量释放CO2生成方式H2O糖原三酯酰甘油蛋白质葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoA

TAC

2H呼吸链H2OADP+Pi

ATPCO2(三)生物氧化的一般过程生物氧化这一章需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

生成ATP的氧化体系

TheOxidationSystemof

ATPProducing一、氧化呼吸链(oxidativerespiratorychain)递氢体和电子传递体（2H

2H++2e）定义代谢物脱下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，由于此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为称为氧化呼吸链。又称电子传递链(electrontransferchain)。1.烟酰胺类2.黄素蛋白（FP）3.铁硫蛋白（Fe-S）4.泛醌（UQ或Q）5.细胞色素类（Cyt）

（一）氧化呼吸链的组成1.

烟酰胺类NAD+

（氧化型）NADH+H+（还原型）NAD+

，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸

又称辅酶INADP+

（氧化型）NADPH+H+（还原型）NADP+

，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸

又称辅酶IIONAD+：R=HNADP+：R=H2PO3烟酰胺的作用原理+

H+

e+

H++

H+2HHeH+HNAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2HFMN（黄素单核苷酸）AMPFAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）ⅠⅡⅢ2.黄素蛋白（flavoproteins）黄素蛋白的作用原理+HNNOOCH3CH3NR︱NHHHNNOOCH3CH3NR︱NHH+HFAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H-H-H3.铁硫蛋白（iron-sulfurprotein，

Fe-S)Fe2+

Fe3+-e+eFMN（Fe-S）FAD(Fe-S)bFe2S2Fe4S44.泛醌（辅酶Q,UQ,Q）

Q

QH22H++2e2H++2e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。5.细胞色素（cytochromes，Cyt）细胞色素的传递方向：b、c1、c、a、

a3洗一洗笔洗一洗AA散

由以下实验确定：

①标准氧化还原电位

②特异抑制剂阻断

③还原状态呼吸链缓慢给氧

④拆开和重组（二）呼吸链成分的排列顺序氧化呼吸链由4种具有电子传递功能的复合体组成复合体酶名称复合体Ⅰ复合体II复合体III复合体ⅣNADH-泛醌还原酶琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素C还原酶细胞色素c氧化酶辅基FMN，Fe-SFAD，Fe-S铁卟啉，Fe-S铁卟啉，Cu多肽链数3941113，，S多肽链数1.复合体Ⅰ:NADH-泛醌还原酶

将氢和电子从NADH传递给泛醌（UQ）NADHUQFMN;Fe-S复合体INADH+H+

NAD+FMNFMNH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2复合体I的功能底物脱氢复合体I有质子泵功能，4个H+2.复合体Ⅱ:琥珀酸-泛醌还原酶琥珀酸

UQFAD;

Fe-S;

b560复合体IIFADFADH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2复合体II的功能琥珀酸脱氢复合体I和II的位置与功能3.复合体Ⅲ:泛醌-细胞色素c还原酶复合体IIIQH2Cytcb562;b566;Fe-S;c1复合体Ⅲ有质子泵功能，4个H+4.复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶复合体IV还原型CytcO2CuA→a→a3→CuB复合体Ⅳ有质子泵功能，2个H+NADH氧化呼吸链

FADH2氧化呼吸链（三）主要的呼吸链SH2

S

UQUQH2FMNH2(Fe-S)FMN(Fe-S)NAD+NADH+H+2H+H2O1/2O2O2-2Cyt-Fe2+2Cyt-Fe3+UQUQH21．NADH氧化呼吸链UQH2UQFAD(Fe-S)FADH2(Fe-S)琥珀酸延胡索酸2H+H2O1/2O2O2-2Cyt-Fe2+2Cyt-Fe3+UQUQH2α-磷酸甘油和脂酰CoA也经此呼吸链氧化

2．琥珀酸氧化呼吸链

（FADH2氧化呼吸链）

两条呼吸链的比较相同点:1.将H传递给O2生成水；

2.H和O2消耗，其它可反复使用；

3.UQ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NADHFADH2ATP2.51.5Why?

底物分子内部能量重新分布，生成高能磷酸键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。与呼吸链的电子传递无关。二、氧化磷酸化1.

