生物化學(xué)生物氧化

第五章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述一.生物氧化(一)生物氧化(biologicaloxidation)：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在活細(xì)胞內(nèi)氧化分解，產(chǎn)生CO2和H2O并放出能量作用稱(chēng)生物氧化。

特點(diǎn)：一系列酶引發(fā),在活細(xì)胞內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(二)生物氧化方式1.CO2生成脫羧作用：α脫羧和β脫羧兩種類(lèi)型脫羧過(guò)程：氧化脫羧直接脫羧(1)α直接脫羧丙酮酸脫羧反應(yīng)(2)β直接脫羧草酰乙酸脫羧反應(yīng)(3)α氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)(4)β氧化脫羧蘋(píng)果酸氧化脫羧反應(yīng)圖5-1幾個(gè)物質(zhì)脫羧反應(yīng)反應(yīng)部位：真核線粒體、原核細(xì)胞膜1/662.水生成H脫氫酶?jìng)鬟f體和氧化酶O2生成H2O圖5-2生物氧化體系2/66二.能量守恒與轉(zhuǎn)化(一)自由能概念自由能(freeenergy)：在一個(gè)體系中，能夠用來(lái)做有用功那部份能量，又稱(chēng)Gibbs自由能，用符號(hào)G來(lái)表示。(二)氧化還原電位通慣用氧化還原電極電位(氧化還原電勢(shì))來(lái)相對(duì)表示各化合物對(duì)電子親和力大小。電極電位大小及各種原因影響用奈斯特方程來(lái)表示，其方程為:E′=Eo′+RTnFInC氧化態(tài)C還原態(tài)3/66(三)氧化還原電位與自由能關(guān)系△Go’=-nF△Eo’三.高能磷酸化合物(一)高能磷酸化合物概念高能磷酸化合物：普通將水解時(shí)釋放20.9KJ/mol以上自由能化合物稱(chēng)之，含有高能量鍵稱(chēng)為高能鍵，慣用”～”符號(hào)表示，經(jīng)典代表是三磷酸腺苷(ATP)含有兩個(gè)高能鍵。圖5-7三磷酸腺苷結(jié)構(gòu)4/66圖5-7三磷酸腺苷結(jié)構(gòu)5/66(二)高能化合物類(lèi)型1.磷氧鍵型(-O-P)(1)?；姿峄衔?2)焦磷酸化合物(3)烯醇式磷酸化合物2.氮磷鍵型(-N-P)胍基磷酸化合物3.硫酯鍵型3′-磷酸腺苷-5′-磷酰硫酸4.甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸(三)ATP特殊作用1.作為中間傳遞體ATP→ADP循環(huán)是生物系統(tǒng)能量交換中樞。2.作為中間載體作為磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)中間載體。6/66第二節(jié)呼吸鏈與氧化磷酸化一.呼吸鏈(一)線粒體外膜內(nèi)膜基質(zhì)線粒體基質(zhì)酶類(lèi)包含三羧酸循環(huán)酶類(lèi),脂肪酸β一氧化酶類(lèi)和氨基酸分解代謝酶類(lèi)等.圖5-16線粒體結(jié)構(gòu)

(二)呼吸鏈呼吸鏈(respiratorychain,電子傳遞鏈ETC):指代謝物上脫下氫(質(zhì)子和電子)經(jīng)一系列遞氫體或電子傳遞體按對(duì)電子親和力漸漸升高次序依次傳遞，最終傳給分子氧而生成水全部體系。7/66呼吸鏈NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈圖5-17NADH呼吸鏈（A）和FADH2呼吸鏈（B）8/66（三）呼吸鏈組成1、黃素蛋白（flavoprotein）兩種2、鐵硫蛋白（Iron-sulfurprotein）Fe2S2或Fe4S43、細(xì)胞色素（cytochrome）5種細(xì)胞色素b（Cytb）、細(xì)胞色素c1（Cytc1）、細(xì)胞色素c（Cytc）、細(xì)胞色素a（Cyta)和細(xì)胞色素a3(Cyta3)。4、泛醌（ubiquinone）又稱(chēng)輔酶Q（CoQ）（四）內(nèi)膜復(fù)合物1、復(fù)合物Ⅰ（NADH脫氫酶）2、復(fù)合物Ⅱ（琥珀酸脫氫酶）3、復(fù)合物Ⅲ（細(xì)胞色素b、細(xì)胞色素c1和細(xì)胞色素c復(fù)合體）4、復(fù)合物Ⅳ（細(xì)胞色素氧化酶）（五）電子傳遞鏈排列次序9/66圖5-23電子傳遞體在呼吸鏈中排列次序10/66（六）電子傳遞抑制劑1、魚(yú)藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素NADH→CoQ2、抗霉素ACytb→Cytc13、氰化物、疊氮化物、COCytaa3→O2圖5-25電子傳遞鏈抑制部位11/66二、氧化磷酸化（一）氧化磷酸化概念氧化磷酸化：指是與生物氧化作用相伴而生磷酸化作用，是將生物氧化過(guò)程中釋放自由能，用于ADP和無(wú)機(jī)磷酸生成高能ATP作用。1、底物水平磷酸化X~P＋ADP→XH+ATP2、氧化磷酸化NADH或FADH2→O2產(chǎn)生ATP（二）氧化磷酸化作用機(jī)理12/663種假說(shuō)化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)構(gòu)像偶聯(lián)假說(shuō)化學(xué)滲透假說(shuō)1961年，英國(guó)Mitchell化學(xué)滲透假說(shuō)1、遞氫體和遞電子體交替排列、有序定位、定向反應(yīng)2、電子傳遞鏈有著H+泵作用，能定向地將H+從基質(zhì)泵到內(nèi)膜外

NADH往返3次，F(xiàn)ADH2往返2次3、完整線粒體內(nèi)膜有選擇透性，形成跨膜pH梯度和跨膜電位梯度4、內(nèi)膜上嵌有F0F1-ATP酶復(fù)合體圖5-27化學(xué)滲透假說(shuō)高能共價(jià)中間物能量膜蛋白、ATP酶構(gòu)象改變13/66（三）氧化磷酸化解偶聯(lián)和抑制1、特殊試劑解偶聯(lián)作用（1）解偶聯(lián)劑2,4-二硝基苯酚（DNP）（2）氧化磷酸化抑制劑寡霉素（3）離子載體抑制劑纈氨霉素2、激素控制解偶聯(lián)機(jī)制褐色脂肪組織線粒體產(chǎn)熱素使氧化磷酸化解偶聯(lián)，產(chǎn)生熱量。（四）線粒體外NADH氧化磷酸化作用了解1、α－磷酸甘油穿梭路徑2、蘋(píng)果酸－天冬氨酸穿梭路徑（五）能荷能荷＝[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]能荷數(shù)值能夠從0（AMP）～1.0（ATP），大多數(shù)細(xì)胞能荷狀態(tài)維持在0.8～0.95。質(zhì)子載體14/66一、需氧脫氫酶氧、亞甲藍(lán)（或其它適當(dāng)物質(zhì)）作為受氫體，以FMN或FAD為輔酶。表5-4需氧脫氫酶

二、氧化酶（一）多酚氧化系統(tǒng)又稱(chēng)兒茶酚氧化酶，含銅末端氧化酶。馬鈴薯塊莖、蘋(píng)果果實(shí)、茶葉等。制紅茶、綠茶。非線粒體氧化體系，與ATP生成無(wú)關(guān)第三節(jié)其它生物氧化體系15/66圖5-36多酚氧化酶系統(tǒng)16/66抗壞血酸＋1/2O2抗壞血酸氧化酶脫氧抗壞血酸＋H2O（三）抗氰氧化酶系統(tǒng)一個(gè)非血紅素鐵蛋白，它不受氰或氰化物抑制，尤其容易受氧肟酸抑制?？骨韬粑鼒D5-38抗氰氧化酶系統(tǒng)NADH→FMN→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2抗氰氧化酶(Fe)（二）抗壞血酸氧化酶系統(tǒng)抗壞血酸氧化酶是一個(gè)含銅氧化酶，廣泛分布植物中（尤其是黃瓜、南瓜）保護(hù)巰基、延緩衰老17/66三、超氧化物歧化酶和過(guò)氧化物氧化體系（一）超氧化物歧化酶（SODsuperoxidedismatase）使超氧陰離子解毒主要方式是由超氧化物歧化酶將其轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O2。++2H+→H2O2+O2O2+H+→HO2-HO2+HO2自發(fā)地H2O+O2（二）過(guò)氧化氫消除和利用H2O2是一個(gè)有害物質(zhì)1、過(guò)氧化氫酶2H2O2過(guò)氧化氫酶2H2O+O22、過(guò)氧化物酶RH2＋H2O2過(guò)氧化物酶R+2H2O18/66第六章糖代謝分解代謝合成代謝1、大分子分解為G、脂肪酸、甘油、aa2、G、脂肪酸、甘油、aa降解為乙酰CoA+少許ATP3、乙酰CoA氧化成CO2和H2O+大量ATP反應(yīng)代謝路徑反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)代謝糖消化和吸收多糖寡糖單糖淀粉糖元蔗糖、麥芽糖異麥芽糖、乳糖葡萄糖果糖半乳糖－ATP供氫體為NADPH19/66第六章糖代謝糖主要生理功效糖分布糖生理意義結(jié)合糖糖蛋白氨基多糖蛋白多糖糖脂20/66第一節(jié)糖酵解一、糖酵解反應(yīng)過(guò)程

糖酵解（glycolysis）：在無(wú)氧氣條件下，G降解為乙醇或乳酸并伴伴隨少許ATP生成一系列反應(yīng)，稱(chēng)之為糖酵解又稱(chēng)EMP路徑（Embden-Meyerhof-Parnas）。

（一）糖酵解生化過(guò)程

1、第一階段生成三碳糖5步反應(yīng)。

（1）葡萄糖磷酸化圖6-1葡萄糖磷酸化21/66（2）6-磷酸葡萄糖異構(gòu)化為6-磷酸果糖圖6-26-磷酸葡萄糖異構(gòu)化（3）6-磷酸果糖磷酸化圖6-46-磷酸果糖磷酸化22/66（4）1，6-二磷酸果糖裂解圖6-51，6-二磷酸果糖裂解23/66（5）磷酸三碳糖互變圖6-6磷酸三碳糖互變24/662、第二階段生成乳酸（乙醇）6步反應(yīng)

（1）3-磷酸甘油醛氧化為1，3－二磷酸甘油酸

圖6-73-磷酸甘油醛氧化為1，3－二磷酸甘油酸

25/66（2）從1，3－二磷酸甘油酸形成ATP圖6-8從1，3－二磷酸甘油酸形成ATP26/66（3）、3－磷酸甘油酸異構(gòu)化圖6-93－磷酸甘油酸異構(gòu)化27/66（4）2－磷酸甘油酸脫水形成磷酸烯醇式丙酮酸圖6-102－磷酸甘油酸脫水形成磷酸烯醇式丙酮酸28/66（5）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)產(chǎn)生ATP

圖6-11從磷酸烯醇式丙酮酸形成ATP

圖6-12烯醇式丙酮酸重排成丙酮酸（6）丙酮酸深入轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗幔ㄒ掖迹?/p>

乳酸發(fā)酵和乙醇發(fā)酵

圖6-13丙酮酸變成乳酸

圖6-14丙酮酸變成乙醇總反應(yīng)式：葡萄糖＋2Pi＋2ADP→2乳酸＋2ATP＋2H2O葡萄糖＋2Pi＋2ADP＋2H+→2乙醇＋2CO2＋2ATP＋2H2O29/66（二）糖酵解調(diào)整

調(diào)整位點(diǎn)：3個(gè)限速酶，己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。（三）糖酵解生理意義

1、提供能量一些情況（猛烈運(yùn)動(dòng)乳酸↑）

2、病理情況下獲取能量嚴(yán)重貧血、大量失血、呼吸障礙等。

3、合成其它物質(zhì)原料中間產(chǎn)物（磷酸二羥基丙酮、丙酮酸等）30/66第二節(jié)有氧呼吸有氧呼吸：G在有氧氣條件下，氧化分解成CO2和H2O過(guò)程。兩個(gè)階段1、胞液階段葡萄糖→丙酮酸2、線粒體階段丙酮酸→乙酰CoA→檸檬酸循環(huán)三羧酸循環(huán)（TCA循環(huán)，Krebs循環(huán)）31/66一、三羧酸循環(huán)生化過(guò)程

1、丙酮酸氧化為乙酰CoA5步反應(yīng)、3種酶

圖6-16丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA總反應(yīng)圖6-17丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化反應(yīng)32/662、三羧酸循環(huán)6個(gè)步驟(9個(gè)反應(yīng))（1）草酰乙酸與乙酰CoA縮合形成檸檬酸圖6-19草酰乙酸與乙酰CoA催合形成檸檬酸33/66（2）檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸圖6-20檸檬酸異構(gòu)化形異檸檬酸（3）異檸檬酸氧化脫羧生成α－酮戍二酸圖6-21異檸檬酸氧化脫羧生成α－酮戍二酸（4）α－酮戍二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoAα－酮戍二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA34/66（5）琥珀酰CoA產(chǎn)生琥珀酸和GTP

圖6-23由琥珀酰CoA產(chǎn)生琥珀和GTP

35/66（6）琥珀酸重新氧化使草酰乙酸再生3步反應(yīng)

圖6-24琥珀酸重新氧化使草酰乙酸再生36/66二、三羧酸循環(huán)生成ATP乙酰CoA＋3NAD+＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O→CO2＋3NADH＋FADH2＋GTP＋2H+＋CoASH每個(gè)分子G徹底氧化為H2O和CO2，共能產(chǎn)生：5（或7）＋12.5×2＝30（或32）分子ATP三、三羧酸循環(huán)回補(bǔ)反應(yīng)草酰乙酸回補(bǔ)反應(yīng)1、丙酮酸羧化圖6-25丙酮酸羧化2、磷酸烯醇式丙酮酸羧化圖6-26磷酸烯醇式丙酮酸羧化37/663、氨基酸形成草酰乙酸圖6-27由氨基酸形成草酰乙酸

四、三羧酸循環(huán)調(diào)整1、檸檬酸本身制約系統(tǒng)調(diào)整3種限速酶：檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和α－酮戍二酸脫氫酶復(fù)合體。最關(guān)鍵底物乙酰CoA、草酰乙酸和產(chǎn)物NADH。2、ATP、ADP、和Ca2+對(duì)三羧酸循環(huán)調(diào)整ATP濃度↑異檸檬酸脫氫酶活性↓ADP濃度↑異檸檬酸脫氫酶活性↑Ca2+濃度↑丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、α－酮戍二酸脫氫酶復(fù)合體↑

圖6-28乙酰CoA……………調(diào)整部位38/66五、巴斯德效應(yīng)

巴斯德效應(yīng)（Pasteureffect）：氧氣抑制酒精發(fā)酵現(xiàn)象稱(chēng)之原因：供氧充分→ATP/ADP升高→抑制磷酸果糖激酶活性→F－6－P和G－6－P↑－已糖激酶↓→抑制糖酵解第三節(jié)磷酸戍糖路徑植物碰到逆境或遭受病蟲(chóng)害時(shí)，磷酸戍糖路徑（Pentoseaphosphatepathway,PPP路徑）一、磷酸戍糖路徑生化過(guò)程兩個(gè)階段氧化階段非氧化階段39/661、氧化階段六碳糖脫羧形成五碳糖3步反應(yīng)（1）生成6－磷酸葡萄糖酸－σ－內(nèi)酯（2）生成6－磷酸葡萄糖酸（3）生成5－磷酸核酮糖圖6-29磷酸戍糖路徑氧化階反應(yīng)2、非氧化階段5步反應(yīng)（1）5－磷酸核酮糖異構(gòu)化為5－磷酸核糖圖6-305－磷酸核酮糖異構(gòu)化為5－磷酸核糖40/66（2）5－磷酸核酮糖轉(zhuǎn)變?yōu)?－磷酸木酮糖圖6-31

5－磷酸核酮糖轉(zhuǎn)變?yōu)?－磷酸木酮糖

（3）5－磷酸木酮糖與5－磷酸核糖作用形成7磷酸景天庚酮糖和3－磷酸甘油醛圖6-325－磷酸木酮糖與5－磷酸核糖作用形成7磷酸景無(wú)庚酮糖和3－磷酸甘油醛

41/66（4）形成6－磷酸果糖和4－磷酸赤蘚糖

圖6-337－磷酸天庚酮糖和…6－磷酸果糖