生物化學(xué)：第七章 生物氧化課件

第七章生物氧化BiologicalOxidation第七章生物氧化1

目的要求：

1、掌握：生物氧化的概念、特點及意義;呼吸鏈的概念、組成和排列順序；體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈；體內(nèi)的能量代謝2、熟悉：體內(nèi)CO2的生成方式，影響氧化磷酸化的因素；3、了解：體內(nèi)呼吸鏈遞氫遞電子的原理;氧化磷酸化的偶聯(lián)機制其他氧化體系目的要求：2第一節(jié)概述Introduction第一節(jié)概述3物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化稱為生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化分解最終生成CO2和H2O，并逐步釋放能量，滿足機體需要的過程。亦稱“組織呼吸”或“細(xì)胞呼吸”。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能一、生物氧化的概念

物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化稱為生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)4*

生物氧化與體外氧化之相同點生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。二、生物氧化的特點*生物氧化與體外氧化之相同點生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧5細(xì)胞內(nèi)、溫和、有水的環(huán)境中（37oC，pH接近中性）；是酶促反應(yīng)；能量逐步釋放，以ATP形式儲存和轉(zhuǎn)運H2O的產(chǎn)生是由脫下來的氫在酶、輔酶和電子傳遞系統(tǒng)參與下經(jīng)一系列傳遞與氧結(jié)合生成；二氧化碳（CO2）是從含羧基的化合物（有機酸）直接脫羧或氧化脫羧產(chǎn)生。*

生物氧化與體外氧化之不同點生物氧化體外氧化在高溫、高壓、干燥的條件下，劇烈的反應(yīng)；能量是突發(fā)式釋放，以光與熱的形式散發(fā)在環(huán)境中。產(chǎn)生的CO2、H2O是由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成?！魣鏊赫婧思?xì)胞在線粒體內(nèi)膜，原核細(xì)胞在細(xì)胞膜進(jìn)行。細(xì)胞內(nèi)、溫和、有水的環(huán)境中（37oC，pH接近中性）；是酶促6糖類脂類蛋白質(zhì)葡萄糖脂肪酸+甘油氨基酸乙酰CoATACe呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2*生物氧化的一般過程糖類脂類蛋白質(zhì)葡萄糖脂肪酸+甘7

三、生物氧化中二氧化碳的生成方式

1、α-單純脫羧

2、α-氧化脫羧

三、生物氧化中二氧化碳的生成方式

84、β-氧化脫羧

3、β-單純脫羧四、生物氧化中物質(zhì)的氧化方式氧化－還原規(guī)律——加氧、脫氫、失電子4、β-氧化脫羧3、β-單純脫羧四、生物氧化中物質(zhì)的氧化方9第二節(jié)呼吸鏈

第二節(jié)呼吸鏈

10定義由位于真核生物線粒體內(nèi)膜（原核生物細(xì)胞膜）上一組排列有序的遞氫體和遞電子體構(gòu)成，其功能是將營養(yǎng)物質(zhì)氧化釋放的電子傳遞給O2生成H2O,因為這是一個通過連續(xù)反應(yīng)有序傳遞電子的過程，所以又稱電子傳遞鏈(electrontransportchain)。組成：遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）實際上是由一系列的酶及其輔酶或輔基構(gòu)成。

