第七章_生物氧化

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第七章 生物氧化

第七章 生物氧化
按其分子结构特点及所含高能键的特征分 磷氧型 磷氮型 烯醇式磷酸化合物 酰基磷酸化合物 焦磷酸化合物 胍基磷酸化合物
高能磷酸化合物
硫酯键化合物
高能非磷酸化合物
甲硫键化合物
几种常见的高能化合物
ATP的结构与功能 二、ATP的结构与功能
ATP的分子结构特点与水解自由能的关系 (1)ATP的分子结构特点与水解自由能的关系
三、高能化合物
生化反应中, 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) 千焦/ 释放出大量自由能 ( > 21 千焦 / 摩尔 ) 的化合物称 为高能化合物。 为高能化合物。 (一)生物体内的高能化合物 ATP的结构与功能 (二)ATP的结构与功能
一、高能化合物的类型
ATP的利用途径 的利用途径 ATP的 的 相 对 生成途径 速 率
能荷
能荷对ATP的生成途径和 的生成途径和ATP 能荷对 的生成途径和 的利用途径相对速率的 影响
ATP循环 ATP循环
ATP
肌酸 磷酸 肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化
~P 机械能(肌肉收缩) 机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 电能(生物电) 热能(维持体温) 热能(维持体温)
第七章 生物氧化
第一节 第二节 第三节 生物氧化概述 电子传递链 氧化磷酸化
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念及特点 二、生化反应中自由能的变化 三、高能化合物
一、生物氧化的概念及特点
1、概念:糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行 概念:糖类、脂肪、 氧化分解生成CO 氧化分解生成 CO2 和 H2O 并释放出能量的过程称为生物氧

第七章生物氧化

第七章生物氧化
代谢脱下的成对氢原子( 通过多种酶和辅酶 (1)代谢脱下的成对氢原子(2H)通过多种酶和辅酶 所催化的连锁反应逐步传递,最终与氧 所催化的连锁反应逐步传递,最终与氧结合生成 水; 酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜; 线粒体内膜 (2)酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜; 传递氢的酶和辅酶——递氢体 传递氢的酶和辅酶 递氢体 传递电子的酶和辅酶——递电子体 传递电子的酶和辅酶 递电子体 此过程与细胞呼吸有关,此传递链称为呼吸链 呼吸链。 (3)此过程与细胞呼吸有关,此传递链称为呼吸链。 递氢体、递电子体都起传递电子的作用,又称电 递氢体、递电子体都起传递电子的作用,又称电 子传递体。 子传递体。
3.生物氧化的特点 3.生物氧化的特点
C6H12O6 + 6O2 (2840kJ/mol) 6CO2+6H2O + 能量
生物氧化
反应条件 反应过程 能量释放 CO2生成方式 温 和 (体温、pH近中性) 体温、pH近中性) 近中性 酶促反应 逐步进行 (化学能、热能) 化学能、热能) 有机酸脱羧
体外燃烧
呼 吸 链
AH2
2H(2H++2e)
1 2 O2
H2O
氧化
A ADP+Pi
能量 ATP 磷酸化
偶 联
NADH呼吸链能够产生 呼吸链能够产生3 如:1mol NADH + H+经NADH呼吸链能够产生3 molATP
3.氧化磷酸化偶联部位(重点) 3.氧化磷酸化偶联部位(重点) 氧化磷酸化偶联部位
(P253)
位置: 位置:位于线粒体内 膜上(真核) 膜上(真核),细胞 膜上(原核) 膜上(原核)。
线粒体的结构
呼吸链
二、呼吸链的化学组成成分

第七章 生物氧化

第七章 生物氧化

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3. 有氧氧化
生物氧化在有氧和无氧条件下都能进行。 在有氧条件下,好气生物或兼性生物吸收空 气中的氧作为电子受体,可将燃料分子完全 氧化分解,这称为有氧氧化。因为有氧氧化 燃烧完全,产能多,所以,只要有氧气存在, 细胞都优先进行有氧氧化。
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4. 生物能及其存在形式
第七章 生物氧化
生物氧化概念 生物氧化的特点 生物氧化的本质及过程 NADH和FADH2的彻底氧化
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一、生物氧化概念
有机物在生物体内的氧化包括物质分解和
产能
O2
CO2 + H2O
呼吸作用
细胞呼吸(微生物)
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二、生物氧化的特点
1. 生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程, 反应条件温和(水溶液,中性pH和常温)。
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(1)ATP产生的数量
研究氧化磷酸化最常用的方法是测定线粒体或其 制剂的P/O比值和电化学实验。P/O比值是指每消 耗一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。根据所消 耗的无机磷酸摩尔数,可间接测出ATP生成量。实 验指明NADH呼吸链的P/O值是3,即每消耗一摩尔 氧原子就可形成3摩尔ATP,FADH2呼吸链的P/O值 是2,即消耗一摩尔氧原子可形成2摩尔ATP。
QH2-cyt. c还原酶由9个多肽亚基组成。活 性部分主要包括细胞色素b 和c1,以及铁硫 蛋白(2Fe-2S)。
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细胞色素
(简写为cyt. )是含铁的电子传递体,辅基为铁 卟啉的衍生物,铁原子处于卟啉环的中心,构成 血红素。各种细胞色素的辅基结构略有不同。线 粒体呼吸链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1等, 组成它们的辅基分别为血红素A、B和C。细胞色素 a, b, c可以通过它们的紫外-可见吸收光谱来鉴 别。

生物化学(王镜岩版)第七章 生物氧化

生物化学(王镜岩版)第七章 生物氧化
复合体Ⅰ 复合体Ⅰ
FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 NADH→ →CoQ
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
NAD+(NADP+)和NADH(NADPH)相互转变 ( )
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
NADH
NADH-Q 还原酶
琥珀酸-Q 还原酶
FADH2
FMN、Fe-S
辅酶Q
FAD、Fe-S
细胞色素 b-562
细胞色素还原酶 细胞色素c 血红素a 血红素a3 CuA和 CuB 细胞色素氧化酶 O2
细胞色素b-566 细胞色素c1 Fe-S
1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶 复合体Ⅰ NADH功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone) 功能 将电子从 传递给泛醌
二、氧化还原电势 氧化还原反应——凡是反应中有电子从一种 物质转移到另一种物质的化学反应称为氧化 还原反应。即电子转移反应就是氧化还原反 应。 如: Fe 3+ + e
氧化型 电子受体
Fe 2+
还原型 电子供体
氧化还原电势——还原剂失掉电子或氧化剂 得到电子的倾向称氧化还原电势。
标准电势——任何的氧化-还原物质即氧还电对都 有其特定的电动势,称标准电势。用E0或ε0表示。 氧还电对的标准电势值越大,越倾向于获得电子。 例如,异柠檬酸/α-酮戊二酸 + CO2电对在浓度均 为1.0mol/L时,其标准电势为-0.38V, 这个氧化电对倾向于将电子传递给氧还电对 NADH/NAD+,因为其标准电势为-0.32V。

