第八章 生物氧化

第六章生物氧化BiologicalOxidation营养物质在生物体内经氧化分解，最终生成CO2和H2O，并释放能量的过程称生物氧化。一、

生物氧化的概念*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。是在细胞内温和的环境中由酶催化进行的，能量是逐步释放的，并储存于ATP中。代谢物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的不同点生物氧化体外氧化能量是突然释放的。CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。在生物细胞内进行，反应条件温和，随着反应的进行，能量逐步释放,并与ATP合成相偶联。CO2的生成是有机酸脱羧形成的。H2O的生成是代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。x细细胞定位：真核生物在线粒体膜上，原核生物在细胞膜上。胞质的生成二、生物氧化的特点三、生物氧化的一般过程CO2的生成

方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。类型：α-脱羧和β-脱羧氧化脱羧和单纯脱羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOHO丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶CH2-NH2RH2O的生成

代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O

。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+乙醇脱氢酶例：1\2O2NAD+电子传递链

H2OO=2H+2e第一节

生成ATP的氧化体系

TheOxidationSystemofATPProducing

定义代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过递氢体和电子传递体（2H2H++2e)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（一）呼吸链的组成人线粒体呼吸链复合体呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置四种复合体的排列关系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VPP。NAD+和NADP+的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+（NADP+）的递氢机制（氧化型）（还原型）2.黄素辅基FMN：黄素单核苷酸(FlavinMononucleotide)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）。

FMN结构异咯嗪核醇FAD结构FMN和FAD递氢机制

（氧化型）（还原型）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。

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。

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。细胞色素

传递电子机理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+

－e－e

特点：以血红素（heme）为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉。类别:根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸链中的中为电子传递体，a和a3以复合物物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu，可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧化酶。NADH+H+

NAD+FMNFMNH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2琥珀酸延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

复合体ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1

复合体Ⅳ还原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB1.NADH氧化呼吸链2.琥珀酸氧化呼吸链NADH呼吸链NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等复合物II复合物IV复合体I复合物IIINADH脱氢酶细胞色素还原酶细胞色素氧化酶琥珀酸-辅酶Q还原酶FADH2呼吸链NADH呼吸链电子传递和水的生成H2O12O2O2-MH2还原型代谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

细胞色素b-c-c1-aa3

FeS2H+M氧化型代谢底物FADH2呼吸链电子传递和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸

FeS2Fe2+2Fe3+

细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2eNADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链

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。（一）氧化磷酸化偶联部位即ATP生成的部位。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。

呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi

，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数。NADHFADH2O212H2OH2O例实测得NADH呼吸链：P/O~3ADP+PiATP实测得FADH2呼吸链：P/O~2O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP三个偶联部位：ATPATPATP①NADH与CoQ之间；②CoQ与Cytc之间；③Cytaa3与氧之间。

2.自由能变化(△G0′)：

大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。

△G0′＝－nF△E0′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。（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。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化学渗透假说复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵作用2H+2H+2H+2H+2H+2H+内膜表面基质NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸½O2＋2H+H2O2.ATP合酶即复合体Ⅴ。位于线粒体内膜的基质侧。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合成酶在寡霉素存在时不能生成ATP。ATP合酶结构模式图三、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四、ATP高能磷酸键水解时释放的能量大于30KJ/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。ATP是人体内能量的直接供给者。

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。

ATP的生成和利用五、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