第六章生物氧化

1、第一节 概述进行生物氧化的细胞器-线粒体一、生物氧化的概念 物质在生物体内进行氧化称物质在生物体内进行氧化称生物氧化生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成逐步释放能量，最终生成CO2 和和 H2O的过的过程。又称程。又称细胞氧化或细胞呼吸细胞氧化或细胞呼吸。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 O2CO2和和H2O 能量能量ADP+PiATP热能热能 生物氧化中物质的氧化方式有生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。原反应的一般规律。 在细胞内在细胞内温和的环境中温和的环境

2、中（体温，（体温，pH接近中性），在一接近中性），在一系列酶促反应逐步进行，系列酶促反应逐步进行，能量能量逐步释放逐步释放有利于有利于有利于机体捕有利于机体捕获能量，提高获能量，提高ATP生成的效率。生成的效率。进行广泛的加水脱氢反应使物进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；的机会；脱下的氢与氧结合产脱下的氢与氧结合产生生H2O，有机酸脱羧产生有机酸脱羧产生CO2。二、生物氧化的特点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化 能量是突然释放的。能量是突然释放的。 产生的产生的CO2、H2O由由物质中的碳和氢直接与物质中的碳和氢直接与氧结合生成。氧结合生成。

3、1.反应条件反应条件2.CO2的生成的生成3.氧化方式氧化方式4.能量去向能量去向三、参与生物氧化的酶 参与生物氧化的酶主要存在于线粒体中。 主要分为三类：（一）脱氢酶（需氧脱氢酶系）（二）H或电子的传递体（不需氧脱氢酶系）（三）氧化酶（一）不需氧脱氢酶类 能使代谢物的H活化、脱落并传递给受氢体或中间传递体。第一类：以黄素核苷酸（FMN）为辅基的辅酶（黄素酶）第二类：以烟酰胺（NAD）为辅酶的脱氢酶（二）需氧脱氢酶 在生物氧化过程中起传递氢或者传递电子作用的物质，氢与氧结合生成H2O2。 分为：辅基为黄素腺嘌呤二核甘酸 （FAD）或黄素单核甘酸 （FMN）。（三）氧化酶 以氧为直接电子受体的氧

4、化还原酶 如：细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等 催化代谢脱落的H和O结合生成水。四、生物氧化过程中CO2的生成 生物氧化过程中产生的CO2，主要来自糖、蛋白质、脂类有机酸脱羧基作用。 可分为3种： 1. 单纯脱羧 2. 氧化脱羧 3.单纯脱羧 4.氧化脱羧第二节 线粒体氧化体系一、呼吸链一、呼吸链 （一）定义（一）定义 代谢物脱下的成对氢原子（代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链又称电子传递链。称为呼吸链又称电子传递链。 （二）组成（

5、二）组成 递氢体和电子传递体。递氢体和电子传递体。 1、NAD+、NADP+为辅酶的脱氢酶 2、黄素酶（FMN/FAD) 3、铁硫蛋白（递电子体） 4、辅酶Q（递氢体） 5、细胞色素（递电子体）：2价3价铁离子转化传递电子1. 烟酰胺核苷酸烟酰胺核苷酸 NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide) ，又叫又叫Co，主要作为呼吸链的一个组分，起，主要作为呼吸链的一个组分，起递氢体递氢体作用；作用； NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amide Adenine Dinucle

6、otide Phosphate) ，又叫，又叫Co，主要在还原性生，主要在还原性生物合成中作为供氢体。物合成中作为供氢体。 二者的递氢部位是二者的递氢部位是烟酰胺烟酰胺部分，为部分，为Vit PP。2. 黄素辅基黄素辅基 FMN：黄素单核苷酸：黄素单核苷酸(Flavin Mononucleotide) FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸：黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine Dinucleotide) FMN和和FAD中中异咯嗪环异咯嗪环起起递氢体递氢体作用。作用。 异咯嗪及核醇部分为异咯嗪及核醇部分为Vit B2（核黄素）。（核黄素）。3. 铁硫蛋白铁硫蛋白(Iron-sulfur pr

7、otein, Fe-S) 又叫铁硫中心或铁硫簇。又叫铁硫中心或铁硫簇。 含有等量铁原子和硫原子。含有等量铁原子和硫原子。 铁除与硫连接外，还与肽链中铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残残基的巯基连接。基的巯基连接。 铁原子可进行铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传反应传递电子，为递电子，为单电子传递体单电子传递体。 4. 泛醌泛醌 (ubiquinone, UQ) 即辅酶即辅酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），属于），属于脂溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧脂溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。链。 因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中分离出

8、来，因此不包含在四种复合内膜中分离出来，因此不包含在四种复合体中。体中。 分子中的苯醌结构能可逆地结合分子中的苯醌结构能可逆地结合2个个H，为，为递氢体递氢体。 5. 细胞色素类（细胞色素类（Cytochrome, Cyt） 是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。 呼吸链中主要有呼吸链中主要有a、b、c、三类。差别在、三类。差别在于铁卟啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分连于铁卟啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式不同。接的方式不同。 Cyt b、c的铁卟啉与血的铁卟啉与血红素相同；红素相同； Cyt a的铁卟啉为血红素的铁卟啉为血红素A。 分子中的分子中的铁铁通过