第七章生物氧化

第七章生物氧化

第七章生物氧化1.化学渗透学说的要点是什么2.2,4-二硝基苯酚的解偶联机制是什么3.简述ATP合成酶的结构特点及功能。

4.阐述一对电子从NADH传递至氧所生成的ATP分子数。

5.一对电子从FADH。

传递至氧产生多少分子ATP为什么6 简述ADP对呼吸链的调节控制作用。

7.试比较电子传递抑制剂,氧化磷酸化抑制剂和解偶联剂对生物氧化作用的影响。

8.呼吸链中各电子传递体的排列顺序是如何确定的9.铁硫蛋白和细胞色素传递电子的方式是否相同为什么10.为什么说在呼吸链中,辅酶Q是一种特殊灵活的载体参考答案1.化学渗透学说的要点是:(1)呼吸链中各递氢体和电子传递体是按特定的顺序排列在线粒体内膜上;(2)呼吸链中三大复合物(即NADH-CoQ还原酶复合物,细胞色素还原酶复合物和细胞色素氧化酶复合物)都具有质子泵的作用,在传递电子的过程中将2个H+泵出内膜,所以呼吸链的电子传递系统是一个主动运输质子的体系;(3)质子不能自由通过线粒体内膜,泵出膜外的H+不能自由返回膜内侧,使膜内外形成质子浓度的跨膜梯度;(4)在线粒体内膜上存在有ATP合成酶,当质子通过ATP合成酶返回线粒质时,释放出自由能,驱动ADP和Pi合成ATP。

2.2,4一二硝基苯酚在生理条件下,羟基解离带负电荷,不能穿过线粒体内膜。

但由于内膜二侧的质子浓度梯度使内膜外侧的PH降低,这样羟基就不能解离,2,十二硝基苯酚可自由进入线粒体,一分子2,4-二硝基苯酚进入线粒体就相当于从内膜外侧带入线粒体内一个质子,破坏了内膜二侧的质子梯度,使ATP不能合成,而电子传递继续进行,结果使电子传递和氧化磷酸化两个过程分离。

3.ATP合成酶复合物由头部,基部和柄部组成。

头部也称F1,是由5种肽链组成的9聚体(α3β3γδε),具有催化ATP合成的功能,其中α和β亚基上有ATP和ADP结合位点,β亚基为催化亚基,γ-亚基可调节质子从F0蛋白向F1蛋白的流动,起阀门作用。

第七章 生物氧化

第七章 生物氧化
(3) NAD+ 是呼吸链中第一个递氢体。
(二)黄素酶
黄素蛋白也属于一类氧化还原酶,其辅基 中含有核黄素(Vit B2),因此黄素蛋白又 称为黄素酶。 黄素蛋白 酶蛋白 (黄素酶) 辅基 FMN FAD
维生素B2(核黄素)体内辅酶形式为

黄素单核苷酸(FMN)
黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)
FMN和FAD发挥功能的部位是核黄素
结构中的异咯嗪环,在该环上可 以进行可逆地加氢或脱氢反应。
NADH脱氢酶 琥珀酸脱氢酶
脂肪酰COA
酶蛋白 FMN 酶蛋白 FAD
酶蛋白 FAD
特点
1、FMN与FAD的异咯嗪环第1位、第10位 两个N原子能够可逆的进行加氢还原, 脱氢氧化。 2、呼吸链中第二个递氢体。 3、传递了两个 氢原子。
重点:
1、体内两条重要呼吸链
2、两条呼吸链的组成特点 3、呼吸链电子的传递顺序b c1 c aa3
NADH氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链
4、NAD2H 进入 FAD2H 进入
NADH氧化呼吸链
琥珀酸氧化呼吸链 进入
5、NADPH2 转变 NADH2 NADH氧化呼吸链
有三步反应。(糖代谢)
1,3二磷酸甘油酸 +ADP 磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP 丙酮酸 +ATP 琥珀酸 + GTP 磷酸甘油激酶 丙酮酸激酶 3- 磷酸甘油酸+ATP
二、ATP的生成 ATP生成方式
重 点
底物水平磷酸化 氧化磷酸化 80%

(一)底物水平磷酸化 代谢物在氧化分解过程中,有少数反 应因脱氢或脱水而引起分子内部能量 重新分布,产生高能键,然后将高能 键转给ADP生成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。

生物化学知识点与题目第七章生物氧化

生物化学知识点与题目第七章生物氧化

第七章生物氧化知识点:一、生物氧化的特点和方式,高能化合物生物氧化的特点;CO2生成的两种脱羧方式;高能化合物二、线粒体的结构和功能、呼吸链与氧化磷酸化线粒体内膜与外膜对于物质的通透性;线粒体内膜和基质中发生的反应;呼吸链的组成;递氢体与递电子体;偶联部位;呼吸链的抑制剂及其抑制部位;P/O;氧化磷酸化三、线粒体外NADH(或NADPH)的氧化磷酸化线粒体外NADPH异柠檬酸穿梭作用;线粒体外NADH磷酸甘油穿梭作用;苹果酸穿梭作用,分别偶联几个ATP的生成一、生物氧化的特点和方式,高能化合物知识点:生物氧化的特点;CO2生成的两种脱羧方式;高能化合物名词解释:生物氧化;高能化合物填空题:1.生物氧化是在细胞中,同时产生的过程。

