生物化學(xué)生物氧化

關(guān)于生物化學(xué)生物氧化第1頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五物質(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熱能生物氧化的概念

第2頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五*生物氧化與體外氧化的相同點(diǎn)生物氧化中物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。第3頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五是在細(xì)胞內(nèi)溫和的環(huán)境中（體溫，pH接近中性），在一系列酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行，能量逐步釋放有利于機(jī)體捕獲能量，提高ATP生成的效率。進(jìn)行廣泛的加水脫氫反應(yīng)使物質(zhì)能間接獲得氧，并增加脫氫的機(jī)會；脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生H2O，有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生CO2。*

生物氧化與體外氧化之不同點(diǎn)生物氧化體外氧化能量是突然釋放的。產(chǎn)生的CO2、H2O由物質(zhì)中的碳和氫直接與氧結(jié)合生成。第4頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五*生物氧化的一般過程第5頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)

生成ATP的氧化體系

TheOxidationSystemofATPProducing第6頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五定義代謝物脫下的成對氫原子（2H）通過多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。組成遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）一、呼吸鏈第7頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五（一）呼吸鏈的組成人線粒體呼吸鏈復(fù)合體*泛醌和Cytc均不包含在上述四種復(fù)合體中。第8頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五呼吸鏈各復(fù)合體在線粒體內(nèi)膜中的位置第9頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五四種復(fù)合體的排列關(guān)系第10頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五1.煙酰胺核苷酸NAD+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NicotinamideAdenineDinucleotide)

，又叫CoⅠ，主要作為呼吸鏈的一個組分，起遞氫體作用；NADP+：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amideAdenineDinucleotidePhosphate)

，又叫CoⅡ，主要在還原性生物合成中作為供氫體。二者的遞氫部位是煙酰胺部分，為VitPP。第11頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)第12頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五NAD+（NADP+）的遞氫機(jī)制（氧化型）（還原型）第13頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五2.黃素輔基FMN：黃素單核苷酸(Flavin

Mononucleotide)FAD：黃素腺嘌呤二核苷酸(FlavinAdenineDinucleotide)FMN和FAD中異咯嗪環(huán)起遞氫體作用。異咯嗪及核醇部分為VitB2（核黃素）。第14頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五FMN結(jié)構(gòu)異咯嗪核醇第15頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

FAD結(jié)構(gòu)第16頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五FMN和FAD遞氫機(jī)制

（氧化型）（還原型）第17頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五3.鐵硫蛋白(Iron-sulfurprotein,

Fe-S)又叫鐵硫中心或鐵硫簇。含有等量鐵原子和硫原子。鐵除與硫連接外，還與肽鏈中Cys殘基的巰基連接。鐵原子可進(jìn)行Fe2+

Fe3++e反應(yīng)傳遞電子，為單電子傳遞體。第18頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第19頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五SS無機(jī)硫半胱氨酸硫第20頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第21頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五4.泛醌(ubiquinone,UQ)即輔酶Q（CoenzymeQ，

CoQ），屬于脂溶性醌類化合物，帶有多個異戊二烯側(cè)鏈。因其為脂溶性，游動性大，極易從線粒體內(nèi)膜中分離出來，因此不包含在四種復(fù)合體中。分子中的苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地結(jié)合2個H，為遞氫體。第22頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

第23頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

第24頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五5.細(xì)胞色素類（Cytochrome,Cyt）是一類以鐵卟啉為輔基的電子傳遞蛋白。呼吸鏈中主要有a、b、c、三類。差別在于鐵卟啉的側(cè)鏈以及鐵卟啉與蛋白部分連接的方式不同。Cytb、c的鐵卟啉與血紅素相同；Cyta的鐵卟啉為血紅素A。分子中的鐵通過氧化還原而傳遞電子，為單電子傳遞體。第25頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第26頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第27頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五NADH+H+

NAD+FMNFMNH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2復(fù)合體Ⅰ:NADH-泛醌還原酶NADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌(ubiquinone)第28頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌還原酶琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3琥珀酸延胡索酸

FADFADH22Fe2+-S2Fe3+-SQQH2

功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌第29頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五復(fù)合體Ⅲ:泛醌-細(xì)胞色素c還原酶

QH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c1

功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c第30頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3

和CuB形成的活性部位將電子交給O2。

功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧第31頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

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④還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧（二）呼吸鏈成分的排列順序第32頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第33頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五抑制劑第34頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五1.NADH氧化呼吸鏈2.琥珀酸氧化呼吸鏈

第35頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈第36頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五線粒體內(nèi)重要代謝物氧化的途徑第37頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