在生物細(xì)胞中，接受代謝物上脫下的氫(或電子)的載體有三種——NAD+、NADP+和FAD。一、呼吸鏈的定義(respiratorychain)定義一、呼吸鏈的定義(respiratorychain)11其中NADPH不進(jìn)入呼吸鏈合成ATP，而是作為生物合成的還原劑；只有NADH和FADH2進(jìn)入呼吸鏈。所以呼吸鏈有兩條：由NADH開始的呼吸鏈——NADH呼吸鏈；由FADH2開始的呼吸鏈——FADH2呼吸鏈。其中NADPH不進(jìn)入呼吸鏈合成ATP，而是作為12線粒體的結(jié)構(gòu)嵴線粒體的結(jié)構(gòu)嵴13生物化學(xué)：第七章生物氧化課件14二、呼吸鏈的組成呼吸鏈共包括四種具有傳遞電子功能的呼吸鏈復(fù)合體(complex，由酶蛋白和輔酶組成)以及泛醌、Cytc兩種單獨成分。二、呼吸鏈的組成呼吸鏈共包括四種具有傳遞電子功能的呼吸鏈復(fù)合15線粒體呼吸鏈復(fù)合體FMN,Fe-S復(fù)合體ⅠFAD,Fe-S,復(fù)合體ⅡCytb,Fe-S,Cytc1復(fù)合體ⅢCytaa3,Cu復(fù)合體Ⅳ線粒體呼吸鏈復(fù)合體FMN,Fe-SFAD,Fe-S,Cytb16①NAD/NADP主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有NAD和NADP，大多脫氫酶以NAD為輔酶。NADPH所傳遞的電子通常不是送入呼吸鏈，而是用于合成代謝，如脂肪酸的合成。呼吸鏈中包括5類成分：①NAD/NADP主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有17

NAD+是水溶性的，與酶蛋白可逆結(jié)合而往返于線粒體基質(zhì)與內(nèi)膜之間（但不能透過內(nèi)膜）。在線粒體的基質(zhì)中，NAD+接受代謝物上脫下的氫，生成NADH；然后與酶蛋白脫離，擴散至線粒體內(nèi)膜的內(nèi)表面，將氫(電子)傳遞給下一個電子傳遞體，自身又再生成NAD+，返回線粒體基質(zhì)繼續(xù)參與代謝物的脫氫反應(yīng)。

NAD+是水溶性的，與酶蛋白可逆結(jié)合而往返于18NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變19②黃素蛋白(FP)黃素蛋白是指以黃素核苷酸(FAD或FMN)為輔基的酶。所以，黃素蛋白有兩種，分別以FAD及FMN作為輔基。復(fù)合體I和復(fù)合體II都是脫氫酶，都含有黃素蛋白。復(fù)合體I叫做NADH脫氫酶，其所含的黃素蛋白以FMN為輔基，參與NADH脫氫。復(fù)合體II稱為琥珀酸脫氫酶，其所含的黃素蛋白以FAD為輔基，參與琥珀酸脫氫。②黃素蛋白(FP)黃素蛋白是指以黃素核苷酸(F20FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN·。再得到一個H++e以后生成FMNH2FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)21③鐵硫蛋白類鐵硫蛋白含鐵原子(非血紅素的鐵)和硫原子，兩者一般以等摩爾存在，構(gòu)成2Fe-2S簇、4Fe-4S簇，稱為“鐵硫簇”，常用符號“Fe-S”表示。鐵硫簇通過Fe與蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基連接。鐵硫簇只有1個Fe起氧化還原反應(yīng)，在氧化型（Fe3+）和還原型（Fe2+）之間轉(zhuǎn)變。③鐵硫蛋白類鐵硫蛋白含鐵原子(非血紅素的鐵)和硫原22鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中一個鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3++e反應(yīng)傳遞電子。屬于單電子傳遞體。

