生物化学课件之生物氧化.ppt

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目目录录第第第第六六六六章章章章生生物物氧氧化化BiologicalOxidation目目录录物质在生物体内进行氧化分解称为生物氧化物质在生物体内进行氧化分解称为生物氧化包括线粒体内和线粒体外两种。

包括线粒体内和线粒体外两种。

线粒体内的氧化线粒体内的氧化主要指细胞内氧消耗和主要指细胞内氧消耗和CO2释放，并逐释放，并逐步释放能量步释放能量ATP。

也就是指糖、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。

线粒体外氧化线粒体外氧化不伴不伴ATP的生成，主要和代谢物或药物、毒的生成，主要和代谢物或药物、毒物的生物转化有关。

物的生物转化有关。

糖糖脂肪脂肪蛋白质蛋白质CO2和和H2OO2能量能量ADP+PiATP热能热能*生物氧化的概念生物氧化的概念和特点和特点目目录录*生物氧化生物氧化与与体外氧化之相同点体外氧化之相同点w生生物物氧氧化化中中物物质质的的氧氧化化方方式式有有加加氧氧、脱脱氢氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。

失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。

w物物质质在在体体内内外外氧氧化化时时所所消消耗耗的的氧氧量量、最最终终产产物（物（CO2，H2O）和释放能量均相同。

）和释放能量均相同。

目目录录*生物氧化生物氧化与与体外氧化之不同点体外氧化之不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化w反应条件剧烈反应条件剧烈w不需要酶的催化不需要酶的催化w能量是突然释放的。

能量是突然释放的。

w产产生生的的CO2、H2O由由物物质质中中的的碳碳和和氢氢直直接接与与氧氧结结合生成。

合生成。

1.反应温和：

37、pH接近中性2.需酶催化3.逐步氧化,逐步放能,可以调节；释放能量的4055%以高能键储存4.生物氧化以脱氢方式为主5.H2O的生成:

代谢物脱下的氢与氧结合产生CO2来源：

有机酸脱羧产生目目录录糖原糖原三酯酰甘油三酯酰甘油蛋白质蛋白质葡萄糖葡萄糖脂酸脂酸+甘油甘油氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoATACTAC2H2H呼呼吸吸链链HH22OOADP+PiATPCOCO22*生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程目目录录第二节第二节线粒体氧化体系线粒体氧化体系目目录录

（一）定义：

一）定义：

线粒体内膜上存在着按一定顺序排列线粒体内膜上存在着按一定顺序排列的多种酶和辅酶组成的反应体系。

代谢物脱下的的多种酶和辅酶组成的反应体系。

代谢物脱下的氢经这一体系传递，最终与氧结合生成水。

由于氢经这一体系传递，最终与氧结合生成水。

由于此过程与细胞呼吸有关，所以称为呼吸链。

又称此过程与细胞呼吸有关，所以称为呼吸链。

又称电子传递链。

电子传递链。

呼吸链中传递氢的酶或辅酶称为递氢体呼吸链中传递氢的酶或辅酶称为递氢体,传递电传递电子的酶或辅酶称为电子传递体子的酶或辅酶称为电子传递体,因此因此呼吸链由递氢呼吸链由递氢体和电子传递体组成。

体和电子传递体组成。

电子传递链电子传递链（electrontransferchain）一、呼吸链（respiratorychain）目目录录（11）烟酰胺（尼克酰胺）核苷酸类NAD+（NADP+）简称CoI（CoII）w功能基团：

烟酰胺可逆性地加氢脱氢，代谢物上脱下代谢物上脱下的的2H2H（2H+2H+和和2e2e）传递给黄素蛋白）传递给黄素蛋白w大多数脱氢酶以NAD+为辅酶w少数脱氢酶以NADP+为辅酶w为体内许多脱氢酶的辅酶，是联结作用物与呼吸链的为体内许多脱氢酶的辅酶，是联结作用物与呼吸链的重要环节。

重要环节。

w尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+NADP+）或辅酶）或辅酶IIII（CoIICoII）NADPH+HNADPH+H+NADNAD+NADPNADP+NADH+HNADH+H+2.呼吸链的组成成份及作用：

呼吸链的组成成份及作用：

目目录录NAD+和和NADP+的结构的结构R=H:

NAD+;R=H2PO3:

NADP+目目录录目目录录w黄素蛋白的辅基有两种黄素蛋白的辅基有两种w黄素单核苷酸（黄素单核苷酸（FMNFMN）：

含有磷酸）：

含有磷酸w黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FADFAD）：

含有腺苷酸（）：

含有腺苷酸（AMPAMP）二者都含有维生素二者都含有维生素B2B2w功能：

可催化代谢物脱下的氢，脱下的氢可被该酶的功能：

可催化代谢物脱下的氢，脱下的氢可被该酶的辅基辅基FMNFMN和和FADFAD接受。

接受。

wNADHNADH脱氢酶的辅基就是脱氢酶的辅基就是FMNFMN，可将，可将NADHNADH的的HH转移转移到到NADHNADH脱氢酶的辅基脱氢酶的辅基FMNFMN。

w

（2）黄素蛋白）黄素蛋白目目录录目目录录铁硫蛋白中辅基铁硫簇铁硫蛋白中辅基铁硫簇（Fe-S）含有等量铁原子和硫原含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行子，其中铁原子可进行Fe2+Fe3+e反应传递电子，每反应传递电子，每次只传递一个电子为单电子传递体。

次只传递一个电子为单电子传递体。

存在形式：

Fe4S4（也有Fe2S2）铁硫蛋白常与黄酶、细胞色素结合在一起，以复合物形式存在：

FMN（Fe-S）FAD（Fe-S）表示无机硫表示无机硫w（3）铁硫蛋白）铁硫蛋白目目录录铁硫蛋白铁硫蛋白SSSS无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫目目录录目目录录目目录录细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子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。

传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。

细细胞色素体系各辅基中的铁可以得失电子，进行氧胞色素体系各辅基中的铁可以得失电子，进行氧化还原反应，为单电子递体。

化还原反应，为单电子递体。

w（五（五）细细胞胞色色素素目目录录目目录录Cyt的本质细胞色素=酶蛋白+铁卟啉Cyt的分类细胞色素（30多种）a组：

a、a1、a2、a3b组：

b、b17、P450c组：

c、c1、c2、c3Cyt的存在部位线粒体（a、a3、b、c、c1）微粒体（b5、P450）作用：

单电子传递体2Cytaa3-Fe2+1/2O22Cytaa3-Fe3+O2-2Cyt-Fe3+2e2Cyt-Fe2+目目录录目目录录目目录录1标准氧化还原电位：

还原电位从低到高的顺序标准氧化还原电位：

还原电位从低到高的顺序2各组分特殊的吸收光谱，得失电子后吸收光谱改变各组分特殊的吸收光谱，得失电子后吸收光谱改变3还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧4特异抑制剂阻断：

阻断部位以前的为还原状态，后面特异抑制剂阻断：

阻断部位以前的为还原状态，后面的为氧化状态。

的为氧化状态。

5用去垢剂温和处理线粒体内膜，可以得到四种电子传用去垢剂温和处理线粒体内膜，可以得到四种电子传递复合体递复合体二二呼吸链呼吸链中传递体中传递体的排列顺序的排列顺序目目录录1.复合体复合体:

NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶u功能功能:

将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌（ubiquinone）复合体复合体NADHCoQFMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2目目录录复合体复合体的功能的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH2还原型还原型Fe-S氧化型氧化型Fe-SQQH2目目录录2.复合体复合体:

琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶u功能功能:

