7生物氧化

2e
2Fe2+ 1/2O2
2H+
• 人体内大多数脱氢酶都以NAD+作辅酶，在脱氢酶催化下底 物MH2脱下的氢交给NAD+生成NADH+H+，在NADH脱氢酶作用 下，NADH+H+将两个氢原子传递给FMN生成FMNH2，再将氢传
递至CoQ生成CoQH2，此时两个氢原子解离成2H+和2e,2H+游
离于介质中，2e经Cyt b、c1、c、aa3传递，最后将2e传递 给1/2 O2，生成O2-, O2与介质中游离的2H+结合生成水
例如：天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）
C C C C ATP（正效应剂） CTP（负效应剂） C
R R
C C
R R R R
R R R R R R
C C
C
C C
无催化活性构象(T-型)
有催化活性构象(R-型)
3.高能荷抑制ATP的生成， 促进ATP的应用，即促进 机体内的合成代谢。 4.大多数细胞的能荷处于 0.8-0.95之间。进一步说 明细胞内ATP的产生和利 用都处于一个相对稳定的 状态。
ATP ATP ATP
• ATP能量生成依据(三个部位的自由能变化) • ΔG0 ’ =-nF ΔE0 ’
– FMN→CoQ:ΔG0’=-2*23.062*(0.1+0.3)=-18.4496千卡/mol – Cytb→CytC: ΔG0’=-2*23.062*(0.25-0.07)=-8.30232千卡/mol – Cytaa3→O2: ΔG0’=-2*23.062*(0.82-0.29)=-23.9千卡/mol
生物氧化
细胞内温和条件 （常温、常压、中性pH、水溶液）
一系列酶促反应 逐步氧化放能，能量利用率高 释放的能量转化成ATP被利用
体外燃烧
高温或高压、干燥条件
无机催化剂 能量爆发释放 转换为光和热，散失
1.3 氧化还原电位与自由能
生化标准氧化还原电位（E0）：
生化标准条件下（ 25C、一个大气压、 pH=7.0 、电 子供体和电子受体的浓度都是1mol/L）时的标准氧化 还原电位 意义: E0 值越小，失电子能力越大，即还原能力越强，是强 还原剂 E0’值越大，得电子能力越大，即氧化能力越强，是强 氧化剂 在氧化还原反应中，电子总是从E0’值较小的物质转移 到值较大的物质，即从还原剂流向氧化剂
ATP + H2O
电子传递磷酸化
• 定义: –电子由呼吸链传递给氧形成水时,伴有ADP磷酸 化形成ATP,这一全过程称电子传递磷酸化 • 特点: –这是需氧生物合成ATP的主要途径 –要有氧 • 地点: –真核生物在线粒体内膜上进行;原核生物则在质 膜上进行
呼吸链中生成ATP的部位:
• 电子传递给氧的过程中释放自由能，供给ATP的合成。 其中释放大量自由能的部位有3处，即复合物Ⅰ、Ⅲ、 Ⅳ ，这3个部位就是ATP合成的部位，称为偶联部位 NAD→FMN→CoQ→Cytb→CytC1→CytC→Cytaa3→O2
FADH链
M FADH2 FAD
MH2
• 琥珀酸在琥珀酸脱氢酶作用下脱氢生成延胡索酸， FAD接受两个氢原子生成FADH2，然后再将氢传递 给CoQ，生成CoQH2，此后的传递和NADH氧化呼吸 链相同
NADH
3.6 电 子 传 递 抑 制 剂
鱼藤酮
抑制NADH→CoQ的电子传递
FMN Fe-S
3－磷酸甘油醛
1，3二磷酸甘油酸
3－磷酸甘油酸
• 特点： • ATP的形成直接与中间代谢物进行的反应相偶联； • 在有O2或无O2条件下均可发生底物水平的磷酸化; • 糖酵解主要以此种方式获取能量
–有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物 细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O并释 放出能量的过程称为生物氧化
–生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为 呼吸作用
生物氧化的三个阶段 脂肪 多糖 蛋白质
大分子降解 成基本结构 单位
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰 CoA等）
ATP的特殊作用
•ATP是细胞内的“能量通货” •ATP在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量 的携带者和转运者，但不是能量的贮存者 •ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
14 磷酸烯醇式丙酮酸
磷 12 ～P 酸 10 3-磷酸甘 ～P 基 8 油酸磷 团 6 酸 转 4 移 2 能
0
～P ATP ～P ～P
电子传递磷酸化 底物水平磷酸化
4.3 磷氧比（P/O）的概念
4.4 线粒体外NADH的氧化磷酸化作用
4.1 氧化磷酸化定义
代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于
合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,这种氧化放能和ATP
生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。
生物氧化过程中 释放出的自由能
ADP + Pi
呼吸链中的细胞色素类
特点 ： 以血红素（heme）为辅基，血红素的主
要成份为铁卟啉。
传递电子机理：
Fe3+
+e －e
Fe2+
Cu2+
+e －e
Cu+类，呼吸链中含5种b、 c、c1、a和a3 • cytb和cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体 • a和a3以复合物存在，难以分开,称细胞色素c氧化 酶，其分子中除含Fe外还含有Cu ，可将电子传递 给氧，因此亦称其为末端氧化酶
自由能（G）:
指在一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下 能够做功的那一部分能量
自由能变化（ΔG）:
A B ΔG= GB – GA
• ΔG是衡量反应自发性的标准
ΔG< 0，放能，自发进行，可以产生有用的功 ΔG >0，吸能，非自发进行，必须供给能量才能 进行 ΔG =0 ,平衡状态
• 生化标准自由能变化(ΔG0)
例： CH3CH2OH
乙醇脱氢酶
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
H2 O
3.1 生物氧化中水的生成体系
• 脱氢酶:激活代谢物含的氢并使之脱落
• 传递体:
– 传氢体:NAD,NADP,FAD,FMN,CoQ
– 传电子体:细胞色素酶系cytb,cytc1,cytc,cyta,cyta3等
1.4
高能化合物
生化反应中，在水解时或基团转移反应中可
释放出大量自由能（>21千焦/摩尔）的化合物称 为高能化合物。 在高能化合物分子中，释放出大量自由能时 水解断裂的活泼共价键称为高能键
高能化合物的类型
按其分子结构特点及所含高能键的特征分： •磷氧键型 •磷氮键型 •硫碳键型
高 能 化 合 物 类 型
氧化脱羧:在脱羧过程中伴随着氧化脱氢
O CH3-C-COOH
CoA-SH
丙酮酸脱氢酶系
CH3COSCoA+CO2
NADH+H+
NAD+
3.
生物氧化中H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载 体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过 一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。
• 氧化酶:激活进入体内的氧
3.2 呼吸链（eclctron
底物在线粒体基质中氧化 所 产 生 的 NADH 和 FADH2 将 质子和电子转移到内膜的 载体上，经过一系列氢载 体和电子载体的传递，最 后 传 递 给 O2 生 成 H2O。 这 种由载体组成的电子传递 系统称电子传递链,因为 其功能和呼吸作用直接相 关，亦称为呼吸链。电子 传递链在原核生物存在于 质膜上，在真核细胞存在 于线粒体内膜上。
第七讲 生物氧化（biological oxidation）
1. 生物氧化概述
2. 生物氧化中CO2的生成
3. 生物氧化中H2O的生成
4. 氧化磷酸化
1.生物氧化概述
• 1.1 生物氧化定义
• 1.2 生物氧化的特点
• 1.3 氧化还原电位与自由能
• 1.4 高能化合物
• 1.5 能荷
1.1 生物氧化定义:
b- c1 - c-aa3
2Fe3+
氧化型代 谢底物
M
O2-
2H+
H2 O
FADH2呼吸链(少数)
琥珀酸
FAD
CoQH2
2Fe3+
细胞色素
O2-
H2 O
Fe
延胡索酸 FADH2
S
CoQ
b- c1 - c-aa3
2Fe2+
1 2 O2
2H+
NADH呼吸链和FADH2呼吸链
根据代谢物上脱下的氢的初始受体不同,即代谢物脱氢酶的 辅酶不同区分出两种典型的呼吸链 FADH2呼吸链 FADH2 ↓ FeS ↓ NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2 NADH呼吸链
底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)
• 定义:被氧化的底物伴随氧化脱氢磷酸化,其分子内部能量 重新分配,形成高能磷酸化合物的中间产物,再通过酶的作 用形成ATP • 地点:这一磷酸化过程在胞浆和线粒体中进行 • 举例: ADP ATP CHO Pi NAD NADH2 COOP COOH CHOH CHOH CHOH 磷酸甘油酸激酶 3-磷酸甘油醛脱氢酶 CH2OP CH2OP CH2OP
磷酸肌酸 （磷酸基团储备）