第05章 生物氧化

生物氧化BiologicalOxidation第六章

主要內(nèi)容概述生物氧化過程中水的生成ATP的生成其他氧化體系什么是生物氧化?物質(zhì)在生物體內(nèi)的氧化過程稱生物氧化。主要是指糖、脂肪、蛋白質(zhì)在體內(nèi)變成CO2和水并生成能量ATP的過程。生物氧化這一章解決三個問題水如何生成?-----呼吸鏈能量如何生成?-----ATP的生成CO2如何生成?-----脫羧第一節(jié)概述一、生物氧化的方式與特點（一）生物氧化的方式1.加氧反應(yīng)：向底物分子中直接加入氧原子或氧分子－O212+OH2.

脫氫反應(yīng)(最主要):從底物分子上脫下一對氫原子COOHC=O+2H

CH3（2H++2e）

COOH

HO－CH

CH3CH3CHO+H2OCH3COOH+2H機(jī)體內(nèi)加水脫氫反應(yīng)：3.

脫電子反應(yīng)：從底物分子上脫下一個電子Fe2+

Fe3++e生物氧化與體外氧化之相同點生物氧化中物質(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。（二）生物氧化的特點生物氧化與體外氧化的不同點反應(yīng)條件

溫和劇烈反應(yīng)過程

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CO2生成方式

有機(jī)酸脫羧碳和氧結(jié)合H2O

需要不需要

生物氧化體外氧化速率受體內(nèi)多種因素調(diào)節(jié)二、生物氧化有關(guān)的酶類（一）氧化酶類舉例：細(xì)胞色素氧化酶、酚氧化酶等特點：催化底物脫氫后，以O(shè)2為直接受氫體,生成H2O。RH22Fe3+/2Cu2+O2－

H2OR

2Fe2+/2Cu+O22H++2e-2e+2e122e

組成：結(jié)合酶酶蛋白輔基：含F(xiàn)e、Cu(二)需氧脫氫酶

特點：催化底物脫氫后,以O(shè)2為直接受氫體,生成H2O2。RH2FMN/FADH2O2R

FMNH2/FADH2

O2

2H2H組成：結(jié)合酶酶蛋白輔基：FMN、FAD(三)不需氧脫氫酶（最重要）

特點：催化底物脫氫后，不能以O(shè)2為直接受氫體組成：結(jié)合酶酶蛋白輔助因子輔酶：NAD+、NADP+輔基：FMN、FADRH2NAD+(NADP+)XH2

O2RNADH+H+

XH2O

(NADPH+H+)

2H2H2H12RH2FMN/FADXH2

O2R

FMNH2/FADH2

XH2O

2H2H2H12三、CO２生成的方式基本方式：

有機(jī)酸脫羧分類：

α-脫羧（羧基位置在α碳原子上）β-脫羧（羧基位置在β碳原子上）單純脫羧（不伴氧化）氧化脫羧（伴氧化）

1.α-單純脫羧

COOHC=OCH2COOHαβ（一）單純脫羧2.β-單純脫羧COOHC=O+CO2

CH3

O‖ CH3CCOOH

O‖CH3CH+CO2

（二）氧化脫羧

1.α-氧化脫羧2.β-氧化脫羧

O‖CH3－C－COOH+CoASH+NAD+

O‖CH3－C～SCoA+NADH+H++CO2COOHC=O+CO2+NADH+H+

CH3COOHCHOH+NAD+CH2COOHβα

第二節(jié)

生物氧化過程中水的生成TheOxidationSystemofH2OProducing呼吸鏈的概念分布于線粒體內(nèi)膜，由遞氫體和遞電子體按一定順序排列構(gòu)成的連鎖體系，與細(xì)胞利用氧的呼吸過程有關(guān)，通常稱為呼吸鏈，又稱電子傳遞鏈。一、呼吸鏈的組分及其作用（一）以NAD+、

NADP+為輔酶的脫氫酶類尼克酰胺核苷酸類NAD+、

NADP+遞氫體

（二）黃素蛋白

FMN、FAD遞氫體

（三）鐵硫蛋白

單電子傳遞體（四）泛醌（輔酶Q）

遞氫體（五）細(xì)胞色素體系

單電子傳遞體NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)NAD+：R=HNADP+：R=PO32-(一)尼克酰胺核苷酸類+H+e+H++H+NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2H尼克酰胺核苷酸的作用原理（二）黃素蛋白類黃素單核苷酸的結(jié)構(gòu)黃素腺嘌呤二核苷酸的結(jié)構(gòu)核黃素(黃色)FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H-2H+2H還原型核黃素(無色)黃素核苷酸的作用原理（a）2Fe-2S（b）4Fe-4S（三）鐵硫蛋白鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)Fe2+

Fe3+-e+eFMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b鐵硫蛋白的作用原理OCH3CH3H3COH3COO（CH2CH=CCH2）nHOOH3COH3COCH3RH3COH3COOHOHCH3R+2H-2H（四）泛醌輔酶Q的結(jié)構(gòu)及作用原理（五）細(xì)胞色素體系（Cyt）1.Cyt的本質(zhì)細(xì)胞色素=酶蛋白+血紅素2.Cyt的分類30多種a組：a、a1、a2、a3

