课件生物化学-第六章 生物氧化（1-2节）

第一节生物氧化概述11/21/20231教学大纲了解：新陈代谢的含义及能量代谢的根本规律；高能化合物的种类及其作用；CO2生成的方式掌握：呼吸链的组成、顺序及递氢递电子的机制；氧化磷酸化的概念、种类及其作用机制；胞液中NADH进入线粒体的两种穿梭机制。重点、难点：四种复合体所构成的两条呼吸链：(NADH,FADH2)的顺序；氧化磷酸化的概念、种类及化学渗透假说的内容.11/21/20232〔二〕实质：生物细胞利用氧气对细胞内的有机物质糖、脂肪和蛋白质〕进行氧化分解产生CO2和H2O并释放出能量的过程。一、生物氧化〔一〕概念：有机物在生物体内的氧化作用称为生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为细胞呼吸、组织呼吸或内呼吸。11/21/20233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，其中一局部通过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成根本结构单位

生物氧化的三个阶段11/21/20234生物氧化的特点:生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反响条件温和〔水溶液，中性pH和常温〕。氧化进行过程中，必然伴随生物复原反响的发生。水是许多生物氧化反响的氧供体。通过加水脱氢作用直接参予了氧化反响。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。11/21/20235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，每一步反响的产物都可以别离出来。这种逐步进行的反响模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。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。11/21/20236〔三〕：生物氧化与体外燃烧的特点比较

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11/21/20237〔四〕生物氧化的种类：1、根据有无氧的参与有氧氧化：有O2参与，产物为CO2、H2O,底物氧化完全，产能多无氧氧化：无O2参与，产物为乙醇、乳酸等,底物氧化不完全，产能少11/21/20238微〔非线〕粒体氧化体系：与ATP的生成无关，光滑内质网上发生，机体对非营养物质发生的生物转化，与机体排毒及排出异物有关。2、根据发生场所线粒体氧化体系：与ATP的生成有关，产能的氧化作用，线粒体内发生〔原核生物在质膜上发生〕。11/21/20239二生物氧化的酶类1脱氢酶类2NADH脱氢酶类及其它黄素蛋白酶类3需氧脱氢酶4细胞色素酶类5加氧酶类11/21/202310三能量代谢的一般规律1.能量代谢在新陈代谢中的重要作用2.氧化复原电势与自由能3.电势与自由能的关系11/21/202311生物体能量代谢与整个自然界一样，也要完全服从热力学定律.如A+BC+DΔG=(GC+GD)-(GA+GB)ΔG=ΔG0+RTln[C][D]/[A][B]ΔG<0ΔG=0ΔG>0反响到达平衡反响自发进行反响不能自发进行11/21/202312四高能化合物和高能磷酸键高能化合物：在生化反响中,某些化合物自由能特多者,即随水解反响或集团转移反响可放出大量的自由能的称为高能化合物;＞20.92KJ/mol或5Kc.高能磷酸键：把磷酸化合物水解时释放出大量能量的磷酸键称高能磷酸键，常用~P表示,含有高能磷酸键的化合物称为高能磷酸化合物.ATP+H2OADP+PiΔG0’=-30.5KJ/molADP+H2OAMP+PiΔG0’=-30.5KJ/molAMP+H2O腺苷+PiΔG0’=-14.2KJ/mol。11/21/202313〔一〕高能磷酸化合物种类：1.定义：在生化反响过程中释放5000卡/mol(20.92kJ/mol)及以上自由能的磷酸化合物。2.分类：酰基磷酸化合物：1,3-BP-甘油酸；磷氧键型：磷酸酐(焦磷酸)：ATP、UTP、CTP、PPi等烯醇磷酸：PEP；

磷氮键型：磷酸胍类：磷酸肌酸。硫酯键型：活性硫酸基如乙酰CoA、脂酰CoA等甲硫键型：活性甲硫氨酸11/21/20231411/21/2023154、甲硫键型11/21/2023163.ATP的结构特性11/21/202317ATP作为体内能量货币的原因：〔1〕ATP含有两个高能磷酸键，〔2〕ATP水解产物具有更大的共振稳定性，其水解产物ADP3-和Pi的某些电子的能量水平远远小于ATP。〔3〕中性条件下H+的低浓度导致ATP4-向分解方向进行。11/21/202318ATP是体内能量利用与贮存的主要形式，是能量转换的中心11/21/202319高能化合物之间的转换

GDP核苷二磷酸激酶GTPATP+UDPADP+UTPCDPCTPADP累积时，也可产生ATP：

ADP+ADPATP+AMP腺苷酸激酶11/21/202320

磷酸肌酸--ATP在脑、肌肉中的储存形式.11/21/202321五呼吸链的组成及作用机制呼吸链(respiratorychain)：又叫电子传递链,存在于线粒体内膜上的，由供氢体，传递体、受氢体及相应的酶系统组成的，电子从NADH(或FADH2)到O2生物氧化复原链称为呼吸链。

