《生物化学》本科课件06章 生物氧化

1、第六章 生物氧化本章要点：掌握生物氧化、呼吸链、氧化磷酸化和底物水平磷酸化的概念，呼吸链的组成和排列顺序熟悉生物氧化的酶类，线粒体外NADH的氧化方式，影响氧化磷酸化的因素了解氧化磷酸化的偶联部位、作用机制，非线粒体氧化的意义及重要的酶第一节 生物氧化的特点及其酶类一、生物氧化特点： （一）氧化在体内近中性，37、有水的环境中进行，为酶促反应。 （二）CO2由脱羧产生，水由底物脱下的氢经氧化呼吸链传递电子、泵出质子，最后与氧结合生成 （三）能量逐步释放，利用率高，能量用于合成ATP及维持体温。 （四）氧化速率受生理功能需要和内外环境变化调控。 二、CO2生成有机酸脱羧 （一）-脱羧：由有机酸-

2、 碳原子上脱羧 1. 单纯脱羧：如氨基酸脱羧 2. 氧化脱羧：如丙酮酸氧化（脱氢）脱羧 （二）-脱羧：由有机酸-碳原子脱羧 1. 单纯脱羧：如草酰乙酸脱羧 2. 氧化脱羧：如苹果酸氧化（脱氢）脱羧三、生物氧化的酶类（一） （一）氧化酶：催化底物脱氢，电子经铜离子传递给氧，再与质子结合成水的酶类，如细胞色素氧化酶 H2OSH2 2Cu 2+(2Fe 3+)2eS 2Cu+(2Fe2+)O2212eO2-2H+ （二）脱氢酶 1、需氧脱氢酶：催化底物脱氢，经FMN或FAD传给氧而生成H2O2的酶类，如黄嘌呤氧化酶 SFMNH2或FADH2SH2 FMN或 FAD2HO2H2O22H 2、不需氧脱氢

3、酶：使底物脱氢，经四种递氢体（？)传递进入氧化呼吸链（线粒体内，如TAC中的脱氢酶），或仅以其辅酶为受氢体（线粒体外，如乳酸脱氢酶）的酶类，不需要氧，为生物氧化最主要的酶类。 （三）加氧酶：催化向底物加氧原子（加单氧酶）或氧分子（加双氧酶）的酶类 （四）氢过氧化物酶：催化过氧化物还原（过氧化物酶，如GSH过氧化物酶）或过氧化氢还原（过氧化氢酶）的酶类第二节 生成ATP的生物氧化体系一、载体载体载体载体载体载体肉碱脂酰肉碱转位酶磷酸甘油脱氢酶（脑骨骼肌）（肝心肌）二、氧化呼吸链 线粒体内膜中由一系列电子传递复合体按一定顺序排列成的链锁性氧化还原体系，又称电子传递链。 Cytc Q NADH+H+

4、 NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧 基质侧 线粒体内膜 e-e-e-e-e-（一）组成 1. 复合体I（NADH-泛醌氧化还原酶）： 结构：由突入基质的竖臂和内膜中的卧臂组成“L”状 竖臂：含NADH脱氢酶(辅基FMN)、铁硫蛋白(2Fe-2S) 卧臂：含铁硫蛋白（4Fe-4S），与内膜中Q/QH2池接触 功能：经递FMN、2Fe-2S、Q/QH2 、4Fe-4S等递电子体（递氢体）传递，将NADH+H+的两个电子及质子传递到泛醌,使泛醌转变为QH2；同时泵出4个H+到膜间隙（递电子体）。FMN; Fe-SN-1a/b; Fe-SN-2; Fe-SN-3; Fe-

5、SN-4 NADHCoQ 2. 复合体II（琥珀酸-泛醌氧化还原酶）： 结构:从基质嵌入内膜的酶(辅基FAD、铁硫簇) 功能：催化琥珀酸脱氢，使FAD变为FADH2，后者再经铁硫蛋白传电子而把氢传给Q，生成QH2。经-磷酸甘油穿梭作用生成的FADH2，也在此处把氢经过铁硫蛋白传递给Q生成QH2 3. 复合体III（泛醌-细胞色素氧化还原酶）： 结构：为同二聚体跨膜酶蛋白，每单体含Cyt bH（ Cyt b562）、 Cyt bL（Cyt b566）、Cyt C1、铁硫蛋白（2Fe-2S）和QH2结合位点（Qo）、Q结合位点（Q1） 功能：通过Q循环传递电子、泵出质子 Q循环：复合体III把2分

6、子QH2的2个电子传给Cyt C，另2个电子传给Q，生成2分子Q（来自前述QH2 ）和1分子QH2 （来自前述Q） ，并同时偶联泵出4个H+到膜间隙的过程。 意义：把QH2的2个电子传给2分子Cyt C，向膜间隙泵出4个H+，产生Q - 。b562; b566; Fe-S; c1QH2 Cyt c 一类以铁卟啉为辅基的酶。在生物氧化反应中，其+2价与+3价互变而传递电子，细胞色素为单电子传递体。细胞色素根据其铁卟啉辅基的结构以及吸收光谱的不同而分为a、b、c三类。细胞色素类细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体。存在于线粒体内膜的细胞色素有Cyt aa3，Cyt b（b560，b562，

7、b566），Cyt c，Cyt c1；存在于微粒体的有Cyt P450和Cyt b5复合体III中含有Cyt bH（ Cyt b562）、 Cyt bL（Cyt b566）、Cyt C1铁卟啉辅基的分子结构 4. 细胞色素C（Cyt C）： 接受由复合体来的电子并将其传到复合体（为单电子传递体）。独立于复合体之外。 5. 复合体（细胞色素C氧化酶）： 结构：13个亚基组成的跨膜酶蛋白，其中亚基I含Cyt a、Cyta3-CuB2+活性中心,亚基II含2个CuA2+组成的铜中心 功能：亚基II的铜中心传递4个CytC的4个电子给亚基I的4个Cyt a，亚基I的4个Cyt a再先后传递此4个电子到

8、Cyt a3-CuB 2+活性中心，使1分子氧还原为2O 2 ，结合4个H+生成2分子水，同时把基质中4个H+泵出到膜间隙。质子泵（proton pump）： 氧化呼吸链中能在传递电子的同时把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递复合体。有复合体、。能量在哪里产生？每对还原当量经呼吸链传递时，各复合体从基质向膜间隙泵出的H数： 复合体I：4个 复合体II：无 复合体III：4个 复合体IV：2个质子梯度的形成三、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）： 营养物质脱氢生成的还原性辅酶，经线粒体呼吸链传递电子、泵出质子的传输形成跨膜电化学势能，可使ADP磷酸化成ATP而利用，称

9、。其实质是将呼吸链氧化释能和ADP磷酸化储能偶联进行，也称偶联磷酸化，是体内生成ATP的主要方式。（一）偶联部位：复合体、复合体IINADH 复合体I Q/QH2池 复合体复合体ATPATPATP能量能量能量ADP PiADP PiADP PiFADH2每对还原当量经呼吸链传递时，各复合体从基质向膜间隙泵出的H数： 复合体I：4个 复合体II：无 复合体III：4个 复合体IV：2个 1. 实验和电化学计算结果：平均每泵出4个H+才合成并转运1分子ATP NADH氧化呼吸链泵出10个H+：10/4=2.5 ATP FADH2氧化呼吸链泵出6个H+：6/4=1.5 ATP 2. 磷氧比值（P/O

10、）：氧化磷酸化中每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即经呼吸链每传递2个电子到氧所生成的ATP数。P/O表示氧化呼吸链产生ATP的效率。生物氧化过程主要在线粒体内膜上进行，内膜上有许多酶和电子传递体，构成两条呼吸链。内膜上结合的颗粒具有ATP合酶的活性，称FoF1ATPase 。化学渗透学说（chemiosmotic hypothesis) F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP H+ H+ H+ 胞液侧 基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化学渗透假说详细示意图FoF1ATPase（ATP合酶）又称复合体V。F1有5种亚基，有ATP合酶的活性，Fo有3种亚基，镶嵌在线粒体的内膜上，作为质子通