底物水平磷酸化

(substratelevelphosphorylation)

磷酸甘油酸激酶丙酮酸激酶琥珀酰CoA合成酶底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP

磷酸烯醇式丙酮酸+ADP

醇式丙酮酸+ATP

琥珀酰CoA+H3PO4+GDP

琥珀酸+CoA+GTP

指代谢物脱氢经呼吸链传递电子给O2生成水的同时，释放能量使ADP磷酸化生成ATP，是氧化反应与磷酸化反应的偶联。又称为偶联磷酸化。

2.氧化磷酸化

(oxidativephosphorylation)（二）氧化磷酸化的偶联部位原理：确定方法：线粒体离体实验测定P/O值P/O比值：每消耗一摩尔O所消耗的P摩尔数。ADP+H3PO4ATP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值生成ATP部位1.β-羟丁酸NAD+→FMN→UQ→Cyt→O22.4～2.832.琥珀酸FAD→UQ→Cyt→O21.723.抗坏血酸Cytc→Cytaa3→O2

0.8814.Cytc(Fe2+)Cytaa3→O20.61～0.681比较1、2，第一个偶联部位在NADH

→UQ之间比较2、3，第二个偶联部位在UQ

→Cytc

之间比较3、4，第三个偶联部位在Cytaa3

→O2之间氧化磷酸化偶联部位偶联部位偶联部位偶联部位线粒体基质

线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP（二）氧化磷酸化的偶联机制1.化学渗透假说ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+Pi

ATP4H+2H+4H+胞液侧

基质侧++++++++++---------电子传递过程复合体Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有质子泵功能。

2.ATP合酶由亲水部分F1（α3β3γδε亚基）和疏水部分F0（a1b2c9～12亚基）组成。ATP合酶结构模式图三、氧化磷酸化的影响因素（一）氧化磷酸化抑制剂

1．呼吸链抑制剂

能抑制呼吸链递电子过程的药物或毒物

2．解偶联剂

能使氧化与磷酸化偶联过程脱离的药物或毒物

机制：

使呼吸链传递电子过程中泵出的H+通过线粒体内膜中其他途径返回线粒体基质，而不经ATP合酶的F0质子通道回流

如：

二硝基苯酚在线粒体内膜中可自由移动，进入基质侧时释出H+，返回胞浆侧时结合H+

3．氧化磷酸化抑制剂

对e传递及ADP磷酸化均有抑制作用的药物或毒物

如：

寡霉素既可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成，又可以影响呼吸链质子泵的功能，继而抑制电子传递。（二）ADP的调节作用

（三）甲状腺激素

四、ATP（一）ATP与高能磷酸化合物高能磷酸键：水解时释放的能量>20kJ/mol的磷酸键

高能磷酸化合物：含有高能磷酸键的化合物高能硫酯化合物：

含CoA~SH的化合物

常见的有：

磷酸肌酸、磷酸烯醇式丙酮酸、乙酰磷酸、ATP、GTP、乙酰辅酶A、脂酰辅酶A等尿苷二磷酸激酶

ATP+UDPADP+UTP胞苷二磷酸激酶

ATP+CDPADP+CTP鸟苷二磷酸激酶

ATP+GDPADP+GTP（二）ATP的转换贮存和利用1.参与糖、脂类及蛋白质的生物合成过程磷酸肌酸是肌肉和脑组织中能量的贮存形式肌酸肌酸激酶(CK)

ATP

ADP磷酸肌酸~PO3H22.可转变为磷酸肌酸（C～P）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)（三）ATP循环（一）胞浆中NADH的氧化转运机制：α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)

主要存在于脑和骨胳肌中苹果酸-天冬氨酸穿梭

(malate-asparateshuttle)

主要存在于肝和心肌中

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五、通过线粒体内膜的物质转运

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-磷酸甘油穿梭系统(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2.苹果酸-天冬氨酸穿梭系统(每2H生成2.5ATP)（二）ATP与ADP的转运ATP4-F0F1胞液侧

基质侧

腺苷酸转运蛋白磷酸转运蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP4-和ADP3-反向转运时，向内膜外净转移1个负电荷，相当于多1个H+转入线粒体基质。

第二节其他氧化体系一、过氧化物酶体中的酶类（一）过氧化氢及超氧离子的生成O2+2eO22-2-O2+2H+H2O2O2+eO2—.（二）过氧化氢及超氧离子的作用和毒性H2O21.强氧化性，可以杀死入侵细菌2.甲状腺细胞中的H2O2可以使I-氧化成I2，生成甲状腺素3.能氧化巯基，使酶失活

超氧离子、H2O2、羟自由基(•OH)的统称。

O2-.活性氧可杀菌也可以对机体产生损伤：破坏生物膜；损伤蛋白质；破坏核酸结构。1.过氧化氢酶2.过氧化物酶

RH2+

H2O2