?表示無機硫鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其23生物化學(xué)：第七章生物氧化課件24鐵硫蛋白的電子供體和電子受體鐵硫蛋白的電子供體和電子受體25④輔酶Q類又稱泛醌（Ubiquinone，Q)，是脂溶性化合物，可接受多種脫氫酶脫下的氫和電子轉(zhuǎn)變?yōu)榉捍迹≦H2）,所以處在呼吸鏈的中心地位。它與蛋白質(zhì)結(jié)合不緊，可在黃素蛋白與細(xì)胞色素類之間起載體作用。泛醇將電子傳給細(xì)胞色素bc1復(fù)合體，H+釋出。④輔酶Q類又稱泛醌（Ubiquinone，Q)，是脂26細(xì)胞色素是以鐵卟啉(血紅素)為輔基的蛋白質(zhì)，因為有顏色，又廣泛存在于生物細(xì)胞中，故稱為細(xì)胞色素。細(xì)胞色素通過輔基中的鐵離子化合價的可逆變化進(jìn)行電子傳遞。它在呼吸鏈中作為單電子傳遞體。5.細(xì)胞色素（cytochromes)細(xì)胞色素是以鐵卟啉(血紅素)為輔基的蛋白質(zhì)，因為27⑤細(xì)胞色素類（cytochromes)根據(jù)還原型細(xì)胞色素的吸收光譜的吸收峰位置不同，將細(xì)胞色素分為a、b、c三類。每一類中又有不同的亞類。在動物的呼吸鏈中，至少有5種細(xì)胞色素——b、c1、c、a、a3，其中Cyta和Cyta3組成復(fù)合物Cytaa3。Cytc在復(fù)合物Ⅲ和Ⅳ之間傳遞電子，它是內(nèi)膜外側(cè)的外周蛋白。⑤細(xì)胞色素類（cytochromes)28復(fù)合體Ⅰ:NADH脫氫酶功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)

復(fù)合體ⅠNADH→→CoQ黃素蛋白（FMN）;（鐵硫蛋白）Fe-S由以上五種電子傳遞體組成4個復(fù)合體和2個單獨成分復(fù)合體Ⅰ:NADH脫氫酶功能:將電子從NADH傳遞給29復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH30復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸脫氫酶功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌

復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQ黃素蛋白（FAD）;鐵硫蛋白（Fe-S）復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸脫氫酶功能:將電子從琥珀酸傳遞給泛醌31生物化學(xué)：第七章生物氧化課件32復(fù)合體Ⅲ:Q-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c

復(fù)合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1復(fù)合體Ⅲ:Q-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給33生物化學(xué)：第七章生物氧化課件34復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB

其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2。復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給35呼吸鏈復(fù)合體呼吸鏈復(fù)合體36三、呼吸鏈主要成分的排列順序1.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物在氧化分解過程中脫下的電子，大部分經(jīng)此呼吸鏈氧化為水。例如丙酮酸、異檸檬酸、乳酸、酮戊二酸、蘋果酸、谷氨酸等。2.琥珀酸氧化呼吸鏈(FADH2氧化呼吸鏈）

一般情況下琥珀酸、3-磷酸甘油氧化分解脫下來的電子送入琥珀酸氧化呼吸鏈，并以以下順序傳遞給O2，生成H2O琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2三、呼吸鏈主要成分的排列順序1.NADH氧化呼吸鏈37NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈38第三節(jié)

生物氧化與能量代謝第三節(jié)39高能化合物的共同特點是含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時可釋放大于30KJ/mol的能量，常用符號表示。一、高能化合物