将电子从琥珀酸传递给泛醌将电子从琥珀酸传递给泛醌复合体复合体琥珀酸琥珀酸CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S3目目录录目目录录3.复合体复合体:

泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c还原酶还原酶u功能：

功能：

将电子从泛醌传递给细胞色素将电子从泛醌传递给细胞色素c复合体复合体QH2Cytcb562;b566;Fe-S;c1目目录录4.复合体复合体:

细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶u功能：

功能：

将电子从细胞色素将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧复合体复合体还原型还原型CytcO2CuAaa3CuB其中其中Cyta3和和CuB形成的活性部位将电子交给形成的活性部位将电子交给O2。

目目录录四种具有传递电子功能的酶复合体四种具有传递电子功能的酶复合体（complex）*泛醌泛醌和和Cytc均不包含在上述四种复合体中。

均不包含在上述四种复合体中。

人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体目目录录呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置目目录录CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液侧胞液侧基质侧基质侧线粒体内膜线粒体内膜e-e-e-e-e-目目录录三、主要的呼三、主要的呼吸链吸链1.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH复合体复合体Q复合体复合体Cytc复合体复合体O2目目录录w2.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链n琥珀酸琥珀酸复合体复合体Q复合体复合体Cytc复合体复合体O2目目录录目目录录高能磷酸键与高能磷酸化合物高能磷酸键与高能磷酸化合物u高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯的磷酸酯键，常表示为键，常表示为P。

u高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物含有高能磷酸键的化合物四、生物氧化过程中四、生物氧化过程中ATP的生成的生成高能硫脂化合物高能硫脂化合物含有酰基和硫醇基的化合物含有酰基和硫醇基的化合物

（一）高能化合物与高能磷酸化合物

（一）高能化合物与高能磷酸化合物目目录录目目录录ATP的生成和利用的生成和利用ADPATP肌酸肌酸磷酸磷酸肌酸肌酸氧化磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化PPPP机械能机械能（肌肉收缩肌肉收缩）渗透能渗透能（物质主动转运物质主动转运）化学能化学能（合成代谢合成代谢）电能电能（生物电生物电）热能热能（维持体温维持体温）生物体内能量的储存和利生物体内能量的储存和利用都以用都以ATP为中心。

为中心。

ADP+PiATPATPADP+Pi目目录录

（二）高能磷酸化合物

（二）高能磷酸化合物ATP的生成的生成氧化磷酸化氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）是指代谢是指代谢物氧化脱氢经物氧化脱氢经呼吸链电子传递给氧生成水的同时，呼吸链电子传递给氧生成水的同时，释放能量用以使释放能量用以使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP，由于，由于代谢代谢物氧化反应与物氧化反应与ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP相偶联，故相偶联，故称称为为偶联磷酸化偶联磷酸化。

底底物物水水平平磷磷酸酸化化（substratelevelphosphorylation）是是底底物物分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成成高高能能键键，使使ADP磷磷酸酸化化生生成成ATP的的过程。

过程。

目目录录

（1）氧化磷酸化偶联部位）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位：

氧化磷酸化偶联部位：

复合体复合体、根据自由能变化和根据自由能变化和P/O比值（每消耗一摩尔比值（每消耗一摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数）氧原子所消耗无机磷的摩尔数）G=-nFE目目录录目目录录ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位电子子传递链自由能自由能变化化目目录录（22）氧化磷酸化的机制氧化磷酸化的机制1.化学渗透假说化学渗透假说（chemiosmotichypothesis）电电子子经经呼呼吸吸链链传传递递时时，可可将将质质子子（H+）从从线线粒粒体体内内膜膜的的基基质质侧侧泵泵到到内内膜膜胞胞浆浆侧侧，产产生生膜膜内内外外质质子子电电化化学学梯梯度度储储存存能能量量。

当当质质子子顺顺浓浓度度梯梯度度回回流流时时驱驱动动ADP与与Pi生成生成ATP。

目目录录F0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OA