第八章 生物氧化

第六章生物氧化BiologicalOxidation營養(yǎng)物質在生物體內經氧化分解，最終生成CO2和H2O，并釋放能量的過程稱生物氧化。一、

生物氧化的概念*生物氧化與體外氧化的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）和釋放能量均相同。是在細胞內溫和的環(huán)境中由酶催化進行的，能量是逐步釋放的，并儲存于ATP中。代謝物脫下的氫與氧結合產生H2O，有機酸脫羧產生CO2。*生物氧化與體外氧化的不同點生物氧化體外氧化能量是突然釋放的。CO2、H2O由物質中的碳和氫直接與氧結合生成。在生物細胞內進行，反應條件溫和，隨著反應的進行，能量逐步釋放,并與ATP合成相偶聯。CO2的生成是有機酸脫羧形成的。H2O的生成是代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應的氫載體所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H2O。x細細胞定位：真核生物在線粒體膜上，原核生物在細胞膜上。胞質的生成二、生物氧化的特點三、生物氧化的一般過程CO2的生成

方式：糖、脂、蛋白質等有機物轉變成含羧基的中間化合物，然后在酶催化下脫羧而生成CO2。類型：α-脫羧和β-脫羧氧化脫羧和單純脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOHO丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶CH2-NH2RH2O的生成

代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應的氫載體（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通過一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H2O

。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+乙醇脫氫酶例：1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2OO=2H+2e第一節(jié)

生成ATP的氧化體系

TheOxidationSystemofATPProducing

定義代謝物脫下的成對氫原子（2H）通過遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e)傳遞，最終與氧結合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。組成遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）一、呼吸鏈（一）呼吸鏈的組成人線粒體呼吸鏈復合體呼吸鏈各復合體在線粒體內膜中的位置四種復合體的排列關系1.煙酰胺核苷酸NAD+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NicotinamideAdenineDinucleotide)，又叫CoⅠ，主要作為呼吸鏈的一個組分，起遞氫體作用；NADP+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amideAdenineDinucleotidePhosphate)，又叫CoⅡ，主要在還原性生物合成中作為供氫體。二者的遞氫部位是煙酰胺部分，為VPP。NAD+和NADP+的結構R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+（NADP+）的遞氫機制（氧化型）（還原型）2.黃素輔基FMN：黃素單核苷酸(FlavinMononucleotide)FAD：黃素腺嘌呤二核苷酸(FlavinAdenineDinucleotide)FMN和FAD中異咯嗪環(huán)起遞氫體作用。異咯嗪及核醇部分為VitB2（核黃素）。

FMN結構異咯嗪核醇FAD結構FMN和FAD遞氫機制

（氧化型）（還原型）3.鐵硫蛋白(Iron-sulfurprotein,

Fe-S)又叫鐵硫中心或鐵硫簇。含有等量鐵原子和硫原子。鐵除與硫連接外，還與肽鏈中Cys殘基的巰基連接。鐵原子可進行Fe2+

Fe3++e反應傳遞電子，為單電子傳遞體。

4.泛醌(ubiquinone,UQ)即輔酶Q（CoenzymeQ，CoQ），屬于脂溶性醌類化合物，帶有多個異戊二烯側鏈。因其為脂溶性，游動性大，極易從線粒體內膜中分離出來，因此不包含在四種復合體中。分子中的苯醌結構能可逆地結合2個H，為遞氫體。

5.細胞色素類（Cytochrome,Cyt）是一類以鐵卟啉為輔基的電子傳遞蛋白。呼吸鏈中主要有a、b、c、三類。差別在于鐵卟啉的側鏈以及鐵卟啉與蛋白部分連接的方式不同。Cytb、c的鐵卟啉與血紅素相同；Cyta的鐵卟啉為血紅素A。分子中的鐵通過氧化還原而傳遞電子，為單電子傳遞體。細胞色素

傳遞電子機理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+

－e－e

特點：以血紅素（heme）為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。類別:根據吸收光譜分成a、b、c三類，呼吸鏈中含5種（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸鏈中的中為電子傳遞體，a和a3以復合物物存在，稱細胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外還含有Cu，可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為末端氧化酶。NADH+H+

NAD+FMNFMNH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2琥珀酸延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

復合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1

復合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB1.NADH氧化呼吸鏈2.琥珀酸氧化呼吸鏈NADH呼吸鏈NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等復合物II復合物IV復合體I復合物IIINADH脫氫酶細胞色素還原酶細胞色素氧化酶琥珀酸-輔酶Q還原酶FADH2呼吸鏈NADH呼吸鏈電子傳遞和水的生成H2O12O2O2-MH2還原型代謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

細胞色素b-c-c1-aa3

FeS2H+M氧化型代謝底物FADH2呼吸鏈電子傳遞和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸

FeS2Fe2+2Fe3+

細胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2eNADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈

二、氧化磷酸化體內ATP生成的方式：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。底物水平磷酸化(substratelevelphos-phorylation)是底物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。（一）氧化磷酸化偶聯部位即ATP生成的部位。P/O比值：是指物質氧化時，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機磷的摩爾數，即生成ATP的摩爾數。

呼吸過程中無機磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi

，因此P/O的數值相當于一對電子經呼吸鏈傳遞至分子氧所產生的ATP分子數。NADHFADH2O212H2OH2O例實測得NADH呼吸鏈：P/O~3ADP+PiATP實測得FADH2呼吸鏈：P/O~2O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP三個偶聯部位：ATPATPATP①NADH與CoQ之間；②CoQ與Cytc之間；③Cytaa3與氧之間。

2.自由能變化(△G0′)：

大于30.5kJ即可生成1摩爾ATP。

△G0′＝－nF△E0′NADH氧化呼吸鏈存在3個偶聯部位，P/O比值等于3，即產生3molATP。琥珀酸氧化呼吸鏈存在2個偶聯部位，P/O比值等于2，即產生2molATP。（二）氧化磷酸化的偶聯機制1.化學滲透假說(chemiosmotichypothesis)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儲存能量。當質子順濃度梯度回流時驅動ADP與Pi生成ATP。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復合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有質子泵作用2H+2H+2H+2H+2H+2H+內膜表面基質NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸?O2＋2H+H2O2.ATP合酶即復合體Ⅴ。位于線粒體內膜的基質側。ATP合酶F0：為疏水蛋白質，是鑲嵌在線粒體內膜中的質子通道。F1：為親水蛋白質，由33亞基組成，催化生成ATP。OSCP：寡霉素敏感相關蛋白，位于F0與F1之間，使ATP合成酶在寡霉素存在時不能生成ATP。ATP合酶結構模式圖三、影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈抑制劑阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2.解偶聯劑使氧化與磷酸化偶聯過程脫離。如：解偶聯蛋白3.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（一）抑制劑魚藤酮粉蝶霉素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四、ATP高能磷酸鍵水解時釋放的能量大于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。ATP是人體內能量的直接供給者。

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。

ATP的生成和利用五、通過線粒體內膜的物質轉運線粒體外膜通透性高，線粒體對物質通過的選擇性主要依賴于內膜中不同轉運蛋白(transporter