營養(yǎng)物質(zhì)在生物氧化過程中所釋放的能量有一部分以熱能形式散失，其余部分則以化學(xué)能的形式儲存于一些特殊高能化合物中，供生命活動等利用。1、高能化合物的概念：發(fā)生水解時可釋放大量自由能的、含磷鍵酯和硫酯鍵的化合物。高能化合物的共同特點是含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時可釋放402、高能化合物的類型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類高能化合物和非磷酸類高能化合物。必須注意：并非所有的磷酸化合物都是高能化合物。高能磷酸鍵水解時釋放的能量大于30KJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物2、高能化合物的類型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類高能41生物化學(xué)：第七章生物氧化課件42CHOCH2OHCH2O-PCOOCH2OHCH2O-P～PCOOHCH2OHCH2O-PNAD+NADH+H+H3PO4ADPATP1、底物水平磷酸化2、氧化磷酸化二、ATP的生成方式CHOCH2OHCH2O-PCOOCH2OHCH2O-P431、底物水平磷酸化定義：底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)是指代謝物在氧化分解過程中通過脫氫、脫水等作用使分子內(nèi)部能量重新分配，產(chǎn)生高能磷酸基團(tuán)，然后將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP，生成ATP的過程。1、底物水平磷酸化定義：底物水平磷酸化(substrate442、氧化磷酸化：1）定義：在生物氧化過程中，營養(yǎng)物質(zhì)氧化釋放的電子經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧，生成水的同時，所釋放的自由能推動ADP磷酸化生成ATP，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱為氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)，又稱為偶聯(lián)磷酸化。氧化磷酸化是電子傳遞與ATP形成的偶聯(lián)機制。2、氧化磷酸化：1）定義：在生物氧化過程中，營養(yǎng)物質(zhì)氧化釋放45氧化磷酸化偶聯(lián)代謝物2HH2O1/2O2呼吸鏈ADP+Pi=ATP能量氧化磷酸化氧化磷酸化偶聯(lián)代謝物2HH2O1/2O2呼吸鏈ADP+Pi=462)氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ主要根據(jù)P/O比值和自由能變化確定呼吸鏈上磷酸化位點：

NADH—Q；Q—Cytc；Cytaa3—O22)氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ呼47氧化磷酸化的大小用P/O表示磷氧比（P/O)是指每消耗1mol原子氧時有多少摩爾原子的無機磷被酯化為有機磷，即產(chǎn)生多少摩爾的ATP。可間接測ATP生成量：NADH呼吸鏈：P/O=2.5FADH2呼吸鏈：P/O=1.5氧化磷酸化的大小用P/O表示48氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化

ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化ATPATP49三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理化學(xué)偶聯(lián)假說1953年E.C.Slater提出構(gòu)象偶聯(lián)假說1964年P(guān).D.Boyer提出化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)

由P.Mitchell1961年提出:電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理化學(xué)偶聯(lián)假說1953年E.C.S50線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡單示意圖線粒體基質(zhì)線粒體膜++++---51ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)++++++++++---------化學(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+52四、影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈電子傳遞抑制劑

是能夠?qū)Ｒ蛔钄嗪粑溨心承┎课浑娮觽鬟f的物質(zhì)和化學(xué)藥品。它的特點是可抑制呼吸鏈的某一環(huán)節(jié)，使呼吸鏈中斷。因底物的氧化作用受阻，偶聯(lián)的磷酸化作用無法進(jìn)行，ATP的生成隨之減少。這類物質(zhì)和化學(xué)藥品大多對人類或哺乳動物乃至需氧生物具有極強的毒性。根據(jù)在呼吸鏈上的作用部位，可分為三類：（一）抑制劑四、影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈電子傳遞抑制劑（一）抑53能夠抑制第一位點的有阿米妥（異戊巴比妥）、魚藤酮等；阻斷傳遞電子到泛醌

能夠抑制第二位點的有抗霉素A和二巰基丙醇；能夠抑制第三位點的有CO、H2S和CN-、N3-。其中，CN-和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+，而CO和H2S主要抑制還原型Cytaa3-Fe2+。

