第八章 生物氧化

第六章生物氧化BiologicalOxidation營養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)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(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)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。是在細(xì)胞內(nèi)溫和的環(huán)境中由酶催化進(jìn)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(jié)合產(chǎn)生H2O，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生CO2。*生物氧化與體外氧化的不同點(diǎn)生物氧化體外氧化能量是突然釋放的。CO2、H2O由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成。在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，能量逐步釋放,并與ATP合成相偶聯(lián)。CO2的生成是有機(jī)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(yīng)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(xì)細(xì)胞定位：真核生物在線粒體膜上，原核生物在細(xì)胞膜上。胞質(zhì)的生成二、生物氧化的特點(diǎn)三、生物氧化的一般過程CO2的生成

方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)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(yīng)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(jié)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(fù)合體呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置四種復(fù)合體的排列關(guān)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(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+（NADP+）的遞氫機(jī)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(jié)構(gòu)異咯嗪核醇FAD結(jié)構(gòu)FMN和FAD遞氫機(jī)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(jìn)行Fe2+

Fe3++e反應(yīng)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(cè)鏈。因其為脂溶性，游動性大，極易從線粒體內(nèi)膜中分離出來，因此不包含在四種復(fù)合體中。分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地結(jié)合2個H，為遞氫體。

5.細(xì)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(cè)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(xì)胞色素

傳遞電子機(jī)理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+

－e－e

特點(diǎn)：以血紅素（heme）為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。類別:根據(jù)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(fù)合物物存在，稱細(xì)胞色素氧化酶，其分子中除含F(xiàn)e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(fù)合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1

復(fù)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(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合體I復(fù)合物IIINADH脫氫酶細(xì)胞色素還原酶細(xì)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(xì)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(xì)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(nèi)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(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。底物水平磷酸化(substratelevelphos-phorylation)是底物分子內(nèi)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(lián)部位即ATP生成的部位。P/O比值：是指物質(zhì)氧化時，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機(jī)磷的摩爾數(shù)，即生成ATP的摩爾數(shù)。

呼吸過程中無機(jī)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(shù)值相當(dāng)于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。NADHFADH2O212H2OH2O例實(shí)測得NADH呼吸鏈：P/O~3ADP+PiATP實(shí)測得FADH2呼吸鏈：P/O~2O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP三個偶聯(lián)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(lián)部位，P/O比值等于3，即產(chǎn)生3molATP。琥珀酸氧化呼吸鏈存在2個偶聯(lián)部位，P/O比值等于2，即產(chǎn)生2molATP。（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制1.化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，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)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。線粒體基質(zhì)

線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡單示意圖化學(xué)滲透假說復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有質(zhì)子泵作用2H+2H+2H+2H+2H+2H+內(nèi)膜表面基質(zhì)NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸?O2＋2H+H2O2.ATP合酶即復(fù)合體Ⅴ。位于線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)。ATP合酶F0：為疏水蛋白質(zhì)，是鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中的質(zhì)子通道。F1：為親水蛋白質(zhì)，由33亞基組成，催化生成ATP。OSCP：寡霉素敏感相關(guān)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(jié)構(gòu)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(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：解偶聯(lián)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(diǎn)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(nèi)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(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜通透性高，線粒體對物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter