生物氧化課件

第9章生物氧化

BiologicalOxidation本章主要內容

生物氧化概述

ATP

氧化磷酸化其他生物氧化系統(tǒng)1生物氧化(Biologicaloxidation)

營養(yǎng)物質在動物機體內氧化，生成二氧化碳和水，并有能量釋放。這個過程在細胞中進行，宏觀上表現(xiàn)為呼吸作用，因此也將生物氧化稱為組織氧化或細胞氧化、組織呼吸或細胞呼吸。不同于有機物質在體外的劇烈燃燒，伴隨著大量熱能的釋放，生物氧化在溫和的條件下進行，能量緩慢的釋放。線粒體——細胞的動力站生物氧化過程主要在線粒體的內膜上進行，內膜上分布著許多的酶和電子傳遞體，構成兩條呼吸鏈。內膜上結合的顆粒（內膜粒子，或稱基粒、三分體等）具有ATP合酶的活性，稱FoF1ATPase

。

2ATP（三磷酸腺苷）

2.1ATP的分子結構和高能磷酸鍵

ATP等的分子中的焦磷酸鍵在水解時或在轉移時，可釋放很高的能量，大于30.56kJ/moL，稱高能磷酸鍵。

表9?3各種磷酸化合物的水解自由能

磷酸化合物

水解自由能ΔG（kJ/moL）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）-61.69氨基甲酰磷酸-50.50乙?；姿?43.12磷酸肌酸（CP）-43.12焦磷酸（PPi）-33.49ATP（→ADP+Pi）-30.56葡萄糖-1-磷酸（G-1-P）-20.93葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）-13.82α-磷酸甘油-9.21

高能磷酸化合物有轉移其磷?；膬A向，形成較低能量的磷酸脂。ATP是磷?；膫鬟f體。2.2ATP具有較高的磷酸基團轉移勢2.4ATP的生成方式

1.底物水平的磷酸化（回憶糖的分解代謝）2.氧化磷酸化(oxydativephosphorylation)底物脫下的氫（2H2H++2e）經(jīng)過呼吸鏈(respiratorychain)或電子傳遞系統(tǒng)(electronictransportsystem)的傳遞最后交給氧，并與之結合生成水。在此過程中,氧化釋放的部分能量以高能磷酸鍵的形式儲存在ATP分子中（ADP+PiATP），這種氧化過程與磷酸化過程的偶聯(lián)稱為氧化磷酸化。這是需氧生物合成ATP的主要方式。不需氧脫氫酶輔酶Q（CoQ，泛醌）細胞色素（Cyt）鐵硫復合物（FeS，鐵硫中心）細胞色素a,a3，即細胞色素c氧化酶這些成分在呼吸鏈上以一定的順序排列傳遞電子和氫，構成電子傳遞系統(tǒng)（ElectronicTransportSystem）3呼吸鏈(respiratorychain)3.1呼吸鏈的組成成分不需氧脫氫酶底物脫下的氫交給氫或電子的傳遞體，而氧并不是氫的直接受體。舉例:3-磷酸甘油醛脫氫酶（NAD）異檸檬酸脫氫酶（NAD）NADH-CoQ還原酶（FMN）琥珀酸-CoQ還原酶（FAD）CoQ-細胞色素c還原酶（鐵卟啉輔基）細胞色素（Cytochrome,Cyt）

細胞色素是一類含血紅素的電子傳遞蛋白，F(xiàn)e原子處于血紅素環(huán)中央，借助化學價的變化（Fe++/Fe+++）傳遞電子。

有十幾種細胞色素，不同的細胞色素對特定波長的可見光有不同的吸收。Cytc和c1的血紅素與蛋白部分共價結合。Cyta,a3又稱細胞色素c氧化酶,處于呼吸鏈的末端,既含F(xiàn)e原子，又有Cu原子，通過銅原子的化合價變化（在+1和+2之間）最終將電子傳遞給氧。Cyta,a3可以被CN-和CO抑制。

