生物氧化(一)

1、封面返回返回目目 录录8.1 生物氧化概述生物氧化概述8.2 电子传递链（呼吸链）电子传递链（呼吸链）( (重点重点) )8.3 氧化磷酸化氧化磷酸化( (重点重点) )8.4 其它末端氧化系统其它末端氧化系统(简介简介)返回返回 8.1.1 8.1.1 8.1.2 8.1.2 8.1.3 8.1.3 8.1.4 8.1.4 返回返回 定义：定义：指细胞将指细胞将糖、脂和蛋白质糖、脂和蛋白质等有机物进行等有机物进行氧化分解氧化分解，最，最终终生成生成COCO2 2和和H H2 2O O, ,并并释放能量，释放能量，偶联偶联ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的过程的过程。 实质：实质：

2、氧化还原反应氧化还原反应 生物氧化中的生物氧化中的氧化氧化(还原还原)方式方式主要表现为主要表现为: :失电子失电子(得电子得电子)脱氢脱氢(加氢加氢)加氧加氧(脱氧脱氧)生物氧化之生物氧化之(还原还原)：失电子失电子(得电子得电子)反应反应： 由于由于不能单独存在于生物体内，有物质失不能单独存在于生物体内，有物质失去电子，就有物质得到去电子，就有物质得到：A2+B2+B3+A3+ 其中：其中： A为电子供体，为电子供体， B为电子受体。为电子受体。生物氧化之生物氧化之(还原还原)：脱氢脱氢(加氢加氢)反应：反应： O212+OH生物氧化之生物氧化之(还原还原)：2H2O2 O2 + 2H2O

3、 过氧化氢酶（过氧化氢酶（CAT） 加氧加氧(脱氧脱氧)反应：反应：（1 1）细胞如何将有机物中的）细胞如何将有机物中的C C变成变成COCO2 2COCO2 2如何形成？如何形成？l脱羧反应脱羧反应 CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD+ NADH+H+CoASH（2 2）细胞如何将有机物中的）细胞如何将有机物中的H H氧化成氧化成H H2 2OHOH2 2O O如何形成？如何形成？ 脱氢酶脱下有机物中的脱氢酶脱下有机物中的H，交给相应的氢载体（，交给相应的氢载体（NADNAD+ +、NADPNADP+ +、FADFAD、FMNFMN等辅酶），

4、再通过等辅酶），再通过一系列递氢体和递电一系列递氢体和递电子体子体（即（即电子传递链电子传递链）传递给氧而生成）传递给氧而生成H H2 2O O 。NAD+ H2O2H+CH3CH2OHCH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶12 O2电子传递链电子传递链2eO=（3 3）有机物氧化成）有机物氧化成C C2 2O O和和H H2 2O O的过程中，能量如何转化成的过程中，能量如何转化成ATPATP？ATPATP如何形成？如何形成？u底物水平磷酸化底物水平磷酸化u氧化磷酸化氧化磷酸化v相同点：相同点： 实质相同实质相同，都是氧化还原反应。，都是氧化还原反应。 都都消耗氧气消耗氧

5、气。 终产物终产物都是都是C C2 2O O和和H H2 2O O， 所释放的总能量值所释放的总能量值相同。相同。 如如1mol1mol的的G G在体内、体外在体内、体外彻底氧化分解成，释放的能量均为彻底氧化分解成，释放的能量均为2867.5kJ2867.5kJ。一系列酶促反应一系列酶促反应 无机催化剂无机催化剂逐步氧化放能，能量利用率高逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆发释放能量爆发释放释放的能量大部分转化成释放的能量大部分转化成ATP被利用被利用 转换为光和热，散失转换为光和热，散失生物氧化生物氧化 体外燃烧体外燃烧细胞内温和条件细胞内温和条件 高温或高压、干燥条件高温或高压、干燥条件（常

6、温、常压、中性（常温、常压、中性pH、水溶液）水溶液）v不同点：不同点：二者生成二氧化碳和水的方式不同二者生成二氧化碳和水的方式不同脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物小分子化合物分解成共同的分解成共同的中间产物（如中间产物（如丙酮酸、乙酰丙酮酸、乙酰CoA等）等） 共同中间物进共同中间物进入三羧酸循环入三羧酸循环,氧化脱下的氢由氧化脱下的氢由电子传递链传递电子传递链传递生成生成H2O，释放，释放出大量能量，其出大量能量，其中一部分通

7、过磷中一部分通过磷酸化储存在酸化储存在ATP中。中。大分子降解大分子降解成基本结构成基本结构单位单位 生物氧化的三个阶段生物氧化的三个阶段 一、一、 生物体内的高能化合物生物体内的高能化合物 1、高能化合物的概念、高能化合物的概念自由能自由能: :指在某一个热力学过程中，系统减少的内能中可以转指在某一个热力学过程中，系统减少的内能中可以转化为对外作功的化为对外作功的“有用能量有用能量”。用符号。用符号G G表示。表示。一般将水解时能够释放一般将水解时能够释放20.92 kJ /mol以上以上自由能自由能的化合物的化合物称为称为高能化合物高能化合物。生物化学中的生物化学中的高能键：高能键：是指具

8、有高的基团转移势能或水解时是指具有高的基团转移势能或水解时能释放也较多自由能的能释放也较多自由能的磷酯键磷酯键或或硫酯键硫酯键。 （区别于普通化学中的高能键区别于普通化学中的高能键）见书见书 P177 二、二、ATP在能量转换中的作用在能量转换中的作用1 1、ATPATP的结构的结构2 2、ATPATP的水解自由能的水解自由能二、二、ATP在能量转换中的作用在能量转换中的作用3 3、ATPATP在能量转化中的作用在能量转化中的作用二、二、ATP在能量转换中的作用在能量转换中的作用第一、第一、 ATP是生物体通用的能量货币是生物体通用的能量货币生物能源物质氧化分解释放出能量一般不能直接用于作生物

9、能源物质氧化分解释放出能量一般不能直接用于作功，而是先把能量换成功，而是先把能量换成“能量货币能量货币”ATP，在生物体需要，在生物体需要时，再把时，再把ATP水解释放能量。水解释放能量。第二、第二、 ATP是磷酸基团转移反应的中间载体是磷酸基团转移反应的中间载体ATP从具有更高能量的化合物接受高能磷酸键，再将从具有更高能量的化合物接受高能磷酸键，再将Pi转移给水解时标准自由能变化较小的化合物转移给水解时标准自由能变化较小的化合物中间载体中间载体高能中间产高能中间产物物低能磷酸受低能磷酸受体体 磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能低的物质转移磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能

10、低的物质转移 在动物肌肉、脑和神经等易兴奋在动物肌肉、脑和神经等易兴奋组织中，当其发生快速反应时，对组织中，当其发生快速反应时，对ATP需要会瞬间增大，超过一般条件下需要会瞬间增大，超过一般条件下ATP的合成能力，这样的合成能力，这样生物体当生物体当ATP过多时，过多时，以磷酸肌酸式贮能；以磷酸肌酸式贮能；ATP不足时，磷酸不足时，磷酸肌酸可快速转化为肌酸可快速转化为ATP。8.2 8.2 电子传递链电子传递链( (呼吸链呼吸链) ) 8.2.1 8.2.1 线粒体线粒体8.2.28.2.2 电子传递链电子传递链( (一一) ) 呼吸链的组成呼吸链的组成( (二二) ) 呼吸链的排呼吸链的排列

11、顺序列顺序8.2.3 8.2.3 电子传递抑制剂电子传递抑制剂8.2.1 线粒体线粒体(能量代谢中心能量代谢中心)u双层膜结构：双层膜结构：外膜外膜（outer membrane）平滑，蛋白质较少，磷脂多，通透性大；平滑，蛋白质较少，磷脂多，通透性大；内膜内膜（inner membrane）粗糙，并形成许多向内折叠的粗糙，并形成许多向内折叠的嵴嵴(cristae) ，增加了膜面积。内膜蛋白质比重大，增加了膜面积。内膜蛋白质比重大，是能量转换的重要部位是能量转换的重要部位。膜间腔膜间腔（intermembrane space）u内腔充满半流动的内腔充满半流动的基质基质（Matrix） （或衬质）

12、（或衬质）一、线粒体的结构特点一、线粒体的结构特点A外膜外膜内膜内膜基质基质嵴嵴内膜内膜B线粒体模式图线粒体模式图ATP合酶合酶电子传递体电子传递体8.2.2 电子传递链电子传递链(亦称为呼吸链亦称为呼吸链)概念：概念：一系列嵌合于线粒体内膜上的电子一系列嵌合于线粒体内膜上的电子载体，按对电子亲和力逐渐升高的顺序排列载体，按对电子亲和力逐渐升高的顺序排列成一个成一个电子传递系统电子传递系统。8.2.2 电子传递链电子传递链(亦称为呼吸链亦称为呼吸链)(一一)电子传递链的组成电子传递链的组成(二二)电子载体复合物电子载体复合物(三三)电子传递链排列顺序电子传递链排列顺序（四）（四） 呼吸链的电子

13、传递抑制剂呼吸链的电子传递抑制剂电子传递链的组分可分为五类：电子传递链的组分可分为五类：烟酰胺脱氢酶类：烟酰胺脱氢酶类：以以NAD+为辅酶为辅酶 黄素脱氢酶类：黄素脱氢酶类：以以FAD或或FMN为辅基为辅基3. 3. 铁铁- -硫蛋白类：硫蛋白类：FeFe3+3+ FeFe2+2+ 4 4. . 辅酶：辅酶：唯一的非蛋白组分唯一的非蛋白组分5 5. . 细胞色素类：细胞色素类： FeFe3+3+ FeFe2+2+ ( (一一) )电子传递链的组成电子传递链的组成1 1、烟酰胺脱氢酶类、烟酰胺脱氢酶类 特点特点：以：以NADNAD+ + 或或NADPNADP+ +为为辅酶辅酶 传递氢机理传递氢机