生物化學(xué)：第七章生物氧化課件54魚藤酮殺粉蝶菌素（粉蝶霉素A）阿米妥（異戊巴比妥）×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點魚藤酮×抗霉素A×CO、CN-、×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點552、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度解偶聯(lián)劑(uncoupler)可使氧化與磷酸化的偶聯(lián)相互分離，基本作用機制是破壞電子傳遞過程建立的跨內(nèi)膜的質(zhì)子電化學(xué)梯度，使電化學(xué)梯度儲存的能量以熱能形式釋放，ATP的生成受到抑制。如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein，UCP1)。2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度解偶聯(lián)劑(56解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP解偶聯(lián)蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F573、ATP合酶抑制劑同時抑制電子傳遞和ATP的生成這類抑制劑對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)可結(jié)合F0單位，阻斷質(zhì)子從F0質(zhì)子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于線粒體內(nèi)膜兩側(cè)質(zhì)子電化學(xué)梯度增高影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功能，繼而抑制電子傳遞。3、ATP合酶抑制劑同時抑制電子傳遞和ATP的生成這類抑制劑58寡霉素(oligomycin)可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖59（二）ADP調(diào)節(jié)作用當(dāng)ATP高時，ADP、AMP下降，氧化磷酸化速度減慢，ATP合成降低；當(dāng)ATP低時，ADP、AMP升高，氧化磷酸化速度加快，TCA循環(huán)速度加快，ATP合成增加。（三）甲狀腺激素（激素的調(diào)節(jié)）激活Na+,K+–ATP酶，也可增強氧化磷酸化，使ATP合成增加。（四）線粒體DNA突變

與線粒體DNA病及衰老有關(guān)。（二）ADP調(diào)節(jié)作用60五、ATP的利用GGTP磷酸肌酸激酶五、ATP的利用GGTP磷酸肌酸激酶61ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運)化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲存和利用都以ATP為中心。ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸62第四節(jié)、胞液中NADH的氧化胞液中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運機制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運機制主要有3-磷酸甘油穿梭（肌肉和神經(jīng)組織中）(3-glycerophosphateshuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭（心肌和肝臟中）(malate-asparateshuttle)第四節(jié)、胞液中NADH的氧化胞液中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運機制631.3-磷酸甘油穿梭機制1.3-磷酸甘油穿梭機制642.蘋果酸-天冬氨酸穿梭機制2.蘋果酸-天冬氨酸穿梭機制65第七章生物氧化BiologicalOxidation第七章生物氧化66

目的要求：

1、掌握：生物氧化的概念、特點及意義;呼吸鏈的概念、組成和排列順序；體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈；體內(nèi)的能量代謝2、熟悉：體內(nèi)CO2的生成方式，影響氧化磷酸化的因素；3、了解：體內(nèi)呼吸鏈遞氫遞電子的原理;氧化磷酸化的偶聯(lián)機制其他氧化體系目的要求：67第一節(jié)概述Introduction第一節(jié)概述68物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化稱為生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化分解最終生成CO2和H2O，并逐步釋放能量，滿足機體需要的過程。亦稱“組織呼吸”或“細(xì)胞呼吸”。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能一、生物氧化的概念

物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行的氧化稱為生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)69*

生物氧化與體外氧化之相同點生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。二、生物氧化的特點*生物氧化與體外氧化之相同點生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧70細(xì)胞內(nèi)、溫和、有水的環(huán)境中（37oC，pH接近中性）；是酶促反應(yīng)；能量逐步釋放，以ATP形式儲存和轉(zhuǎn)運H2O的產(chǎn)生是由脫下來的氫在酶、輔酶和電子傳遞系統(tǒng)參與下經(jīng)一系列傳遞與氧結(jié)合生成；二氧化碳（CO2）是從含羧基的化合物（有機酸）直接脫羧或氧化脫羧產(chǎn)生。*

生物氧化與體外氧化之不同點生物氧化體外氧化在高溫、高壓、干燥的條件下，劇烈的反應(yīng)；能量是突發(fā)式釋放，以光與熱的形式散發(fā)在環(huán)境中。產(chǎn)生的CO2、H2O是由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成。◆場所：真核細(xì)胞在線粒體內(nèi)膜，原核細(xì)胞在細(xì)胞膜進(jìn)行。細(xì)胞內(nèi)、溫和、有水的環(huán)境中（37oC，pH接近中性）；是酶促71糖類脂類蛋白質(zhì)葡萄糖脂肪酸+甘油氨基酸乙酰CoATACe呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2*生物氧化的一般過程糖類脂類蛋白質(zhì)葡萄糖脂肪酸+甘72