…b組：b、b1～7、P450…c組：c、c1、c2、c3…細(xì)胞色素是一類以鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類。線粒體（a、a3

、b、c、c1）微粒體（b5、P450

）3.Cyt的存在部位Cytaa3（細(xì)胞色素氧化酶）：

Cyta與Cyta3結(jié)合緊密，很難分開，故將Cyta和Cyta3合稱Cytaa3。Cytaa3可以直接將電子傳遞給氧，使氧被激活為氧離子，故亦稱為細(xì)胞色素氧化酶。細(xì)胞色素的傳遞方向

筆洗一洗AA散b、c1、c、aa3洗一洗4.Cyt在呼吸鏈中的作用2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+

2Cytaa3-Fe2++1/2O2

2Cytaa3-Fe3++O2-

二、呼吸鏈中的傳遞體排列順序呼吸鏈中氫和電子的傳遞順序和方向主要是根據(jù)各種遞氫體和電子傳遞體的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位數(shù)值的測定（電子總是從低氧化還原電位向高氧化還原電位流動）而確定的。-63.7kJ/mol-59.8kJ/mol-110.0kJ/mol1.NADH氧化呼吸鏈每2H通過此呼吸鏈可生成2.5分子ATP。體內(nèi)重要的兩條呼吸鏈

SH2NAD+FMNH2CoQ2Cyt-Fe2+1/2O2

（Fe-S）SNADHFMNCoQH22Cyt-Fe3+O2-（Fe-S）每2H通過此呼吸鏈可生成1.5分子ATP。2.琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸

延胡索酸12FAD（Fe-S）b

FADH2

（Fe-S）bCoQH2

CoQ2Cyt-Fe3+2Cyt-Fe2+

O2O2-(b、c1、c

、aa3)3.分別進(jìn)入兩條呼吸鏈的底物蘋果酸異檸檬酸

琥珀酸β-羥丁酸谷氨酸

FAD（Fe-S）NAD+FMNCoQbc1caa3O2

丙酮酸FAD

α-酮戊二酸

脂肪酰CoA

α-磷酸甘油NADH氧化呼吸鏈

FADH2氧化呼吸鏈

兩種呼吸鏈的比較:相同:1.將H傳遞給O2生成水；2.H和O2消耗，其它可反復(fù)使用；3.CoQ是兩種呼吸鏈的匯合點。不同點:

NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈

普遍程度較普遍次要起始物NADHFADH2ATP

2.51.5三、胞液中NADH的氧化

（一）α-磷酸甘油穿梭(腦、骨骼肌)（二）蘋果酸-天冬氨酸穿梭(肝臟、心肌組織)

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1.

α-磷酸甘油穿梭機(jī)制(每2H生成1.5ATP)NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運體蘋果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運體

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(每2H生成2.5ATP)兩種穿梭系統(tǒng)的比較α-磷酸甘油穿梭蘋果酸-天冬氨酸穿梭穿梭物質(zhì)α-磷酸甘油磷酸二羥丙酮蘋果酸、谷氨酸天冬aa、α-酮戊二酸進(jìn)入線粒體后轉(zhuǎn)變成的物質(zhì)FADH2NADH+H+進(jìn)入呼吸鏈

琥珀酸氧化呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈生成ATP數(shù)1.52.5存在組織腦、骨骼肌肝臟和心肌組織相同點將胞漿中NADH的還原當(dāng)量轉(zhuǎn)送到線粒體內(nèi)第三節(jié)ATP的生成一、高能化合物

生物化學(xué)中常將水解時釋放的能量>21kJ/mol的磷酸鍵稱為高能磷酸鍵。含有高能鍵的化合物叫高能化合物。

ATP是最主要的直接供能物質(zhì)ATP的結(jié)構(gòu)：可用A－P～P～P表示末端有2個高能磷酸鍵~二、ATP的生成方式底物水平磷酸化氧化磷酸化(最主要)定義：將代謝物分子中能量（磷酸基）直接轉(zhuǎn)移至ADP（或GDP），生成ATP（或GTP）的過程稱底物水平磷酸化。每次底物磷酸化產(chǎn)生一個ATPX~+ADP→ATP+XP（一）底物水平磷酸化：

在被氧化的底物上發(fā)生磷酸化作用。底物水平磷酸化僅見于以下三個反應(yīng)（二）氧化磷酸化1.概念：代謝物脫下的氫，經(jīng)呼吸鏈氧化為水時釋放的能量，在ATP合酶的催化下，使ADP磷酸化成ATP的過程，由于代謝物的氧化反應(yīng)與ADP的磷酸化反應(yīng)偶聯(lián)進(jìn)行，故稱為氧化磷酸化。2.氧化磷酸化的偶聯(lián)部位P/O值：是指氧化磷酸化過程中，無機(jī)磷原子消耗的摩爾數(shù)與氧原子消耗的摩爾數(shù)之比。從P/O值可了解物質(zhì)氧化時每消耗1摩爾原子氧所產(chǎn)生的ATP的摩爾數(shù)。離體線粒體實驗中測得一些底物的P/O值底物呼吸鏈的組成P/O值生成ATP數(shù)1.β-羥丁酸

NAD+→FMN→CoQ→Cyt→O2

2.4～2.8

2.5琥珀酸

FA