《生物化学》课件-4.生物氧化

第四章生物氧化CHAPTER4BiologicalOxidation学习目标掌握生物氧化的概念、特点；呼吸链的概念；ATP的生成和利用；影响氧化磷酸化的因素熟悉呼吸链各复合体的组分及其作用了解其他氧化体系生物氧化的概述01思考我们呼吸、心跳、运动所需的能量从哪里来？1个巨无霸含780千卡1个煮鸡蛋含80千卡100g面条含14千卡100g猪排含134千卡热能CO2和H2O糖

脂肪

蛋白质

O2能量ADP+PiATP

糖、脂肪和蛋白质等营养物质在生物体内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳和水，并释放出能量的过程，称为生物氧化。生物氧化的概念——细胞呼吸第一节概述概述生物氧化的特点类别生物氧化体外氧化反应条件中性，体温高温、高压CO2与H2O的生成CO2:有机酸脱羧H2O:递氢C、H与O直接结合能量释放逐步释放，并以高能磷酸键利用剧烈；热能可调节性酶无概述生物氧化的方式加氧脱氢失电子概述二氧化碳的生成CO2的生成来源于有机酸脱羧α-脱羧β-脱羧单纯脱羧氧化脱羧概述二氧化碳的生成——α脱羧胺α-氨基酸2CO+2R-CHNH2氨基酸脱羧酶α2NHR-CH-COOHα单纯脱羧乙酰辅酶A+CO2SCoA~CH3COHSCoA+丙酮酸αCH3COCOOH丙酮酸脱氢酶系+NADH+H+NADα氧化脱羧草酰乙酸αβCOCOOHHCH2-COO丙酮酸CO2+CH3COCOOH丙酮酸羧化酶β-单纯脱羧+CO2CHOH-COOHCH-COOHCH2-COOHαβ异柠檬酸CH2-COOHCH2CO-COOHα-酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶+NADH+H+NADβ-氧化脱羧概述二氧化碳的生成——β脱羧糖脂肪蛋白质葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H

呼吸链H2OADP+PiATP

CO2

概述生物氧化的一般过程生物氧化的特点类别生物氧化体外燃烧反应条件中性，体温高温CO2与H2O的生成CO2:有机酸脱羧H2O:递氢C、H与O直接结合能量释放逐步释放，并以高能磷酸键利用剧烈；热能可调节性酶无CO2H2O能量第二节生物体内水的生成呼吸链

代谢物脱下的成对氢原子（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，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratorychain)又称电子传递链(electrontransferchain)。+11HH++e呼吸链的概念参与酶类直接受氢体终产物氧化酶类氧H2O需氧脱氢酶类氧H2O2不需氧脱氢酶类NAD+NADP+FMNFADH2O其他酶类生物体内水的生成参与生物氧化的酶

R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）

（一）NAD+和NADP+（辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ）呼吸链的主要组分（氧化型）（还原型）NAD+（NADP+）的递氢机制呼吸链的主要组分异咯嗪环

（二）FMN、FAD呼吸链的主要组分

（氧化型）（还原型）FMN和FAD递氢机制呼吸链的主要组分oH3COH3COCH3oRRoHOH3COH3COCH3·H++eH++eH3CORoH

OHH3COCH3泛醌泛醌H•

二氢泛醌氧化型或醌型半醌型还原型或氢醌型人的泛醌——辅酶Q10（含10个异戊二烯）（三）泛醌（辅酶Q）呼吸链的主要组分心脏疾病的改善和预防抗氧化防衰老呼吸链的主要组分思考我们是否需要补充辅酶Q10？ⓈⓈFeFeⓈFeⓈFeSCH2SCH2SCH2SCH2Fe2+

Fe3++e（四）Fe-S蛋白呼吸链的主要组分铁卟啉环（五）细胞色素呼吸链的主要组分笔洗一洗，诶散了呼吸链的主要组分历年真题电子在细胞色素(Cyt)间传递的顺序是A.aa3→b1→c→c1→O2

B.c1→c→b1→aa3→O2C.b→c1→c→aa3→O2

D.aa3→b→c1→c→O2E.c→c1→b→aa3→O2

成分反应传递物NAD+

/NADP+NAD++2H=NADH+H+递HFMNFADFAD+2H=FADH2FMN+2H=FMNH2递H辅酶QCOQ+2H=COQH2递HFeS蛋白、细胞色素Fe3++e=Fe2+递电子