三、生物氧化中二氧化碳的生成方式

1、α-單純脫羧

2、α-氧化脫羧

三、生物氧化中二氧化碳的生成方式

734、β-氧化脫羧

3、β-單純脫羧四、生物氧化中物質(zhì)的氧化方式氧化－還原規(guī)律——加氧、脫氫、失電子4、β-氧化脫羧3、β-單純脫羧四、生物氧化中物質(zhì)的氧化方74第二節(jié)呼吸鏈

第二節(jié)呼吸鏈

75定義由位于真核生物線粒體內(nèi)膜（原核生物細(xì)胞膜）上一組排列有序的遞氫體和遞電子體構(gòu)成，其功能是將營養(yǎng)物質(zhì)氧化釋放的電子傳遞給O2生成H2O,因為這是一個通過連續(xù)反應(yīng)有序傳遞電子的過程，所以又稱電子傳遞鏈(electrontransportchain)。組成：遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）實際上是由一系列的酶及其輔酶或輔基構(gòu)成。

在生物細(xì)胞中，接受代謝物上脫下的氫(或電子)的載體有三種——NAD+、NADP+和FAD。一、呼吸鏈的定義(respiratorychain)定義一、呼吸鏈的定義(respiratorychain)76其中NADPH不進(jìn)入呼吸鏈合成ATP，而是作為生物合成的還原劑；只有NADH和FADH2進(jìn)入呼吸鏈。所以呼吸鏈有兩條：由NADH開始的呼吸鏈——NADH呼吸鏈；由FADH2開始的呼吸鏈——FADH2呼吸鏈。其中NADPH不進(jìn)入呼吸鏈合成ATP，而是作為77線粒體的結(jié)構(gòu)嵴線粒體的結(jié)構(gòu)嵴78生物化學(xué)：第七章生物氧化課件79二、呼吸鏈的組成呼吸鏈共包括四種具有傳遞電子功能的呼吸鏈復(fù)合體(complex，由酶蛋白和輔酶組成)以及泛醌、Cytc兩種單獨成分。二、呼吸鏈的組成呼吸鏈共包括四種具有傳遞電子功能的呼吸鏈復(fù)合80線粒體呼吸鏈復(fù)合體FMN,Fe-S復(fù)合體ⅠFAD,Fe-S,復(fù)合體ⅡCytb,Fe-S,Cytc1復(fù)合體ⅢCytaa3,Cu復(fù)合體Ⅳ線粒體呼吸鏈復(fù)合體FMN,Fe-SFAD,Fe-S,Cytb81①NAD/NADP主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有NAD和NADP，大多脫氫酶以NAD為輔酶。NADPH所傳遞的電子通常不是送入呼吸鏈，而是用于合成代謝，如脂肪酸的合成。呼吸鏈中包括5類成分：①NAD/NADP主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有82

NAD+是水溶性的，與酶蛋白可逆結(jié)合而往返于線粒體基質(zhì)與內(nèi)膜之間（但不能透過內(nèi)膜）。在線粒體的基質(zhì)中，NAD+接受代謝物上脫下的氫，生成NADH；然后與酶蛋白脫離，擴散至線粒體內(nèi)膜的內(nèi)表面，將氫(電子)傳遞給下一個電子傳遞體，自身又再生成NAD+，返回線粒體基質(zhì)繼續(xù)參與代謝物的脫氫反應(yīng)。

