生物化學(xué)第九章生物氧化課件

第九章生物氧化BiologicalOxidation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的過程。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能第一節(jié)生物氧化的概念生物氧化和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）的實(shí)質(zhì)相同，都是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧氣，都生成CO2和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：生物氧化體外燃燒1、細(xì)胞內(nèi)溫和條件高溫或高壓、干燥條（常溫、常壓、中性pH、水溶液）2、一系列酶促反應(yīng)無機(jī)催化劑逐步氧化放能，能量利用率高能量爆發(fā)釋放3、釋放的能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用轉(zhuǎn)換為光和熱，散失二、生物氧化的特點(diǎn)第二節(jié)CO2的生成第三節(jié)

生物氧化中水的生成一、呼吸鏈（電子傳遞鏈）的概念1.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，最后傳遞給分子氧并生成水，這種氫和電子的傳遞體系稱為電子傳遞鏈。又稱呼吸鏈。2、呼吸鏈（電子傳遞鏈）分布原核細(xì)胞存在于質(zhì)膜上真核細(xì)胞存在于線粒體的內(nèi)膜上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-二、呼吸鏈的組成成分和作用

（一）NAD+和NADP+為輔酶的脫氫酶

【組成成分】酶蛋白、尼克酰胺（Vpp）核糖、磷酸與AMP?！咀饔谩枯o酶接受代謝物脫下的2H，傳遞給黃素蛋白。（二）、黃素酶-黃素蛋白（Flavoprotein）【組成成分】酶蛋白、黃素單核苷酸（FMN）黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD），它們由核黃素（VitB2）、磷酸、AMP組成。【作用】進(jìn)行可逆的脫氫加氫反應(yīng)?！緜鬟f機(jī)制】異咯嗪的第1、10位N上可加氫【主要形式】琥珀酸脫氫酶以FAD為輔酶，將代謝物脫下的H傳入呼吸鏈。FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪，氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN。。（三）、鐵硫蛋白（iron-sulfurprotein,Fe-S）

鐵硫蛋白與黃素蛋白形成復(fù)合物存在?！窘M成成分】含等量的鐵原子和硫原子（Fe2S2，F(xiàn)e4S4）鐵原子與鐵硫蛋白的半胱氨酸相連【作用】將FMN或FAD中的電子傳遞給泛醌?！緜鬟f機(jī)制】單電子傳遞

Fe2+

Fe3++e

鐵硫聚簇有幾種不同的類型，有的只含有一個(gè)鐵原子［FeS］，有的只含有兩個(gè)鐵原子［2Fe-2S］，有的含有4個(gè)鐵原子［4Fe-4S］鐵硫蛋白類復(fù)合體Ⅰ:NADH-泛醌還原酶功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)

復(fù)合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌還原酶功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌

復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3（五）細(xì)胞色素類細(xì)胞色素是一類以鐵鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。細(xì)胞色素c（cyt.c）它是電子傳遞鏈中一個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)電子載體，位于線粒體內(nèi)膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細(xì)胞色素c1含有相同的輔基，但是蛋白組成則有所不同。在電子傳遞過程中，cyt.c通過Fe3+

Fe2+的互變起電子傳遞中間體作用。細(xì)胞色素c氧化酶復(fù)合體Ⅲ:泛醌-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c

復(fù)合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2。由以下實(shí)驗(yàn)確定①標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位②拆開和重組③特異抑制劑阻斷

（二）呼吸鏈成分的排列順序體內(nèi)主要呼吸鏈1、NADH氧化呼吸鏈【組成與作用】脫氫酶（CoI）、黃素蛋白、鐵硫蛋白、CoQ和細(xì)胞色素。2、FADH氧化呼吸鏈（琥珀酸氧化呼吸鏈）【組成和作用】脫氫酶（FAD）、CoQ、細(xì)胞色素【差異】脫下的2H不經(jīng)過NAD+傳遞,其余過程與NADH呼吸鏈相同.電子在呼吸鏈中的傳遞方式(I)(II)(III)(IV)電子傳遞鏈第四節(jié)生物氧化和能量代謝一、高能磷酸鍵與高能磷酸化合物高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以ATP為中心。核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。二、ATP的形成（一）底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)

是底物分子脫氫、脫水，引起分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。

氧化磷酸化底物水平磷酸化ATP的形成的兩種方式：1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate)3-磷酸甘油醛脫氫酶+NADH+H+NAD+HPO4

