生物化学19423市公开课一等奖省名师优质课赛课一等奖课件

第四章生物氧化第一节生物氧化概论第二节线粒体电子传递链第三节氧化磷酸化第一节生物氧化概论一、生物氧化概念和特点二、生物氧化3方面内容三、生物氧化酶类四、高能化合物脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、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中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分经过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成基本结构单位

生物体内能量产生三个阶段一、生物氧化概念和特点（一）生物氧化概念糖、脂、蛋白质等有机物在细胞内氧化分解，最终生成CO2和水并释放能量过程。又称细胞氧化或细胞呼吸。生物氧化场所：真核、原核1.相同点：（二）生物氧化特点（与非生物氧化相比）（1）化学反应本质（2）被氧化物质、终产物和释放能量本质是电子得失，它有三种方式：加氧氧化失电子脱氢氧化

三种方式

1.失电子

2.脱氢(最主要)

3.加氧COOHC=O+2H

CH3（2H++2e）

COOH

HO－CH

CH3Cu+O2

CuO12Cu+O2

CuO122.不一样点（1）生物氧化反应以脱氢为主（2）生物氧化在酶催化下进行，条件温和（3）生物氧化在一系列酶、辅酶和电子传递体作用下逐步进行，能量逐步释放。

（1）.α-单纯脱羧1单纯脱羧（2）.β-单纯脱羧COOHC=OCH2COOHαβCOOHC=O+CO2

CH3

O‖ CH3CCOOH

O‖CH3CH+CO2

（一）CO2生成二、生物氧化3方面内容2.氧化脱羧

（1）α-氧化脱羧（2）β-氧化脱羧

O‖CH3－C－COOH+CoASH+NAD+

O‖CH3－C～SCoA+NADH+H++CO2COOHC=O+CO2+NADH+H+

CH3COOHCHOH+NAD+CH2COOHβα苹果酸酶（二）水生成

1.底物脱水2.主要在脱氢酶、传递体、氧化酶组成体系催化下生成（三）能量生成和储存

当有机物被氧化成C2O和H2O时，释放能量怎样转化成ATP。主要是经过呼吸链

底物水平磷酸化

氧化磷酸化1.底物水平磷酸化概念：是指代谢物在氧化分解过程中产生高能键，使ADP磷酸化生成ATP过程。3-磷酸甘油酸

磷酸甘油酸激酶ADPATP1,3-二磷酸甘油酸OPO3

2-三、生物氧化酶类（一）脱氢酶（二）氧化酶（三）过氧化物酶（四）加氧酶（一）脱氢酶

使代谢物氢活化、脱落，传递给受氢体或中间传递体依据所含辅助因子不一样分为：1.以黄素核苷酸为辅助因子（又称为黄素酶）根据受氢体不同分为①需氧黄酶：以氧为直接收氢体生成H2O2②不需氧黄酶：氢先传递给中间传递体，最后才给分子氧生成H2O代谢物-2HFMNH2O2FAD代谢物FMNH2O2FADH2①需氧黄酶：2H2H代谢物-2HFMN传递体-2H1/2O2

FAD代谢物FMNH2传递体H2O

FADH2②不需氧黄酶2H2H2H氧化态FAM/FAD：黄色，450nm处吸收峰还原态FAMH2/FADH2：无色代谢物-2HNAD+传递体-2H1/2O2

NADP+代谢物NADH+H+传递体H2O

NADPH+H+2H2H2HNAD（CoⅠ）、NADP（CoⅡ）2.以烟酰胺核苷酸为辅因子～NAD（CoⅠ）、NADP（CoⅡ）(二)氧化酶：以氧为直接收氢体，生成H2O或H2O2普通含Cu（三）加氧酶催化加氧反应1.单加氧酶2.双加氧酶（四）过氧化物氧化酶1.过氧化氢酶H2O2+

O2O2+H2O2.过氧化物酶H2O2+AH2A+H2O四、高能化合物（一）高能化合物概念

在标准条件下(pH7,25℃,1mol/L)发生水解时，可释放出大量自由能化合物，称为高能化合物。习惯上把“大量”定为5kcal/mol(即20.92KJ/mol)以上。在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解断裂活泼共价键称为高能键。用表示～但须注意：生化上“高能键”，涵义不一样于普通化学上“键能”，不能把“高能键”了解为“能键高”（二）高能化合物类型按其分子结构特点及所含高能键特征分：磷氧键型磷氮键型硫酯键型甲硫键型1.磷氧键型（—O-P)(A)酰基磷酸化合物1,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸(B)焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸(C)烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸2.氮磷键型磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩尔7.7千卡/摩尔这两种高能化合物在生物体内起储存能量作用S-腺苷甲硫氨酸4.甲硫键型3.硫酯键型酰基辅酶A

2.ATP特殊作用（1）ATP在磷酸化合物中所处位置含有主要意义，它在细胞酶促磷酸基团转移中是一个“共同中间体”（2）ATP是生物体通用能量货币。ATP是能量携带者和转运者，但并不能量贮存者。肌肉猛烈运动时，1s就消耗完ATP1.ATP两个高能键(三)最主要高能化合物ATP(三磷酸腺苷)α～～ADPATPAMP

磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高物质向势能低物质转移。磷酸基团转移势能在数值上等于其水解反应ΔG0’。ATP作为磷酸基团共同中间传递体示意图第二节线粒体电子传递链

一、电子传递链概念二、电子传递链组成三、电子传递链电子传递次序四、呼吸链电子传递抑制剂一、电子传递链概念（一）概念：在生物氧化过程中，代谢物上脱下H经过一系列按一定次序排列氢传递体和电子传递体传递，最终传递给分子氧并生成水，这种氢和电子传递体系称为电子传递链,又称呼吸链。经典呼吸链FAD呼吸链NADH呼吸链（二）电子传递链分布原核细胞存在于质膜上真核细胞存在于线粒体内膜上二、电子传递链组成由NADH到O2电子传递链主要包含：1.NADH脱氢酶2.黄素酶（FMN、FAD）3.辅酶Q(CoQ)4.细胞色素b、c1、c、a、a35.铁硫蛋白四个蛋白复合体：两个可灵活移动成份：（一）NADH-Q还原酶（复合体I）

FMN+铁硫蛋白功效：NADH+H++FMNFMNH2+NAD+1.NADHNADH所携带高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。烟酰胺脱氢酶类以NAD、NADP为辅酶NAD（P）+作用原理+H+e+H++H+NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2H异咯嗪核醇2.黄素蛋白FMN：黄素单核苷酸(Flavin

Mononucleotide)FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸(FlavinAdenineDinucleotide)黄素核苷酸作用原理核黄素(黄色)FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H-2H+2H还原型核黄素(无色)3.铁硫蛋白类（Fe—S）又叫铁硫中心或铁硫簇。含有等量铁原子和硫原子。铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残基SH连接。铁原子可进行Fe2+

Fe3++e反应传递电子，为单电子传递体。

铁硫聚簇有几个不一样类型：［FeS］［2Fe-2S］［4Fe-4S］4.辅酶Q（CoQ）即辅酶Q（CoenzymeQ，CoQ），属于脂溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。因其为脂溶性，游动性大，能够结合到膜上，也能够游离状态存在,所以不包含在四种复合体中。分子中苯醌结构能可逆地结合2个H，能够接收或给出一个或两个电子为递氢体。辅酶-Q功效还原成QH2氧化成Q电子和质子传递体NADH+H+

NAD+FMNFMNH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

复合体ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2

复合体Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3琥珀酸延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2（二）琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ）

复合体ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1（三）细胞色素c还原酶（复合体Ⅲ）细胞色素是一类含有血红素辅基电子传递蛋白质总称。依据吸收光谱不一样将细胞色素分为a,b,c三类。细胞色素细胞色素还原酶血红素辅基铁原子，在电子传递中发生可逆Fe3+

Fe2+互变起传递电子作用。一个细胞色素每次传递一个电子。功效：将电子从泛醌传递给细胞色素C细胞色素c是唯一能溶于水细胞色素。Q循环两个QH2参加电子传递，使两个细胞色素C还原，经过全过程又产生了一个QH2分子。所以从化学反应计算是一个QH2分子两个电子分别传递给2分子细胞色素C。这种经过辅Q电子传递方式称为Q循环。（四）细胞色素C氧化酶（复合体Ⅳ）10个亚基多聚蛋白

复合体Ⅳ还原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB（末端氧化酶）（一）研究方法及试验证据由以下试验确定1.标准氧化还原电位2.还原状态呼吸链迟缓给氧3.特异呼吸链抑制剂和人工电子受体4.拆开和重组三、呼吸链成份排列次序氧化—还原电势锌片溶解Zn2+进入溶液铜沉积Cu2+得电子e提供电子（还原剂）负极得到电子（氧化剂）正极ε0=E0正极—E0负极

电动势=正负极电极势之差呼吸链排列次序：各成份按低氧还电位→高氧还电位电子传递方向：低氧还电位→高氧还电位（释放能量）1.依据标准氧化还原电位E0’表示氧化还原能力大小，值越小还原性越强，失电子能力越强，决定电子流动方向（一）研究方法及试验证据由以下试验确定1.标准氧化还原电位2.还原状态呼吸链迟缓给氧3.特异呼吸链抑制剂和人工电子受体4.拆开和重组三、呼吸链成份排列次序OxidizedReducedReducedOxidizedReduced（二）电子传递链次序NADH氧化呼吸链:主要呼吸链琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）包含：琥珀酸脱氢酶，脂酰CoA脱氢酶，磷酸甘油脱氢酶

（二）电子传递链次序b电子传递链小结四、呼吸链电子传递抑制剂1、概念能够阻断呼吸链中某部位电子传递物质称为电子传递抑制剂。

利用专一性电子传递抑制剂选择性阻断呼吸链中某个传递步骤，再测定链中各组分氧化-还原状态情况，是研究电子传递中电子传递体次序一个主要方法。ReducedOxidized鱼藤酮安密妥杀粉蝶菌素抗霉素A氰化物一氧化碳硫化氢叠氮化合物2、惯用几个电子传递抑制剂及其作用部位萎锈灵第三节氧化磷酸化一、ATP生成方式二、氧化磷酸化作用机制三、质子梯度形成四、ATP合成机制五、氧化磷酸化解偶联和抑制六、线粒体穿梭系统七、能荷一、ATP生成方式依据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为1.底物水平磷酸化ATP形成直接由一个代谢中间产物（如磷酸烯醇式丙酮酸）上磷酸基团转移到ADP分子上作用。2.电子传递体系磷酸化

伴随电子从底物到氧传递，ADP被磷酸化形成ATP酶促过程即是氧化磷酸化作用。通常所说氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化二、氧化磷酸化作用机制

(一）ATP产生数量

研究氧化磷酸化最惯用方法：测定线粒体或其抑制剂P/O比值和电化学试验。

P/O比值:消耗1摩尔氧原子消耗无机磷酸数目（ADP磷酸化为ATP）。试验表明：NADH呼吸链P/O值是3，FADH2呼吸链P/O值是2，NADH氧化呼吸链每传递2H仅生成2.5分子ATP到线粒体外被利用。

FADH2氧化呼吸链每传递2H仅生成1.5分子ATP到线粒体外被利用。(二)ATP产生部位（氧化磷酸化偶联部位）ATP产生部位都是有大电位差改变地方，比如，NADH呼吸链生成ATP三个部位是：E0'值在此三个部位有大“跳动”，都在0.2伏以上。(三)能量偶联假说氧化与磷酸化作用怎样偶联尚不够清楚，当前主要有三个学说：化学耦联学说结构耦联学说化学渗透学说1.化学偶联假说（1953）

认为电子传递过程产生一个活泼高能共价中间物。它随即裂解驱动氧化磷酸化作用。2.构象偶联假说（1964）

认为电子沿电子传递传递使线粒体内膜蛋白质组分发生了构象改变，形成一个高能形式。这种高能形式经过ATP合成而恢复其原来构象。迄今未能分离出这种高能蛋白质，但在电子传递过程中蛋白质组分构象改变还是存在。3.化学渗透学说（1961）

认为电子传递释放出自由能和ATP合成是与一个跨线粒体质子梯度相偶联。

呼吸链存在于线粒体内膜之上，当氧化进行时，呼吸链起质子泵作用，质子被泵出线粒体内膜之外侧，造成了膜内外两侧间跨膜化学电位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP与Pi合成ATP。质子流向4H+4H+4H+4H+2H+2H+内膜表面基质NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸½O2＋2H+H2O电子流向ADP+PATP化学渗透假说示意图化学渗透假说详细示意图3.化学渗透学说