NAD+是水溶性的，與酶蛋白可逆結(jié)合而往返于83NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變84②黃素蛋白(FP)黃素蛋白是指以黃素核苷酸(FAD或FMN)為輔基的酶。所以，黃素蛋白有兩種，分別以FAD及FMN作為輔基。復(fù)合體I和復(fù)合體II都是脫氫酶，都含有黃素蛋白。復(fù)合體I叫做NADH脫氫酶，其所含的黃素蛋白以FMN為輔基，參與NADH脫氫。復(fù)合體II稱為琥珀酸脫氫酶，其所含的黃素蛋白以FAD為輔基，參與琥珀酸脫氫。②黃素蛋白(FP)黃素蛋白是指以黃素核苷酸(F85FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN·。再得到一個H++e以后生成FMNH2FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)86③鐵硫蛋白類鐵硫蛋白含鐵原子(非血紅素的鐵)和硫原子，兩者一般以等摩爾存在，構(gòu)成2Fe-2S簇、4Fe-4S簇，稱為“鐵硫簇”，常用符號“Fe-S”表示。鐵硫簇通過Fe與蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基連接。鐵硫簇只有1個Fe起氧化還原反應(yīng)，在氧化型（Fe3+）和還原型（Fe2+）之間轉(zhuǎn)變。③鐵硫蛋白類鐵硫蛋白含鐵原子(非血紅素的鐵)和硫原87鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中一個鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3++e反應(yīng)傳遞電子。屬于單電子傳遞體。

?表示無機硫鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其88生物化學(xué)：第七章生物氧化課件89鐵硫蛋白的電子供體和電子受體鐵硫蛋白的電子供體和電子受體90④輔酶Q類又稱泛醌（Ubiquinone，Q)，是脂溶性化合物，可接受多種脫氫酶脫下的氫和電子轉(zhuǎn)變?yōu)榉捍迹≦H2）,所以處在呼吸鏈的中心地位。它與蛋白質(zhì)結(jié)合不緊，可在黃素蛋白與細(xì)胞色素類之間起載體作用。泛醇將電子傳給細(xì)胞色素bc1復(fù)合體，H+釋出。④輔酶Q類又稱泛醌（Ubiquinone，Q)，是脂91細(xì)胞色素是以鐵卟啉(血紅素)為輔基的蛋白質(zhì)，因為有顏色，又廣泛存在于生物細(xì)胞中，故稱為細(xì)胞色素。細(xì)胞色素通過輔基中的鐵離子化合價的可逆變化進(jìn)行電子傳遞。它在呼吸鏈中作為單電子傳遞體。5.細(xì)胞色素（cytochromes)細(xì)胞色素是以鐵卟啉(血紅素)為輔基的蛋白質(zhì)，因為92⑤細(xì)胞色素類（cytochromes)根據(jù)還原型細(xì)胞色素的吸收光譜的吸收峰位置不同，將細(xì)胞色素分為a、b、c三類。每一類中又有不同的亞類。在動物的呼吸鏈中，至少有5種細(xì)胞色素——b、c1、c、a、a3，其中Cyta和Cyta3組成復(fù)合物Cytaa3。Cytc在復(fù)合物Ⅲ和Ⅳ之間傳遞電子，它是內(nèi)膜外側(cè)的外周蛋白。⑤細(xì)胞色素類（cytochromes)93復(fù)合體Ⅰ:NADH脫氫酶功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)

復(fù)合體ⅠNADH→→CoQ黃素蛋白（FMN）;（鐵硫蛋白）Fe-S由以上五種電子傳遞體組成4個復(fù)合體和2個單獨成分復(fù)合體Ⅰ:NADH脫氫酶功能:將電子從NADH傳遞給94復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH95復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸脫氫酶功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌

復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQ黃素蛋白（FAD）;鐵硫蛋白（Fe-S）復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸脫氫酶功能:將電子從琥珀酸傳遞給泛醌96生物化學(xué)：第七章生物氧化課件97復(fù)合體Ⅲ:Q-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c

復(fù)合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1復(fù)合體Ⅲ:Q-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給98生物化學(xué)：第七章生物氧化課件99復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB

其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2。復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給100呼吸鏈復(fù)合體呼吸鏈復(fù)合體101三、呼吸鏈主要成分的排列順序1.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物在氧化分解過程中脫下的電子，大部分經(jīng)此呼吸鏈氧化為水。例如丙酮酸、異檸檬酸、乳酸、酮戊二酸、蘋果酸、谷氨酸等。2.琥珀酸氧化呼吸鏈(FADH2氧化呼吸鏈）