呼吸链存在于线粒体内膜上，电子载体主要有：黄素蛋白、辅酶Ⅰ，细胞色素、辅酶Q、铜原子、铁硫蛋白。11/21/202322〔二〕呼吸链上的复合物主要由四种蛋白质复合体组成。复合体Ⅰ-NADH-Q复原酶或NADH脱氢酶复合体Ⅱ-琥珀酸-Q复原酶或琥珀酸脱氢酶复合体Ⅲ-细胞色素复原酶或辅酶Q细胞色素c复原酶复合体Ⅳ-细胞色素氧化酶NADH呼吸链：由复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cytc组成FADH2呼吸链：由复合体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cytc组成11/21/202323NADH呼吸链:FADH2呼吸链:11/21/202324(2)组成呼吸链由许多个组分组成，参加呼吸链的氧化复原酶有烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋白类、细胞色素类、辅酶Q类等。11/21/2023251.NADH-Q复原酶，也称NADH脱氢酶，哺乳动物的复合物Ⅰ由42条肽链组成，呈L型，含有一个FMN和至少6个铁硫蛋白，以二聚体形式存在作用:是催化NADH的2个电子传递至辅酶Q，同时将4个质子由线粒体基质〔M侧〕转移至膜间隙〔C侧〕。11/21/202326复合物Ⅰ的结构与电子传递过程NADHFMN，Fe-SCoQ11/21/202327铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递，有FeS、2Fe-2S和4Fe-4S三种类型11/21/202328

CysSSSCys

Fe3+

Fe3+

CysSSSCys

CysSSSCys

Fe3+

Fe2+

CysSSSCys

+e-11/21/202329琥珀酸-Q复原酶至少由4条肽链组成，含有一个FAD，2个铁硫蛋白(Fe-S)作用:是催化电子从琥珀酸转至辅酶Q，但不转移质子。11/21/202330电子传递的方向为：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。11/21/202331泛醌〔ubiquinone,Q〕亦称辅酶Q〔CoenzymeQ,CoQ〕人体中：CoQ101.含有很多异戊二烯侧链的醌类化合物2.脂溶性，可在线粒体内膜中移动3.是电子传递体中唯一可游离存在的电子载体〔无蛋白〕

11/21/2023323.细胞色素c复原酶以二聚体形式存在，每个单体包含两个细胞色素b〔b562、b566〕、一个细胞色素c1和一个铁硫蛋白。作用:是催化电子从辅酶Q传给细胞色素c，每转移一对电子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。11/21/202333Q循环11/21/202334细胞色素〔cytochrome,cyt〕

是以铁卟啉〔血红素〕为辅基的蛋白质〔有颜色〕，高等动物线粒体呼吸链中主要含有5种细胞色素a、a3、b、c、c1等，细胞色素b,c1,c的辅基都是铁-原卟啉Ⅳ，细胞色素a、a3的辅基为血红素A。11/21/202335复合物ⅣCytc氧化酶每个单体由至少13条不同的肽链组成，分为三个亚单位：I包含两个血红素〔a、a3〕和一个铜蛋白(CuB);Ⅱ包含两个铜离子(CuA)构成的双核中心，其结构与2Fe-2S相似;Ⅲ的功能尚不了解。每转移一对电子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。CuA

a

a3

CuBCyt

cO211/21/202336铜原子：位于线粒体内膜的一个蛋白质上，形成类似于铁硫蛋白的结构，通过Cu2+、Cu1+的变化传递电子。Cu2++eCu+11/21/202337呼吸链的组成复合体酶名称多肽链数辅基复合体ⅠNADH-泛醌还原酶42FMN,Fe-S复合体Ⅱ琥珀酸-泛醌还原酶4FAD,Fe-S复合体Ⅲ泛醌-细胞色素c还原酶11铁卟啉,Fe-S复合体Ⅳ细胞色素c氧化酶13铁卟啉,Cu人体线粒体呼吸链复合体

辅酶Q与细胞色素c不包含在内11/21/20233811/21/202339线粒体呼吸链11/21/202340线粒体结构11/21/202341线粒体结构模式图线粒体嵴的分子组成11/21/202342线粒体的结构呼吸链11/21/202343Q内外膜间隙侧基质侧线粒体内膜IⅡⅢⅣCytcNADH+H+NAD+e-e-e-e-1/2O2+2H+H2Oe-琥珀酸延胡素酸呼吸链电子传递示意图4H+4H+2H+11/21/20234411/21/20234511/21/2