生物化學(xué)課件之生物氧化

生物化學(xué)課件之生物氧化第1頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化分解稱為生物氧化包括線粒體內(nèi)和線粒體外兩種。線粒體內(nèi)的氧化主要指細(xì)胞內(nèi)氧消耗和CO2釋放，并逐步釋放能量ATP。也就是指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過(guò)程。線粒體外氧化不伴ATP的生成，主要和代謝物或藥物、毒物的生物轉(zhuǎn)化有關(guān)。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能*生物氧化的概念和特點(diǎn)第2頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一*

生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)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(shí)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。第3頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一*

生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn)生物氧化體外氧化反應(yīng)條件劇烈不需要酶的催化能量是突然釋放的。產(chǎn)生的CO2、H2O由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成。1.反應(yīng)溫和：37℃、pH接近中性2.需酶催化3.逐步氧化,逐步放能,可以調(diào)節(jié)；釋放能量的40~55%以高能鍵儲(chǔ)存4.生物氧化以脫氫方式為主5.H2O的生成:代謝物脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生CO2來(lái)源：有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生第4頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2*生物氧化的一般過(guò)程第5頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)

線粒體氧化體系

第6頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）定義：線粒體內(nèi)膜上存在著按一定順序排列的多種酶和輔酶組成的反應(yīng)體系。代謝物脫下的氫經(jīng)這一體系傳遞，最終與氧結(jié)合生成水。由于此過(guò)程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，所以稱為呼吸鏈。又稱電子傳遞鏈。呼吸鏈中傳遞氫的酶或輔酶稱為遞氫體,傳遞電子的酶或輔酶稱為電子傳遞體,因此呼吸鏈由遞氫體和電子傳遞體組成。－電子傳遞鏈(electrontransferchain)一、呼吸鏈(respiratorychain）第7頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）煙酰胺(尼克酰胺)核苷酸類

NAD+(NADP+)簡(jiǎn)稱CoI(CoII)功能基團(tuán)：煙酰胺可逆性地加氫脫氫，代謝物上脫下的2H（2H+和2e）傳遞給黃素蛋白大多數(shù)脫氫酶以NAD+為輔酶少數(shù)脫氫酶以NADP+為輔酶為體內(nèi)許多脫氫酶的輔酶，是聯(lián)結(jié)作用物與呼吸鏈的重要環(huán)節(jié)。尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）或輔酶II（CoII）NADPH+H++NAD+＝NADP+NADH+H+

2.呼吸鏈的組成成份及作用：第8頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

第9頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第10頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一黃素蛋白的輔基有兩種黃素單核苷酸（FMN）：含有磷酸黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）：含有腺苷酸（AMP）二者都含有維生素B2功能：可催化代謝物脫下的氫，脫下的氫可被該酶的輔基FMN和FAD接受。NADH脫氫酶的輔基就是FMN，可將NADH的H轉(zhuǎn)移到NADH脫氫酶的輔基FMN。（2）黃素蛋白第11頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第12頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3++e反應(yīng)傳遞電子，每次只傳遞一個(gè)電子為單電子傳遞體。存在形式：Fe4S4(也有Fe2S2）鐵硫蛋白常與黃酶、細(xì)胞色素結(jié)合在一起，以復(fù)合物形式存在：FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)?表示無(wú)機(jī)硫（3）鐵硫蛋白第13頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

鐵硫蛋白SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫第14頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第15頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第16頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。細(xì)胞色素體系各輔基中的鐵可以得失電子，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，為單電子遞體。（五）細(xì)胞色素第17頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第18頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一①Cyt的本質(zhì)細(xì)胞色素=酶蛋白+鐵卟啉②Cyt的分類細(xì)胞色素(30多種)a組：a、a1、a2、a3…b組：b、b1～7、P450…c組：c、c1、c2、c3…③Cyt的存在部位線粒體（a、a3、b、c、c1）微粒體（b5、P450）④作用：?jiǎn)坞娮觽鬟f體2Cytaa3-Fe2++1/2O22Cytaa3-Fe3++O2-2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+第19頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第20頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第21頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位：還原電位從低到高的順序

2各組分特殊的吸收光譜，得失電子后吸收光譜改變

3還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧

4特異抑制劑阻斷：阻斷部位以前的為還原狀態(tài)，后面的為氧化狀態(tài)。

5用去垢劑溫和處理線粒體內(nèi)膜，可以得到四種電子傳遞復(fù)合體

二呼吸鏈中傳遞體的排列順序第22頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.復(fù)合體Ⅰ:NADH-泛醌還原酶

功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)

復(fù)合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2第23頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2第24頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.

復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌還原酶

功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌

復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3第25頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第26頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.復(fù)合體Ⅲ:泛醌-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第27頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.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。第28頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四種具有傳遞電子功能的酶復(fù)合體(complex)*泛醌和Cytc

均不包含在上述四種復(fù)合體中。人線粒體呼吸鏈復(fù)合體第29頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置第30頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜e-e-e-e-e-第31頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、主要的呼吸鏈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第32頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2第33頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第34頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一高能磷酸鍵與高能磷酸化合物高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21KJ/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

四、生物氧化過(guò)程中ATP的生成高能硫脂化合物含有酰基和硫醇基的化合物（一）高能化合物與高能磷酸化合物第35頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第36頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ATP的生成和利用ADPATP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))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(chǔ)存和利用都以ATP為中心。ADP+PiATPATPADP+Pi第37頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

（二）高能磷酸化合物ATP的生成

氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指代謝物氧化脫氫經(jīng)呼吸鏈電子傳遞給氧生成水的同時(shí)，釋放能量用以使ADP磷酸化生成ATP，由于代謝物氧化反應(yīng)與ADP磷酸化生成ATP相偶聯(lián)，故稱為偶聯(lián)磷酸化。

底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過(guò)程。第38頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）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根據(jù)自由能變化和P/O比值（每消耗一摩爾氧原子所消耗無(wú)機(jī)磷的摩爾數(shù)）⊿Go‘=-nF⊿Eo’第39頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第40頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化

第41頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）氧化磷酸化的機(jī)制1.化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotichypothesis)

電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，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(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。第42頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+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(shuō)詳細(xì)示意圖第43頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.ATP合酶由親水部分F1（α3β3γδε亞基）和疏水部分F0（a1b2c9～12亞基）組成。ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖第44頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一線粒體基質(zhì)

線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖第45頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）氧化磷酸化的抑制1.呼吸鏈抑制劑

阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2.解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過(guò)程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白2，4－二硝基苯酚3.氧化磷酸化抑制劑

對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（一）抑制劑第46頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一魚藤酮粉蝶霉素A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(diǎn)第47頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)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第48頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

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)模式圖第49頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ATP是能量的釋放和貯存利用的最主要的形式ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP五、ATP的利用和貯存第50頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。第51頁(yè)，共58頁(yè)，2023年，2月20日，星期一ATP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(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))化學(xué)能(