2.是所有生命形式的主要的能量载体。

3.是高能磷酸化合物的贮存形式,可随时转化为ATP供机体利用。

4.高能磷酸化合物通常是指水解时的化合物,其中重要的是,被称为能量代谢的。

选择题:1.生物氧化的底物是:A、无机离子B、蛋白质C、核酸D、小分子有机物2、下列不属于高能化合物的是:A、1,3-二磷酸甘油酸B、磷酸烯醇式丙酮酸C、NTPD、dNDPE、1-磷酸葡萄糖3、下列不属于高能化合物的是:A、磷酸肌酸B、脂酰~SCoAC、乙酰~SCoAD、dNDPE、1-磷酸葡萄糖4.A TP含有几个高能键:A、1个B、2个C、3个D、4个5.除了哪一种化合物外,下列化合物都含有高能键?A、磷酸烯醇式丙酮酸B、磷酸肌酸C、ADPD、G-6-PE、1,3-二磷酸甘油酸6.呼吸链的电子传递体中,有一组分不是蛋白质而是脂质,这就是:A、NAD+B、FMNC、Fe-SD、CoQE、Cyt判断题:1.在生物圈中,能量从光养生物流向化养生物,而物质在二者之间循环。

2.磷酸肌酸是高能磷酸化合物的贮存形式,可随时转化为A TP供机体利用。

5.生物化学中的高能键是指水解断裂时释放较多自由能的不稳定键。

二、线粒体的结构和功能、呼吸链与氧化磷酸化知识点:线粒体内膜与外膜对于物质的通透性;线粒体内膜和基质中发生的反应;呼吸链的组成;递氢体与递电子体;偶联部位;呼吸链的抑制剂及其抑制部位;P/O;氧化磷酸化名词解释:P/O;呼吸链;电子传递抑制剂;解偶联剂;氧化磷酸化;底物磷酸化填空题:1.真核细胞生物氧化的主要场所是,呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于。

生物化学 第07章 生物氧化

生物化学 第07章 生物氧化

糖酵解反应全过程
ATP ADP
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
ATP ADP 6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖
2×乳酸
磷酸二羟丙酮 2×丙酮酸 2×NADH+ 2H+ 2×NAD+
3-磷酸甘油醛 2×Pi
2×烯醇式丙酮酸 2×ATP
2×ADP
2×磷酸烯醇式丙酮酸
2× 2-磷酸甘油酸
2×H2O
2×1,3-二磷酸甘油酸 2×ADP
物质在体内外氧化时所消耗的氧量、 最终产物(CO2,H2O)和释放能量均 相同。
生物氧化与体外氧化的不同点
生物氧化
体外氧化
反应条件
温和
反应过程 逐步进行的酶促反应
能量释放 逐步进行
CO2生成方式 有机酸脱羧
H2O
需要
速率
受体内多种因素调节
剧烈 一步完成 瞬间释放 碳和氧结合
不需要
(二)需氧脱氢酶
脑、骨骼肌
苹果酸-天冬氨酸穿梭
苹果酸、 谷氨酸 天冬aa、α-酮戊二酸
NADH+ H+
NADH 氧化呼吸链
2.5
肝脏和心肌组织
相同点 将胞浆中NADH的还原当量转送到线粒体内
高能化合物
含高能磷酸键或高能硫 酸键的化合物称为高能 化合物
概念:水解时释放的能量 大于21kJ/mol的化学键称 为高能键,常用符号“~” 表示。
细胞色素的传递方向
笔洗一洗AA散 b、c1、c、aa3
洗一洗
4. Cyt在呼吸链中的作用
2Cyt-Fe3++2e
2Cyt-Fe2+
2Cytaa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2-

