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(diǎn)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(jī)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(chēng)為生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等營(yíng)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(jī)體需要的過(guò)程。亦稱(chēng)“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(chēng)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(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。二、生物氧化的特點(diǎn)*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(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)H2O的產(chǎn)生是由脫下來(lái)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(jī)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(diǎn)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?chǎng)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6糖類(lèi)脂類(lèi)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(guò)程糖類(lèi)脂類(lèi)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化釋放的電子傳遞給O2生成H2O,因?yàn)檫@是一個(gè)通過(guò)連續(xù)反應(yīng)有序傳遞電子的過(guò)程，所以又稱(chēng)電子傳遞鏈(electrontransportchain)。組成：遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）實(shí)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(kāi)始的呼吸鏈——NADH呼吸鏈；由FADH2開(kāi)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(dú)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(lèi)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(lèi)成分：①NAD/NADP主要作為一類(lèi)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(guò)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(kuò)散至線粒體內(nèi)膜的內(nèi)表面，將氫(電子)傳遞給下一個(gè)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(chēng)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(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN·。再得到一個(gè)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(lèi)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(chēng)為“鐵硫簇”，常用符號(hào)“Fe-S”表示。鐵硫簇通過(guò)Fe與蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基連接。鐵硫簇只有1個(gè)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(lèi)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(gè)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(wú)機(jī)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(lèi)又稱(chēng)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(lèi)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(lèi)又稱(chēng)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?yàn)橛蓄伾謴V泛存在于生物細(xì)胞中，故稱(chēng)為細(xì)胞色素。細(xì)胞色素通過(guò)輔基中的鐵離子化合價(jià)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?yàn)?7⑤細(xì)胞色素類(lèi)（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(lèi)。每一類(lèi)中又有不同的亞類(lèi)。在動(dòng)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(lèi)（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(gè)復(fù)合體和2個(gè)單獨(dú)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(jī)物在氧化分解過(guò)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(píng)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(lái)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(diǎn)是含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時(shí)可釋放大于30KJ/mol的能量，常用符號(hào)表示。一、高能化合物

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物氧化過(guò)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(chǔ)存于一些特殊高能化合物中，供生命活動(dòng)等利用。1、高能化合物的概念：發(fā)生水解時(shí)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(diǎn)是含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時(shí)可釋放402、高能化合物的類(lèi)型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類(lèi)高能化合物和非磷酸類(lèi)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(shí)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(lèi)型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類(lèi)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(guò)程中通過(guò)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(guò)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(guò)程中，營(yíng)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(shí)，所釋放的自由能推動(dòng)ADP磷酸化生成ATP，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱(chēng)為氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)，又稱(chēng)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(jī)制。2、氧化磷酸化：1）定義：在生物氧化過(guò)程中，營(yíng)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(diǎn)：

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(shí)有多少摩爾原子的無(wú)機(jī)磷被酯化為有機(jī)磷，即產(chǎn)生多少摩爾的ATP。可間接測(cè)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(jī)理化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)1953年E.C.Slater提出構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)1964年P(guān).D.Boyer提出化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotichypothesis)

由P.Mitchell1961年提出: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。三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)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(shuō)簡(jiǎn)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(shuō)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(diǎn)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(wú)法進(jìn)行，ATP的生成隨之減少。這類(lèi)物質(zhì)和化學(xué)藥品大多對(duì)人類(lèi)或哺乳動(dòng)物乃至需氧生物具有極強(qiáng)的毒性。根據(jù)在呼吸鏈上的作用部位，可分為三類(lèi)：（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(diǎn)的有阿米妥（異戊巴比妥）、魚(yú)藤酮等；阻斷傳遞電子到泛醌

