生物氧化教学

生物氧化教学第一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三2科学出版社案例式教材《生物化学》课件*生物氧化的概念物质在生物体内进行氧化称生物氧化。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CO2和H2O的过程。第二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件3C6H12O6+6O26CO2+6H2O+热量燃烧体内生物氧化葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸链H2O

ADP+PiATPCO2O2第三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三4科学出版社案例式教材《生物化学》课件*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、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。第四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三5科学出版社案例式教材《生物化学》课件是在细胞内温和的环境中，在一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放。进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；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之不同点生物氧化体外氧化能量是突然释放的。产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。第五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件6体内生物氧化葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸链H2OADP+PiATPCO2O2第六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件7第七页，共九十五页，编辑于2023年，星期三81、外膜：通透性较高含40%的脂类和60%的蛋白，具有porin构成的亲水通道，允许分子量5KD以下的分子通过，1KD以下的分子可自由通过。2、内膜：通透性很低含100种以上的多肽，蛋白质和脂类的比例高于3:1。心磷脂含量高（达20%）、缺乏胆固醇。通透性很低，仅允许不带电荷的小分子物质通过。第八页，共九十五页，编辑于2023年，星期三93、基质（matrix）：为内膜和嵴包围的空间。含有：催化三羧酸循环，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶类。线粒体DNA（mtDNA），及线粒体特有的核糖体，tRNAs、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。第九页，共九十五页，编辑于2023年，星期三10第一节生成ATP的氧化体系定义:线粒体内膜上传递氢原子（2H）或电子的酶和辅酶称为呼吸链。组成:递氢体和电子传递体2H2H++2e，呼吸链又称电子传递链。

一、呼吸链第十页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件11ⅢⅠⅡⅣⅤ第十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三12科学出版社案例式教材《生物化学》课件（一）呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体（人）*泛醌和Cytc均不包含在上述四种复合体中。第十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三13科学出版社案例式教材《生物化学》课件1.复合体Ⅰ,NADH-泛醌还原酶

功能：将电子从NADH传递给泛醌。复合体ⅠNADH→→CoQ复合体Ⅰ：黄素蛋白，辅基为FMN；铁硫蛋白，辅基为铁硫簇（Fe-S）

第十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件14（1）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）或称辅酶Ⅰ（CoⅠ）第十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件15

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）又称辅酶Ⅱ（CoⅡ）第十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三16NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变主要功能是接受从代谢物上脱下的2H（2H++2e）

第十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三17科学出版社案例式教材《生物化学》课件黄素蛋白的辅基：（2）黄素蛋白（flavoproteins，FP）黄素单核苷酸（FMN）第十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期三18科学出版社案例式教材《生物化学》课件黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）第十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期三19发挥功能的部位是异咯嗪环。功能：递氢体第十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期三20科学出版社案例式教材《生物化学》课件Fe-S含有铁原子和无机硫原子。（３）铁硫蛋白(铁硫中心，Fe-S)功能：电子传递体Fe2+Fe3+

+

e第二十页，共九十五页，编辑于2023年，星期三21（a）单个铁与半胱氨酸硫相连铁硫蛋白的类型第二十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三22（b）2Fe—2S铁硫蛋白的类型第二十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三23（c）4Fe—4S铁硫蛋白的类型第二十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三24科学出版社案例式教材《生物化学》课件泛醌又称辅酶Q（CoQ）有多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10）（4）泛醌（ubiquinoneUQ或Q）功能：递氢体第二十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件25NADH+H+

NAD+FMNFMNH2还原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2复合体Ⅰ基质侧第二十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三26科学出版社案例式教材《生物化学》课件2.复合体Ⅱ,琥珀酸-泛醌还原酶

功能：将电子从琥珀酸传递给泛醌。复合体Ⅱ琥珀酸→→CoQ复合体Ⅱ：黄素蛋白，辅基为FAD；铁硫蛋白，辅基为Fe-S色素蛋白，辅基为细胞色素b560第二十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三27科学出版社案例式教材《生物化学》课件细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们不同的吸收光谱细胞色素可分为三类，即a、b、c，每一类中又因其最大吸收峰的微小差别再分为几种亚类。细胞色素（cytochromes，Cyt）第二十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期三28第二十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期三29第二十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期三30第三十页，共九十五页，编辑于2023年，星期三

