生物化学七章生物氧化

生物化学七章生物氧化第1页，课件共37页，创作于2023年2月第一节概述

一、生物氧化的特点二、线粒体氧化体系三、非线粒体氧化体系四、参与生物氧化的酶类

物质在生物体内的氧化分解统称为生物氧化。依细胞定位和功能不同可将生物氧化划分为两种体系:①线粒体氧化体系；②非线粒体氧化体系。第2页，课件共37页，创作于2023年2月一、生物氧化的特点

在活的细胞中（pH接近中性、体温条件下），有机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体参与下进行。氧化过程中能量逐步释放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP）截获，再供给机体所需。在此过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释放的能量尽可得到有效的利用。第3页，课件共37页，创作于2023年2月二、线粒体氧化体系线粒体生物氧化/细胞呼吸的定义高等动物和人的线粒体生物氧化大致分为三个阶段线粒体生物氧化的主要生理意义线粒体生物氧化的特点第4页，课件共37页，创作于2023年2月脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-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）共同中间产物进入三羧酸循环,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。大分子降解成基本结构单位

生物氧化的三个阶段第5页，课件共37页，创作于2023年2月线粒体生物氧化的特点化学本质为消耗氧的氧化过程有机物被彻底氧化，氧化的终产物为CO2和H2O氧化反应发生在细胞内，一系列酶参与了反应过程反应是在体温、pH接近中性和有水参与的温和环境中进行的反应过程中所产生的能量逐步释放，并能以ATP的形式偶联起来，供机体生命活动所需CO2的生成是有机酸脱羧的结果，水是有机物脱下的氢经特定复杂的传递过程最终与氧化合的产物正常机体对于能量的生成、储存和利用具有精细的调节机制，机能完全满足需要又不致造成浪费第6页，课件共37页，创作于2023年2月三、非线粒体氧化体系分类：主要包括发生在光滑内质网中的微粒体氧化体系和存在于微体中的过氧化体氧化体系。主要的生理意义：处理和消除环境污染物、化学致癌物、药物和毒物以及体内代谢有害物等。第7页，课件共37页，创作于2023年2月四、参与生物氧化的酶类（一）参与线粒体生物氧化体系的酶类氧化酶类需氧脱氢酶类不需氧脱氢酶类：以NAD+（或NADP+）为辅酶的不需氧脱氢酶类；以FMN（或FAD）为辅基的不需氧脱氢酶类（二）参与非线粒体氧化体系的酶类加单氧酶类、过氧化物酶类、超氧化物岐化酶类第8页，课件共37页，创作于2023年2月第二节生物氧化中二氧化碳的生成

方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。

类型：直接脱羧作用：α-脱羧和β-脱羧氧化脱羧作用：α-氧化脱羧和β-氧化脱羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH

O丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶CH2-NH2R第9页，课件共37页，创作于2023年2月第三节、线粒体氧化体系

一、线粒体结构特点二、电子传递呼吸链的概念三、呼吸链的组成四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化五、呼吸链的作用六、能量的储存和利用第10页，课件共37页，创作于2023年2月线粒体结构第11页，课件共37页，创作于2023年2月线粒体呼吸链

线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链（eclctrontransferchain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。第12页，课件共37页，创作于2023年2月呼吸链的组成1.NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶类2.黄素蛋白酶类3.辅酶Ｑ（泛醌）4.铁-硫蛋白类5.细胞色素类递氢体递电子体第13页，课件共37页，创作于2023年2月烟酰胺脱氢酶类

特点：以NAD+

或NADP+为辅酶，存在于线粒体、基质或胞液中。

传递氢机理:NAD(P)++2H++2eNAD(P)H+H+第14页，课件共37页，创作于2023年2月黄素蛋白酶类

特点：以FAD或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白类别：黄素脱氢酶类（如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）需氧脱氢酶类（如L—氨基酸氧化酶）加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）递氢机理：FAD(FMN)+2HFAD(FMN)H2第15页，课件共37页，创作于2023年2月铁硫蛋白

+e

传递电子机理：Fe3+Fe2+

-e

特点：含有Fe和对酸不稳定的S原子，Fe和S常以等摩尔量存在（Fe2S2,Fe4S4)，构成Fe—S中心，Fe与蛋白质分子中的4个Cys残基的巯基与蛋白质相连结。第16页，课件共37页，创作于2023年2月铁硫蛋白的结构及递电子机理SFe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+e第17页，课件共37页，创作于2023年2月CoQ