一般情況下琥珀酸、3-磷酸甘油氧化分解脫下來的電子送入琥珀酸氧化呼吸鏈，并以以下順序傳遞給O2，生成H2O琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2三、呼吸鏈主要成分的排列順序1.NADH氧化呼吸鏈102NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈103第三節(jié)

生物氧化與能量代謝第三節(jié)104高能化合物的共同特點是含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時可釋放大于30KJ/mol的能量，常用符號表示。一、高能化合物

營養(yǎng)物質(zhì)在生物氧化過程中所釋放的能量有一部分以熱能形式散失，其余部分則以化學(xué)能的形式儲存于一些特殊高能化合物中，供生命活動等利用。1、高能化合物的概念：發(fā)生水解時可釋放大量自由能的、含磷鍵酯和硫酯鍵的化合物。高能化合物的共同特點是含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時可釋放1052、高能化合物的類型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類高能化合物和非磷酸類高能化合物。必須注意：并非所有的磷酸化合物都是高能化合物。高能磷酸鍵水解時釋放的能量大于30KJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物2、高能化合物的類型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類高能106生物化學(xué)：第七章生物氧化課件107CHOCH2OHCH2O-PCOOCH2OHCH2O-P～PCOOHCH2OHCH2O-PNAD+NADH+H+H3PO4ADPATP1、底物水平磷酸化2、氧化磷酸化二、ATP的生成方式CHOCH2OHCH2O-PCOOCH2OHCH2O-P1081、底物水平磷酸化定義：底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)是指代謝物在氧化分解過程中通過脫氫、脫水等作用使分子內(nèi)部能量重新分配，產(chǎn)生高能磷酸基團(tuán)，然后將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP，生成ATP的過程。1、底物水平磷酸化定義：底物水平磷酸化(substrate1092、氧化磷酸化：1）定義：在生物氧化過程中，營養(yǎng)物質(zhì)氧化釋放的電子經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧，生成水的同時，所釋放的自由能推動ADP磷酸化生成ATP，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱為氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)，又稱為偶聯(lián)磷酸化。氧化磷酸化是電子傳遞與ATP形成的偶聯(lián)機制。2、氧化磷酸化：1）定義：在生物氧化過程中，營養(yǎng)物質(zhì)氧化釋放110氧化磷酸化偶聯(lián)代謝物2HH2O1/2O2呼吸鏈ADP+Pi=ATP能量氧化磷酸化氧化磷酸化偶聯(lián)代謝物2HH2O1/2O2呼吸鏈ADP+Pi=1112)氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ主要根據(jù)P/O比值和自由能變化確定呼吸鏈上磷酸化位點：

NADH—Q；Q—Cytc；Cytaa3—O22)氧化磷酸化偶聯(lián)部位氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ呼112氧化磷酸化的大小用P/O表示磷氧比（P/O)是指每消耗1mol原子氧時有多少摩爾原子的無機磷被酯化為有機磷，即產(chǎn)生多少摩爾的ATP?？砷g接測ATP生成量：NADH呼吸鏈：P/O=2.5FADH2呼吸鏈：P/O=1.5氧化磷酸化的大小用P/O表示113氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化

ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化ATPATP114三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理化學(xué)偶聯(lián)假說1953年E.C.Slater提出構(gòu)象偶聯(lián)假說1964年P(guān).D.Boyer提出化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)

由P.Mitchell1961年提出:電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理化學(xué)偶聯(lián)假說1953年E.C.S115線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡單示意圖線粒體基質(zhì)線粒體膜++++---116ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)++++++++++---------化學(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+117四、影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈電子傳遞抑制劑

是能夠?qū)Ｒ蛔钄嗪粑溨心承┎课浑娮觽鬟f的物質(zhì)和化學(xué)藥品。它的特點是可