能夠抑制第二位點(diǎn)的有抗霉素A和二巰基丙醇；能夠抑制第三位點(diǎn)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(yú)藤酮?dú)⒎鄣兀ǚ鄣顾谹）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(diǎn)魚(yú)藤酮×抗霉素A×CO、CN-、×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)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(jī)制是破壞電子傳遞過(guò)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(chǔ)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(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解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F573、ATP合酶抑制劑同時(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類(lèi)抑制劑對(duì)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(shí)抑制電子傳遞和ATP的生成這類(lèi)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(shí)，ADP、AMP下降，氧化磷酸化速度減慢，ATP合成降低；當(dāng)ATP低時(shí)，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(qiáng)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(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。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(yùn)機(jī)制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要有3-磷酸甘油穿梭（肌肉和神經(jīng)組織中）(3-glycerophosphateshuttle)蘋(píng)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(yùn)機(jī)制631.3-磷酸甘油穿梭機(jī)制1.3-磷酸甘油穿梭機(jī)制642.蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制2.蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)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(diǎn)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(jī)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(chēng)為生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等營(yíng)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(jī)體需要的過(guò)程。亦稱(chēng)“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(chēng)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(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。二、生物氧化的特點(diǎn)*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(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)H2O的產(chǎn)生是由脫下來(lái)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(jī)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(diǎn)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?chǎng)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(lèi)脂類(lèi)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(guò)程糖類(lèi)脂類(lèi)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化釋放的電子傳遞給O2生成H2O,因?yàn)檫@是一個(gè)通過(guò)連續(xù)反應(yīng)有序傳遞電子的過(guò)程，所以又稱(chēng)電子傳遞鏈(electrontransportchain)。組成：遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）實(shí)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(kāi)始的呼吸鏈——NADH呼吸鏈；由FADH2開(kāi)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(dú)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(lèi)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(lèi)成分：①NAD/NADP主要作為一類(lèi)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(guò)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(kuò)散至線粒體內(nèi)膜的內(nèi)表面，將氫(電子)傳遞給下一個(gè)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(chēng)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(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN·。再得到一個(gè)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(lèi)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(chēng)為“鐵硫簇”，常用符號(hào)“Fe-S”表示。鐵硫簇通過(guò)Fe與蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基連接。鐵硫簇只有1個(gè)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(lèi)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(gè)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(wú)機(jī)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(lèi)又稱(chēng)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(lèi)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(lèi)又稱(chēng)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?yàn)橛蓄伾?，又廣泛存在于生物細(xì)胞中，故稱(chēng)為細(xì)胞色素。細(xì)胞色素通過(guò)輔基中的鐵離子化合價(jià)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?yàn)?2⑤細(xì)胞色素類(lèi)（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(lèi)。每一類(lèi)中又有不同的亞類(lèi)。在動(dòng)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(lèi)（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(gè)復(fù)合體和2個(gè)單獨(dú)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(jī)物在氧化分解過(guò)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(píng)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(lái)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(diǎn)是含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時(shí)可釋放大于30KJ/mol的能量，常用符號(hào)表示。一、高能化合物

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物氧化過(guò)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(chǔ)存于一些特殊高能化合物中，供生命活動(dòng)等利用。1、高能化合物的概念：發(fā)生水解時(shí)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(diǎn)是含有容易斷裂的“活潑鍵”，水解時(shí)可釋放1052、高能化合物的類(lèi)型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類(lèi)高能化合物和非磷酸類(lèi)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(shí)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(lèi)型：根據(jù)分子中是否含有磷酸可分為磷酸類(lèi)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(guò)程中通過(guò)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(guò)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(guò)程中，營(yíng)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(shí)，所釋放的自由能推動(dòng)ADP磷酸化生成ATP，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱(chēng)為氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)，又稱(chēng)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(jī)制。2、氧化磷酸化：1）定義：在生物氧化過(guò)程中，營(yíng)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(diǎn)：

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(shí)有多少摩爾原子的無(wú)機(jī)磷被酯化為有機(jī)磷，即產(chǎn)生多少摩爾的ATP。可間接測(cè)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(jī)理化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)1953年E.C.Slater提出構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)1964年P(guān).D.Boyer提出化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotichypothesis)

由P.Mitchell1961年提出: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。三、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)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(shuō)簡(jiǎn)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(shuō)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(diǎn)是可