解剖-jxn生化第07章生物氧化

生物氧化Biological

Oxidation第一節(jié)概述Introduction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熱能一、生物氧化的概念生物氧化與體外氧化之相同點生物氧化中物質的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應的一般規(guī)律。物質在體內外氧化時所消耗的氧量、最終產物（CO2，H2O）和

能量均相同。二、生物氧化的特點生物氧化是在細胞內溫和的環(huán)境中（體溫，pH接近中性），在一系列酶促反應逐步進行，能量逐步有利于有利于機體捕獲能量，提高ATP生成的效率。進行廣泛的加水脫氫反應使物質能間接獲得氧，并增加脫氫的機會；脫下的氫經呼吸鏈傳遞與氧結合產生H2O，有機酸脫羧產生CO2。*生物氧化與體外氧化之不同點體外氧化能量是突然

的。產生的CO2、H2O由物質中的碳和氫直接與氧結合生成。糖原

三酯酰甘油蛋白質葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATACCO22H呼吸鏈H2OADP+Pi

ATP三、生物氧化的一般過程四、參與生物氧化的酶類受氫體輔酶（輔基）產物氧化酶O2Cu、FeH2O需氧脫氫酶O2FMN或FADH2O2不需氧脫氫酶輔酶NADP

、NAD、FMN、FADH2O其他酶類加雙氧酶、加單氧酶、過氧化物酶等（一）CO2的生成——有機酸脫羧H3C-C-COOH

+

HSCoAO=O=NAD+NADH

+

H+酸脫氫酶系H3C-C-SCoA

+

CO2酸乙酰CoA五、生物氧化中CO2的生成第二節(jié)呼吸鏈和氧化磷酸化

Respiratory

Chain

and

OxidativePhosphorylation定義代謝物脫下的成對氫原子（2H）通過多種酶和輔酶所催化的

逐步傳遞，最終與氧結合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratory

chain)又稱電子傳遞鏈(electrontransfer

chain)。組成遞氫體和電子傳遞體（2H

2H++2e）一、呼吸鏈ⅢⅠⅡNADH+H+延胡索酸NAD+

琥珀酸1/2O2+2H+2H

O胞液側基質側線粒體內膜e-e-Q

e-Cytce-e-Ⅳ（一）呼吸鏈的組成NAD+和NADP+的結構R=H:

NAD+;R=H2PO3:NADP+NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉變氧化還原反應時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。FMN結構中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應時不穩(wěn)定中間產物是FMN?。鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其原子可進行Fe2+

Fe3++e反應傳遞電子。?表示無機硫泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側鏈（人CoQ10），氧化還原反應時可生成中間產物半醌型泛醌。細胞色素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，根據它們吸收光譜不同而分類。NAD+/NADH+H+FMN/

FMNH2FAD/

FADH2Cyt

b

Fe3+/Fe2+Q10/Q10H2-0.32-0.30-0.060.04（或0.10）0.07呼吸鏈中各種氧化還原對的標準氧化還原電位氧化還原對

Eo'

(V)Cyt

c1

Fe3+/

Fe2+0.22Cyt

c

Fe3+/Fe2+0.25Cyt

a

Fe3+

/

Fe2+0.29Cyt

a3

Fe3+

/

Fe2+0.551/2

O2/

H2O0.82（二）呼吸鏈成分的排列順序NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈二、

胞漿中NADH的氧化胞漿中NADH必須經一定轉運機制進入線粒體，再經呼吸鏈進行氧化磷酸化。轉運機制主要有α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphate

shuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparate

shuttle)1.

α-磷酸甘油穿梭機制NADH+H+FADH2NAD+FAD線粒體內膜線粒體外膜膜間隙線粒體基質α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈CH2O-

Pi磷酸二羥CH2OHC=OCH2O-

PiCH2OHC=OCH2O-

Piα-磷酸甘油CH2OHCHOHCH2O-

PiCH2OHCHOH2.