小结下列哪种物质不属于呼吸链组分

A.FMNB.CO2C.泛醌D.铁硫蛋白E.细胞色素C关于生物氧化的特点描述错误的是()A.反应条件温和

B.能量骤然释放,以热能的形式散发

C.为酶催化的化学反应

D.二氧化碳是有机酸脱羧产生TEST

复习成分反应传递物NAD+

/NADP+NAD++2H=NADH+H+递HFMNFADFAD+2H=FADH2FMN+2H=FMNH2递H辅酶QCOQ+2H=COQH2递HFeS蛋白、细胞色素Fe3++e=Fe2+递电子

学习目标掌握ATP的生成和利用；影响氧化磷酸化的因素熟悉呼吸链各复合体的组分及其作用了解其他氧化体系思考鱼藤酮为什么能捕鱼？用鱼藤酮捕的鱼人吃了会不会中毒？复合体的构成及排列线粒体(mitochondrial)ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

F0F1CytcQ

基质侧胞浆侧复合体的构成及排列

泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中。复合体酶名称复合体Ⅰ复合体Ⅱ复合体Ⅲ复合体Ⅳ琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素c还原酶细胞色素c氧化酶主要传递体FMN，Fe-SFAD，Fe-SCytb,Cytc1,Fe-SCu多肽链数3941113复合体Ⅰ复合体Ⅱ复合体Ⅲ复合体ⅣNADH-泛醌还原酶NADH-琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素还原酶FMN，Fe-SFAD，Fe-S-SCu呼吸链复合体复合体的构成及排列Cyta,Cyta3,NADH氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）呼吸链的类型复合体的构成及排列ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

F0F1CytcQ

NADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2OADP+PiATP++++++++++---

------H+H+H+H+基质侧胞浆侧FMN(Fe－S)NADH琥珀酸FAD(Fe－S)CoQCytbCytc1CytcCytaa3O2复合体Ⅰ复合体Ⅲ复合体ⅣNADH氧化呼吸链呼吸链中各中间体的顺序复合体的构成及排列FMN(Fe－S)NADH琥珀酸FAD(Fe－S)CoQCytbCytc1CytcCytaa3O2复合体Ⅲ复合体Ⅳ琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）复合体Ⅱ复合体Ⅰ呼吸链中各中间体的顺序复合体的构成及排列历年真题琥珀酸氧化呼吸链不含有的组分是A. FMNB. CoQC. CytaD. CytbE. Cytc2017真题第三节生物体内ATP的生成ATP的生成方式底物水平磷酸化氧化磷酸化ADPATP

磷酸甘油酸激酶Mg2+

1,3-二磷酸甘油酸

PCH2OOHCCHPOOPCH2OOHCOOHCH3-磷酸甘油酸

PPPCH2OOHCCHPOO底物水平磷酸化直接将高能代谢物分子中的能量转移给ADP(GDP)，生成ATP(或GTP)氧化磷酸化ElectronTransportChain

H2O

ADP+PiATP½O2

PhosphorylationofADPNADHFADH2代谢物脱下的Ｈ经呼吸链传递给Ｏ生成Ｈ2Ｏ时，释放的能量偶联ADP磷酸化生成ATP的过程概念2H+OH2OADP+PiATPP/O比值：氧化磷酸化过程中，每消耗1/2molO2所生成的ATP的mol数ElectronTransportChain

H2O

ADP+PiATP½O2

PhosphorylationofADPNADHFADH2氧化磷酸化氧化磷酸化中ATP的生成量ATPATPATPFMN(Fe－S)NADH琥珀酸FAD(Fe－S)CoQCytbCytc1CytcCytaa3O2P/O=1.5P/O=2.5实测得NADH呼吸链：P/O=2.5实测得FADH2呼吸链：P/O=1.5

电子经呼吸链传递时，可将质子(H+)从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。化学渗透假说P.Mitchell，英国生物化学家，1978年因为化学渗透理论建立了公式而获得诺贝尔化学奖。氧化磷酸化氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说详细示意图ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

F0F1CytcQ

NADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2OADP+PiATP++++++++++---

------4H+2H+4H+H+基质侧胞浆侧化学渗透假说详细示意图ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

