生化课件08第八章生物氧化

第八章 生物氧化暨南大学医学院生化系 陈万群第一节概述2一、生物氧化的基本概念：物质在生物体内的氧化分解称为生物氧化（biologicaloxidation），它主要是指糖、脂肪及蛋白质等在体内氧化分解最终生成二氧化碳和水，并释放出能量的过程。脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油糖氨基酸乙酰CoAe-3磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。生物体内能量产生的三个阶段大分子降解成基本结构单位二、生物氧化的特点4①在细胞内进行，是在体温、近中性pH和有水的温和环境中，在一系列酶、辅酶和传递体的作用下逐步进行的。②产生的能量是逐步释放出来的。③二氧化碳的生成方式为有机酸脱羧，水的生成是由底物脱氢，经一系列氢或电子传递反应，最终与氧结合生成水。④

氧化速率受体内多种因素的影响和调节。第二节线粒体氧化体系5在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传递电子的酶或辅酶称为电子传递体，它们按一定的顺序排列在线粒体内膜上，组成递氢或递电子体系，统称为电子传递链（electron

transfer

chain).该体系进行的一系列连锁反应是与细胞摄取氧的呼吸过程相关，故又称为呼吸链（respiratory

chain).酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。6一、呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成人线粒体呼吸链复合体7复合体酶名称质量(kD)多肽链数功能辅基功能复合体ⅠNADH-泛醌85039FMN，Fe-S将电子从NADH传还原酶递给CoQ复合体Ⅱ琥珀酸-泛醌1404FAD，Fe-S将电子从琥珀酸传还原酶Cytb560递给CoQ复合体Ⅲ泛醌-细胞色素C还原酶25011Cytb562,

b566,

c1,Fe-S将电子从CoQ传递给Cyt

c细胞色素c131血红素c复合体Ⅳ细胞色素C氧化酶16213Cyta，a3，CuA,

CuB将电子从Cytc传递给氧CoQ(泛醌)不包含在上述四种复合体中。89NAD+和NADP+的结构R=H,

NAD+

R=H2PO3,

NADP+组成呼吸链的成分NAD+和NADP+NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变吡啶核苷酸转氢酶NADPH

+

H+

+

NAD+

NADP+

+

NADH

+

H+10黄素蛋白（flavoproteins,

FP)11以FMN或FAD为辅基,两者均含VitB2（核黄素）FMN和FAD都含异咯嗪环，起到传递氢的作用。1213铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有铁原子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+

Fe3+

反应传递电子。多与黄素蛋白或Cytb结合成复合物。泛醌（UQ或辅酶Q,CoQ）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。-e+e14细胞色素(cytochrome,

Cyt)细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。辅基中的铁可以得失电子进行可逆的氧化还原反应，因此可以起到传递电子的作用，为单电子传递体。呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位15氧化还原对△E0‘(V)氧化还原对△

E0‘(V)NAD+

/NADH+H+－0.32Cyt

c1

Fe3+/Fe2+0.22FMN

/FMNH2－0.30Cyt

c

Fe3+/Fe2+0.254FAD

/FADH2－0.06Cyt

a

Fe3+

/Fe2+0.29Q10

/Q10H2

0.04（或0.10）Cyt

a3

Fe3+/Fe2+0.55CytbFe3+/Fe2+0.071/2O2

/H2O0.816二、呼吸链中传递体的排列顺序16NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cytc→复合体Ⅳ→O2FADH2氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cyt

c→复合体Ⅳ→O217三、主要的呼吸链NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链O21819四、ATP的生成、利用及存储（一）高能化合物和高能磷酸化合物生物氧化过程中释放的能量大约有40%以化学能的形

式储存于一些特殊的有机磷化合物中，形成磷酸酯。这些磷酸酯键水解时释放能量较多（大于21kJ/mol)，一般称之为高能磷酸键，常用“~p”符号表示。含有高能磷酸键的化合物称之为高能磷酸化合物。高能硫酯化合物（乙酰CoA,脂酰CoA,琥珀酰CoA等）高能化合物：指化合物进行水解反应时伴随的标准自由能变化等于或大于ATP水解生成ADP的标准自由能变化的化合物。20ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P21机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)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。(二)ATP的生成1.底物水平磷酸化（substrate

