十二次生物氧化与氧化磷酸化一演示文稿

十二次生物氧化与氧化磷酸化一演示文稿目前一页\总数六十四页\编于十四点十二次生物氧化与氧化磷酸化一目前二页\总数六十四页\编于十四点第五节磷酸戊糖途径一、磷酸戊糖途径的反应历程二、磷酸戊糖途径的化学计量与反应特点三、磷酸戊糖途径的意义四、磷酸戊糖途径调控目前三页\总数六十四页\编于十四点糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能一、生物氧化的概念

第一节生物氧化概述（一）广义和狭义的生物氧化概念目前四页\总数六十四页\编于十四点广义：有机物（糖、脂肪、蛋白质等）在体内氧化分解生成CO2和H2O，并逐步释放能量，产生ATP的过程。包括有机物的氧化过程、呼吸链的电子传递和ATP的合成。狭义：呼吸链的电子传递和ATP的合成。目前五页\总数六十四页\编于十四点（二）生物氧化的特点

1.生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。2.氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发生。3.水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作用直接参予了氧化反应。4.在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。目前六页\总数六十四页\编于十四点5.生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。6.生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。目前七页\总数六十四页\编于十四点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。目前八页\总数六十四页\编于十四点生物氧化与体外燃烧的不同点

生物氧化体外燃烧反应条件温和剧烈

(体温、pH近中性)

(高温、高压)反应过程逐步进行的酶促反应一步完成能量释放逐步进行瞬间释放（化学能、热能）（热能）CO2生成方式有机酸脱羧碳和氧结合H2O

需要不需要目前九页\总数六十四页\编于十四点(三)生物氧化中物质的氧化方式（3）加氧（2）脱氢(最主要)（1）失电子RH+O2ROH12COOHC=O+2HCH3（2H++2e）

COOHHO－CHCH3Fe2+Fe3++e目前十页\总数六十四页\编于十四点（四）生物氧化中二氧化碳的生成

生物氧化中二氧化碳的生成是由于糖、蛋白质、脂肪等有机物转变成含羧基的化合物进行脱羧反应。1.α-脱羧和β-脱羧；2.直接脱羧和氧化脱羧：氧化脱羧是指脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。目前十一页\总数六十四页\编于十四点CO2

丙酮酸脱氢酶系NADH+H+NAD+CoACH3C～SCoAO目前十二页\总数六十四页\编于十四点异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+H++CO2*目前十三页\总数六十四页\编于十四点丙酮酸脱羧酶CO2

CHOCH3目前十四页\总数六十四页\编于十四点（五）生物氧化中水的生成

生物氧化中所生成的水是代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合而成的。多数情况下脱氢酶和氧化酶之间需要一些电子传递体才能将质子和电子交给氧生成水。目前十五页\总数六十四页\编于十四点二、生物氧化中有关的酶类（一）电子转移酶只催化电子的得失，实际也是电子传递体。主要有铁硫蛋白和细胞色素类。目前十六页\总数六十四页\编于十四点（二）氧化酶类组成：结合酶酶蛋白辅基：含Fe、Cu举例：细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等特点：催化底物脱氢后，以O2为直接受氢体，生成H2O。RH22Cu2+O2－

H2OR2Cu+O2122H+2e2e目前十七页\总数六十四页\编于十四点（三）需氧脱氢酶

特点：催化底物脱氢后，以O2为直接受氢体，生成H2O2。组成：结合酶酶蛋白辅基：FMN、FADRH2FMN/FADH2O2R

FMNH2/FADH2

O2

2H2H举例：黄嘌呤氧化酶目前十八页\总数六十四页\编于十四点（四）脱氢酶

特点：催化底物脱氢后，以NAD＋、NADP＋、FAD或FMN等为直接受氢体。组成：结合酶酶蛋白辅基：NAD＋、NADP＋、FAD等RH2NAD＋

R

NADH

＋H＋2H举例：苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶等目前十九页\总数六十四页\编于十四点（五）加氧酶（1）单加氧酶（混合功能氧化酶、羟化酶）RH+NADPH+H++O2

单加氧酶ROH+NADP++H2O目前二十页\总数六十四页\编于十四点（2）双加氧酶O2色氨酸加双氧酶色氨酸甲酰犬尿氨酸目前二十一页\总数六十四页\编于十四点（六）其它酶类（1）过氧化氢酶（2）过氧化物酶

RH2+

H2O2R

+

2H2O

过氧化物酶H2O2+

H2O22

H2O+

O2

过氧化氢酶（3）超氧物歧化酶（SOD）2O2·+2HH2O2+O2SOD+目前二十二页\总数六十四页\编于十四点三、高能化合物(一)高能化合物的概念一般将水解时能够释放20.92kJ/mol（5Kcal/mol)以上自由能的化合物称为高能化合物。在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解断裂的活泼共价键称为高能键。

目前二十三页\总数六十四页\编于十四点

按其分子结构特点及所含高能键的特征分：磷氧键型磷氮键型硫碳键型（硫酯键型、甲硫键型）（二）高能化合物的类型目前二十四页\总数六十四页\编于十四点

（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目前二十五页\总数六十四页\编于十四点氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸目前二十六页\总数六十四页\编于十四点（B）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸目前二十七页\总数六十四页\编于十四点（C）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）磷氧键型：酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物目前二十八页\总数六十四页\编于十四点（2）氮磷键型（如胍基磷酸化合物）磷酸肌酸磷酸精氨酸这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。H目前二十九页\总数六十四页\编于十四点（3）硫碳键型酰基辅酶AA、硫酯键型目前三十页\总数六十四页\编于十四点B、甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸目前三十一页\总数六十四页\编于十四点（三）最重要的高能化合物—ATP（1）ATP的分子结构特点与水解自由能的关系目前三十二页\总数六十四页\编于十四点①ATP是生物体通用的能量货币。②ATP是磷酸基团转移反应的中间载体。ATP在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携带者和转运者，但不是能量的贮存者。（2）ATP在能量转化中的作用目前三十三页\总数六十四页\编于十四点

磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能低的物质转移。磷酸基团转移势能在数值上等于其水解反应的ΔG0’。磷酸基团转移势能（kcal/mol)246810121416ATPPEP1，3-二P甘油酸6-P葡萄糖3-P甘油ATP是磷酸基团转移反应的中间载体目前三十四页\总数六十四页\编于十四点第二节电子传递链目前三十五页\总数六十四页\编于十四点一、电子传递链的概念和存在部位概念:在生物氧化过程中，代谢物上脱下的氢经过一系列的按一定顺序排列的氢传递体和电子传递体的传递，最终与氧结合生成水。这些氢和电子的传递体系称为电子传递链.由于此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为呼吸链。2H

2H++2e部位:真核线粒体的内膜上，原核生物在细胞膜上。目前三十六页\总数六十四页\编于十四点二、电子传递链的组分

（一）黄素蛋白类脱氢酶（二）铁硫蛋白类（三）辅酶Q

（四）细胞色素类目前三十七页\总数六十四页\编于十四点黄素单核苷酸的结构黄素蛋白类目前三十八页\总数六十四页\编于十四点黄素腺嘌呤二核苷酸的结构目前三十九页\总数六十四页\编于十四点黄素核苷酸的作用原理核黄素(黄色)-2H+2H还原型核黄素(无色)FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H目前四十页\总数六十四页\编于十四点铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+Fe3++e反应传递电子。Ⓢ表示无机硫目前四十一页\总数六十四页\编于十四点Fe2+Fe3+-e+e铁硫蛋白的作用原理FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b目前四十二页\总数六十四页\编于十四点辅酶Q的结构及作用原理O

CH3CH3H3COH3COO（CH2CH=CCH2）nHOOH3COH3COCH3RH3COH3COOHOHCH3R+2H-2H泛醌目前四十三页\总数六十四页\编于十四点细胞色素体系（Cyt）（1）Cyt的本质细胞色素=酶蛋白+血红素（2）Cyt的分类30多种a类：a、a1、a2、a3…b类：b、b1～7、P450…c类：c、c1、c2、c3…目前四十四页\总数六十四页\编于十四点血红素Ab型血红素目前四十五页\总数六十四页\编于十四点c型血红素b型血红素目前四十六页\总数六十四页\编于十四点线粒体（a、a3

、b、c、c1）微粒体（b5、P450）（3）Cyt的存在部位Cytaa3（细胞色素氧化酶）：呼吸链中唯一直接将e传递给O2

（4）Cyt在呼吸链中的作用2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+

2Cytaa3-Fe2++1/2O2

2Cytaa3-Fe3++O2-

目前四十七页\总数六十四页\编于十四点总结：呼吸链各组分的作用名称本质在呼吸链中作用尼克酰胺核苷酸NAD+、

NADP+不需氧脱氢酶的辅酶NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2HFAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H黄素蛋白结合酶FMN、FAD

铁硫蛋白结合酶

Fe、S

Fe2+Fe3+-e+e目前四十八页\总数六十四页\编于十四点名称本质在呼吸链中作用CoQ

CoQH2+2H-2H辅酶Q(CoQ)脂溶性醌类化合物Fe2+Fe3+-e+e结合酶铁卟啉细胞色素(Cyt)目前四十九页\总数六十四页\编于十四点三、呼吸链上电子传递体的排列（一）电子传递链在膜上的存在状态除了CoQ和细胞色素C外，电子传递链上的电子传递体组成了四个复合体。目前五十页\总数六十四页\编于十四点复合体酶名称辅基复合体ⅠNADH-泛醌还原酶FMN,Fe-S复合体Ⅲ泛醌-细胞色素C还原酶铁卟啉,Fe-S

复合体Ⅱ琥珀酸-泛醌还原酶FAD,Fe-S复合体Ⅳ细胞色素C氧化酶铁卟啉,Cu目前五十一页\总数六十四页\编于十四点ⅢⅠⅡⅣ胞液侧基质侧线粒体内膜呼吸链各复合体位置示意图目前五十二页\总数六十四页\编于十四点1、复合体ⅠNADH-泛醌还原酶复合体Ⅰ将电子从还原型烟酰胺（尼克酰胺）腺嘌呤二核苷酸（NADH）传递给泛醌复合体Ⅰ含有以黄素单核苷酸为辅基的黄素蛋白和以铁硫簇（Fe-S)为辅基的铁硫蛋白。目前五十三页\总数六十四页\编于十四点复合体Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2目前五十四页\总数六十四页\编于十四点2、复合体Ⅱ琥珀酸-泛醌还原酶

复合体Ⅱ将电子从琥珀酸传递给泛醌复合体Ⅱ含有以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基的黄素蛋白、铁硫蛋白和细胞色素（Cyt)b560目前五十五页\总数六十四页\编于十四点3、复合体Ⅲ泛醌-细胞色素C还原酶

复合体Ⅲ将电子从泛醌传递给细胞色素C复合体Ⅲ含有2种细胞色素b（Cytb562,Cytb566）、细胞色素C1和铁硫蛋白目前五十六页\总数六十四页\编于十四点4、复合体Ⅳ细胞色素C氧化酶

复合体Ⅳ将电子从细胞色素C传递给氧复合体Ⅳ中含有Cyta和Cyta3目前五十七页\总数六十四页\编于十四点

RH2O2还原态氧化态（二）呼吸链成分的排列顺序

1、研究方法（3）利用呼吸链抑制剂（2）呼吸链复合物重组（1）测各组分氧化还原电位（E0′）递增（4）利用光谱变化确定各组分的氧还状态目前五十八页\总数六十四页\编于十四点呼吸链中各氧还对的Eo’氧化还原对(V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/FMNH2-0.30FAD/FADH2-0.06Q/QH20.04(或0.10)Cytb(Fe3+)/(Fe2+)0.07Cytc1(Fe3+)/(Fe2+)0.22Cytc(Fe3+)/(Fe2+)0.25Cyta(Fe3+)/(Fe2+)0.29Cyta3(Fe3+)/(Fe2+)0.551/2O2/H2O0.82

________________________________________________________________________________________________________________________Eo’目前五十九页\总数六十四页\编于十四点

NADH

FMN（Fe-S）

CoQCytb、c1

CytcCytaa3

O2

（Fe-S）

（Cu2+）

FAD（Fe-S）

琥珀酸ⅠⅡⅢⅣ呼吸链复合物重组目前六十页\总数六十四页\编于十四点2Fe2+2Fe3+2e

b

2Fe2+2Fe3+2ec12Fe2+2Fe3+2ec2Fe2+2Fe3+2eaa31/2O2O2-2e2H+H2O呼吸链中细胞色素的排列及电子传递过程

bc1ca