F0F1CytcQ

NADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2OADP+PiATP胞浆侧++++++++++---

------4H+2H+4H+H+基质侧化学渗透假说详细示意图ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

F0F1CytcQ

NADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2OADP+PiATP胞浆侧++++++++++---

------4H+2H+4H+H+基质侧化学渗透假说ATP合酶亲水部分F1（α3β3γδε亚基）疏水部分F0（a1b2c9～12亚基）影响氧化磷酸化的因素甲状腺素ADP/ATP比值抑制剂呼吸链抑制剂解偶联剂ATP合酶抑制剂氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素能量缺乏时，ADP／ATP时，氧化磷酸化能量充足时，ADP／ATP时,氧化磷酸化ADP+PiATP

氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素（一）ADP/ATP比值Na+-K+

ATP酶活性

ATP分解ADP/ATP

氧化磷酸化ATP分解和合成机体耗氧量产热量氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素（二）甲状腺激素氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素（三）抑制剂抑制剂呼吸链抑制剂解偶联剂ATP合酶抑制剂鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥×氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素（三）抑制剂1.呼吸链抑制剂：抑制电子传递思考鱼藤酮为什么能捕鱼？用鱼藤酮捕的鱼人吃了会不会中毒？萎锈灵丙二酸×CO、CN-、N3-×鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥×氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素（三）抑制剂1.呼吸链抑制剂：抑制电子传递抗霉素A二巯基丙醇×氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素（三）抑制剂2.解偶联剂：破坏H+的跨膜电位ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

F0F1CytcQ

A+HAH-+AHA+H-+ADP+PiATP胞浆侧4H+2H+4H+4H+

基质侧4H+4H+++++++++++---

------表现为皮肤潮红、口渴、大汗、烦躁不安、全身无力、胸闷、心率和呼吸加快、体温升高(可达40℃以上)。最后可因血压下降、肺及脑水肿而死亡。成人口服致死量约1g。2,4-二硝基苯酚阻断了能量向ATP转化在1938年末，DNP被迫从美国市场上下架历年真题2,4-二硝基苯酚（DNP）抑制氧化磷酸化的机制是（）A.解偶联B.抑制电子传递C.抑制ATP合酶D.抑制复合体IE.抑制复合体Ⅲ2019真题氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素（三）抑制剂2.解偶联剂：解偶联蛋白UCP褐色脂肪组织棕色脂肪组织棕色脂肪组织——解偶联蛋白——促进释放热能。新生儿棕色脂肪消耗过多——不能维持正常体温——皮下脂肪凝固

新生儿硬肿症ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

F0F1CytcQ

ADP+PiATP胞浆侧++++++++++---

------4H+2H+4H+4H+

基质侧4H+4H+寡霉素抑制ATP生成抑制电子传递氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素（三）抑制剂3.ATP合酶抑制剂影响氧化磷酸化的因素甲状腺素ADP/ATP比值抑制剂呼吸链抑制剂解偶联剂ATP合酶抑制剂氧化磷酸化影响氧化磷酸化的因素氧化磷酸化的部位是

？线粒体外的H能否进行氧化磷酸化？线粒体穿梭α-磷酸甘油穿梭

FAD1.5ATP（脑、骨骼肌）苹果酸-天冬氨酸穿梭

NADH2.5ATP（心、肝）FADH2NAD+CH2OHC=OCH2OPCH2OHCH-OHCH2OPCH2OHC=OCH2OPCH2OHCH-OHCH2OPFAD胞浆线粒体外膜线粒体内膜线粒体基质膜间隙磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油电子传递链NADH+H+α-磷酸甘油穿梭谷氨酸NADH+H+NAD+①②COCOOH(CH2)2COOHCH2COOH苹果酸CHOHCOOHCHNH2COOH(CH2)2COOH谷氨酸CHNH2COOHCH2COOH天冬氨酸COCOOHCH2COOH草酰乙酸α-酮戊二酸④③①CH2COOH苹果酸CHOHCOOHCOCOOHCH2COOH草酰乙酸NADH+H+NAD+COCOOH(CH2)2COOHα-酮戊二酸②CHNH2COOHCH2COOH天冬氨酸CHNH2COOH(CH2)2COOH胞浆侧线粒体内膜基质侧苹果酸-天冬氨酸穿梭电子传递链穿梭α-磷酸甘油穿梭

FAD1.5