生物化學(xué) 第十章 生物氧化課件

第十章生物氧化維持生命活動(dòng)的能量來(lái)源光能（太陽(yáng)能）：植物和某些藻類(lèi)，通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)變成生物能?；瘜W(xué)能：動(dòng)物和多數(shù)微生物，通過(guò)生物氧化作用將有機(jī)物質(zhì)存儲(chǔ)的化學(xué)能釋放出來(lái)，并轉(zhuǎn)變成生物能（ATP傳遞）。ATP生成形式光和磷酸化非氧化磷酸化氧化磷酸化（呼吸鏈氧化磷酸化底物氧化磷酸化）脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)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間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位

生物體內(nèi)能量產(chǎn)生的三個(gè)階段生物氧化的特點(diǎn)1、酶促氧化過(guò)程、反應(yīng)條件溫和2、氧化與還原相偶聯(lián)3、質(zhì)子和電子由載體傳遞到氧生成水4、分步進(jìn)行：有利于提高能量利用率5、氧化磷酸化一、氧化—還原電勢(shì)鋅片溶解Zn2+進(jìn)入溶液銅沉積Cu2+得電子e提供電子（還原劑）負(fù)極得到電子（氧化劑）正極標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極勢(shì)為0，25℃、1大氣壓氫壓力、H+活度為1M、pH=0每個(gè)電極都有自己的標(biāo)準(zhǔn)電極勢(shì)，有的為正，有的為負(fù)。鋅電極為---0.76銅電極為+0.34將任何一對(duì)氧化還原物質(zhì)的氧化還原對(duì)連在一起，都有氧化還原電位的產(chǎn)生。如果將氧化還原物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成原電池，即可測(cè)出氧化還原電勢(shì)。標(biāo)準(zhǔn)氧還原電勢(shì)用E°表示。E°值愈大，獲得電子的傾向愈大；E°愈小，失去電子的傾向愈大化學(xué)反應(yīng)自由能的變化和

氧化-還原電勢(shì)的關(guān)系氧化-還原反應(yīng)自由能的變化與標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)的關(guān)系如下：

ΔG°′=－nFΔE°′

ΔE°′=E0正極—E0負(fù)極NADH+H++1/2O2====NAD++H2O

正極反應(yīng)：1/2O2+2H++2e

H2O

E+°′

0.82負(fù)極反應(yīng)：NAD++H++2eNADH

E-°′-0.3ΔG°′-nFΔE°′

-2×96485×[0.82-(-0.32)]

-220KJ·mol-1

線(xiàn)粒體二、電子傳遞和氧化呼吸鏈（一）電子傳遞過(guò)程按照電子的親和力遞增的順序傳遞電子的傳遞僅發(fā)生在相鄰傳遞體之間E0’決定電子流動(dòng)方向（三）電子傳遞鏈（四）電子傳遞鏈的組成成分

1、NADH-Q還原酶（NADH脫氫酶、復(fù)合體Ⅰ）電子傳遞：NADHFMNFe-SCoQ鐵硫蛋白（Fe-S）

（非血紅素蛋白）與電子傳遞有關(guān)與其他遞氫體或電子傳遞體結(jié)合成復(fù)合物存在（四）電子傳遞鏈的組成成分2、輔酶Q

（CoQ、Q、泛醌）不同種類(lèi)CoQ側(cè)鏈異戊二烯基數(shù)目不同脂溶性輔酶、可在脂雙層中擴(kuò)散與蛋白質(zhì)結(jié)合不緊密靈活的電子載體輔酶-Q的功能還原成QH2氧化成Q電子和質(zhì)子的傳遞體CoQ和電子傳遞體的碰撞是電子傳遞的前提和條件（四）電子傳遞鏈的組成成分3、琥珀酸—Q還原酶（復(fù)合體Ⅱ）

嵌在線(xiàn)粒體內(nèi)膜（包括琥珀酸脫氫酶）電子傳遞：FADH2Fe-SCoQUbiquinone(Q)acceptselectronsfrombothNADHandFADH2intherespiratorychainMoviecomplex2（四）電子傳遞鏈的組成成分4、細(xì)胞色素還原酶（復(fù)合體Ⅲ）cytochrome,Cyt是含鐵的Pr以血紅素為輔基電子傳遞蛋白還原型Cyt有光譜吸收現(xiàn)象通過(guò)Fe3+

Fe2+互變起傳遞電子的作用電子傳遞：CoQCytcCyta：輔基是血紅素ACytb：------------------BCytc：------------------C——卟啉的側(cè)鏈基團(tuán)不同Cyt的鐵卟啉一般以非共價(jià)鍵與酶蛋白結(jié)合Cytc例外，以硫醚鍵共價(jià)結(jié)合ReducedcytochromeshasthreeabsorptionbandsinthevisiblewavelengthsCyta:~600nmCytb:~560nmCytc:~550nm細(xì)胞色素還原酶（CoQ-細(xì)胞色素c還原酶）Cytb562/bHCytb566/bLCytc1Cytb硫醚鍵c型Cytb型Cyt為乙烯基所處多肽環(huán)境不同Cytochromebc1complex(complexIII)（四）電子傳遞鏈的組成成分5、細(xì)胞色素c（cytc）單一多肽鏈易溶于水與Cytc1含相同輔基，但蛋白組成不同無(wú)血紅素Cytc（細(xì)胞溶膠）內(nèi)外膜間隙（Cytc合成酶）

成熟Cytc（構(gòu)象變化）線(xiàn)粒體外膜通道×Cytc功能：傳遞電子復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體ⅣQ循環(huán)Moviecomplex3（四）電子傳遞鏈的組成成分6、細(xì)胞色素氧化酶（Cytc氧化酶、復(fù)合體Ⅳ）位于線(xiàn)粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物活性部分主要包括cyta和a3Cytaa3復(fù)合體(細(xì)胞色素c氧化酶)除含2個(gè)鐵卟啉，還含2個(gè)銅原子(Cu+

Cu2+)Thethreecriticalsubunitsofcytochromeoxidase

Cua-CuA聚族a3-CuB聚族Moviecomplex4Movieaswhole（五）電子傳遞抑制劑——阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)；氧化作用受阻、能量釋放減少魚(yú)藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞；抗霉素A抑制電子從Cytb到Cytc1的傳遞；氰化物、疊氮化物、CO等阻斷電子由Cytaa3傳遞到氧OxidizedReducedReducedOxidizedReducedElectroncarriersmayhaveanorderofincreasingE`0從NADH到分子氧每一電子傳遞體得電子的傾向逐漸增大kineticsofoxidation.三、氧化磷酸化作用代謝物的氧化（脫氫）作用與ADP的磷酸化反應(yīng)偶聯(lián)生成ATP的過(guò)程。部位：線(xiàn)粒體內(nèi)膜（真核）胞漿膜（原核細(xì)胞）數(shù)目、形狀因細(xì)胞而異底物磷酸化沒(méi)有氧的參與分子內(nèi)部所含能量重新分配，生成高能磷酸鍵也稱(chēng)代謝物水平磷酸化（一）線(xiàn)粒體膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩層膜結(jié)構(gòu)：外膜和內(nèi)膜

外膜平滑、有彈性

內(nèi)膜有許多向內(nèi)折疊的突起（嵴）

外膜脂質(zhì)多、密度小

內(nèi)膜Pr含量高、密度稍大

對(duì)代謝物的通透性不同、酶的分布不同（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制1、ATP的合成部位NADH氧化過(guò)程中有三個(gè)反應(yīng)G’值大于30.5kJ/molNADHFMNcytbcytc1cytaa3

O2-55.6kJ/mol-34.7kJ/mol-102.1kJ/mol復(fù)合物ⅣCytc氧化酶復(fù)合物Ⅲ泛醌Cytc還原酶

復(fù)合物ⅠNADH脫氫酶NADH+H++?O2H2O+NAD+ΔG°'=-220kJ/mol電子通過(guò)線(xiàn)粒體呼吸鏈傳遞到O2的過(guò)程中，釋放出大量能量；這種電子傳遞過(guò)程的釋能反應(yīng)與ADP和磷酸合成ATP的需能反應(yīng)相偶聯(lián)，是ATP形成的基本機(jī)制。從NADHO2產(chǎn)生2.5個(gè)ATP從FADH2

O2產(chǎn)生1.5個(gè)ATPP/O比值—消耗1摩爾氧有多少無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化為有機(jī)磷—一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳至氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)

反映氧化磷酸化的效率化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō)2、有關(guān)氧化磷酸化機(jī)理的幾種假說(shuō)

（1）化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)（1953年）（掌握要點(diǎn)）chemicalcouplinghypothesis

認(rèn)為電子傳遞反應(yīng)釋放的能量通過(guò)一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)形成高能共價(jià)中間物，最后將其能量轉(zhuǎn)移到ADP中形成ATP。AH2+B+I-OHAI+BH2+OH-AI+X-H+OH-

