第七章 生物氧化

第七章生物氧化BiologicalOxidation一、生物氧化的概念物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成CO2

和H2O的過(guò)程。二、生物氧化的特點(diǎn)在體溫、近于中性的含水環(huán)境中由酶催化。能量逐步釋放，部分存于ATP。3.分為線粒體氧化體系和非線粒體氧化體系。生物氧化與體外燃燒的比較反應(yīng)條件

溫和

劇烈反應(yīng)過(guò)程逐步進(jìn)行的酶促反應(yīng)

一步完成能量釋放

逐步進(jìn)行

瞬間釋放CO2生成方式有機(jī)酸脫羧

碳和氧結(jié)合H2O

需要

不需要

生物氧化體外燃燒三、生物氧化所討論的問(wèn)題1、CO2是如何生成的？2、H2O是如何生成的？3、ATP是如何產(chǎn)生的？(1)為什么NADH+H+----2.5分子ATP，而FADH2---1.5分子ATP？

----氧化還原電位；質(zhì)子回流理論；（2）NADH和FADH2呼吸鏈?zhǔn)侨绾萎a(chǎn)生ATP？

----旋轉(zhuǎn)催化理論；直接脫羧：CH3CCOOHOCH3CHO+

CO2丙酮酸脫羧酶氧化脫羧：HOOCCH2CHOHCOOHCH3CCOOH

+

CO2NAD+NADH

+

H+O（一)、CO2的生成蘋(píng)果酸丙酮酸（二）、H2O的生成MH2M

NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ遞氫體遞氫體H2還原型Fe2+Cyt遞電子體b,c1,c,aa3氧化型Fe3+?

O2O2-H2O2H+2e脫氫酶?jìng)鬟f體氧化酶（三）、ATP的生成英國(guó)生物化學(xué)家PeterMitchell獲得1978年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1、高能化合物：

在標(biāo)準(zhǔn)條件下(pH7，25℃，1mol/L)發(fā)生水解時(shí)，可釋放出大量自由能的化合物。習(xí)慣上把“大量”定義為5kcal/mol(即20.92kJ/mol)以上。2、高能磷酸化合物：

分子中含磷酸基團(tuán)，它被水解下來(lái)時(shí)釋放出大量的自由能，這類高能磷酸化合物。3、高能鍵：

高能鍵常用符號(hào)“~

”表示ATP的結(jié)構(gòu)

ATP為生物界的“能量貨幣”，它是生命活動(dòng)中最重要的能量供體。高能化合物磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氮型硫酯鍵化合物甲硫鍵化合物烯醇磷酸化合物?；姿峄衔锝沽姿峄衔锉菊轮饕獌?nèi)容?第一節(jié)、電子傳遞鏈?第二節(jié)、氧化磷酸化?第三節(jié)、其它末端氧化酶系統(tǒng)（自學(xué)）Electrontransferchain第一節(jié)、電子傳遞鏈一、電子傳遞鏈（呼吸鏈）*定義代謝物脫下的成對(duì)氫原子（2H）通過(guò)多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。*組成遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）Anelectronmicrographofmitochondrion呼吸鏈（電子傳遞鏈）的類型根據(jù)接受氫的初受體不同，典型的呼吸鏈有兩種：

?NADH呼吸鏈

?FADH2呼吸鏈H2O12O2O2-MH2還原型代謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

細(xì)胞色素b-c1-c-aa3

FeS2H+M氧化型代謝底物2eH2OFADFADH2琥珀酸

FeS2Fe2+2Fe3+

細(xì)胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2eNADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈

組分

作用1、尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸遞氫體

（NAD+和NADP+

）2、黃素蛋白遞氫體（輔基為FAD和FMN）3、鐵硫蛋白（Fe-S）單電子傳遞體4、輔酶Q（CoQ）

遞氫體5、細(xì)胞色素類單電子傳遞體呼吸鏈的組成ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜e-e-e-e-e-呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置*四個(gè)蛋白復(fù)合體：復(fù)合體Ⅰ～Ⅳ*兩個(gè)可靈活移動(dòng)的成分：泛醌（Q）和細(xì)胞色素C?復(fù)合體Ⅰ：NADH脫氫酶（NADH一泛醌還原酶）?復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸脫氫酶（琥珀酸一泛醌還原酶）?復(fù)合體Ⅲ：細(xì)胞色素b、c1復(fù)合體（細(xì)胞色素還原酶）?復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素氧化酶復(fù)合體Ⅰ～Ⅳ復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2

泛醌(ubiquinone,UQ)輔酶Q（CoenzymeQ，CoQ），屬于脂溶性醌類化合物CoQ+2HCoQH2復(fù)合體Ⅱ的功能琥珀酸

延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

QH2→

→Cytcb562;b566;Fe-S;c1復(fù)合體Ⅲ的功能還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB復(fù)合體Ⅳ的功能呼吸鏈中電子傳遞有著嚴(yán)格的方向和順序FADH2呼吸鏈呼吸鏈中傳遞體的順序NADH呼吸鏈?自由能變化(△G0′)：在體外標(biāo)準(zhǔn)條件下（PH7，溫度25℃時(shí)），大于30.5kJ即可生成1摩爾ATP。

△G0′＝－nF△E0′生成1摩爾ATP需多少能量？已知n=2；F=96.48KJ/V·mol△E0′=？0.158V能生成ATP的部位？69.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ大約40-50kJ即可生成1摩爾ATP。

△G0′＝－nF△E0′生成1摩爾ATP需多少能量？已知n=2;F=96.48KJ/V·mol△E0′=？0.21-0.26V在生理?xiàng)l件下？電子傳遞抑制劑魚(yú)藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥

×抗霉素A二巰基丙醇CO、CN-、N3-及H2S××NADFPQbcaa3NADFPQbcaa3抗霉素A的抑制部位呼吸鏈的比擬圖解Oxidativephosphorylation第二節(jié)、氧化磷酸化一、氧化磷酸化的概念:

是指細(xì)胞內(nèi)伴隨有機(jī)物氧化，利用生物氧化過(guò)程中釋放的自由能，促使ADP與無(wú)機(jī)磷酸結(jié)合生成ATP的過(guò)程。二、氧化磷酸化的類型:（1）底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation):X~P+ADP→ATP+X（1）、1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP

（2）、磷酸烯醇式丙酮酸+ADP烯醇式丙酮酸+ATP

（3）、琥珀酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酸+CoA+GTP底物水平磷酸化僅見(jiàn)于下列三個(gè)反應(yīng)：磷酸甘油酸激酶

丙酮酸激酶琥珀酰CoA硫激酶（2）氧化磷酸化：

(oxidativephosphorylation)NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→a→a3→O2PPP2.5ADP

2.5ATPNADH的P/O=2.5

FADH2的P/O=1.5氧化磷酸化的P/O比P/O(磷氧比)：在生物氧化過(guò)程中，每消耗1個(gè)氧原子所產(chǎn)生的ATP的分子數(shù)或一對(duì)電子通過(guò)呼吸鏈傳遞至O2所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。三、氧化磷酸化的機(jī)理比較著名的假說(shuō)有三個(gè)：

?化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)

?構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)?化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)目前得到公認(rèn)的是“化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)”。英國(guó)生物化學(xué)家PeterMitchell（1961年）化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)Chemiosmotichypothesis

（1）電子傳遞體在線粒體內(nèi)膜上有著不對(duì)稱分布，

遞氫體和遞電子體交替排列，催化是定向的；化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)Chemiosmotichypothesis

（2）復(fù)合物I、III、IV將H+從基質(zhì)內(nèi)泵向內(nèi)膜的外側(cè)，而將電子傳向其后的電子傳遞體；化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)Chemiosmotichypothesis

（3）內(nèi)膜對(duì)質(zhì)子不具有通透性，這樣在內(nèi)膜兩側(cè)形成質(zhì)子濃度梯度，這就是推動(dòng)ATP合成的原動(dòng)力；化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)Chemiosmotichypothesis

（4）當(dāng)存在足夠高的跨膜質(zhì)子化學(xué)梯度時(shí)，強(qiáng)大的質(zhì)子流通過(guò)F1-F0-ATPase進(jìn)入基質(zhì)時(shí)，釋放的自由能推動(dòng)ATP合成。ATP合酶化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)Chemiosmotichypothesis

ATP合酶作用機(jī)理化學(xué)計(jì)算估計(jì)每生成1分子ATP需3個(gè)H＋從線粒體內(nèi)膜外側(cè)回流進(jìn)入基質(zhì)中。ATP4-F0F1胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-

每分子ATP在線粒體中生成并轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿需4個(gè)H＋回流進(jìn)入線粒體基質(zhì)中。

根據(jù)當(dāng)前最新測(cè)定，

H＋經(jīng)復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)泵出到內(nèi)膜外側(cè)時(shí)，一對(duì)電子泵出的質(zhì)子數(shù)依次為4、2、4，而每分子ATP在線粒體中生成并轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿需4H＋個(gè)回流進(jìn)入線粒體基質(zhì)中。?NADH氧化呼吸鏈每傳遞2H僅生成2.5分子ATP?FADH2氧化呼吸鏈每傳遞2H僅生成1.5分子ATP結(jié)論：四、影響氧化磷酸化的因素1、呼吸鏈抑制劑阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2、解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過(guò)程脫離。如：

2,4－二硝基苯酚，解偶聯(lián)蛋白。3、氧化磷酸化抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素呼吸鏈抑制劑阿米妥、異戊巴比妥魚(yú)藤酮、粉蝶霉素A

CO、H2SCN-、N3-

抗霉素A、二巰基丙醇（BAL）2,4-二硝基苯酚的解偶聯(lián)作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜外內(nèi)ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能

H+H+ADP+PiATP*使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能以熱能的形式被消耗。解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制寡霉素作用機(jī)制寡霉素*阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成五、通過(guò)線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)胞