生物化學第九章生物氧化課件

第九章生物氧化BiologicalOxidation物質在生物體內進行氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質等在體內分解時逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過程。糖脂肪蛋白質CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能第一節(jié)生物氧化的概念生物氧化和有機物在體外氧化（燃燒）的實質相同，都是脫氫、失電子或與氧結合，消耗氧氣，都生成CO2和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進行的方式和歷程卻不同：生物氧化體外燃燒1、細胞內溫和條件高溫或高壓、干燥條（常溫、常壓、中性pH、水溶液）2、一系列酶促反應無機催化劑逐步氧化放能，能量利用率高能量爆發(fā)釋放3、釋放的能量轉化成ATP被利用轉換為光和熱，散失二、生物氧化的特點第二節(jié)CO2的生成第三節(jié)

生物氧化中水的生成一、呼吸鏈（電子傳遞鏈）的概念1.概念：在生物氧化過程中，代謝物上脫下的氫經(jīng)過一系列的按一定順序排列的氫傳遞體和電子傳遞體的傳遞，最后傳遞給分子氧并生成水，這種氫和電子的傳遞體系稱為電子傳遞鏈。又稱呼吸鏈。2、呼吸鏈（電子傳遞鏈）分布原核細胞存在于質膜上真核細胞存在于線粒體的內膜上ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側基質側線粒體內膜e-e-e-e-e-二、呼吸鏈的組成成分和作用

（一）NAD+和NADP+為輔酶的脫氫酶

【組成成分】酶蛋白、尼克酰胺（Vpp）核糖、磷酸與AMP?！咀饔谩枯o酶接受代謝物脫下的2H，傳遞給黃素蛋白。（二）、黃素酶-黃素蛋白（Flavoprotein）【組成成分】酶蛋白、黃素單核苷酸（FMN）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD），它們由核黃素（VitB2）、磷酸、AMP組成?！咀饔谩窟M行可逆的脫氫加氫反應?！緜鬟f機制】異咯嗪的第1、10位N上可加氫【主要形式】琥珀酸脫氫酶以FAD為輔酶，將代謝物脫下的H傳入呼吸鏈。FMN結構中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪，氧化還原反應時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN。。（三）、鐵硫蛋白（iron-sulfurprotein,Fe-S）

鐵硫蛋白與黃素蛋白形成復合物存在?！窘M成成分】含等量的鐵原子和硫原子（Fe2S2，F(xiàn)e4S4）鐵原子與鐵硫蛋白的半胱氨酸相連【作用】將FMN或FAD中的電子傳遞給泛醌?！緜鬟f機制】單電子傳遞

Fe2+

Fe3++e

鐵硫聚簇有幾種不同的類型，有的只含有一個鐵原子［FeS］，有的只含有兩個鐵原子［2Fe-2S］，有的含有4個鐵原子［4Fe-4S］鐵硫蛋白類復合體Ⅰ:NADH-泛醌還原酶功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)

復合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2復合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌還原酶功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌

復合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3（五）細胞色素類細胞色素是一類以鐵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。細胞色素c（cyt.c）它是電子傳遞鏈中一個獨立的蛋白質電子載體，位于線粒體內膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細胞色素c1含有相同的輔基，但是蛋白組成則有所不同。在電子傳遞過程中，cyt.c通過Fe3+

Fe2+的互變起電子傳遞中間體作用。細胞色素c氧化酶復合體Ⅲ:泛醌-細胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給細胞色素c

復合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1復合體Ⅳ:細胞色素c氧化酶功能：將電子從細胞色素c傳遞給氧

復合體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。由以下實驗確定①標準氧化還原電位②拆開和重組③特異抑制劑阻斷

（二）呼吸鏈成分的排列順序體內主要呼吸鏈1、NADH氧化呼吸鏈【組成與作用】脫氫酶（CoI）、黃素蛋白、鐵硫蛋白、CoQ和細胞色素。2、FADH氧化呼吸鏈（琥珀酸氧化呼吸鏈）【組成和作用】脫氫酶（FAD）、CoQ、細胞色素【差異】脫下的2H不經(jīng)過NAD+傳遞,其余過程與NADH呼吸鏈相同.電子在呼吸鏈中的傳遞方式(I)(II)(III)(IV)電子傳遞鏈第四節(jié)生物氧化和能量代謝一、高能磷酸鍵與高能磷酸化合物高能磷酸鍵水解時釋放的能量大于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機械能(肌肉收縮)滲透能(物質主動轉運)化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內能量的儲存和利用都以ATP為中心。核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP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。二、ATP的形成（一）底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)