X

I+A+H2O

XI+P-OHXP+I-OH

XP+ADPATP+X-HAH2+B+ADP+P-OHA+BH2+ATP+H2O

（2）構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)（1964）

conformationalcouplinghypothesis

認(rèn)為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線(xiàn)粒體內(nèi)膜的蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能構(gòu)象，這種高能形式通過(guò)ATP的合成而恢復(fù)其原來(lái)的構(gòu)象。迄今未能分離出這種高能蛋白質(zhì)。但在電子傳遞過(guò)程中蛋白質(zhì)組分的構(gòu)象變化還是存在的。

（3）化學(xué)滲透假說(shuō)：a.線(xiàn)粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€(gè)質(zhì)子泵b.電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時(shí)釋放出來(lái)的能量，用于驅(qū)動(dòng)膜內(nèi)側(cè)的H+遷移到膜外側(cè)（內(nèi)膜對(duì)H+是不通透的），在膜內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生了跨膜質(zhì)子梯度和電位梯度c.

在膜內(nèi)外勢(shì)能差的驅(qū)動(dòng)下，膜外高能質(zhì)子沿著一個(gè)特殊通道（ATP合酶組成部分），跨膜回到膜內(nèi)側(cè)。質(zhì)子跨膜過(guò)程中釋放的能量，直接驅(qū)動(dòng)ADP和磷酸合成ATP超聲波處理嵴重新封閉形成亞線(xiàn)粒體泡內(nèi)膜外翻尿素胰蛋白酶保留電子傳遞功能喪失合成ATP功能氧化磷酸化恢復(fù)①線(xiàn)粒體內(nèi)膜組份完整②電子傳遞伴隨質(zhì)子泵出③質(zhì)子梯度破壞引起氧化磷酸化解偶聯(lián)④TheartificiallyimposedprotongradientalonewasfoundtodriveATPsynthesis!支持化學(xué)滲透假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)：氧化磷酸化作用的進(jìn)行需要封閉的線(xiàn)粒體內(nèi)膜存在。線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)H+OH-K+

Cl-都是不通透的。破壞H+

濃度梯度的形成（用解偶聯(lián)劑或離子載體抑制劑）必然破壞氧化磷酸化作用的進(jìn)行。線(xiàn)粒體的電子傳遞所形成的電子流能夠?qū)+

從線(xiàn)粒體內(nèi)膜逐出到線(xiàn)粒體膜間隙。大量直接或間接的實(shí)驗(yàn)證明膜表面能夠滯留大量質(zhì)子，并且在一定條件下質(zhì)子能夠沿膜表面迅速轉(zhuǎn)移。迄今未能在電子傳遞過(guò)程中分離出一個(gè)與ATP形成有關(guān)的高能中間化合物，亦未能分離出電子傳遞體的高能存在形式。

H+如何通過(guò)電子傳遞鏈“泵”出的？（三）質(zhì)子梯度的形成（耗能過(guò)程）（四）ATP合成機(jī)制——ATP酶復(fù)合體線(xiàn)粒體內(nèi)膜表面有一層規(guī)則地間隔排列著的球狀顆粒，稱(chēng)為ATP酶復(fù)合體/ATP合酶，是ATP合成的場(chǎng)所。結(jié)構(gòu)：頭部：ATP合酶（F1）柄部：棒狀Pr，對(duì)寡霉素敏感（OSCP）基底部：疏水Pr，與內(nèi)膜連接（FO）頭部含5種不同的亞基（3、3、1、1

、1

）OSCP是能量轉(zhuǎn)換通道F0與線(xiàn)粒體電子傳遞系統(tǒng)連接（質(zhì)子通道）Movie

ATPsyntheseThe18Oexperiment:TheG`0forATPsynthesisonpurifiedF1

isclosetozero!

(PaulBoyer)無(wú)質(zhì)子梯度質(zhì)子梯度的作用：不是形成ATP；而是使ATP從酶分子釋放結(jié)合變化機(jī)制（binding-changemechanism）O：開(kāi)放形式，對(duì)底物親和力極低L：與底物結(jié)合松弛，無(wú)催化能力T：與底物結(jié)合緊密，有催化活性線(xiàn)粒體ATP酶(五)線(xiàn)粒體兩條呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈——細(xì)胞內(nèi)主要的呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈由琥珀酸脫氫酶復(fù)合體、CoQ和Cyt組成

FAD、Fe-S、Cytb558需要氧的參與；消耗氧、ADP和無(wú)機(jī)磷酸生成ATP；

電子傳遞水平的磷酸化線(xiàn)粒體呼吸鏈1、解偶聯(lián)劑（uncoupler）——使電子傳遞和ATP形成兩個(gè)過(guò)程分離；不抑制電子傳遞，只抑制ATP形成；使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能變?yōu)闊崮埽?/p>