2-OPO3

2-3-磷酸甘油酸激酶

3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)OPO3

2-ADPATPMg2+（二）氧化磷酸化*1、定義氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在氧化反應(yīng)和磷酸化反應(yīng)的偶聯(lián)，呼吸鏈電子傳遞過程中釋放能量使ADP磷酸化，生成ATP。2、氧化磷酸化的作用機(jī)制(1)ATP產(chǎn)生的數(shù)量

研究氧化磷酸化最常用的方法是測(cè)定線粒體或其制劑的P/O比值和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

P/O比值:是指每消耗一摩爾氧所消耗無機(jī)磷酸的摩爾數(shù)。根據(jù)所消耗的無機(jī)磷酸摩爾數(shù)，可間接測(cè)出ATP生成量。又可以看作是當(dāng)一對(duì)電子通過呼吸鏈傳至O2所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明：NADH呼吸鏈的P/O值是3，即每消耗一摩爾氧原子就可形成3摩爾ATP，F(xiàn)ADH2呼吸鏈的P/O值是2，即消耗一摩爾氧原子可形成2摩爾ATP。(2)ATP產(chǎn)生的部位ATP產(chǎn)生的部位都是有大的電位差變化的地方，例如，NADH呼吸鏈生成ATP的三個(gè)部位是：E0'值在此三個(gè)部位有大的“跳動(dòng)”，都在0.2伏以上。五、氧化磷酸化的抑制常用的幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位（1）魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素：其作用是阻斷電子在NADH—Q還原酶內(nèi)的傳遞，所以阻斷了電子由NADH向CoQ的傳遞。（2）抗霉素A：它是由鏈酶素分離出的抗生素，有干擾細(xì)胞色素還原酶中電子從細(xì)胞色素b

向cytC1的傳遞作用。（3）氰化物（CN-）、疊氮化物（N3-）、一氧化碳（CO）等：其作用是阻斷電子在細(xì)胞色素氧化酶中傳遞，即阻斷了電子由cytaa3向分子氧的傳遞。

魚藤酮安密妥殺粉蝶菌素抗霉素A氰化物一氧化碳硫化氫疊氮化合物呼吸鏈的電子傳遞抑制劑圖示六、氧化磷酸化的作用機(jī)理

一、線粒體的結(jié)構(gòu)

線粒體是生物氧化和能量轉(zhuǎn)換的主要場(chǎng)所。1、ATP酶復(fù)合體

線粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間格排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復(fù)合體，是ATP合成的場(chǎng)所。ATP酶，含有5種不同的亞基（按3、3、1、1和1

的比例結(jié)合）。OSCP為一個(gè)蛋白，是能量轉(zhuǎn)換的通道。F0為一個(gè)疏水蛋白，是與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接的部位。當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時(shí)，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個(gè)β亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。ATP合酶的工作機(jī)制氧化與磷酸化作用如何偶聯(lián)尚不夠清楚，目前主要有三個(gè)學(xué)說：化學(xué)耦聯(lián)學(xué)說結(jié)構(gòu)耦聯(lián)學(xué)說化學(xué)滲透學(xué)說二氧化磷酸化的作用機(jī)理1.化學(xué)偶聯(lián)假說（1953）

認(rèn)為電子傳遞過程產(chǎn)生一種活潑的高能共價(jià)中間物。它隨后的裂解驅(qū)動(dòng)氧化磷酸化作用。2.構(gòu)象偶聯(lián)假說（1964）

認(rèn)為電子沿電子傳遞傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，形成一種高能形式。這種高能形式通過ATP的合成而恢復(fù)其原來的構(gòu)象。3.化學(xué)滲透學(xué)說（1961）認(rèn)為電子傳遞釋放出的自由能和ATP合成是與一種跨線粒體的質(zhì)子梯度相偶聯(lián)的。呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜之上，當(dāng)氧化進(jìn)行時(shí)，呼吸鏈起質(zhì)子泵作用，質(zhì)子被泵出線粒體內(nèi)膜之外側(cè)，造成了膜內(nèi)外兩側(cè)間跨膜的化學(xué)電位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP與Pi合成ATP。1.遞H體與遞e體交替排列2.遞H體有H泵作用，將2H+泵出內(nèi)膜，2e傳給遞電子體，整個(gè)過程共泵出3對(duì)H+3.線粒體膜對(duì)H+不通透，造成H+跨膜梯度4.H+通過ATP酶回流，生成ATP質(zhì)子的流向電子的流向線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡(jiǎn)單示意圖化學(xué)滲透假說ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH