生物氧化课件

第9章生物氧化

BiologicalOxidation本章主要内容

生物氧化概述

ATP

氧化磷酸化其他生物氧化系统1生物氧化(Biologicaloxidation)

营养物质在动物机体内氧化，生成二氧化碳和水，并有能量释放。这个过程在细胞中进行，宏观上表现为呼吸作用，因此也将生物氧化称为组织氧化或细胞氧化、组织呼吸或细胞呼吸。不同于有机物质在体外的剧烈燃烧，伴随着大量热能的释放，生物氧化在温和的条件下进行，能量缓慢的释放。线粒体——细胞的动力站生物氧化过程主要在线粒体的内膜上进行，内膜上分布着许多的酶和电子传递体，构成两条呼吸链。内膜上结合的颗粒（内膜粒子，或称基粒、三分体等）具有ATP合酶的活性，称FoF1ATPase

。

2ATP（三磷酸腺苷）

2.1ATP的分子结构和高能磷酸键

ATP等的分子中的焦磷酸键在水解时或在转移时，可释放很高的能量，大于30.56kJ/moL，称高能磷酸键。

表9‑3各种磷酸化合物的水解自由能

磷酸化合物

水解自由能ΔG（kJ/moL）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）-61.69氨基甲酰磷酸-50.50乙酰基磷酸-43.12磷酸肌酸（CP）-43.12焦磷酸（PPi）-33.49ATP（→ADP+Pi）-30.56葡萄糖-1-磷酸（G-1-P）-20.93葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）-13.82α-磷酸甘油-9.21

高能磷酸化合物有转移其磷酰基的倾向，形成较低能量的磷酸脂。ATP是磷酰基的传递体。2.2ATP具有较高的磷酸基团转移势2.4ATP的生成方式

1.底物水平的磷酸化（回忆糖的分解代谢）2.氧化磷酸化(oxydativephosphorylation)底物脱下的氢（2H2H++2e）经过呼吸链(respiratorychain)或电子传递系统(electronictransportsystem)的传递最后交给氧，并与之结合生成水。在此过程中,氧化释放的部分能量以高能磷酸键的形式储存在ATP分子中（ADP+PiATP），这种氧化过程与磷酸化过程的偶联称为氧化磷酸化。这是需氧生物合成ATP的主要方式。不需氧脱氢酶辅酶Q（CoQ，泛醌）细胞色素（Cyt）铁硫复合物（FeS，铁硫中心）细胞色素a,a3，即细胞色素c氧化酶这些成分在呼吸链上以一定的顺序排列传递电子和氢，构成电子传递系统（ElectronicTransportSystem）3呼吸链(respiratorychain)3.1呼吸链的组成成分不需氧脱氢酶底物脱下的氢交给氢或电子的传递体，而氧并不是氢的直接受体。举例:3-磷酸甘油醛脱氢酶（NAD）异柠檬酸脱氢酶（NAD）NADH-CoQ还原酶（FMN）琥珀酸-CoQ还原酶（FAD）CoQ-细胞色素c还原酶（铁卟啉辅基）细胞色素（Cytochrome,Cyt）

细胞色素是一类含血红素的电子传递蛋白，Fe原子处于血红素环中央，借助化学价的变化（Fe++/Fe+++）传递电子。

有十几种细胞色素，不同的细胞色素对特定波长的可见光有不同的吸收。Cytc和c1的血红素与蛋白部分共价结合。Cyta,a3又称细胞色素c氧化酶,处于呼吸链的末端,既含Fe原子，又有Cu原子，通过铜原子的化合价变化（在+1和+2之间）最终将电子传递给氧。Cyta,a3可以被CN-和CO抑制。

细胞色素c的结构Cytc和c1的血红素与蛋白部分共价结合。

Fe-S复合物

非血红素铁蛋白，也称铁硫中心，借助Fe化学价的变化（Fe++/Fe+++）传递电子。Fe与4个Cys的S相连Fe2S2，Fe分别与2S和2个Cys的S相连3.2NADH呼吸链的组成复合物I（NADH-CoQ还原酶，含FMN，Fe-S）CoQ（泛醌）复合物III（CoQ-细胞色素c还原酶，含Cytb562、Cytb566，Fe-S，Cytc1）Cytc复合物IV（细胞色素c氧化酶，Cyta,a3，含CuA、CuB）3.3FADH呼吸链（琥珀酸呼吸链）的组成复合物II（琥珀酸-Q还原酶，含FAD、Fe-S，Cytb560）CoQ复合物III（同NADH呼吸链）Cytc复合物IV（同NADH呼吸链）ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+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-4氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）4.1磷氧比（P/O）

当电子在呼吸链传递消耗氧的同时，有无机磷酸（Pi）的消耗。消耗P原子的摩尔数与O原子的摩尔数之比称为P/O比。研究组织呼吸的实验显示:NADH呼吸链的P/O为2.5，FADH呼吸链的P/O为1.5。即在NADH呼吸链中，将一对电子传递给O，实现了2.5次的磷酸化反应（ADP+PiATP），而在FADH呼吸链只有1.5次.4.2ATP的产生

推动ADP磷酸化形成ATP所需的标准自由能大约在-30.56Kj/moL。在NADH呼吸链上，在NADH—CoQ，Cytb—c1和Cytaa3—O2之间释放的能量足以实现磷酸化。在FADH呼吸链，则在Cytb—c1和Cytaa3—O2之间。电子的传递方向和释放的能量可能推动形成ATP的部位-50.24Kj/moL-41.87Kj/moL-100.48Kj/moL4.3氧化磷酸化的机制——化学渗透学说

---底物脱下的氢的一对电子通过NADH呼吸链传递给氧原子，期间分别有4、4、2共5对质子从线粒体的基质转移到膜的间隙中。呼吸链发挥了质子泵的作用。

---结果在线粒体内膜的两侧形成了质子的电化学梯度，积蓄了很大的自由能。

---当质子顺着电化学梯度通过基粒返回到基质时，有自由能的释放。释放的能量在内膜粒子的ATP合酶（FoF1ATPase）的作用下，通过ADP的磷酸化生成ATP分子。化学渗透学说（chemiosmotichypothesis)内膜粒子、基粒、FoF1ATPase（ATP合酶），现又称复合体V。F1有5个亚基，有ATP合酶的活性，Fo有4个亚基，镶嵌在线粒体的内膜上，作为质子通道。注意：通过该穿梭作用，胞液中的NADH转入到线粒体后转变为FADH，进入琥珀酸呼吸链氧化。这解释了为什么一摩尔G经过有氧氧化可能生成30或32摩尔的ATP。在肌肉组织和大脑

7非线粒体氧化（在过氧化物酶体等）7.1需氧脱氢酶催化底物脱下的氢不必通过呼吸链而直接以氧为受体的酶。例如：氨基酸氧化酶，黄嘌呤氧化酶等，它们的辅基通常是黄素核苷酸衍生物（FAD，FMN），因此又称其黄素酶类。产物有过氧化氢生成，后者可以由过氧化氢酶和过氧化物酶作用分解，以消除其毒性。

7.2过氧化