生物化学第七章生物氧化

生物化学第七章生物氧化

生物化学第七章生物氧化适用于高中生物竞赛一、生物氧化的概念和特点:物质在生物体内氧化分解并释放出能量的过程称为生物氧化。

与体外燃烧一样,生物氧化也是一个消耗O2,生成CO2和H2O,并释放出大量能量的过程。

但与体外燃烧不同的是,生物氧化过程是在37℃,近于中性的含水环境中,由酶催化进行的;反应逐步释放出能量,相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。

二、线粒体氧化呼吸链:在线粒体中,由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的,与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链。

这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于线粒体内膜上。

主要的复合体有:1.复合体Ⅰ(NADH-泛醌还原酶):由一分子NADH还原酶(FMN),两分子铁硫蛋白(Fe-S)和一分子CoQ组成,其作用是将(NADH+H+)传递给CoQ。

铁硫蛋白分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫。

其分子中的铁离子与硫原子构成一种特殊的正四面体结构,称为铁硫中心或铁硫簇,铁硫蛋白是单电子传递体。

泛醌(CoQ)是存在于线粒体内膜上的一种脂溶性醌类化合物。

分子中含对苯醌结构,可接受二个氢原子而转变成对苯二酚结构,是一种双递氢体。

2.复合体Ⅱ(琥珀酸-泛醌还原酶):由一分子琥珀酸脱氢酶(FAD),两分子铁硫蛋白和两分子Cytb560组成,其作用是将FADH2传递给CoQ。

细胞色素类:这是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质,为单电子传递体。

细胞色素可存在于线粒体内膜,也可存在于微粒体。

存在于线粒体内膜的细胞色素有Cytaa3,Cytb(b560,b562,b566),Cytc,Cytc1;而存在于微粒体的细胞色素有CytP450和Cytb5。

3.复合体Ⅲ(泛醌-细胞色素c还原酶):由两分子Cytb(分别为Cytb562和Cytb566),一分子Cytc1和一分子铁硫蛋白组成,其作用是将电子由泛醌传递给Cytc。

4.复合体Ⅳ(细胞色素c氧化酶):由一分子Cyta和一分子Cyta3组成,含两个铜离子,可直接将电子传递给氧,故Cytaa3又称为细胞色素c氧化酶,其作用是将电子由Cytc传递给氧。

新陈代谢总论与生物氧化

新陈代谢总论与生物氧化
如: NADH-Q还原酶、琥珀酸-Q还原酶、脂酰-CoA脱氢酶等
是脂溶性醌类化合物,而且分 子较小,可在线粒体内膜的磷脂双 分子层的疏水区自由扩散。 功能基团是苯醌,通过醌/酚的 互变传递氢,Q (醌型结构) 很容易 接受2个电子和2个质子,还原成QH2 (还原型);QH2也容易给出2个电 子和2个质子,重新氧化成Q。因此, 它在线粒体呼吸链中作为电子和质 子的传递体。
O ‖ CH3-C~ SCoA + NADH + H+ + CO2
2、β-氧化脱羧
COOH
β α
COOH
HCOH + NADP+
CH2
COOH(苹果酸)
C =O + CO2 +NADPH + H+
CH3(丙酮酸)
§7-2 生物氧化
线粒体是生物氧化的发生场所
§7-2 生物氧化
四、生物氧化中水的生成
大分子
能量代谢
物 质 代 谢
异化作用
生物大分子 分解代谢小分子 体内物质 环境物质
§7-1新陈代谢总论
五、新陈代谢的特点
1、反应分步进行,顺序性极强; 2、由酶催化,反应条件温和;
3、有灵敏的自动调节和对体内外环境高度适应
性的特点。
§7-1新陈代谢总论
六、新陈代谢的研究方法
1.研究材料:单细胞生物,多细胞生物,病毒与噬菌体 2.研究方法:体内研究(in vivo):用生物整体研究 体外研究(in vitro):用切片,匀浆等 研究 3.同位素示踪法:如将C14标在乙酸羧基上,同时喂养动 物,如动物呼出CO2中发现C14,说明乙酸 羧基转变CO2. 4.代谢途径阻断:如用酶的抑制剂阻抑中间代谢 的某一环节,推测代谢情况.