9、氧化还原而传递电子，为通过氧化还原而传递电子，为单电子传递体单电子传递体。* * 泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。均不包含在上述四种复合体中。人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 复合体复合体酶名称酶名称复合体复合体复合体复合体复合体复合体复

10、合体复合体NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌泛醌-细胞色素细胞色素C还原酶还原酶细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶辅基辅基FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，铁卟啉，Cu 多肽链数多肽链数394 1013 1. NADH氧化呼吸链：是体内主要的呼吸链氧化呼吸链：是体内主要的呼吸链2. 琥珀酸氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链（FAD氧化呼吸链）：氧化呼吸链）： 是体内次要的呼吸链是体内次要的呼吸链 NADHFMN（Fe-S）CoQCyt b c1 caa3O2CoQCyt b c1 caa3O2 FAD（Fe-S）琥珀酸（三）呼吸链的排

11、列顺序（三）呼吸链的排列顺序二、ATP的生成 生成生成ATP主要有底物水平磷酸化主要有底物水平磷酸化和和氧化磷酸化氧化磷酸化 （二）氧化磷酸化（二）氧化磷酸化 是代谢物脱下的是代谢物脱下的氢通过呼吸链传递给氧生成水释放能量氢通过呼吸链传递给氧生成水释放能量的同时，使的同时，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程，的过程，是体内是体内ATP生成的主要方式生成的主要方式。(一一)底物水平磷酸化底物水平磷酸化 是底物分子内是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程。的过程。（三）影响氧化磷酸化的因素（三）影响氧化磷酸化的因素（1）

12、抑制剂）抑制剂1. 呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位阻断呼吸链中某些部位电子传递。如电子传递。如CO，CN-等。等。2. 解偶联剂解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如二硝基苯酚。如：解偶联蛋白离。如二硝基苯酚。如：解偶联蛋白 3. 氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。磷酸化均有抑制作用。 如：寡霉素如：寡霉素 （2）ADP的调节作用的调节作用 (ADP+Pi)/ATP比值升高，氧比值升高，氧化磷酸化加快；反之则降低。化磷酸化加快；反之则降低。（3）甲状腺激素）甲状腺激素 甲状腺激素可诱导甲状腺激素可诱导N

13、a+,K+ATP酶和酶和解偶联蛋白基因表达均增加，促进解偶联蛋白基因表达均增加，促进ATP分解。分解。三、能量的储存和利用1.直接供能 ATP+H2OADPPi+能量 ATP+H2OAMP PPi ppi+能量2. 为核苷三磷酸提供能量 糖原合成需要UTP，磷脂合成需要CTP，蛋白质合成需要GTP U(CG)DP+ATP U(CG)TP+ADP3.为肌酸磷酸合成提供能量 肌酸激酶肌酸+ATP 磷酸肌酸+ADP磷酸肌酸为储存能量的一种形式。四、线粒体外（胞浆中）四、线粒体外（胞浆中）NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）的氧化的氧化胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定转运机制转运机制进入进入线粒体

14、，再经呼吸链进行氧化磷酸化。线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制转运机制主要有主要有 -磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭( -glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle)1. -磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 （脑和骨骼肌）（脑和骨骼肌）磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮- -磷酸甘油磷酸甘油糖酵解糖酵解2. 苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制（肝和心肌）（肝和心肌） NAD +苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸 NAD +NADH + H +谷氨酸谷氨酸 -酮戊 二酸 -酮戊 二酸天冬氨酸天冬氨酸胞液

15、线粒体NADH氧化 呼吸链3 ATP+ H +NADH苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 转氨酶转氨酶 转位酶转位酶穿梭作用的意义穿梭作用的意义 将胞液中的将胞液中的NADH转入线粒体，进入呼吸转入线粒体，进入呼吸链氧化产生能量。链氧化产生能量。 保证胞液中的保证胞液中的NAD+的浓度，利于物质代谢的浓度，利于物质代谢的进行。的进行。第三节第三节 非线粒体氧化酶系非线粒体氧化酶系The Others Oxidation Enzyme Systems一、微粒体中的酶类 加单氧酶加单氧酶(monoxygenase)* 催化的反应：催化的反应：RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+

16、+ H2O 故又称混合功能氧化酶故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)。上述反应需要细胞色素上述反应需要细胞色素P450 (Cyt P450)参与。参与。二、过氧化物酶体中的酶类 （一）过氧化氢酶（一）过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含又称触酶，其辅基含4 4个血红素个血红素2H2O2 2H2O + O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 （二）过氧化物酶（二）过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化直接氧化酚类或胺类化合物酚类或胺类化合物 R + H2O2 RO + H2O RH2+ H2O2 R + 2H2O 过氧化物酶过氧化物酶 过氧化物酶过氧化物酶 谷胱甘肽过氧化物酶 H2O2(ROOH) H2O(ROH+H2O) 2G SH G S S G NA