（1）关键点递H体与递e体交替排列递H体有H泵作用，将H+泵出内膜，e传给递电子体，线粒体膜对H+不通透，造成H+跨膜梯度

H+经过ATP酶回流，生成ATP（2）支持化学渗透假说试验证据：氧化磷酸化作用进行需要封闭线粒体内膜存在。线粒体内膜对H+OH-K+Cl-都是不通透。破坏H+浓度梯度形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）必定破坏氧化磷酸化作用进行。线粒体电子传递所形成电子流能够将H+从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙。大量直接或间接试验证实膜表面能够滞留大量质子，而且在一定条件下质子能够沿膜表面快速转移。迄今未能在电子传递过程中分离出一个与ATP形成相关高能中间化合物，亦未能分离出电子传递体高能存在形式。

H+怎样经过电子传递链“泵”出？（耗能过程）电子传递使复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ推进H+跨过线粒体内膜到线粒体间隙。H+跨膜流动结果造成线粒体内膜内部基质H+离子浓度低于间隙。三、质子梯度形成线粒体基质形成负电势，而间隙形成正电势，这么产生电化学梯度即电动势称为质子动势或质子动力势。其中蕴藏着自由能即是ATP合成动力。质子转移机制有两种假说3种复合体都和质子转移有亲密关系，质子主动转移和电子传递产生自由能相偶联机制当前存在两种假说：氧化—还原回路机制（Q循环）质子泵机制但当前为止尚不十分清楚。Q循环四、ATP合成机制由Fo（疏水部分）和F1（亲水部分）组成。在分离得到四种呼吸链复合体同时还可得到复合体Ⅴ，即ATP合酶。（一）ATP合酶结构线粒体膜上ATP合酶（ATPsynthase)是受质子动力推进酶。可催化ATP水解放能，又称为FoF1—ATP酶；又可从质子动力获能，合成ATP。自然界最小旋转发动机F1在线粒体内膜基质侧形成颗粒状突起即头部含5种不一样亚基（3、3、1、1、1

）。其功效是催化生成ATPFo镶嵌在线粒体内膜中。细菌由a1b2c9-12亚基组成。与线粒体电子传递系统连接（质子通道）OSCP（动物中）：寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与F1之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生成ATP。FoF1侧视图（二）ATP合酶工作机制（结合改变和旋转催化学说）结合改变和旋转催化学说3个β亚基构象不一样

O开放型；T紧密结合型；L疏松型质子流动→驱动C单位转动→带动γ亚基转动→诱导β亚基构象改变→ATP释放和重新合成组成ATP合酶头部α3β3亚基组成3个催化部位，中部γ、ε亚基在质子推进力驱动下相对于α3β3作旋转运动。因为3个β亚基与γ/ε亚基不对称接触，使其分别处于三种不一样状态，即无核苷酸结合空置状态（O）、结合ADP+Pi涣散结合状态（L）和结合ATP紧密结合状态（T）。质子推进力驱使H+进入F0，推进“转子”γ和ε亚基相对α3β3旋转120°；使处于T态催化部位释放ATP变成O态，同时L态催化部位上生成ATP变为T态，O态结合ADP+Pi变为L态.在整个反应过程中，跨膜质子动力势是反应推进力。五、氧化磷酸化解偶联和抑制不一样化学原因对氧化磷酸化过程影响不一样，依据它们不一样影响方式可分为三大类：（一）解偶联使电子传递与ADP磷酸化两个过程分开，失掉它们紧密联络。它只抑制ATP形成，不抑制电子传递过程，使电子传递产生自由能都变成热能。解偶联剂作用只抑制氧化磷酸化ATP形成，对底物水平磷酸化没有影响。

pH=7脂不溶脂溶性增加膜对质子通透性破坏跨膜质子化学梯度（H+梯度）2,4-二硝基苯酚双香豆素（二）解偶联蛋白（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能H+H+ADP+PiATP（三）氧化磷酸化抑制剂

抑制氧利用和ATP形成，不直接抑制电子传递。氧化磷酸化抑制剂作用是直接干扰ATP生成过程，结果也使电子传递不能进行。例：寡霉素：与Fo一个亚基结合而抑制合抑制F1DNP(解偶联剂）可解除它对氧抑制作用。寡霉素(oligomycin)可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成寡霉素（四）离子载体抑制剂生物膜上脂溶性物质，与一些离子结合，并作为它们载体，使这些离子能