生物化学(2)第七章 生物氧化

生物化学(2)第七章  生物氧化

种类
1、 α -脱羧和β -脱羧; 2、直接脱羧和氧化脱羧: 氧化脱羧是指脱羧过程中伴随着氧化(脱氢)。
(三)生物氧化中水的生成 生物氧化中所生成的水是代谢物脱下的氢 经生物氧化作用和吸入的氧结合而成的。 糖类、蛋白质、脂肪等代谢物所含的氢在 一般情况下是不活泼的,必须通过相应的脱氢 酶将之激活后才能脱落。 进入体内的氧也必须经过氧化酶激活后才 能变为活性很高的氧化剂。但激活的氧在一般 情况下,也不能直接氧化由脱氢酶激活而脱落 的氢,两者之间尚需传递才能结合成水。所以 生物体主要是以脱氢酶、传递体及氧化酶组成 的生物氧化体系,以促进水的生成。
构象耦联学说 化学渗透学说
(1)化学偶联假说(1953) 认为电子传递过程产生一种活泼的 高能共价中间物。它随后的裂解驱动氧 化磷酸化作用。 (2)构象偶联假说(1964) 认为电子沿电子传递传递使线粒体 内膜蛋白质组分发生了构象变化,形成 一种高能形式。这种高能形式通过ATP的 合成而恢复其原来的构象。
原 理
线粒体外的NADH可将其所带之H转交 给某些能透过线粒体内膜的化合物(甘 油-3-磷酸,苹果酸等),进入线粒体内 后再氧化。
(1)甘油-3-磷酸穿梭途径(glycerol 3phosphate shuttle) 细胞液中含有甘油-3-磷酸脱氢酶, 可以将二羟丙酮磷酸还原为甘油-3-磷酸, 后者可进入线粒体内; 线粒体内又在甘油-3-磷酸脱氢酶作 用下,将甘油-3-磷酸转变为二羟丙酮磷 酸,同时FAD还原为FADH2 ,于是细胞 液中的NADH便间接形成了线粒体内的 FADH2 , FADH2将电子传递给CoQ还 原为QH2 ,后者通过呼吸链产生ATP。
需氧黄素脱氢酶
不需氧黄素脱氢酶
(2)以烟酰胺核苷酸为辅酶的脱氢酶 (烟 酰胺脱氢酶) 以NAD(CoⅠ)或NADP( CoⅡ )为 辅酶,催化代谢物脱氢,由NAD+ 或NADP+ 接受,然后将氢交给中间传递体,最后传 递给分子氧生成水。

生物化学 7新陈代谢总论与生物氧化

生物化学 7新陈代谢总论与生物氧化
★生物氧化在活细胞中进行,pH中性,反应条件温和, 一系列酶和电子传递体参与氧化过程,逐步氧化,逐 步释放能量,转化成ATP。
★真核细胞,生物氧化多在线粒体内进行,在不含线 粒体的原核细胞中,生物氧化在细胞膜上进行。
(一)生物氧化的特点
1,生物氧化是在生物细胞内进行的酶促 氧化过程,反应条件温和(水溶液,pH7和 常温)。
6,生物氧化释放的能量,通过与ATP合成相 偶联,转换成生物体能够直接利用的生物能 ATP。
生物氧化的三阶段
第一阶段:多糖,脂,蛋白质等分解为构造单位——单糖、 甘油与脂肪酸、氨基酸,该阶段几乎不释放化学能。
第二阶段:构造单位经糖酵解、脂肪酸β氧化、氨基酸氧化 等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的 中间代谢物,这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间 起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。
生物氧化图示
(二)生物氧化中CO2的生成
直接脱羧
CH3CCOOH O
丙酮酸脱羧酶 (α-脱羧)
CH3CHO + CO2
丙酮酸羧化酶
HOOCCβH2CαCOOH (Β-脱羧) CH3CCOOH + CO2
O
O
氧化脱羧:在脱羧过程中伴随着氧化(脱氢)。
第三阶段:丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为 CO2、H2O释放大量的能量。
★在第二、第三阶段中,氧化脱下的电子(H—)经过一个氧 化的电子传递过程(氧化电子传递链)最终传给O2,并生成 ATP,以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用,它是 一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。
• 一般将水解时能够释放21 kJ /mol(5千卡/mol) 以上自由能(G< -21 kJ / mol)的化合物称 为高能化合物。

【化学】呼吸链生物化学

【化学】呼吸链生物化学

第七章生物氧化1、生物氧化(biological oxidation):物质在体内进行氧化称生物氧化。

主要指营养物质在体内分解时逐步释放能量,最终生成CO2和水的过程。

生物氧化又称组织呼吸或细胞呼吸。

生物氧化释放的能量:主要(40%以上)用于ADP的磷酸化生成A TP,供生命活动之需。

其余以热能形式散发用于维持体温。

2、生物氧化内容(1)生物体内代谢物的氧化作用、代谢物脱下的氢与氧结合成水的过程。

(2)生物体内二氧化碳的生成。

(3)能量的释放、储存、利用(ATP的代谢——A TP的生成与利用)。

3、生物氧化的方式——遵循一般氧化还原规律。

(1)失电子:代谢物的原子或离子在代谢中失去电子,其原子正价升高、负价降低都是氧化。

(2)脱氢:代谢物脱氢原子(H=H++e)的同时失去电子。

(3)加氧:向底物分子直接加入氧原子或氧分子的反应使代谢物价位升高,属于氧化反应。

向底物分子加水、脱氢反应的结果是向底物分子加入氧原子,也属于氧化反应。

4、生物氧化的特点(1)在温和条件下进行(37℃,中性pH等);(2)在一系列酶催化下完成;(3)能量逐步释放,部分储存在A TP分子中;(4)广泛以加水脱氢方式使物质间接获得氧;(5)水的生成由脱下的氢与氧结合产生;(6)反应在有水环境进行;(7)CO2由有机酸脱羧方式产生。

5、物质体外氧化(燃烧)与生物氧化的比较(1)物质体内、体外氧化的相同点:物质在体内外氧化所消耗的氧量、最终产物、和释放的能量均相同。

(2)物质体内、体外氧化的区别:体外氧化(燃烧)产生的二氧化碳、水由物质中的碳和氢直接与氧结合生成;能量的释放是瞬间突然释放。

5、营养物氧化的共同规律糖类、脂类和蛋白质这三大营养物的氧化分解都经历三阶段:分解成各自的构件分子(组成单位)、降解为乙酰CoA、三羧酸循环。

第一节 ATP生成的体系一、呼吸链(respiratory chain):代谢物脱下的氢原子(2H)通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递,最终与氧结合生成水。

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第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
复合体Ⅲ的电子传递通过 “Q循环”实现。
复合体Ⅲ每传递2个电子向 内膜胞浆侧释放4个H+, 复合体Ⅲ也有质子泵作用。
Cyt c是呼吸链唯一水溶性 球状蛋白,不包含在复合 体中。将获得的电子传递 到复合体Ⅳ。
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
1.1.4 复合体Ⅳ将电子从细胞色素C传递给氧
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫 原子,其中一个铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电 子。属于单电子传递体。
Cys
Ⓢ 表示无机硫
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
泛醌(辅酶Q, CoQ, Q)由多个异戊二烯连接形成较长 的疏水侧链(人的CoQ10),氧化还原反应时可生成中间产物 半醌型泛醌。功能是在各个复合体间募集并穿梭传递还原当量 和电子,在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2
还原型Fe-S 氧化型Fe-S
Q QH2
复合体Ⅰ的功能
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
1.1.2 复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌。
复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶,又称琥珀 酸-泛醌还原酶。
电子传递:琥珀酸→FAD→几种Fe-S →CoQ 复合体Ⅱ没有H+泵的功能。
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
氧化呼吸链的组成:4种复合体组成***
人线粒体呼吸链复合体
复合体
酶名称
复合体Ⅰ NADH-泛醌还 原酶
复合体Ⅱ 琥珀酸-泛醌还 原酶
复合体Ⅲ 泛醌-细胞色素 C还原酶
复合体Ⅳ 细胞色素C氧化 酶
辅基 FMN,Fe-S
FAD,Fe-S
血红素bL, bH, c1, Fe-S
1.2 氧化呼吸链组分的排列顺序 顺序由以下实验确定:
标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断;光谱差别 还原状态呼吸链缓慢给氧;离体、还原态、给氧
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系 NAD+(NADP+)和NADH(NADPH)相互转变
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
第一节 成ATP的氧化磷酸化体系
FMN发挥功能的部位是异咯嗪环,氧化还原反应时不稳 定中间产物是FMN·。在可逆的氧化还原反应中显示3种分子 状态,属于单、双电子传递体。
血红素a,a3, Cu
含结合位点 NADH(基质侧) CoQ(脂质核心) 琥珀酸(基质侧) CoQ(脂质核心) Cyt c(膜间隙侧)
Cyt c(膜间隙侧)
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
氧化呼吸链的组成:4种复合体组成
复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式,所 含各组分具体完成电子传递过程。电子传递过程释放的能 量驱动H+移出线粒体内膜,转变为跨内膜H+梯度的能量, 再用于ATP的生物合成。
泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递 到复合体Ⅲ。
电子传递过程:CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH) →Fe-S →Cytc1→Cytc
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
细胞色素(cytochrome, Cyt):是一类以铁卟啉为辅基的催 化电子传递的酶类,均有特殊的吸收光谱而呈现颜色,根 据它们吸收光谱不同而分类。
生物化学
Biochemistry
扬州大学生物科学与技术学院
参考教材:生物化学-查锡良 主编 人民卫生出版社
第七章 生物氧化
Biological Oxidation
生物氧化的概念
物 质 在 生 物 体 内 进 行 氧 化 称 生 物 氧 化 (biological oxidation),主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步 释放能量,最终生成CO2 和 H2O的过程。
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
胞液侧 4H+
2H+ 4H+ Cyt c
Q




NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
H2O 1/2O2+2H+
基质侧
F
0
F1
ADP+Pi ATP H+
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
1.1.1 复合体Ⅰ作用是将NADH+H+中的电子传递给泛醌 (ubiquinone)
1.1 电子传递链(氧化呼吸链) 呼吸链(respiratory chain)**:代谢物脱下的成对 氢原子(2H)通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应 逐步传递,最终与氧结合生成水,完成这一过程所需 要的一系列酶和辅酶与载体总称氧化呼吸链,又称电 子传递链(electron transfer chain)。 真核细胞内的线粒体是生物氧化的主要场所。 作用 递氢和递电子与泵出质子(2H 2H+ + 2e)
复合体Ⅳ又称细胞色素C氧化酶(cytochrome c oxidase)。 电子传递:Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3–CuB→O2 将电子传递给O2,每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞
浆侧转移 。
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
复 合 体 Ⅳ 的 电 子 传 递 过 程
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP 热能
生物氧化的一般过程
糖原
三酯酰甘油
葡萄糖
脂酸+甘油 乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
本章内容
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
第二节 其它不生成ATP的氧化体系
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系 QH2
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
1.1.3 复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c。
复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶或细胞色素b-c1 复合体,含有细胞色素b(b562(H), b566(L))、细胞色素c1 和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。
复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶。 复合体Ⅰ电子传递:NADH→FMN→Fe-S→ CoQ→
Fe-S→ CoQ 每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧,
复合体Ⅰ有质子泵功能。
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+
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