課件生物化學(xué)-第六章 生物氧化（1-2節(jié)）

第一節(jié)生物氧化概述11/21/20231教學(xué)大綱了解：新陳代謝的含義及能量代謝的根本規(guī)律；高能化合物的種類及其作用；CO2生成的方式掌握：呼吸鏈的組成、順序及遞氫遞電子的機(jī)制；氧化磷酸化的概念、種類及其作用機(jī)制；胞液中NADH進(jìn)入線粒體的兩種穿梭機(jī)制。重點(diǎn)、難點(diǎn)：四種復(fù)合體所構(gòu)成的兩條呼吸鏈：(NADH,FADH2)的順序；氧化磷酸化的概念、種類及化學(xué)滲透假說(shuō)的內(nèi)容.11/21/20232〔二〕實(shí)質(zhì)：生物細(xì)胞利用氧氣對(duì)細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)糖、脂肪和蛋白質(zhì)〕進(jìn)行氧化分解產(chǎn)生CO2和H2O并釋放出能量的過(guò)程。一、生物氧化〔一〕概念：有機(jī)物在生物體內(nèi)的氧化作用稱為生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又稱為細(xì)胞呼吸、組織呼吸或內(nèi)呼吸。11/21/20233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，其中一局部通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成根本結(jié)構(gòu)單位

生物氧化的三個(gè)階段11/21/20234生物氧化的特點(diǎn):生物氧化是在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的酶促氧化過(guò)程，反響條件溫和〔水溶液，中性pH和常溫〕。氧化進(jìn)行過(guò)程中，必然伴隨生物復(fù)原反響的發(fā)生。水是許多生物氧化反響的氧供體。通過(guò)加水脫氫作用直接參予了氧化反響。在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步進(jìn)行的。氧化過(guò)程中脫下來(lái)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。11/21/20235生物氧化是一個(gè)分步進(jìn)行的過(guò)程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反響的產(chǎn)物都可以別離出來(lái)。這種逐步進(jìn)行的反響模式有利于在溫和的條件下釋放能量，提高能量利用率。生物氧化釋放的能量，通過(guò)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。11/21/20236〔三〕：生物氧化與體外燃燒的特點(diǎn)比較

生物氧化體外燃燒反應(yīng)條件

溫和劇烈(體溫、pH近中性)(高溫、高壓)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

（化學(xué)能、熱能）（熱能）CO2生成方式

有機(jī)酸脫羧碳和氧結(jié)合H2O

需要不需要11/21/20237〔四〕生物氧化的種類：1、根據(jù)有無(wú)氧的參與有氧氧化：有O2參與，產(chǎn)物為CO2、H2O,底物氧化完全，產(chǎn)能多無(wú)氧氧化：無(wú)O2參與，產(chǎn)物為乙醇、乳酸等,底物氧化不完全，產(chǎn)能少11/21/20238微〔非線〕粒體氧化體系：與ATP的生成無(wú)關(guān)，光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上發(fā)生，機(jī)體對(duì)非營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生的生物轉(zhuǎn)化，與機(jī)體排毒及排出異物有關(guān)。2、根據(jù)發(fā)生場(chǎng)所線粒體氧化體系：與ATP的生成有關(guān)，產(chǎn)能的氧化作用，線粒體內(nèi)發(fā)生〔原核生物在質(zhì)膜上發(fā)生〕。11/21/20239二生物氧化的酶類1脫氫酶類2NADH脫氫酶類及其它黃素蛋白酶類3需氧脫氫酶4細(xì)胞色素酶類5加氧酶類11/21/202310三能量代謝的一般規(guī)律1.能量代謝在新陳代謝中的重要作用2.氧化復(fù)原電勢(shì)與自由能3.電勢(shì)與自由能的關(guān)系11/21/202311生物體能量代謝與整個(gè)自然界一樣，也要完全服從熱力學(xué)定律.如A+BC+DΔG=(GC+GD)-(GA+GB)ΔG=ΔG0+RTln[C][D]/[A][B]ΔG<0ΔG=0ΔG>0反響到達(dá)平衡反響自發(fā)進(jìn)行反響不能自發(fā)進(jìn)行11/21/202312四高能化合物和高能磷酸鍵高能化合物：在生化反響中,某些化合物自由能特多者,即隨水解反響或集團(tuán)轉(zhuǎn)移反響可放出大量的自由能的稱為高能化合物;＞20.92KJ/mol或5Kc.高能磷酸鍵：把磷酸化合物水解時(shí)釋放出大量能量的磷酸鍵稱高能磷酸鍵，常用~P表示,含有高能磷酸鍵的化合物稱為高能磷酸化合物.ATP+H2OADP+PiΔG0’=-30.5KJ/molADP+H2OAMP+PiΔG0’=-30.5KJ/molAMP+H2O腺苷+PiΔG0’=-14.2KJ/mol。11/21/202313〔一〕高能磷酸化合物種類：1.定義：在生化反響過(guò)程中釋放5000卡/mol(20.92kJ/mol)及以上自由能的磷酸化合物。2.分類：?；姿峄衔铮?,3-BP-甘油酸；磷氧鍵型：磷酸酐(焦磷酸)：ATP、UTP、CTP、PPi等烯醇磷酸：PEP；

磷氮鍵型：磷酸胍類：磷酸肌酸。硫酯鍵型：活性硫酸基如乙酰CoA、脂酰CoA等甲硫鍵型：活性甲硫氨酸11/21/20231411/21/2023154、甲硫鍵型11/21/2023163.ATP的結(jié)構(gòu)特性11/21/202317ATP作為體內(nèi)能量貨幣的原因：〔1〕ATP含有兩個(gè)高能磷酸鍵，〔2〕ATP水解產(chǎn)物具有更大的共振穩(wěn)定性，其水解產(chǎn)物ADP3-和Pi的某些電子的能量水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ATP。〔3〕中性條件下H+的低濃度導(dǎo)致ATP4-向分解方向進(jìn)行。11/21/202318ATP是體內(nèi)能量利用與貯存的主要形式，是能量轉(zhuǎn)換的中心11/21/202319高能化合物之間的轉(zhuǎn)換

GDP核苷二磷酸激酶GTPATP+UDPADP+UTPCDPCTPADP累積時(shí)，也可產(chǎn)生ATP：

ADP+ADPATP+AMP腺苷酸激酶11/21/202320

磷酸肌酸--ATP在腦、肌肉中的儲(chǔ)存形式.11/21/202321五呼吸鏈的組成及作用機(jī)制呼吸鏈(respiratorychain)：又叫電子傳遞鏈,存在于線粒體內(nèi)膜上的，由供氫體，傳遞體、受氫體及相應(yīng)的酶系統(tǒng)組成的，電子從NADH(或FADH2)到O2生物氧化復(fù)原鏈稱為呼吸鏈。

呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜上，電子載體主要有：黃素蛋白、輔酶Ⅰ，細(xì)胞色素、輔酶Q、銅原子、鐵硫蛋白。11/21/202322〔二〕呼吸鏈上的復(fù)合物主要由四種蛋白質(zhì)復(fù)合體組成。復(fù)合體Ⅰ-NADH-Q復(fù)原酶或NADH脫氫酶復(fù)合體Ⅱ-琥珀酸-Q復(fù)原酶或琥珀酸脫氫酶復(fù)合體Ⅲ-細(xì)胞色素復(fù)原酶或輔酶Q細(xì)胞色素c復(fù)原酶復(fù)合體Ⅳ-細(xì)胞色素氧化酶NADH呼吸鏈：由復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cytc組成FADH2呼吸鏈：由復(fù)合體Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cytc組成11/21/202323NADH呼吸鏈:FADH2呼吸鏈:11/21/202324(2)組成呼吸鏈由許多個(gè)組分組成，參加呼吸鏈的氧化復(fù)原酶有煙酰胺脫氫酶類、黃素脫氫酶類、鐵硫蛋白類、細(xì)胞色素類、輔酶Q類等。11/21/2023251.NADH-Q復(fù)原酶，也稱NADH脫氫酶，哺乳動(dòng)物的復(fù)合物Ⅰ由42條肽鏈組成，呈L型，含有一個(gè)FMN和至少6個(gè)鐵硫蛋白，以二聚體形式存在作用:是催化NADH的2個(gè)電子傳遞至輔酶Q，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)〔M側(cè)〕轉(zhuǎn)移至膜間隙〔C側(cè)〕。11/21/202326復(fù)合物Ⅰ的結(jié)構(gòu)與電子傳遞過(guò)程N(yùn)ADHFMN，F(xiàn)e-SCoQ11/21/202327鐵硫蛋白：在其分子結(jié)構(gòu)中每個(gè)鐵原子和4個(gè)硫原子結(jié)合，通過(guò)Fe2+、Fe3+互變進(jìn)行電子傳遞，有FeS、2Fe-2S和4Fe-4S三種類型11/21/202328

CysSSSCys

Fe3+

Fe3+

CysSSSCys

CysSSSCys

Fe3+

Fe2+

CysSSSCys

+e-11/21/202329琥珀酸-Q復(fù)原酶至少由4條肽鏈組成，含有一個(gè)FAD，2個(gè)鐵硫蛋白(Fe-S)作用:是催化電子從琥珀酸轉(zhuǎn)至輔酶Q，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。11/21/202330電子傳遞的方向?yàn)椋虹晁帷鶩AD→Fe-S→Q。11/21/202331泛醌〔ubiquinone,Q〕亦稱輔酶Q〔CoenzymeQ,CoQ〕人體中：CoQ101.含有很多異戊二烯側(cè)鏈的醌類化合物2.脂溶性，可在線粒體內(nèi)膜中移動(dòng)3.是電子傳遞體中唯一可游離存在的電子載體〔無(wú)蛋白〕

11/21/2023323.細(xì)胞色素c復(fù)原酶以二聚體形式存在，每個(gè)單體包含兩個(gè)細(xì)胞色素b〔b562、b566〕、一個(gè)細(xì)胞色素c1和一個(gè)鐵硫蛋白。作用:是催化電子從輔酶Q傳給細(xì)胞色素c，每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙。11/21/202333Q循環(huán)11/21/202334細(xì)胞色素〔cytochrome,cyt〕

是以鐵卟啉〔血紅素〕為輔基的蛋白質(zhì)〔有顏色〕，高等動(dòng)物線粒體呼吸鏈中主要含有5種細(xì)胞色素a、a3、b、c、c1等，細(xì)胞色素b,c1,c的輔基都是鐵-原卟啉Ⅳ，細(xì)胞色素a、a3的輔基為血紅素A。11/21/202335復(fù)合物ⅣCytc氧化酶每個(gè)單體由至少13條不同的肽鏈組成，分為三個(gè)亞單位：I包含兩個(gè)血紅素〔a、a3〕和一個(gè)銅蛋白(CuB);Ⅱ包含兩個(gè)銅離子(CuA)構(gòu)成的雙核中心，其結(jié)構(gòu)與2Fe-2S相似;Ⅲ的功能尚不了解。每轉(zhuǎn)移一對(duì)電子，同時(shí)將4個(gè)質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙。CuA

a

a3

CuBCyt

cO211/21/202336銅原子：位于線粒體內(nèi)膜的一個(gè)蛋白質(zhì)上，形成類似于鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)，通過(guò)Cu2+、Cu1+的變化傳遞電子。Cu2++eCu+11/21/202337呼吸鏈的組成復(fù)合體酶名稱多肽鏈數(shù)輔基復(fù)合體ⅠNADH-泛醌還原酶42FMN,Fe-S復(fù)合體Ⅱ琥珀酸-泛醌還原酶4FAD,Fe-S復(fù)合體Ⅲ泛醌-細(xì)胞色素c還原酶11鐵卟啉,Fe-S復(fù)合體Ⅳ細(xì)胞色素c氧化酶13鐵卟啉,Cu人體線粒體呼吸鏈復(fù)合體

輔酶Q與細(xì)胞色素c不包含在內(nèi)11/21/20233811/21/202339線粒體呼吸鏈11/21/202340線粒體結(jié)構(gòu)11/21/202341線粒體結(jié)構(gòu)模式圖線粒體嵴的分子組成11/21/202342線粒體的結(jié)構(gòu)呼吸鏈11/21/202343Q內(nèi)外膜間隙側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜IⅡⅢⅣCytcNADH+H+NAD+e-e-e-e-1/2O2+2H+H2Oe-琥珀酸延胡素酸呼吸鏈電子傳遞示意圖4H+4H+2H+11/21/20234411/21/20234511/21/2