十二次生物氧化與氧化磷酸化一

十二次生物氧化與氧化磷酸化一第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)磷酸戊糖途徑一、磷酸戊糖途徑的反應歷程二、磷酸戊糖途徑的化學計量與反應特點三、磷酸戊糖途徑的意義四、磷酸戊糖途徑調(diào)控第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能一、生物氧化的概念

第一節(jié)生物氧化概述（一）廣義和狹義的生物氧化概念第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三廣義：有機物（糖、脂肪、蛋白質(zhì)等）在體內(nèi)氧化分解生成CO2和H2O，并逐步釋放能量，產(chǎn)生ATP的過程。

包括有機物的氧化過程、呼吸鏈的電子傳遞和ATP的合成。狹義：呼吸鏈的電子傳遞和ATP的合成。第4頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（二）生物氧化的特點

1.生物氧化是在生物細胞內(nèi)進行的酶促氧化過程，反應條件溫和（水溶液，中性pH和常溫）。2.氧化進行過程中，必然伴隨生物還原反應的發(fā)生。3.水是許多生物氧化反應的氧供體。通過加水脫氫作用直接參予了氧化反應。4.在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步進行的。氧化過程中脫下來的氫質(zhì)子和電子，通常由各種載體，如NADH等傳遞到氧并生成水。第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三5.生物氧化是一個分步進行的過程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反應的產(chǎn)物都可以分離出來。這種逐步進行的反應模式有利于在溫和的條件下釋放能量，提高能量利用率。6.生物氧化釋放的能量，通過與ATP合成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用的生物能ATP。第6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三生物氧化與體外氧化的相同點：生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應的一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2、H2O）和釋放能量均相同。第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三生物氧化與體外燃燒的不同點

生物氧化體外燃燒反應條件溫和劇烈

(體溫、pH近中性)

(高溫、高壓)反應過程逐步進行的酶促反應一步完成能量釋放逐步進行瞬間釋放（化學能、熱能）（熱能）CO2生成方式有機酸脫羧碳和氧結(jié)合H2O

需要不需要第8頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(三)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式（3）加氧（2）脫氫(最主要)（1）失電子RH+O2ROH12COOHC=O+2HCH3（2H++2e）

COOHHO－CHCH3Fe2+Fe3++e第9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（四）生物氧化中二氧化碳的生成

生物氧化中二氧化碳的生成是由于糖、蛋白質(zhì)、脂肪等有機物轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物進行脫羧反應。1.α-脫羧和β-脫羧；2.直接脫羧和氧化脫羧：氧化脫羧是指脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）。第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三CO2

丙酮酸脫氫酶系NADH+H+NAD+CoACH3C～SCoAO第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三異檸檬酸脫氫酶NAD+NADH+H++CO2*第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三丙酮酸脫羧酶CO2

CHOCH3第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（五）生物氧化中水的生成

生物氧化中所生成的水是代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧結(jié)合而成的。多數(shù)情況下脫氫酶和氧化酶之間需要一些電子傳遞體才能將質(zhì)子和電子交給氧生成水。第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三二、生物氧化中有關(guān)的酶類（一）電子轉(zhuǎn)移酶只催化電子的得失，實際也是電子傳遞體。主要有鐵硫蛋白和細胞色素類。第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（二）氧化酶類組成：結(jié)合酶酶蛋白輔基：含F(xiàn)e、Cu舉例：細胞色素氧化酶、抗壞血酸氧化酶等特點：催化底物脫氫后，以O2為直接受氫體，生成H2O。RH22Cu2+O2－

H2OR2Cu+O2122H+2e2e第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（三）需氧脫氫酶

特點：催化底物脫氫后，以O2為直接受氫體，生成H2O2。組成：結(jié)合酶酶蛋白輔基：FMN、FADRH2FMN/FADH2O2R

FMNH2/FADH2

O2

2H2H舉例：黃嘌呤氧化酶第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（四）脫氫酶

特點：催化底物脫氫后，以NAD＋、NADP＋、FAD或FMN等為直接受氫體。組成：結(jié)合酶酶蛋白輔基：NAD＋、NADP＋、FAD等RH2NAD＋

R

NADH

＋H＋2H舉例：蘋果酸脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶等第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（五）加氧酶（1）單加氧酶（混合功能氧化酶、羥化酶）RH+NADPH+H++O2

單加氧酶ROH+NADP++H2O第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（2）雙加氧酶O2色氨酸加雙氧酶色氨酸甲酰犬尿氨酸第20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（六）其它酶類（1）過氧化氫酶（2）過氧化物酶

RH2+

H2O2R

+

2H2O

過氧化物酶H2O2+

H2O22

H2O+

O2

過氧化氫酶（3）超氧物歧化酶（SOD）2O2·+2HH2O2+O2SOD+第21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三三、高能化合物(一)高能化合物的概念一般將水解時能夠釋放20.92kJ/mol（5Kcal/mol)以上自由能的化合物稱為高能化合物。在高能化合物分子中，釋放出大量自由能時水解斷裂的活潑共價鍵稱為高能鍵。

第22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

按其分子結(jié)構(gòu)特點及所含高能鍵的特征分：磷氧鍵型磷氮鍵型硫碳鍵型（硫酯鍵型、甲硫鍵型）（二）高能化合物的類型第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

（1）磷氧鍵型（－O-P)(A)?；姿峄衔?,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸第24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账岬?5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（B）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（C）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）磷氧鍵型：?；姿峄衔铩⒔沽姿峄衔?、烯醇式磷酸化合物第27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（2）氮磷鍵型（如胍基磷酸化合物）磷酸肌酸磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用。H第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（3）硫碳鍵型?；o酶AA、硫酯鍵型第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三B、甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（三）最重要的高能化合物—ATP（1）ATP的分子結(jié)構(gòu)特點與水解自由能的關(guān)系第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三①ATP是生物體通用的能量貨幣。②ATP是磷酸基團轉(zhuǎn)移反應的中間載體。ATP在傳遞能量方面起著轉(zhuǎn)運站的作用，它是能量的攜帶者和轉(zhuǎn)運者，但不是能量的貯存者。（2）ATP在能量轉(zhuǎn)化中的作用第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

磷酸基團往往從磷酸基團轉(zhuǎn)移勢能高的物質(zhì)向勢能低的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。磷酸基團轉(zhuǎn)移勢能在數(shù)值上等于其水解反應的ΔG0’。磷酸基團轉(zhuǎn)移勢能（kcal/mol)246810121416ATPPEP1，3-二P甘油酸6-P葡萄糖3-P甘油ATP是磷酸基團轉(zhuǎn)移反應的中間載體第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)電子傳遞鏈第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三一、電子傳遞鏈的概念和存在部位概念:在生物氧化過程中，代謝物上脫下的氫經(jīng)過一系列的按一定順序排列的氫傳遞體和電子傳遞體的傳遞，最終與氧結(jié)合生成水。這些氫和電子的傳遞體系稱為電子傳遞鏈.由于此過程與細胞呼吸有關(guān)，所以將此傳遞鏈稱為呼吸鏈。2H

2H++2e部位:真核線粒體的內(nèi)膜上，原核生物在細胞膜上。第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三二、電子傳遞鏈的組分

（一）黃素蛋白類脫氫酶（二）鐵硫蛋白類（三）輔酶Q

（四）細胞色素類第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三黃素單核苷酸的結(jié)構(gòu)黃素蛋白類第37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三黃素腺嘌呤二核苷酸的結(jié)構(gòu)第38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三黃素核苷酸的作用原理核黃素(黃色)-2H+2H還原型核黃素(無色)FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進行Fe2+Fe3++e反應傳遞電子。?表示無機硫第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三Fe2+Fe3+-e+e鐵硫蛋白的作用原理FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三輔酶Q的結(jié)構(gòu)及作用原理O

CH3CH3H3COH3COO（CH2CH=CCH2）nHOOH3COH3COCH3RH3COH3COOHOHCH3R+2H-2H泛醌第42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三細胞色素體系（Cyt）（1）Cyt的本質(zhì)細胞色素=酶蛋白+血紅素（2）Cyt的分類30多種a類：a、a1、a2、a3…b類：b、b1～7、P450…c類：c、c1、c2、c3…第43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三血紅素Ab型血紅素第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三c型血紅素b型血紅素第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三線粒體（a、a3

、b、c、c1）微粒體（b5、P450）（3）Cyt的存在部位Cytaa3（細胞色素氧化酶）：呼吸鏈中唯一直接將e傳遞給O2

（4）Cyt在呼吸鏈中的作用2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+

2Cytaa3-Fe2++1/2O2

2Cytaa3-Fe3++O2-

第46頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三總結(jié)：呼吸鏈各組分的作用名稱本質(zhì)在呼吸鏈中作用尼克酰胺核苷酸NAD+、

NADP+不需氧脫氫酶的輔酶NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2HFAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H黃素蛋白結(jié)合酶FMN、FAD

鐵硫蛋白結(jié)合酶

Fe、S

Fe2+Fe3+-e+e第47頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三名稱本質(zhì)在呼吸鏈中作用CoQ

CoQH2+2H-2H輔酶Q(CoQ)脂溶性醌類化合物Fe2+Fe3+-e+e結(jié)合酶鐵卟啉細胞色素(Cyt)第48頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三三、呼吸鏈上電子傳遞體的排列（一）電子傳遞鏈在膜上的存在狀態(tài)除了CoQ和細胞色素C外，電子傳遞鏈上的電子傳遞體組成了四個復合體。第49頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三復合體酶名稱輔基復合體ⅠNADH-泛醌還原酶FMN,Fe-S復合體Ⅲ泛醌-細胞色素C還原酶鐵卟啉,Fe-S

復合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶FAD,Fe-S復合體Ⅳ細胞色素C氧化酶鐵卟啉,Cu第50頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三ⅢⅠⅡⅣ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜呼吸鏈各復合體位置示意圖第51頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三1、復合體ⅠNADH-泛醌還原酶復合體Ⅰ將電子從還原型煙酰胺（尼克酰胺）腺嘌呤二核苷酸（NADH）傳遞給泛醌復合體Ⅰ含有以黃素單核苷酸為輔基的黃素蛋白和以鐵硫簇（Fe-S)為輔基的鐵硫蛋白。第52頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三復合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2第53頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三2、復合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶

復合體Ⅱ?qū)㈦娮訌溺晁醾鬟f給泛醌復合體Ⅱ含有以黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為輔基的黃素蛋白、鐵硫蛋白和細胞色素（Cyt)b560第54頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3、復合體Ⅲ泛醌-細胞色素C還原酶

復合體Ⅲ將電子從泛醌傳遞給細胞色素C復合體Ⅲ含有2種細胞色素b（Cytb562,Cytb566）、細胞色素C1和鐵硫蛋白第55頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三4、復合體Ⅳ細胞色素C氧化酶

復合體Ⅳ將電子從細胞色素C傳遞給氧復合體Ⅳ中含有Cyta和Cyta3第56頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

RH2O2還原態(tài)氧化態(tài)（二）呼吸鏈成分的排列順序

1、研究方法（3）利用呼吸鏈抑制劑（2）呼吸鏈復合物重組（1）測各組分氧化還原電位（E0′）遞增（4）利用光譜變化確定各組分的氧還狀態(tài)第57頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三呼吸鏈中各氧還對的Eo’氧化還原對(V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/FMNH2-0.30FAD/FADH2-0.06Q/QH20.04(或0.10)Cytb(Fe3+)/(Fe2+)0.07Cytc1(Fe3+)/(Fe2+)0.22Cytc(Fe3+)/(Fe2+)0.25Cyta(Fe3+)/(Fe2+)0.29Cyta3(Fe3+)/(Fe2+)0.551/2O2/H2O0.82

________________________________________________________________________________________________________________________Eo’第58頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

NADH

FMN（Fe-S）

CoQCytb、c1

CytcCytaa3

O2