14、理: NAD(P)NAD(P) + + + 2H + 2H+ + +2e NAD(P)H + H+2e NAD(P)H + H+ +2 2、黄素蛋白酶类、黄素蛋白酶类 特点特点： 以以FAD或或FMN为为辅基辅基递氢机理：递氢机理：FAD(FMN)+2H+2e FAD(FMN)H2v含有含有FeSFeS中心中心，FeFe与蛋白质分子中的与蛋白质分子中的4 4个个CysCys残基的巯基相连结。残基的巯基相连结。3 3、铁硫蛋白、铁硫蛋白 铁硫蛋白传递电子机理：铁硫蛋白传递电子机理：Fe3+ Fe2+ +e-e4 4、泛醌、泛醌(ubiquinone,(ubiquinone,UQ或或Q) ) 也称

15、也称辅酶辅酶Q Q(CoQ) 特点：特点： 脂溶性脂溶性，能在膜脂中自由泳动，因此脂，能在膜脂中自由泳动，因此脂溶性的溶性的CoQ在膜中从一个酶到另一酶传递电子。在膜中从一个酶到另一酶传递电子。 传递电子和质子的机理：传递电子和质子的机理：5、细胞色素、细胞色素 传递电子机理传递电子机理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特点特点：以血红素（以血红素（heme）为辅基，含铁卟啉。为辅基，含铁卟啉。类别类别: 共共5种：种：b、c、c1、a和和a3；其中，其中，c为位于线为位于线粒体内膜外侧的外周蛋白，其余均为内在蛋白。粒体内膜外侧的外周蛋白，其余均为内在蛋白。Cyt

16、bFe-SCyt c1Cyt aa38.2.2 电子传递链电子传递链(亦称为呼吸链亦称为呼吸链)( (一一) )电子传递链电子传递链的组成的组成(二二)电子载体复合物电子载体复合物(二二)电子载体复合物电子载体复合物呼吸链上的呼吸链上的电子载体电子载体有些有些被组装为被组装为膜包埋膜包埋的的超分子复合物超分子复合物。线粒体内膜用去污剂线粒体内膜用去污剂温和温和处理，可以得到处理，可以得到四四个个独立的独立的电子载体复合物电子载体复合物。1、复合物、复合物I（NADHNADH：泛醌氧化还原酶）：泛醌氧化还原酶）u包括包括FMNFMN黄素蛋白黄素蛋白和至少和至少6 6个铁硫中心个铁硫中心（Fe-S

17、Fe-S）。 u电子流向电子流向2、复合物、复合物II(琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶)u其辅基包括其辅基包括FADFAD和和FeSFeS中心中心u电子流向电子流向3、复合物、复合物（泛醌：（泛醌：CytcCytc氧化还原酶）氧化还原酶）2e2e2eu包括包括CytbCytb、C C1 1和和铁硫中心（铁硫中心（Fe-SFe-S）。 u电子流向电子流向细胞色素细胞色素a a、a3a3复合体复合体（1010个亚基的多聚蛋白）个亚基的多聚蛋白） 8.2.2 电子传递链电子传递链(亦称为呼吸链亦称为呼吸链)( (一一) )电子传递链电子传递链的组成的组成(二二)电子载体复合物电子载体复合物电子传递链的组成

18、：电子传递链的组成：1. 1. 烟酰胺脱氢酶类烟酰胺脱氢酶类: :以以NAD+为辅酶为辅酶2. 2. 黄素脱氢酶类黄素脱氢酶类: :以以FAD或或FMN为辅基为辅基3. 3. 铁铁- -硫蛋白类硫蛋白类: : Fe2+ Fe3+ 4 4. . 辅酶辅酶: :唯一的非蛋白组分唯一的非蛋白组分5 5. . 细胞色素类：细胞色素类： b、c、c1、a和和a3Cyt bFe-SCyt c1Cyt aa38.2.2 电子传递链电子传递链(亦称为呼吸链亦称为呼吸链)( (一一) )电子传递链电子传递链的组成的组成( (二二) )电子载体复合物电子载体复合物(三三)电子传递链排列顺序电子传递链排列顺序线粒体内膜上典型的两种呼吸链：线粒体内膜上典型的两种呼吸链：1、NADH呼吸链呼吸链2、 FADH2呼吸链呼吸链(三三)电子传递链排列顺序电子传递链排列顺序(三三)电子传递链排列顺序电子传递链排列顺序Fe-S1/2O2Cyt cCyt aa3复合物复合物 IV细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶（末端氧化酶末端氧化酶）Fe-SCyt c1Cyt b复合物复合物 III细胞色素细胞色素还原酶还原酶NADHFMNCoQ复合体复合体 INADH脱氢酶脱氢酶FADH2Fe-S琥珀酸琥珀酸等等复合物复合物 II琥珀酸琥珀酸-辅酶辅酶Q还原酶还原酶NAD