线粒体的电子传递链至少含有五种不同的细胞色素

传递电子的顺序：QH2→b→c1→c→aa3→O2科学出版社案例式教材《生物化学》课件31第三十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件32Cyta与a3是最后的一个载体，很难分开，二者以复合物形式存在，又称细胞色素氧化酶。Cytaa3还含有两个必需的铜原子。Cyta从Cytc接受电子后，即传递给a3，由还原型Cyta3将电子直接传递给氧分子。在a和a3间传递电子的是两个铜原子，铜在氧化-还原反应中也发生价态变化（Cu+←→Cu2+）。第三十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件33第三十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三34科学出版社案例式教材《生物化学》课件3.复合体Ⅲ，泛醌-细胞色素c还原酶

功能：将电子从Q传递给Cytc复合体ⅢQH2→→Cytc复合体Ⅲ：Cytb562，Cytb566，Cytc1、铁硫蛋白第三十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件35

Cytc呈水溶性，与线粒体内膜外表面结合不紧密，极易与线粒体内膜分离，故不包含在上述复合体中。第三十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件36第三十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三37科学出版社案例式教材《生物化学》课件4.复合体Ⅳ，细胞色素c氧化酶复合体Ⅳ还原型Cytc→→O2复合体Ⅳ：色素蛋白，Cytaa3（2Fe、2Cu）功能：将电子从Cytc传递给O2

第三十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期三38第三十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期三39科学出版社案例式教材《生物化学》课件

由以下实验确定①标准氧化还原电位②特异抑制剂阻断③还原状态呼吸链缓慢给氧④拆开和重组（二）呼吸链成分的排列顺序用分光光度法测定吸收光谱的变化观察第三十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期三40①标准氧化还原电位第四十页，共九十五页，编辑于2023年，星期三41科学出版社案例式教材《生物化学》课件②特异抑制剂阻断利用呼吸链特异的抑制剂阻断某一组分的电子传递，在体外将呼吸链拆开和重组，鉴定呼吸链的组成与排列。在阻断部位以前的组分处于还原状态，后面组分处于氧化状态。由于呼吸链每个组分的氧化和还原状态吸收光谱不相同，故可根据吸收光谱的改变进行检测，可以推断出呼吸链各组分的排列顺序。第四十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件42ⅠⅢⅡⅣC第四十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三43科学出版社案例式教材《生物化学》课件③还原状态呼吸链缓慢给氧利用呼吸链各组分特有的吸收光谱，以离体线粒体无氧时处于还原状态作为对照，缓慢给氧，观察各组分被氧化的顺序。测定表明：在呼吸链的NAD+一端，电子传递体的还原性最强；而在靠近氧一端，电子传递体（Cytaa3）几乎全部处于氧化状态。在呼吸链中间的电子传递体，按照从底物到氧的方向，氧化程度逐渐升高。这说明电子是沿着底物到氧的方向传递。第四十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件44ⅠⅢⅡⅣC第四十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三45科学出版社案例式教材《生物化学》课件④拆开和重组在体外将呼吸链进行拆开和重组，鉴定它们的组成与排列。用胆酸、脱氧胆酸等反复处理线粒体内膜，可将呼吸链分离得到四种仍具有传递电子功能的酶复合体第四十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件46ⅠⅢⅡⅣC第四十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三47氧化呼吸链的排列基质侧

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-1.NAD+、

NADP+

2.CoQ3.黄素蛋白（FMN、FAD）4.铁硫蛋白(Fe+S)5.色素蛋白（Cyta、b、c）第四十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期三48科学出版社案例式教材《生物化学》课件主要的呼吸链（二条）NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链ⅡⅠⅢⅣC第四十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期三49科学出版社案例式教材《生物化学》课件二、氧化磷酸化底物水平磷酸化：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。氧化磷酸化：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。第四十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件50葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC2H呼吸链H2OADP+PiATPCO2O2氧化磷酸化ATP底物磷酸生成第五十页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件511.氧化磷酸化机制。2.影响氧化磷酸化的因素。3.胞质中代谢脱下的H怎样进入呼吸链。第五十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件52ADP+PiATPATP合酶2H呼吸链H2OO2能量偶联第五十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三53科学出版社案例式教材《生物化学》课件（一）氧化磷酸化偶联部位依据：1.P/O比值：

物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数（或ADP摩尔数），即生成ATP的摩尔数。第五十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三542.51.511第五十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三55科学出版社案例式教材《生物化学》课件ATP氧化磷酸化偶联部位ⅠⅢⅡⅣCATPATP羟丁酸抗坏血酸还原型Cytc第五十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三56科学出版社案例式教材《生物化学》课件2.自由能变化第五十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三57科学出版社案例式教材《生物化学》课件（二）氧化磷酸化的偶联机制

1.化学渗透假说：

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。

第五十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期三58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第五十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期三59ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液侧基质侧++++++++++---------化学渗透假说详细示意图第五十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期三60科学出版社案例式教材《生物化学》课件2.ATP合酶组成：

F1：亲水部分（α3β3γδε亚基）

F0：疏水部分（a1b2c9～12亚基）

功能：

F1：催化ATP生成

F0：质子通道第六十页，共九十五页，编辑于2023年，星期三61科学出版社案例式教材《生物化学》课件当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。

3个β亚基的构象发生改变，以三种独立的状态存在：紧密状态T，与ATP紧密连接；松弛状态L，可与ADP及无机磷酸连接；开放状态O，释放出ATP。ATP合酶的工作机制第六十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三62ATP合酶的工作机制第六十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三63科学出版社案例式教材《生物化学》课件三、影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂（二）ADP的调节作用（三）甲状腺激素第六十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三64科学出版社案例式教材《生物化学》课件1.呼吸链抑制剂

阻断呼吸链中某些部位（复合体）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）抑制剂第六十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三65科学出版社案例式教材《生物化学》课件鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥

×抗霉素A二巯基丙醇

×CO、CN-、N3-及H2S×1.呼吸链抑制剂案例6-1煤气中毒的生化机制第六十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件66CO中毒机制：1.与Hb结合：CO在血液中85%与Hb结合。2.阻断Cyta3将电子传递给氧。第六十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三672.解偶联：使氧化与磷酸化偶联过程脱离。（1）解偶联剂：能破坏线粒体内膜质子递度的物质NO2NO2O-NO2NO2OHH+膜外低pHH+NO2NO2OHNO2NO2O-膜内高pH2,4二硝基苯酚（DNP）解偶联机制线粒体内膜第六十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期三68科学出版社案例式教材《生物化学》课件(2)解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液侧基质侧解偶联蛋白热能H+H+ADP+PiATP第六十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期三69科学出版社案例式教材《生物化学》课件3.氧化磷酸化抑制剂寡霉素

寡霉素可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成第六十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期三70科学出版社案例式教材《生物化学》课件（二）ADP是调节正常人体氧化磷酸化的主要因素ADP/ATP比值增高，氧化磷酸化速率加快。ADP/ATP比值下降，氧化磷酸化速率减慢。ATPADP

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P机械能(肌肉收缩)渗透能(主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。第七十页，共九十五页，编辑于2023年，星期三71科学出版社案例式教材《生物化学》课件诱导Na+,K+–ATP酶生成解偶联蛋白基因表达均增加（三）甲状腺激素

所以甲状腺功能亢进症患者基础代谢率增高，产热增加，喜冷怕热，易出汗。第七十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三72科学出版社案例式教材《生物化学》课件四、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)对各种物质的转运。第七十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三73科学出版社案例式教材《生物化学》课件线粒体内膜的主要转运蛋白

αα第七十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三74科学出版社案例式教材《生物化学》课件（一）胞浆中NADH的氧化胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制主要有α-磷酸甘油穿梭苹果酸-天冬氨酸穿梭第七十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三75

NADH+H+FADH2NAD+FAD

线粒体内膜

线粒体外膜膜间隙

线粒体基质α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油α-磷酸甘油穿梭第七十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三76科学出版社案例式教材《生物化学》课件存在部位：脑、骨骼肌酶：磷酸甘油脱氢酶辅酶：胞液NAD+

线粒体FAD呼吸链及生成的ATP数:

琥珀酸氧化呼吸链1.5ATP1.α-磷酸甘油穿梭第七十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三77NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸转运体苹果酸-α-酮戊二酸转运体苹果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链天冬氨酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制第七十七页，共九十五页，编辑于2023年，星期三78科学出版社案例式教材《生物化学》课件2.苹果酸-天冬氨酸穿梭机制存在部位：肝脏、心肌酶：苹果酸脱氢酶辅酶：线粒体内、外均为NAD＋呼吸链及生成的ATP数：

NADH氧化呼吸链2.5ATP第七十八页，共九十五页，编辑于2023年，星期三79科学出版社案例式教材《生物化学》课件（二）ADP与ATP的转运ATP4-F0F1胞液侧基质侧腺苷酸转运蛋白磷酸转运蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-第七十九页，共九十五页，编辑于2023年，星期三80科学出版社案例式教材《生物化学》课件

在微粒体、过氧化物酶体及细胞其他部位还存在其他氧化体系，参与呼吸链以外的氧化过程。

特点：

1.不伴随磷酸化，不生成ATP

2.主要与体内代谢物、药物和毒物生物转化有关第二节其他氧化酶系第八十页，共九十五页，编辑于2023年，星期三81科学出版社案例式教材《生物化学》课件一、微粒体氧化体系加单氧酶，又称为混合功能氧化酶，催化氧分子中的一个氧原子加到底物分子上（羟化），而另一个氧原子则被氢还原成水。此反应过程需CytP450参与。RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O（一）加单氧酶第八十一页，共九十五页，编辑于2023年，星期三82NADPH+H+NADP+FAD·2HFADRH·P450·Fe2+RH·P450·Fe3+·O2-2(Fe2S2)3+2(Fe2S2)2+P450·Fe3+RHRH·P450·Fe3+RH·P450·Fe2+·O2O2R-OHH2ORH·P450·Fe2+·O22-2H+2e-混合功能氧化酶的催化机制第八十二页，共九十五页，编辑于2023年，星期三83科学出版社案例式教材《生物化学》课件加双氧酶催化氧分子中的两个氧原子加到底物中带双键的两个碳原子上，引起碳链或碳环的断裂，如色氨酸吡咯酶。(O2)

色氨酸吡咯酶（二）加双氧酶第八十三页，共九十五页，编辑于2023年，星期三84科学出版社案例式教材《生物化学》课件二、过氧化物酶体中的酶类（一）体内过氧化氢的生成

过氧化物酶体内含有多种氧化酶（氨基酸氧化酶、胺氧化酶、黄嘌呤氧化酶），可以催化H2O2以及超氧离子的生成。微粒体在氧应激条件下或没有合适电子受体时也可生产H2O2

。超氧阴离子可通过歧化反应产生H2O2

。

生理量的H2O2对机体有一定生理功能：

1.氧化杀死入侵的细菌

2.促进甲状腺细胞生成甲状腺激素

第八十四页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件85（二）过氧化氢酶

又称触酶，其辅基含4个血红素2H2O22H2O+O2

过氧化氢酶

第八十五页，共九十五页，编辑于2023年，星期三科学出版社案例式教材《生物化学》课件86（三）过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物

R+H2O2

RO+H2O

RH2+H2O2

R+2H2O过氧化物酶

过氧化物酶

第八十六页，共九十五页，编辑于2023年，星期三87科学出版社案例式教材《生物化学》课件反应氧族超氧离子(O2.

)、H2O2、羟自由基(•OH