是底物分子脫氫、脫水，引起分子內部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。

氧化磷酸化底物水平磷酸化ATP的形成的兩種方式：1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate)3-磷酸甘油醛脫氫酶+NADH+H+NAD+HPO4

2-OPO3

2-3-磷酸甘油酸激酶

3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)OPO3

2-ADPATPMg2+（二）氧化磷酸化*1、定義氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在氧化反應和磷酸化反應的偶聯(lián)，呼吸鏈電子傳遞過程中釋放能量使ADP磷酸化，生成ATP。2、氧化磷酸化的作用機制(1)ATP產(chǎn)生的數(shù)量

研究氧化磷酸化最常用的方法是測定線粒體或其制劑的P/O比值和電化學實驗。

P/O比值:是指每消耗一摩爾氧所消耗無機磷酸的摩爾數(shù)。根據(jù)所消耗的無機磷酸摩爾數(shù)，可間接測出ATP生成量。又可以看作是當一對電子通過呼吸鏈傳至O2所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。實驗表明：NADH呼吸鏈的P/O值是3，即每消耗一摩爾氧原子就可形成3摩爾ATP，F(xiàn)ADH2呼吸鏈的P/O值是2，即消耗一摩爾氧原子可形成2摩爾ATP。(2)ATP產(chǎn)生的部位ATP產(chǎn)生的部位都是有大的電位差變化的地方，例如，NADH呼吸鏈生成ATP的三個部位是：E0'值在此三個部位有大的“跳動”，都在0.2伏以上。五、氧化磷酸化的抑制常用的幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位（1）魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素：其作用是阻斷電子在NADH—Q還原酶內的傳遞，所以阻斷了電子由NADH向CoQ的傳遞。（2）抗霉素A：它是由鏈酶素分離出的抗生素，有干擾細胞色素還原酶中電子從細胞色素b

向cytC1的傳遞作用。（3）氰化物（CN-）、疊氮化物（N3-）、一氧化碳（CO）等：其作用是阻斷電子在細胞色素氧化酶中傳遞，即阻斷了電子由cytaa3向分子氧的傳遞。

魚藤酮安密妥殺粉蝶菌素抗霉素A氰化物一氧化碳硫化氫疊氮化合物呼吸鏈的電子傳遞抑制劑圖示六、氧化磷酸化的作用機理

一、線粒體的結構

線粒體是生物氧化和能量轉換的主要場所。1、ATP酶復合體

線粒體內膜的表面有一層規(guī)則地間格排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復合體，是ATP合成的場所。ATP酶，含有5種不同的亞基（按3、3、1、1和1

的比例結合）。OSCP為一個蛋白，是能量轉換的通道。F0為一個疏水蛋白，是與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接的部位。當H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時，γ亞基發(fā)生旋轉，3個β亞基的構象發(fā)生改變。ATP合酶的工作機制氧化與磷酸化作用如何偶聯(lián)尚不夠清楚，目前主要有三個學說：化學耦聯(lián)學說結構耦聯(lián)學說化學滲透學說二氧化磷酸化的作用機理1.化學偶聯(lián)假說（1953）

認為電子傳遞過程產(chǎn)生一種活潑的高能共價中間物。它隨后的裂解驅動氧化磷酸化作用。2.構象偶聯(lián)假說（1964）

認為電子沿電子傳遞傳遞使線粒體內膜蛋白質組分發(fā)生了構象變化，形成一種高能形式。這種高能形式通過ATP的合成而恢復其原來的構象。3.化學滲透學說（1961）認為電子傳遞釋放出的自由能和ATP合成是與一種跨線粒體的質子梯度相偶聯(lián)的。呼吸鏈存在于線粒體內膜之上，當氧化進行時，呼吸鏈起質子泵作用，質子被泵出線粒體內膜之外側，造成了膜內外兩側間跨膜的化學電位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP與Pi合成ATP。1.遞H體與遞e體交替排列2.遞H體有H泵作用，將2H+泵出內膜，2e傳給遞電子體，整個過程共泵出3對H+3.線粒體膜對H+不通透，造成H+跨膜梯度4.H+通過ATP酶回流，生成ATP質子的流向電子的流向線粒體基質線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學滲透假說簡單示意圖化學滲透假說ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH