生物氧化公开课课件

第十一章生物氧化BiologicalOxidation生物氧化的概念物质在体内进行氧化成称生物氧化。主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成二氧化碳和水的过程。生物氧化与体外氧化之相同点生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢及失去电子，遵循氧化还原反应的一般规律。同一物质在体内外氧化时耗氧、终产物（CO2、

H2O）和释放能量均相同。第一节生成ATP的氧化体系TheOxidationSystemofATPProducing一、呼吸链（respiratorychain）（一）定义代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所组成的电子传递连锁反应的逐步传递，最终与氧结合生成水。组成递氢体和电子传递体（2H↔2H++2e）（二）呼吸链的组成

四种具有传递电子功能的酶复合体（complex）人线粒体呼吸链复合体复合体酶名称多肽链数

辅基复合体Ⅰ复合体Ⅱ复合体Ⅲ复合体ⅣNADH-泛醌还原酶琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素C还原酶细胞色素C氧化酶

39411

13FMN,Fe-SFAD,Fe-S血红素bL,bH,c1,Fe-S血红素a,血红素a3,CuA,CuB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)，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)，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。R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的结构

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）。FAD(FMN)FADH(FMNH)FADH2(FMNH2)

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)

又称辅酶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（Cytorome,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。

复合体Ⅰ（NADH-泛醌还原酶）

复合体Ⅰ是将NADH脱下的氢传递给泛醌。NADH+H+

NAD+FMNFMNH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

NADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2

复合体Ⅰ

复合体Ⅱ（琥珀酸-UQ还原酶）复合体Ⅱ将电子从琥珀酸传递给泛醌。

琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3

琥珀酸

延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2复合体Ⅱ

复合体Ⅳ（细胞色素氧化酶）复合体Ⅳ将电子从细胞色素c传递给氧。

复合体Ⅳ还原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB

（三）呼吸链组分的排列顺序通过下列实验确定：标准氧化还原电位各组分特有的吸光谱的不同进行检测特异的抑制剂拆离或重组各复合体

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耦联ADP磷酸化，生成ATP,又称耦联磷酸化。底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)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)氧化磷酸化耦联部位即ATP生成的部位实验方法来确定：测定不同作用物经呼吸链氧化的P/O比值计算自由能变化

P/O比值的定义指每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧生成ATP分子数）。线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值

底物

呼吸链的组成P/O比值-羟丁酸NAD+→O22.4~2.8

琥珀酸FAD→O21.7

抗坏血酸Cytc→O20.88

细胞色素CCytaa3→O20.61~0.68

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′69.5kJ/mol36.7kJ/mol112kJ/molNADHFMN（Fe-S）CoQCyt

bCyt

c1Cyt

cCyt

aa3O2

FAD（Fe-S）琥珀酸ATP

ADP

+

PiATPATPADP

+

PiATPATPADP

+

PiATP-0.32-0.2191+0.05+0.06+0.22+0.254+0.29+0.8160.36V0.19V0.58V

NADH氧化呼吸链存在3个偶联部位，P/O比值等于2.5，即产生2.5molATP。

琥珀酸氧化呼吸链存在2个偶联部位，P/O比值等于1.5，即产生1.5molATP。

(二)氧化磷酸化耦联机制化学渗透假说(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胞浆侧，造成膜内、外质子电化学梯度，以此储存能量。当质子顺梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。化学渗透学说2.ATP合酶(ATPSynthase)ATP合酶由疏水的F0

（a1b2c9-12亚基）部分亲水的F1

（α3β3γδε亚基）部分组成。

F1功能是催化ATP生成，β亚基为催化亚基，但β亚基只有与α亚基结合才有催化活性。ATP合酶结构模式图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(三)影响氧化磷酸化的因素ADPADP甲状腺激素抑制剂

(1)电子传递抑制剂特异部位阻断呼吸链的电子传递

(2)氧化磷酸化抑制剂抑制电子传递和ADP磷酸化

(3)解耦联剂使氧化与磷酸化耦联脱离

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三、ATP与能量代谢高能磷酸键与高能化合物

高能磷酸键水解时释放大于21kJ/mol的磷酸酯键，常用“~P”号表示。

高能化合物含有高能磷酸键的化合物

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

四、胞液中NADH的氧化胞液中产生的NADH不能透过线粒体内膜，必须经过某种转运机制才能进入线粒体，然后再经呼吸链进行氧化磷酸化过程。转运机制:α-磷酸甘油穿梭（α-glycerophosphateshuttle）

苹果酸-天冬氨酸穿梭

(malate-asparateshuttle)。1.α-磷酸甘油穿梭作用

2.苹果酸-天冬氨酸穿梭

第二节其他不生成ATP的氧化体系

TheOtherOxidationSystems

一、抗氧化酶体系

过氧化氢酶-触酶

催化反应如下：

2H