生物化学生物氧化

关于生物化学生物氧化第一页，共八十九页，2022年，8月28日物质在生物体内进行氧化称生物氧化，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CO2和H2O的过程。糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能生物氧化的概念

第二页，共八十九页，2022年，8月28日*生物氧化与体外氧化的相同点生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释放能量均相同。第三页，共八十九页，2022年，8月28日是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性），在一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放有利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率。进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。*

生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化体外氧化能量是突然释放的。产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。第四页，共八十九页，2022年，8月28日*生物氧化的一般过程第五页，共八十九页，2022年，8月28日第一节

生成ATP的氧化体系

TheOxidationSystemofATPProducing第六页，共八十九页，2022年，8月28日定义代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过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，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratorychain)又称电子传递链(electrontransferchain)。组成递氢体和电子传递体（2H2H++2e）一、呼吸链第七页，共八十九页，2022年，8月28日（一）呼吸链的组成人线粒体呼吸链复合体*泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中。第八页，共八十九页，2022年，8月28日呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置第九页，共八十九页，2022年，8月28日四种复合体的排列关系第十页，共八十九页，2022年，8月28日1.烟酰胺核苷酸NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NicotinamideAdenineDinucleotide)

，又叫CoⅠ，主要作为呼吸链的一个组分，起递氢体作用；NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amideAdenineDinucleotidePhosphate)

，又叫CoⅡ，主要在还原性生物合成中作为供氢体。二者的递氢部位是烟酰胺部分，为VitPP。第十一页，共八十九页，2022年，8月28日R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的结构第十二页，共八十九页，2022年，8月28日NAD+（NADP+）的递氢机制（氧化型）（还原型）第十三页，共八十九页，2022年，8月28日2.黄素辅基FMN：黄素单核苷酸(Flavin

Mononucleotide)FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸(FlavinAdenineDinucleotide)FMN和FAD中异咯嗪环起递氢体作用。异咯嗪及核醇部分为VitB2（核黄素）。第十四页，共八十九页，2022年，8月28日FMN结构异咯嗪核醇第十五页，共八十九页，2022年，8月28日

FAD结构第十六页，共八十九页，2022年，8月28日FMN和FAD递氢机制

（氧化型）（还原型）第十七页，共八十九页，2022年，8月28日3.铁硫蛋白(Iron-sulfurprotein,

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残基的巯基连接。铁原子可进行Fe2+

Fe3++e反应传递电子，为单电子传递体。第十八页，共八十九页，2022年，8月28日第十九页，共八十九页，2022年，8月28日SS无机硫半胱氨酸硫第二十页，共八十九页，2022年，8月28日第二十一页，共八十九页，2022年，8月28日4.泛醌(ubiquinone,UQ)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，极易从线粒体内膜中分离出来，因此不包含在四种复合体中。分子中的苯醌结构能可逆地结合2个H，为递氢体。第二十二页，共八十九页，2022年，8月28日

第二十三页，共八十九页，2022年，8月28日

第二十四页，共八十九页，2022年，8月28日5.细胞色素类（Cytochrome,Cyt）是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。呼吸链中主要有a、b、c、三类。差别在于铁卟啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式不同。Cytb、c的铁卟啉与血红素相同；Cyta的铁卟啉为血红素A。分子中的铁通过氧化还原而传递电子，为单电子传递体。第二十五页，共八十九页，2022年，8月28日第二十六页，共八十九页，2022年，8月28日第二十七页，共八十九页，2022年，8月28日NADH+H+

NAD+FMNFMNH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2复合体Ⅰ:NADH-泛醌还原酶NADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2功能:

将电子从NADH传递给泛醌(ubiquinone)第二十八页，共八十九页，2022年，8月28日复合体Ⅱ:琥珀酸-泛醌还原酶琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3琥珀酸延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

功能:

将电子从琥珀酸传递给泛醌第二十九页，共八十九页，2022年，8月28日复合体Ⅲ:泛醌-细胞色素c还原酶

QH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1

功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c第三十页，共八十九页，2022年，8月28日

复合体Ⅳ:细胞色素c氧化酶还原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3

和CuB形成的活性部位将电子交给O2。

功能：将电子从细胞色素c传递给氧第三十一页，共八十九页，2022年，8月28日

由以下实验确定①标准氧化还原电位②拆开和重组③特异抑制剂阻断④还原状态呼吸链缓慢给氧（二）呼吸链成分的排列顺序第三十二页，共八十九页，2022年，8月28日第三十三页，共八十九页，2022年，8月28日抑制剂第三十四页，共八十九页，2022年，8月28日1.NADH氧化呼吸链2.琥珀酸氧化呼吸链

第三十五页，共八十九页，2022年，8月28日NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链第三十六页，共八十九页，2022年，8月28日线粒体内重要代谢物氧化的途径第三十七页，共八十九页，2022年，8月28日

二、氧化磷酸化体内ATP生成的方式：氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。

底物水平磷酸化(substratelevelphos-phorylation)

是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。第三十八页，共八十九页，2022年，8月28日（一）氧化磷酸化偶联部位即ATP生成的部位:复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