level

phosphorylation）底物分子内部能量重新分布形成高能磷酸键并伴有ADP磷酸化生成ATP的作用称为底物水平磷酸化，与呼吸链的电子传递无关。1，3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP磷酸烯醇式丙酮酸+ADP丙酮酸+ATP3-磷酸甘油酸激酶22丙酮酸激酶2、氧化磷酸化（oxidative

phosphorylation）代谢物脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释放能量用以使ADP磷酸化生成ATP，由于是代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联发生，故称为氧化磷酸化。23P/O比值：是指每消耗1mol氧原子所需消耗无机磷的摩尔数。24（1）氧化磷酸化的耦联部位（2）氧化磷酸化的机制.25PeterMitchell于1961年创立的化学渗透学说chemiosmotic

theory电子经过呼吸链传递的同时，可将质子从线粒体内膜的基质侧排到内膜外，线粒体内膜不允许质子自由回流，因此造成膜内外的电化学梯度（有H+的浓度梯度和跨膜电位差）。当质子顺梯度回流时则驱动ADP和Pi合成ATP。线粒体膜线粒体基质26H+O22H

OH+e-ADP+Pi-

-

- -

ATP+

+

+

+化学渗透假说简单示意图27ATP合酶（F1F0ATP合酶）F1：亲水部分，具催化功能。F0：疏水部分，质子回流通道。ATP合酶结构模式图28ⅠⅡF0F1Cyt

cQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+Pi

ATP4H+4H+基质侧胞液侧++

+

+

+

+++

++-

--

Ⅲ-

-

-Ⅳ-

--电子传递过程复合体Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4

H+)和Ⅳ(2H+)有质子泵功能。2H+化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响29二巯基丙醇磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。30(三)能量的储存和转移ATP

+

UDPATP

+

CDPATP

+

GDPADP

+

UTPADP

+

CTPADP

+

GTP核苷单磷酸激酶NMP

+

ATP NDP

+

ADP核苷二磷酸激酶的作用（能量转移)31五、线粒体外NADH的氧化磷酸化32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1.α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphate

shuttle)2.苹果酸-天冬氨酸穿梭

(malate-asparate

shuttle)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CH2O-

PiCH2OHC=OCH2O-

PiCH2OHC=OCH2O-

Piα-磷酸甘油CH2OHCHOHCH2O-

PiCH2OHCHOH1.

α-磷酸甘油穿梭机制（脑、骨骼肌）33NAD+-OOC-CH

2-C-COO-OOH-OOC-CH

2-C-COO

-HNADH+H+NAD+

谷氨酸-

天冬氨酸苹果酸-α-酮戊二酸转运体OH-OOC-CH

2-C-COO

-H苹果酸2-OOC-CH

-C-COO

-O草酰乙酸NADH+H+O-OOC-CH2-CH2-C-COO-O-OOC-CH2-CH2-C-COO-α-酮戊二酸-OOC-CH

-CH

-C-COO-H3N+H2

2谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶线粒体内膜呼吸链-2OOC-CH

-C-COO-

转运体3+H

NH天冬氨酸-OOC-CH2-C-COO-H3N+H--3+H

NOOC-CH2-CH2-C-COOH胞液 基质2.

苹果酸-天冬氨酸穿梭机制（肝、心肌）

34第三节

非线粒体氧化体系The

OthersOxidation Enzyme

Systems35一、微粒体氧化体系在微粒体中存在加氧酶（oxygenase)，该酶可将氧直接加到底物的分子上。（一）加单氧酶(monoxygenase),又称混合功能氧化酶或羟化酶RH

+NADPH

+H+

+O2

ROH

+NADP+

+H2O36（二）双加氧酶（dioxygenase),又叫转氧酶.催化氧分子的2个氧原子直接加到底物分子特定的双键上，使该底物分子分解成两部分。37二、过氧化物酶体氧化体系过氧化氢及超氧离子的作用和毒性H2O2

在体内具有一定的生理作用。堆积过多具毒性。H2O2

+

O2-

O2+

OH-

+

OHO2、H2O2及ᆞOH等统称为活性氧，性质活泼，氧化作用极为38强烈，对机体危害很大.2392.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

+

H

O2

22RO

+

H

ORH2+

H2O2R

+

2H2O过氧化物酶过氧化物酶1.

过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含4个血红素2H2O22H2O

+

O2过氧化氢酶过氧化氢的清除谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione

peroxidase，GPx)可去除细胞生长和代谢产生的H2O2和过氧化物(R-O-OH)，是体内防止活性氧类损伤主要的酶。H2O2