蘋果酸-天冬氨酸穿梭機制NAD+-OOC-CH2-C-COO-OOH-OOC-CH2-C-COO-HNADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉運體蘋果酸-α-酮戊二酸轉運體OH-OOC-CH2-C-COO-H蘋果酸O-OOC-CH2-C-COO-草酰乙酸NADH+H+O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-α-酮戊二酸-OOC-CH2-CH2-C-COO-3H

N+H谷氨酸蘋果酸脫氫酶谷草轉氨酶胞液線粒體內膜基質呼吸鏈-2OOC-CH

-C-COO-+H3NH天冬氨酸-OOC-CH2-C-COO-3H

N+H-2

2OOC-CH

-CH

-C-COO-+H3NH三、高能化合物高能鍵水解時產生能量大于21

Kj/mol的化學鍵。高能化合物含有高能鍵的化合物例如：ATP、UTP、GTP、磷酸肌酸等ATP的生成*底物水平磷酸化

(substraevelphosphorylation)

是底物分子

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

(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯磷酸化。（一）氧化磷酸化偶聯部位氧化磷酸化偶聯部位：根據

能變化和P/O比值⊿Go'=-nF⊿Eo'四、氧化磷酸化線粒體離體實驗測得的一些底物的P/O比值底

物呼吸鏈的組成P/O比值可能生成的ATP數β-羥丁酸NAD+→復合體Ⅰ→CoQ→復合體Ⅲ→Cyt

c→復合體Ⅳ→O2復合體Ⅱ→CoQ→復合體Ⅲ→Cyt

c→復合體Ⅳ→O22.4～2.83琥珀酸1.72ATPATPATP氧化磷酸化偶聯部位電子傳遞鏈能變化NAD+~CoQ0.36V69.5KJ/mol能CoQ~Cyt

c0.21V40.5KJ/mol能Cyt

aa3~O20.53V102.3KJ/mol能區(qū)段電位變化(⊿Eo′)能變化

能否生成ATP⊿Go′=-nF⊿Eo′(⊿Go′是否大于30.5KJ)（二）氧化磷酸化的偶聯機理1.

化學滲透假說(chemiosmotic

hypothesis)電子經呼吸鏈傳遞時，可將質子（H+）從線粒體內膜的基質側泵到內膜胞漿側，產生膜內外質子電化學梯度能量。當質子順濃度梯度回流時驅動ADP與Pi生成ATP。+

+

+

+-

-

-

-H+O2H2OH+線粒體膜線粒體基質e-ADP+PiATP化學滲透假說簡單示意圖化學滲透假說ⅠⅡF0F1QNADH+H+延胡索酸NAD+

琥珀酸1/2O2+2H+ADP+Pi

ATPH+H+H+CytcH+基質側胞液側++

+

+

+

+++

++-

--

Ⅲ

-

-

-Ⅳ-

-H2O-化學滲透假說詳細示意圖2.

ATP合酶由親水部分

F1α3β3γδε亞基）和疏水部分F0（a1b2c9～12亞基）組成。ATP合酶結構模式圖五、影響氧化磷酸化的因素（一）抑制劑呼吸鏈抑制劑阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。解偶聯劑使氧化與磷酸化偶聯過程脫離。如：解偶聯蛋白氧化磷酸化抑制劑對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素×魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥抗霉素A二巰基丙醇×、-、-N3

及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側基質側解偶聯蛋白解偶聯蛋白作用機制（棕色脂肪組織線粒體）熱能H+H+ADP+Pi

ATP寡霉素(oligomycin)可

質子從F0質子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶結構模式圖（二）ADP/ATP的比值調節(jié)作用呼吸控制率(respiratory

control

ratio,

RCR)（三）甲狀腺激素Na+,K+–ATP酶和解偶聯蛋白（四）線粒體DNA突變與線粒體DNA病及衰老有關。表達均增加。核苷二磷酸激酶的作用ATP

+

UDPATP

+

CDPATP

+

GDPADP

+

UTPADP

+

CTPADP

+

GTP腺苷酸激酶的作用ADP

+

ADP

ATP

+

AMP四、能量的和利用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

形式。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(

代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內能量的

和利用都以ATP為中心。第四節(jié)其他氧化酶系The

Others

Oxidation

EnzymeSystems一、微粒體中的酶類（一）加單氧酶(monoxygenase)*

催化的反應：RH

+

NADPH+

H++O2

ROH

+

NADP+

+

H2O故又稱混合功能氧化酶(mixed-function

oxidase)或羥化酶(hydroxylase)。上述反應需要細胞色素P450

(Cyt

P450)參與。（二）加雙氧酶此酶催化氧分子中的2個氧原子加到底物中帶雙鍵的2個碳原子上。