根据自由能变化和P/O比值⊿Gº'=-nF⊿Eº'P/O比值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。

第三十九页，共八十九页，2022年，8月28日第四十页，共八十九页，2022年，8月28日三个偶联部位：ATPATPATP①NADH与CoQ之间；②CoQ与Cytc之间；③Cytaa3与氧之间。第四十一页，共八十九页，2022年，8月28日2.自由能变化(△G0′)：

大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。

△G0′＝－nF△E0′69.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol第四十二页，共八十九页，2022年，8月28日ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化

第四十三页，共八十九页，2022年，8月28日

NADH氧化呼吸链存在3个偶联部位，P/O比值等于3，即产生3molATP。琥珀酸氧化呼吸链存在2个偶联部位，P/O比值等于2，即产生2molATP。第四十四页，共八十九页，2022年，8月28日（二）氧化磷酸化的偶联机制1.化学渗透假说(chemiosmotichypothesis)

电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。

第四十五页，共八十九页，2022年，8月28日第四十六页，共八十九页，2022年，8月28日线粒体基质

线粒体膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化学渗透假说简单示意图第四十七页，共八十九页，2022年，8月28日化学渗透假说第四十八页，共八十九页，2022年，8月28日复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵作用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第四十九页，共八十九页，2022年，8月28日第五十页，共八十九页，2022年，8月28日Q循环第五十一页，共八十九页，2022年，8月28日Q循环第五十二页，共八十九页，2022年，8月28日第五十三页，共八十九页，2022年，8月28日复合体Ⅱ第五十四页，共八十九页，2022年，8月28日2.ATP合酶即复合体Ⅴ。位于线粒体内膜的基质侧。第五十五页，共八十九页，2022年，8月28日ATP合酶F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。F1：为亲水蛋白质，由33亚基组成，催化生成ATP。OSCP：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。第五十六页，共八十九页，2022年，8月28日ATP合酶结构模式图第五十七页，共八十九页，2022年，8月28日化学计算估计每生成1分子ATP需3个H＋从线粒体内膜外侧回流进入基质中。ATP合酶的工作机制第五十八页，共八十九页，2022年，8月28日ATP4-F0F1胞液侧基质侧腺苷酸转运蛋白磷酸转运蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需4个H＋回流进入线粒体基质中第五十九页，共八十九页，2022年，8月28日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。第六十页，共八十九页，2022年，8月28日三、影响氧化磷酸化的因素1.呼吸链抑制剂

阻断呼吸链中某些部位电子传递。2.解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白3.氧化磷酸化抑制剂

对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（一）抑制剂第六十一页，共八十九页，2022年，8月28日鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥×抗霉素A二巯基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各种呼吸链抑制剂的阻断位点第六十二页，共八十九页，2022年，8月28日不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响

第六十三页，共八十九页，2022年，8月28日解偶联蛋白作用机制（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第六十四页，共八十九页，2022年，8月28日

寡霉素(oligomycin)可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成寡霉素第六十五页，共八十九页，2022年，8月28日（二）ADP的调节作用是主要调节因素。［ADP］↑，氧化磷酸化↑。（三）甲状腺激素Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。（四）线粒体DNA突变

与线粒体DNA病及衰老有关。第六十六页，共八十九页，2022年，8月28日电子传递链及氧化磷酸化系统概貌ΔμH+跨膜质子电化学梯度；H+m内膜基质侧H+；H+c

内膜胞液侧H+目录第六十七页，共八十九页，2022年，8月28日四、ATP高能磷酸键水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，常表示为P。高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物。第六十八页，共八十九页，2022年，8月28日ATP是人体内能量的直接供给者。第六十九页，共八十九页，2022年，8月28日第七十页，共八十九页，2022年，8月28日

核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP第七十一页，共八十九页，2022年，8月28日肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。第七十二页，共八十九页，2022年，8月28日ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。第七十三页，共八十九页，2022年，8月28日五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。第七十四页，共八十九页，2022年，8月28日

线粒体内膜的主要转运蛋白

第七十五页，共八十九页，2022年，8月28日胞浆中NADH的氧化胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制主要有-磷酸甘油穿梭(-glycerophosphateshuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)第七十六页，共八十九页，2022年，8月28日1.

α-磷酸甘油穿梭机制第七十七页，共八十九页，2022年，8月28日

NADH+H+FADH2NAD+FAD

线粒体内膜

线粒体外膜膜间隙

线粒体基质α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油第七十八页，共八十九页，2022年，8月28日α-磷酸甘油穿梭机制（脑和骨骼肌）第七十九页，共八十九页，2022年，8月28日2.

苹果酸-天冬氨酸穿梭机制第八十页，共八十九页，2022年，8月28日NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸转运体苹果酸-α-酮戊二酸转运体苹果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链天冬氨酸第八十一页，共八十九页，2022年，8月28日第二节

其他氧化酶系TheOthersOxidationEnzymeSystems第八十二页，共八十九页，2022年，8月28日一、需氧脱氢酶和氧化酶第八十三页，共八十九页，2022年，8月28日二、