环境生物化学基础生物氧化

环境生物化学基础生物氧化第一页，共三十三页，编辑于2023年，星期日第一节生物氧化的概述

第二页，共三十三页，编辑于2023年，星期日一、生物氧化概念、特点与方式有机物质在机体内氧化分解成二氧化碳和水，并释放出能量的过程称为生物氧化。又称为细胞氧化或细胞呼吸。常温、常压、生理PH、酶的催化、能量逐步释放第三页，共三十三页，编辑于2023年，星期日二、高能化合物（一）高能化合物的概念具有高能键的化合物即为高能化合物。一般水解释放的能量等于或大于5Kcal/mol（约为21KJ/mol）的共价键为高能键。第四页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（二）生物体中高能化合物的类型1、磷氧键型第五页，共三十三页，编辑于2023年，星期日2、氮磷键型

第六页，共三十三页，编辑于2023年，星期日3、硫酯键型

4、甲硫键型第七页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（三）高能磷酸化合物——ATP的结构及其在生物能量转换中的作用

ATP广泛地分布在细胞内，在生物体内能量转换中占有重要的地位。

ATP可从γ端依次移去两个磷酸基团而生成ADP和AMP。ATP在细胞的产能和需能过程中起着重要的桥梁作用，所以我们形象地称ATP为能量流通的货币。

第八页，共三十三页，编辑于2023年，星期日第九页，共三十三页，编辑于2023年，星期日第二节呼吸链（电子传递链）一、呼吸链的概念、组成及其功能（一）呼吸链的概念呼吸链又叫电子传递链，是由线粒体内膜上的一系列电子传递体所组成。有机化合物在体内脱氢氧化分解，脱下的氢由辅酶所接受，形成NADH和FADH2等。再通过线粒体内膜上的电子传递体，最后把氢传递给氧而生成水。在电子传递过程中释放出的能量则使ADP和无机磷酸结合形成ATP。第十页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（二）呼吸链的组成1、烟酰胺脱氢酶第十一页，共三十三页，编辑于2023年，星期日2、黄素酶黄素酶是一类以FMN或FAD为辅基的不需氧的脱氢酶。该酶脱掉底物上的两个氢原子，转变成还原态的FMNH2或FADH2。第十二页，共三十三页，编辑于2023年，星期日3、铁硫蛋白铁硫蛋白中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫，所以也称铁硫中心。在生物界广泛存在，铁原子可以进行Fe2+和Fe3+之间的价变而传递电子，它是一种单电子传递体。第十三页，共三十三页，编辑于2023年，星期日4、泛醌泛醌又称辅酶Q，是一种脂溶性的醌类化合物。它可以携带电子和质子。第十四页，共三十三页，编辑于2023年，星期日5、细胞色素细胞色素类都以血红素作为辅基，具有红色或褐色，故命名为细胞色素。它是呼吸链中将电子从辅酶Q传递到氧的专一电子传递体。现在发现的细胞色素类有30多种，但在细胞内参与生物氧化的细胞色素有3类，即a、b、c。第十五页，共三十三页，编辑于2023年，星期日第十六页，共三十三页，编辑于2023年，星期日二、呼吸链中传递体的排序1、NADH氧化呼吸链

NADH氧化呼吸链细胞内最主要的呼吸链。2、琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链由琥珀酸脱氢酶复合体，辅酶Q和细胞色素组成。两条呼吸链的传递过程可以看出，辅酶Q是两条传递途径的交汇点。第十七页，共三十三页，编辑于2023年，星期日第十八页，共三十三页，编辑于2023年，星期日三、呼吸链的电子传递抑制剂凡是能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。(一)鱼藤酮鱼藤酮是一种极毒的植物物质，常用作杀虫剂，是阻断电子从NADH到CoQ的传递。第十九页，共三十三页，编辑于2023年，星期日(二)抗霉素A

抗霉素A是从链霉素中分离出的抗菌素，它能抑制细胞色素b到细胞色素c1之间的电子传递。维生素c可缓解这种抑制作用。第二十页，共三十三页，编辑于2023年，星期日(三)氰化物、叠氮化物、一氧化碳和硫化氢氰化物、叠氮化物、一氧化碳和硫化氢都能抑制细胞色素a、a3到氧之间的电子传递作用。氰化物、叠氮化物和细胞色素a3的Fe3+作用，而一氧化碳则可抑制Fe2+的形成。

第二十一页，共三十三页，编辑于2023年，星期日第三节氧化磷酸化一、氧化磷酸化的概念及类型氧化磷酸化是将生物氧化分解过程中释放的自由能，用以生成ATP的过程，是生物体主要的能量来源。（一）底物水平磷酸化（二）氧化磷酸化第二十二页，共三十三页，编辑于2023年，星期日二、氧化磷酸化的偶联部位与P/O（一）氧化磷酸化的细胞学基础对于真核生物而言，电子传递和ATP生成的磷酸化过程都发生在细胞中的线粒体内膜上。原核生物则是在浆膜上发生的。第二十三页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（二）P/O比与偶联部位

P/O比指一对电子通过线粒体内膜上的呼吸链，传至氧所产生的ATP分子数。第一个部位是在NADH和辅酶Q之间；第二个部位是在辅酶Q和细胞色素c之间，第三个部位是在细胞色素a和氧之间。由NADH氧化脱电子，经过电子传递到氧共产生2.5个ATP，也即P/O比值为2.5。而琥珀酸氧化过程没有经过第一个部位，只产生1.5个ATP，其P/O比为1.5。第二十四页，共三十三页，编辑于2023年，星期日三、氧化磷酸化的机理（一）ATP合酶

ATP合酶由两个部分构成，一部分嵌入膜内，为基部的F0单元；另一部分在膜外，为球形的F1单元。第二十五页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（二）化学渗透假说存在三种假说来说明这个问题，包括：化学偶联假说，结构偶联假说，化学渗透假说。化学渗透假说由英国生物化学家Mitchell于1961年提出的。其要点如下：电子传递的结果，形成了一个跨内膜的H+梯度，这梯度可以促使H+返回线粒体基质。H+只能通过内膜上专一的质子通道返回基质，这个通道就是ATP合酶。就在H+通过ATP合酶返回基质时，驱动ADP与Pi合成了ATP。第二十六页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（三）、氧化磷酸化的重建第二十七页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（四）、ATP合酶的旋转催化理论线粒体ATP合酶的工作机制至今仍不清楚。目前科学界公认的是美国生物化学家Boyer于1989年提出的结合变化机制和旋转催化模型。第二十八页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（五）、腺苷酸与磷酸的转运线粒体具有双层膜，线粒体的外膜通透性高，而线粒体内膜的通透性低，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对各种物质的转运。磷酸的转运靠磷酸盐转运蛋白，腺苷酸的转运靠腺苷酸转运蛋白。腺苷酸转运蛋白作为一个反向转运载体介导胞浆ADP和线粒体ATP的交换。第二十九页，共三十三页，编辑于2023年，星期日四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂（一）解偶联剂解偶联剂可以将电子传递和磷酸化生成ATP的过程分离，造成电子传递失去控制，氧的消耗增加，但ATP不能合成。第三十页，共三十三页，编辑于2023年，星期日（二）氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂是既抑制氧的利用又抑制ATP的生成。其典型代表是寡霉素。（三）离子载体抑制剂离子载体抑制剂是运输其它的一价阳离子，这也等于把电子传递释放的能量用于转运了其他离子，不是用来合成ATP。如：缬氨霉素、短杆菌肽等。第三十一页，共三十三页，编辑于