第5章生物氧化

會(huì)計(jì)學(xué)1第5章生物氧化糖原脂肪蛋白質(zhì)葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰CoAⅠⅡⅢTCA營(yíng)養(yǎng)物分解代謝的三個(gè)階段第1頁(yè)/共65頁(yè)（一）本質(zhì)：生物氧化是發(fā)生在生物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng),因而具有氧化還原反應(yīng)的共同特征。并且物質(zhì)被氧化時(shí)總伴隨能量的釋放。二、生物氧化的化學(xué)本質(zhì)與特點(diǎn)（二）特點(diǎn)：生物氧化是在活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的,它與體外的直接氧化相比又有許多不同的特點(diǎn):1、有機(jī)物在生物體內(nèi)完全氧化與在體外燃燒而被徹底氧化,在本質(zhì)上是相同的,最終的產(chǎn)物都是CO2和H2O,同時(shí)所釋放能量的總值也相等；

2、生物氧化在常溫、常壓、接近中性的pH和多水環(huán)境中進(jìn)行；是在一系列酶、輔酶和中間傳遞體的作用下逐步進(jìn)行的；3、氧化反應(yīng)分階段進(jìn)行,能量逐步釋放,既避免了能量驟然釋放對(duì)機(jī)體的損害,又使得生物體能充分、有效地利用釋放的能量；4、生物氧化過(guò)程中釋放的化學(xué)能通常被偶聯(lián)的磷酸化反應(yīng)所利用,貯存于高能磷酸化合物(如ATP)中,當(dāng)生命活動(dòng)需要時(shí)再釋放出來(lái)。第2頁(yè)/共65頁(yè)生物氧化是在一系列氧化-還原酶催化下分步進(jìn)行的。每一步反應(yīng)，都由特定的酶催化。在生物氧化過(guò)程中，主要包括如下幾種氧化方式。（1）脫氫（2）加水脫氫（3）加氧（4）失電子三、生物氧化的方式：第3頁(yè)/共65頁(yè)

第二節(jié)ATP與其他高能化合物自由能(G)：指一個(gè)反應(yīng)體系中能夠做功的那部分能量。自由能的變化(ΔG)：產(chǎn)物的自由能與反應(yīng)物的自由能之差，與反應(yīng)轉(zhuǎn)變過(guò)程無(wú)關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化(ΔG0)：298K，101.3KPa，反應(yīng)物濃度為1mol/L。生化反應(yīng)中標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化(ΔG0’)：298K，101.3KPa，反應(yīng)物濃度為1mol/L，pH=7。第4頁(yè)/共65頁(yè)如

A+BC+DΔG=(GC+GD)-(GA+GB)ΔG=ΔG0+RTln[C][D]/[A][B]ΔG<0ΔG=0ΔG>0反應(yīng)達(dá)到平衡反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行第5頁(yè)/共65頁(yè)ATP與高能磷酸鍵第6頁(yè)/共65頁(yè)高能磷酸鍵ATP+H2OADP+PiΔG0’=-30.5KJ/molADP+H2OAMP+PiΔG0’=-30.5KJ/molAMP+H2O腺苷+PiΔG0’=-14.2KJ/mol高能磷酸鍵：生化中把磷酸化合物水解時(shí)釋出的能量＞20KJ/mol者所含的磷酸鍵稱高能磷酸鍵，常用~P表示，含有高能鍵的化合物稱為高能化合物。第7頁(yè)/共65頁(yè)高能磷酸鍵的類型磷酸酐：ATP、ADP、UTP、CTP、PPi等；烯醇磷酸：PEP；混合酐：1,3-BP-甘油酸；磷酸胍類：磷酸肌酸。另有高能硫酯鍵：乙酰CoA、脂酰CoA等。第8頁(yè)/共65頁(yè)磷酸酐第9頁(yè)/共65頁(yè)烯醇磷酸PEP第10頁(yè)/共65頁(yè)混合酐（?；姿幔?,3-BP-甘油酸第11頁(yè)/共65頁(yè)磷酸胍類磷酸肌酸第12頁(yè)/共65頁(yè)高能硫酯鍵乙酰CoA第13頁(yè)/共65頁(yè)ATP的作用作為能量載體，提供合成代謝或分解代謝初始階段所需的能量；供給機(jī)體生命活動(dòng)所需的能量；生成核苷三磷酸（NTP）；將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給肌酸以磷酸肌酸（creatinephosphate）形式儲(chǔ)存。

第14頁(yè)/共65頁(yè)提供合成代謝或分解代謝

初始階段所需的能量G+ATPG-6-P+ADP

脂酸+CoA+ATP脂酰CoA+AMP+PPi

氨基酸+ATP氨基酰~AMP+PPi第15頁(yè)/共65頁(yè)供給機(jī)體生命活動(dòng)所需的能量第16頁(yè)/共65頁(yè)生成核苷三磷酸（NTP）第17頁(yè)/共65頁(yè)第18頁(yè)/共65頁(yè)將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給肌酸以

磷酸肌酸形式儲(chǔ)存第19頁(yè)/共65頁(yè)ATP的生成方式氧化磷酸化：代謝物脫下的氫經(jīng)電子傳遞鏈與氧結(jié)合成水的同時(shí)，逐步釋放出能量，使ADP磷酸化為ATP的過(guò)程。底物水平磷酸化：代謝物脫氫與ADP（或GDP）的磷酸化相偶聯(lián)。共3個(gè)反應(yīng)。第20頁(yè)/共65頁(yè)底物水平磷酸化第21頁(yè)/共65頁(yè)

第四節(jié)電子傳遞鏈電子傳遞鏈電子傳遞鏈的組成電子傳遞鏈的順序電子傳遞鏈中生成ATP的部位質(zhì)子梯度的形成機(jī)制ATP合酶氧化磷酸化的調(diào)節(jié)第22頁(yè)/共65頁(yè)電子傳遞鏈（呼吸鏈）概念：線粒體內(nèi)膜上存在由多種酶和輔基組成的傳遞H和電子的反應(yīng)鏈，它們按一定順序排列，稱電子傳遞鏈(或呼吸鏈)（electrontransferchain或respiratorychain）。電子傳遞鏈的組成電子傳遞鏈的順序電子傳遞鏈中生成ATP的部位質(zhì)子梯度的形成機(jī)制第23頁(yè)/共65頁(yè)電子傳遞鏈的組成從線粒體內(nèi)膜上分離到四種酶復(fù)合體及輔酶Q(CoQ)和細(xì)胞色素C(Cytc)。復(fù)合體Ⅰ：NADH-CoQ還原酶復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸-CoQ還原酶復(fù)合體Ⅲ：CoQ-細(xì)胞色素C還原酶復(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組成第24頁(yè)/共65頁(yè)復(fù)合體Ⅰ：NADH-CoQ還原酶功能：將電子從NADH傳遞給CoQ輔基：FMN，鐵硫蛋白第25頁(yè)/共65頁(yè)鐵硫蛋白鐵硫簇(Fe4S4)功能：?jiǎn)坞娮觽鬟f體第26頁(yè)/共65頁(yè)泛醌（CoQ）第27頁(yè)/共65頁(yè)第28頁(yè)/共65頁(yè)第29頁(yè)/共65頁(yè)復(fù)合體Ⅲ：CoQ-細(xì)胞色素C還原酶功能：將電子從CoQ傳遞給Cytc組成：Cytb、Fe-S、Cytc1細(xì)胞色素(Cyt)：含鐵卟啉輔基的色蛋白，分a、b、c三類，每類中又分幾種亞類。第30頁(yè)/共65頁(yè)細(xì)胞色素第31頁(yè)/共65頁(yè)功能：?jiǎn)坞娮觽鬟f體第32頁(yè)/共65頁(yè)第33頁(yè)/共65頁(yè)復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素氧化酶功能：將電子從Cytc最終傳遞到O2組成：Cyta、Cyta3、Cu第34頁(yè)/共65頁(yè)復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸-CoQ還原酶功能：將電子從琥珀酸傳遞給CoQ輔基：FAD、Fe-S、Cytb560第35頁(yè)/共65頁(yè)NADH呼吸鏈:FADH2呼吸鏈:第36頁(yè)/共65頁(yè)α-磷酸甘油穿梭：通過(guò)該穿梭，一對(duì)氫原子只能產(chǎn)生2分子ATP第37頁(yè)/共65頁(yè)蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭：通過(guò)該穿梭，一對(duì)氫原子可產(chǎn)生3分子ATP第38頁(yè)/共65頁(yè)第五節(jié)氧化磷酸化

指代謝底物在生物氧化中脫掉的氫，經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧化合生成水的過(guò)程中與ADP磷酸化生成ATP相偶的過(guò)程。第39頁(yè)/共65頁(yè)氧化磷酸化的基本機(jī)制來(lái)自中間代謝物的還原當(dāng)量(NADH或FADH2)經(jīng)電子傳遞鏈傳遞給氧生成水時(shí)，釋放出大量的能量(NADH：ΔG0’=-221.5KJ/mol，F(xiàn)ADH2：ΔG0’=-171.4KJ/mol)，這部分能量可推動(dòng)ADP與Pi合成ATP。第40頁(yè)/共65頁(yè)第41頁(yè)/共65頁(yè)還原電位與電子傳遞鏈的順序電子傳遞鏈中各組分的順序由還原電位決定電子傳遞方向：(還原電位)低高標(biāo)準(zhǔn)還原電位：將一個(gè)半反應(yīng)體系與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氫電極(pH7)相連所測(cè)的還原電位。第42頁(yè)/共65頁(yè)半反應(yīng)ΔE0’（V）2H++2eH2-0.41NAD++2H++2eNADH+H+

-0.32FMN+2H++2eFMNH2-0.30FAD+2H++2eFADH2-0.06CoQ+2H++2eCoQH20.04(或0.10)Cytb(Fe3+)+eCytb(Fe2+)0.07Cytc1(Fe3+)+eCytc1(Fe2+)0.23Cytc(Fe3+)+eCytc(Fe2+)0.25Cyta(Fe3+)+eCyta(Fe2+)0.29Cyta3(Fe3+)+eCyta3(Fe2+)0.55O2+2H++2eH2O0.82第43頁(yè)/共65頁(yè)電子傳遞鏈的順序:第44頁(yè)/共65頁(yè)電子傳遞鏈中生成ATP的部位第45頁(yè)/共65頁(yè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)P/O比值：每消耗molO2所消耗無(wú)機(jī)磷酸的mol數(shù)（即合成ATP的mol數(shù)）電位降落與自由能：ΔG0’=-nFΔE0’NADHCoQ：ΔG0’=-2×96.5×0.33=-63.7KJ/molCoQCytc：ΔG0’=-2×96.5×0.31=-59.8KJ/molCyta3O2：ΔG0’=-2×96.5×0.58=-111.9KJ/mol合成ATP需自由能51.6KJ/molNADHO2可合成3分子ATP第46頁(yè)/共65頁(yè)第47頁(yè)/共65頁(yè)抑制劑1、呼吸鏈抑制劑

能阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。如魚(yú)藤酮（rotenone）、粉蝶霉素A（piericidinA）及異戊巴比妥（amobarbital）等與復(fù)合體中的鐵硫蛋白結(jié)合，從而阻斷電子傳遞。二巰基丙醇第48頁(yè)/共65頁(yè)

2、解偶聯(lián)劑（uncoupler）：使氧化與磷酸化偶聯(lián)過(guò)程脫離。二硝基苯酚（dinitrophenol，DNP）第49頁(yè)/共65頁(yè)

3、氧化磷酸化抑制劑對(duì)電子傳遞及ADP的磷酸化均有抑制作用。如寡霉素（oligomycin）第50頁(yè)/共65頁(yè)本小節(jié)要求熟悉ATP與其他高能化合物，ATP的生成與利用方式；掌握氧化磷酸化的概念、電子傳遞鏈的順序、生成ATP的部位；熟悉電子傳遞鏈的組成及氧化磷酸化的調(diào)節(jié)。第51頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)試題A、磷酸酐型B、混合酐型C、烯醇磷酸型D、磷酸胍類型E、硫酯型 磷酸肌酸中高能鍵為:

琥珀酰CoA中的高能鍵為: UTP中的高能鍵為:（D）（E）（A）第52頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)試題A、含高能磷酸鍵B、含一般磷酸鍵C、兩者都有D、兩者都沒(méi)有AMPGDP丙酮酸磷酸肌酸（B）（C）（D）（A）第53頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)試題關(guān)于三羧酸循環(huán)的敘述正確的是：A、循環(huán)一周可生成4分子NADHB、循環(huán)一周可使2個(gè)ADP磷酸化成ATPC、丙二酸可抑制延胡索酸轉(zhuǎn)變成蘋(píng)果酸D、琥珀酰CoA是α–酮戊二酸氧化脫羧的產(chǎn)物（D)第54頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)試題下列關(guān)于乙酰CoA的敘述錯(cuò)誤的是：A、*CH3CO～SCoA經(jīng)三羧酸循環(huán)一周后，*C出現(xiàn)于CO2B、它是丙酮酸羧化酶的變構(gòu)激活劑C、從丙酮酸生成乙酰CoA是不可逆的D、乙酰CoA不能通過(guò)線粒體E、乙酰CoA含高能鍵（A）第55頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)試題三羧酸循環(huán)的酶均存在于線粒體基質(zhì)，除了:A、檸檬酸合成酶

B、延胡索酸酶

C、琥珀酰CoA合成酶

D、琥珀酸脫氫酶

E、順烏頭酸酶（D）第56頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)試題三羧酸循環(huán)和有關(guān)呼吸鏈反應(yīng)中能產(chǎn)生ATP最多的步驟是：A、檸檬酸——→異檸檬酸B、異檸檬酸——→α-酮戊二酸C、α-酮戊二酸——→琥珀酸D、琥珀酸——→蘋(píng)果酸E、蘋(píng)果酸——→草酰乙酸（C）第57頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)試題有關(guān)呼吸鏈的描述，下列哪項(xiàng)是錯(cuò)誤的:A、在完整線粒體中，電子的連續(xù)傳遞依賴于磷酸化反應(yīng)

B、一對(duì)電子從NADH傳遞給氧的過(guò)程中，有3分子ATP生成

C、電子從NADH傳遞給氧的過(guò)程中，自由能增高

D、細(xì)胞色素鐵卟啉中的鐵原子經(jīng)歷了Fe2+Fe3+的互變

E、呼吸鏈中的遞氫體同時(shí)也傳遞了電子(C)第58頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)試題作為遞氫體，能將電子直接傳遞給細(xì)胞色素的是:A、NADH+H

B、NADPH+H

C、CoQ D、FADH2

E、FMNH2(C)第59頁(yè)/共65頁(yè)測(cè)