二、氧化磷酸化體內(nèi)ATP生成的方式：氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。

底物水平磷酸化(substratelevelphos-phorylation)

是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過程。第38頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位即ATP生成的部位:復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

根據(jù)自由能變化和P/O比值⊿Go'=-nF⊿Eo'P/O比值：是指物質(zhì)氧化時，每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機(jī)磷的摩爾數(shù)，即生成ATP的摩爾數(shù)。

第39頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第40頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五三個偶聯(lián)部位：ATPATPATP①NADH與CoQ之間；②CoQ與Cytc之間；③Cytaa3與氧之間。第41頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五2.自由能變化(△G0′)：

大于30.5kJ即可生成1摩爾ATP。

△G0′＝－nF△E0′69.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol第42頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化

第43頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

NADH氧化呼吸鏈存在3個偶聯(lián)部位，P/O比值等于3，即產(chǎn)生3molATP。琥珀酸氧化呼吸鏈存在2個偶聯(lián)部位，P/O比值等于2，即產(chǎn)生2molATP。第44頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五（二）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制1.化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)

電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時驅(qū)動ADP與Pi生成ATP。

第45頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第46頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五線粒體基質(zhì)

線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說簡單示意圖第47頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五化學(xué)滲透假說第48頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有質(zhì)子泵作用4H+4H+4H+4H+2H+2H+內(nèi)膜表面基質(zhì)NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸?O2＋2H+H2O第49頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第50頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五Q循環(huán)第51頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五Q循環(huán)第52頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第53頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五復(fù)合體Ⅱ第54頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五2.ATP合酶即復(fù)合體Ⅴ。位于線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)。第55頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五ATP合酶F0：為疏水蛋白質(zhì)，是鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中的質(zhì)子通道。F1：為親水蛋白質(zhì)，由33亞基組成，催化生成ATP。OSCP：寡霉素敏感相關(guān)蛋白，位于F0與F1之間，使ATP合酶在寡霉素存在時不能生成ATP。第56頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖第57頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五化學(xué)計算估計每生成1分子ATP需3個H＋從線粒體內(nèi)膜外側(cè)回流進(jìn)入基質(zhì)中。ATP合酶的工作機(jī)制第58頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五ATP4-F0F1胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP在線粒體中生成并轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿需4個H＋回流進(jìn)入線粒體基質(zhì)中第59頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五NADH氧化呼吸鏈每傳遞2H僅生成2.5分子ATP到線粒體外被利用。

FADH2氧化呼吸鏈每傳遞2H僅生成1.5分子ATP到線粒體外被利用。第60頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五三、影響氧化磷酸化的因素1.呼吸鏈抑制劑

阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞。2.解偶聯(lián)劑使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白3.氧化磷酸化抑制劑

對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（一）抑制劑第61頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五魚藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)第62頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五不同底物和抑制劑對線粒體氧耗的影響

第63頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP第64頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

寡霉素(oligomycin)可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素第65頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五（二）ADP的調(diào)節(jié)作用是主要調(diào)節(jié)因素。［ADP］↑，氧化磷酸化↑。（三）甲狀腺激素Na+,K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。（四）線粒體DNA突變

與線粒體DNA病及衰老有關(guān)。第66頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度；H+m內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)H+；H+c

內(nèi)膜胞液側(cè)H+目錄第67頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五四、ATP高能磷酸鍵水解時釋放的能量大于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。第68頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五ATP是人體內(nèi)能量的直接供給者。第69頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第70頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

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第71頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五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。第72頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五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)能量的儲存和利用都以ATP為中心。第73頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五五、通過線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體外膜通透性高，線粒體對物質(zhì)通過的選擇性主要依賴于內(nèi)膜中不同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporter)對各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。第74頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

線粒體內(nèi)膜的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

第75頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五胞漿中NADH的氧化胞漿中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要有-磷酸甘油穿梭(-glycerophosphateshuttle)蘋果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)第76頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五1.

α-磷酸甘油穿梭機(jī)制第77頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五

NADH+H+FADH2NAD+FAD

線粒體內(nèi)膜

線粒體外膜膜間隙

線粒體基質(zhì)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油第78頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五α-磷酸甘油穿梭機(jī)制（腦和骨骼?。┑?9頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五2.

蘋果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制第80頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈天冬氨酸第81頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)

其他氧化酶系TheOthersOxidationEnzymeSystems第82頁，共89頁，2023年，2月20日，星期五一、需氧脫氫酶和氧化酶第83頁，共89頁，2023年，2月2