細胞色素c的結構Cytc和c1的血紅素與蛋白部分共價結合。

Fe-S復合物

非血紅素鐵蛋白，也稱鐵硫中心，借助Fe化學價的變化（Fe++/Fe+++）傳遞電子。Fe與4個Cys的S相連Fe2S2，F(xiàn)e分別與2S和2個Cys的S相連3.2NADH呼吸鏈的組成復合物I（NADH-CoQ還原酶，含F(xiàn)MN，F(xiàn)e-S）CoQ（泛醌）復合物III（CoQ-細胞色素c還原酶，含Cytb562、Cytb566，F(xiàn)e-S，Cytc1）Cytc復合物IV（細胞色素c氧化酶，Cyta,a3，含CuA、CuB）3.3FADH呼吸鏈（琥珀酸呼吸鏈）的組成復合物II（琥珀酸-Q還原酶，含F(xiàn)AD、Fe-S，Cytb560）CoQ復合物III（同NADH呼吸鏈）Cytc復合物IV（同NADH呼吸鏈）ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側基質側線粒體內膜e-e-e-e-e-4氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）4.1磷氧比（P/O）

當電子在呼吸鏈傳遞消耗氧的同時，有無機磷酸（Pi）的消耗。消耗P原子的摩爾數(shù)與O原子的摩爾數(shù)之比稱為P/O比。研究組織呼吸的實驗顯示:NADH呼吸鏈的P/O為2.5，F(xiàn)ADH呼吸鏈的P/O為1.5。即在NADH呼吸鏈中，將一對電子傳遞給O，實現(xiàn)了2.5次的磷酸化反應（ADP+PiATP），而在FADH呼吸鏈只有1.5次.4.2ATP的產(chǎn)生

推動ADP磷酸化形成ATP所需的標準自由能大約在-30.56Kj/moL。在NADH呼吸鏈上，在NADH—CoQ，Cytb—c1和Cytaa3—O2之間釋放的能量足以實現(xiàn)磷酸化。在FADH呼吸鏈，則在Cytb—c1和Cytaa3—O2之間。電子的傳遞方向和釋放的能量可能推動形成ATP的部位-50.24Kj/moL-41.87Kj/moL-100.48Kj/moL4.3氧化磷酸化的機制——化學滲透學說

---底物脫下的氫的一對電子通過NADH呼吸鏈傳遞給氧原子，期間分別有4、4、2共5對質子從線粒體的基質轉移到膜的間隙中。呼吸鏈發(fā)揮了質子泵的作用。

---結果在線粒體內膜的兩側形成了質子的電化學梯度，積蓄了很大的自由能。

---當質子順著電化學梯度通過基粒返回到基質時，有自由能的釋放。釋放的能量在內膜粒子的ATP合酶（FoF1ATPase）的作用下，通過ADP的磷酸化生成ATP分子?；瘜W滲透學說（chemiosmotichypothesis)內膜粒子、基粒、FoF1ATPase（ATP合酶），現(xiàn)又稱復合體V。F1有5個亞基，有ATP合酶的活性，F(xiàn)o有4個亞基，鑲嵌在線粒體的內膜上，作為質子通道。注意：通過該穿梭作用，胞液中的NADH轉入到線粒體后轉變?yōu)镕ADH，進入琥珀酸呼吸鏈氧化。這解釋了為什么一摩爾G經(jīng)過有氧氧化可能生成30或32摩爾的ATP。在肌肉組織和大腦

7非線粒體氧化（在過氧化物酶體等）7.1需氧脫氫酶催化底物脫下的氫不必通過呼吸鏈而直接以氧為受體的酶。例如：氨基酸氧化酶，黃嘌呤氧化酶等，它們的輔基通常是黃素核苷酸衍生物（FAD，F(xiàn)MN），因此又稱其黃素酶類。產(chǎn)物有過氧化氫生成，后者可以由過氧化氫酶和過氧化物酶作用分解，以消除其毒性。

7.2過氧化