生物化學七章生物氧化

生物化學七章生物氧化第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述

一、生物氧化的特點二、線粒體氧化體系三、非線粒體氧化體系四、參與生物氧化的酶類

物質在生物體內的氧化分解統(tǒng)稱為生物氧化。依細胞定位和功能不同可將生物氧化劃分為兩種體系:①線粒體氧化體系；②非線粒體氧化體系。第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日一、生物氧化的特點

在活的細胞中（pH接近中性、體溫條件下），有機物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與下進行。氧化過程中能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP）截獲，再供給機體所需。在此過程中既不會因氧化過程中能量驟然釋放而傷害機體，又能使釋放的能量盡可得到有效的利用。第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日二、線粒體氧化體系線粒體生物氧化/細胞呼吸的定義高等動物和人的線粒體生物氧化大致分為三個階段線粒體生物氧化的主要生理意義線粒體生物氧化的特點第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中間產物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中間產物進入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過磷酸化儲存在ATP中。大分子降解成基本結構單位

生物氧化的三個階段第五頁，共三十七頁，2022年，8月28日線粒體生物氧化的特點化學本質為消耗氧的氧化過程有機物被徹底氧化，氧化的終產物為CO2和H2O氧化反應發(fā)生在細胞內，一系列酶參與了反應過程反應是在體溫、pH接近中性和有水參與的溫和環(huán)境中進行的反應過程中所產生的能量逐步釋放，并能以ATP的形式偶聯(lián)起來，供機體生命活動所需CO2的生成是有機酸脫羧的結果，水是有機物脫下的氫經特定復雜的傳遞過程最終與氧化合的產物正常機體對于能量的生成、儲存和利用具有精細的調節(jié)機制，機能完全滿足需要又不致造成浪費第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日三、非線粒體氧化體系分類：主要包括發(fā)生在光滑內質網中的微粒體氧化體系和存在于微體中的過氧化體氧化體系。主要的生理意義：處理和消除環(huán)境污染物、化學致癌物、藥物和毒物以及體內代謝有害物等。第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日四、參與生物氧化的酶類（一）參與線粒體生物氧化體系的酶類氧化酶類需氧脫氫酶類不需氧脫氫酶類：以NAD+（或NADP+）為輔酶的不需氧脫氫酶類；以FMN（或FAD）為輔基的不需氧脫氫酶類（二）參與非線粒體氧化體系的酶類加單氧酶類、過氧化物酶類、超氧化物岐化酶類第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)生物氧化中二氧化碳的生成

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：直接脫羧作用：α-脫羧和β-脫羧氧化脫羧作用：α-氧化脫羧和β-氧化脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH

O丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶CH2-NH2R第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)、線粒體氧化體系

一、線粒體結構特點二、電子傳遞呼吸鏈的概念三、呼吸鏈的組成四、機體內兩條主要的呼吸鏈及其能量變化五、呼吸鏈的作用六、能量的儲存和利用第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日線粒體結構第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日線粒體呼吸鏈

線粒體基質是呼吸底物氧化的場所，底物在這里氧化所產生的NADH和FADH2將質子和電子轉移到內膜的載體上，經過一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給O2生成H2O。這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞鏈（eclctrontransferchain),因為其功能和呼吸作用直接相關，亦稱為呼吸鏈。第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日呼吸鏈的組成1.NAD+或NADP+為輔酶的脫氫酶類2.黃素蛋白酶類3.輔酶Ｑ（泛醌）4.鐵-硫蛋白類5.細胞色素類遞氫體遞電子體第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日煙酰胺脫氫酶類

特點：以NAD+

或NADP+為輔酶，存在于線粒體、基質或胞液中。

傳遞氫機理:NAD(P)++2H++2eNAD(P)H+H+第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日黃素蛋白酶類

特點：以FAD或FMN為輔基，酶蛋白為細胞膜組成蛋白類別：黃素脫氫酶類（如NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶）需氧脫氫酶類（如L—氨基酸氧化酶）加單氧酶（如賴氨酸羥化酶）遞氫機理：FAD(FMN)+2HFAD(FMN)H2第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日鐵硫蛋白

+e

傳遞電子機理：Fe3+Fe2+

-e

特點：含有Fe和對酸不穩(wěn)定的S原子，F(xiàn)e和S常以等摩爾量存在（Fe2S2,Fe4S4)，構成Fe—S中心，F(xiàn)e與蛋白質分子中的4個Cys殘基的巰基與蛋白質相連結。第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日鐵硫蛋白的結構及遞電子機理SFe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys傳遞電子機理：Fe3+Fe2+-e+e第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日CoQ

特點：帶有聚異戊二烯側鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動。

+2H

傳遞氫機理：CoQCoQH2

－2H第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日CoQ的結構和遞氫原理CoQ+2HCoQH2第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日細胞色素

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(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以復合物物存在，稱細胞色素氧化酶，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。第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日細胞色素血紅素的結構傳遞電子機理：Fe3+Fe2+-e+e波長/nm

還原型Cytc的吸收光譜第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日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呼吸鏈第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日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2e第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日呼吸鏈中電子傳遞時自由能的下降FADH22e-NADH第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日呼吸鏈的作用（一）代謝水的生成

代謝物脫下的氫（2H++2e）通過遞氫體和遞電子體的連續(xù)傳遞最終使氧激活（1/2O2+2eO2-），活化的氧（O2-）與介質中的兩個質子（2H+）化合成水，完成呼吸鏈的一次全程傳遞。（二）能量的生成氧化磷酸化第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日

氧化磷酸化作用1、

氧化磷酸化和磷氧比（P/O）的概念2、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理3、氧化磷酸化的影響因素4、化學滲透學說

第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日氧化磷酸化

代謝物脫下的氫在呼吸鏈一系列氫轉移和電子傳遞的氧化過程中釋放的能量使ADP磷酸化生成ATP的過程叫做氧化磷酸化。類別：

底物水平磷酸化P121電子傳遞水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化過程中釋放出的自由能第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日磷氧比（P/O

）

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(shù)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(shù)。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第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日2、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位H2O2H+CytcCytcCytcQFMNFeSFeSCytc1CytbKCytbrCytaFeSCyta32e-2e-NADH+H+NAD+O2+2H+H2O4H+2H+2H+復合物III12第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日3、氧化磷酸化的影響因素呼吸鏈抑制劑

有些物質以專一的結合部位抑制呼吸鏈的正常傳遞，影響氧化磷酸化作用，從而妨礙或破壞能量的供給。解偶聯(lián)劑解除氧化磷酸化的偶聯(lián)作用的物質，稱為解偶聯(lián)劑。離子載體抑制劑有些物質可與K+或Na+形成脂溶性復合物，將線粒體內的K+轉移到胞液。這種轉移過程消耗了生物氧化過程釋放的能量，從而抑制了ADP+Pi生成ATP的磷酸化作用。底物水平磷酸化第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日內膜F0F1ATP酶e-ADP+Pi底物H+ATPH+H+H+基質膜間隙電子傳遞鏈電子傳遞的自由能驅動H+從線粒體基質跨過內膜進入到膜間隙，從而形成H+跨線粒體內膜的電化學梯度，這個梯度的電化學勢(ΔH+)驅動ATP的合成?；瘜W滲透假說

(chemiosmotichypothasis)第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日化學滲透假說原理示意圖4H+2H+2H+4H+NADH+H+2H+2H+2H+

ADP+PiATP高質子濃度H2O2e-+++++++++__________質子流線粒體內膜磷酸化

氧化

第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日能量的儲存和利用生物體內能量的生成、儲存和利用總是圍繞著ADP磷酸化的吸能反應和ATP水解的方能反應進行的。當機體能量供大于求時，ATP在磷酸肌酸激酶的作用下，將其所含能量轉移給肌酸以磷酸肌酸的形式儲存起來。當機體能量供不應求時，在酶的作