特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由泳动。

+2H

传递氢机理：CoQCoQH2

－2H第18页，课件共37页，创作于2023年2月CoQ的结构和递氢原理CoQ+2HCoQH2第19页，课件共37页，创作于2023年2月细胞色素

传递电子机理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+－e－e

特点：以血红素（heme）为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉。

类别:根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸链中的中为电子传递体，a和a3以复合物物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu

，可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧化酶。第20页，课件共37页，创作于2023年2月细胞色素血红素的结构传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+e波长/nm

还原型Cytc的吸收光谱第21页，课件共37页，创作于2023年2月NADH呼吸链NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等复合物II复合物IV复合体I复合物IIINADH脱氢酶细胞色素还原酶细胞色素氧化酶琥珀酸-辅酶Q还原酶FADH2呼吸链第22页，课件共37页，创作于2023年2月NADH呼吸链电子传递和水的生成H2O12O2O2-MH2还原型代谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+细胞色素b-c-c1-aa3

FeS2H+M氧化型代谢底物FADH2呼吸链电子传递和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸

FeS2Fe2+2Fe3+细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2e第23页，课件共37页，创作于2023年2月呼吸链中电子传递时自由能的下降FADH22e-NADH第24页，课件共37页，创作于2023年2月呼吸链的作用（一）代谢水的生成

代谢物脱下的氢（2H++2e）通过递氢体和递电子体的连续传递最终使氧激活（1/2O2+2eO2-），活化的氧（O2-）与介质中的两个质子（2H+）化合成水，完成呼吸链的一次全程传递。（二）能量的生成氧化磷酸化第25页，课件共37页，创作于2023年2月

氧化磷酸化作用1、

氧化磷酸化和磷氧比（P/O）的概念2、氧化磷酸化的偶联机理3、氧化磷酸化的影响因素4、化学渗透学说

第26页，课件共37页，创作于2023年2月氧化磷酸化

代谢物脱下的氢在呼吸链一系列氢转移和电子传递的氧化过程中释放的能量使ADP磷酸化生成ATP的过程叫做氧化磷酸化。类别：

底物水平磷酸化P121电子传递水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化过程中释放出的自由能第27页，课件共37页，创作于2023年2月磷氧比（P/O

）

呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数。NADHFADH2O212H2OH2O例实测得NADH呼吸链：P/O~3ADP+PiATP实测得FADH2呼吸链：P/O~2O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP第28页，课件共37页，创作于2023年2月2、氧化磷酸化的偶联部位H2O2H+CytcCytcCytcQFMNFeSFeSCytc1CytbKCytbrCytaFeSCyta32e-2e-NADH+H+NAD+O2+2H+H2O4H+2H+2H+复合物III12第29页，课件共37页，创作于2023年2月3、氧化磷酸化的影响因素呼吸链抑制剂

有些物质以专一的结合部位抑制呼吸链的正常传递，影响氧化磷酸化作用，从而妨碍或破坏能量的供给。解偶联剂解除氧化磷酸化的偶联作用的物质，称为解偶联剂。离子载体抑制剂有些物质可与K+或Na+形成脂溶性复合物，将线粒体内的K+转移到胞液。这种转移过程消耗了生物氧化过程释放的能量，从而抑制了ADP+Pi生成ATP的磷酸化作用。底物水平磷酸化第30页，课件共37页，创作于2023年2月内膜F0F1ATP酶e-ADP+Pi底物H+ATPH+H+H+基质膜间隙电子传递链电子传递的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成H+跨线粒体内膜的电化学梯度，这个梯度的电化学势(ΔH+)驱动ATP的合成。化学渗透假说

(chemiosmotichypothasis)第31页，课件共37页，创作于2023年2月化学渗透假说原理示意图4H+2H+2H+4H+NADH+H+2H+2H+2H+

ADP+PiATP高质子浓度H2O2e-+++++++++__________质子流线粒体内膜磷酸化

氧化

第32页，课件共37页，创作于2023年2月能量的储存和利用生物体内能量的生成、储存和利用总是围绕着ADP磷酸化的吸能反应和ATP水解的方能反应进行的。当机体能量供大于求时，ATP在磷酸肌酸激酶的作用下，将其所含能量转移给肌酸以磷酸肌酸的形式储存起来。当机体能量供不应求时，