生物氧化-08

（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 子传递体。
线粒体的结构
呼吸链
呼吸链主要成分和作用
递氢体 递电子体 • 烟酰胺(nicotinamide)脱氢酶（NAD+、NADP+） • 黄素蛋白(flavoprotein)（FMN、FAD） • 铁硫蛋白(iron-sulfur cluster)（Fe-S） • 泛醌(Ubiquinone)（CoQ） • 细胞色素类(Cytochrome)（Cyt）
① 铁卜啉辅基侧链不同
② 铁卜啉辅基与酶蛋白连接方式不同 D.作用：
Cytb,c ------单电子传递 Fe2+ Fe3++e
Cytaa3------以O2为电子受体
（3） 复合物Ⅲ Q-cytc还原酶
QH2 Cytb562 Cytb566 ，Fe-S，Cytc1 Cytc 复合体Ⅲ的电子传递
（3） 复合物Ⅲ Q-cytc还原酶
构成呼吸链的递氢 体或递电子体通常以 复合体的形式存在于 线粒体内膜上。
（一）呼吸链的组成(p505)
1．复合体Ⅰ（NADH-泛醌还原酶）：
NADH还原酶 + 4×(Fe-S)
NADH→ FMN; Fe-SN-1a/b; Fe-SN-2; Fe-SN-3; Fe-SN-4 →CoQ
NADH还原酶 NADH还原酶催化（NADH+H+）的脱氢反应， 从而将2H传递给其辅基FMN，生成FMNH2。
能磷酸酯键的形式储存起来。
生物氧化的一般过程
糖原
甘油三酯
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
第一节 生成ATP的氧化体系
Section 1 The Oxidation System of Producing ATP
一、线粒体氧化呼吸链
What’s respiratory chain? 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(respiratory chain)。
QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
4．复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）： Cyt a + Cyt a3
还原型Cyt c → CuA→a→a3→CuB → O2
（二）呼吸链组分的排列顺序
通过四个方面的实验可确定呼吸链各组分的 排列顺序：
① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
两条电子传递链： NADH和琥珀酸
一、生物氧化的概念
物质在体内的氧化分解过程，主要是糖、 脂、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量、 最终生成二氧化碳和水的过程。
摄氧 产能（ATP+热能） 产生H2O+ CO2
生物氧化特点
需O2 释放能量 产生H2O+ CO2
区别：
生物氧化
体外燃烧
温度
37
高温
催化
酶
底物水平磷酸化见于下列三个反应：
⑴
3-磷酸甘油酸激酶
1,3-二磷酸甘油酸+ADP
3-磷酸甘油酸+ATP
⑵ 丙酮酸激酶
磷酸烯醇式丙酮酸+ADP
丙酮酸+ATP
⑶
琥珀酰CoA合成酶
琥珀酰CoA+H3PO4+GDP
琥珀酸+CoA+GTP
2. 氧化磷酸化： 在线粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体 系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸 化生成ATP，这种能量的生成方式就称为氧化 磷酸化(oxidative phosphorylation)。
铁卟啉辅基的分子结构
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Cyt aa3，Cyt b（b560，b562，b566），Cyt c，Cyt c1； 存在于微粒体的细胞色素有Cyt P450和Cyt b5。
细胞色素b的分子结构
细胞色素c的分子结构
3．复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素c还原酶）： 2×Cyt b + Cyt c1 +(Fe-S)
2．复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶）：
琥珀酸脱氢酶+3×(Fe-S)+Cyt b560
琥珀酸→ FAD;Fe-S1; b560; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
细胞色素类
这是一类以铁卟啉为辅基的酶。在生物氧化反 应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可为+3 价高铁离子，通过这种转变而传递电子。细胞 色素为单电子传递体。 细胞色素根据其铁卟啉辅基的结构以及吸收光 谱的不同而分类。
（二） 新陈代谢的研究方法
1. 活体内(in vivo)与活体外实验(in vitro) 2. 同位素示踪 3. 代谢途径阻断
（四） 高能化合物与ATP的作用
磷酸化合物
磷氧型 磷氮型
烯醇磷酸化合物 酰基磷酸化合物 焦磷酸化合物
高能化合物
非磷酸化合物
硫酯键化合物
甲硫键化合物
代谢途径存在区隔化
细胞核是遗传信息贮存场所 在这里进行基因复制和转录，从而控制细胞
Hale Waihona Puke (Fe-S)2H+
2e
H2O
O2-
1 2 O2
体内两条重要的呼吸链： （1）NADH 氧化呼吸链 （2）琥珀酸氧化呼吸链
琥珀酸氧化呼吸链
NADH 氧化呼吸链
二、氧化磷酸化
（一）生物体内ATP的生成方式 1. 底物水平磷酸化：
直接将底物分子中的高能键转变为ATP分子中 的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation)。
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
N A D +/N A D H +H +
FM N/ FM NH2 FAD/ FADH2 C yt b Fe3+/Fe2+
Q 10/Q 10H 2 C yt c1 Fe3+/ Fe2+ C yt c Fe3+/Fe2+ C yt a Fe3+ / Fe2+ C yt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O 2/ H 2O
高尔基体：
对细胞合成物或吸收物加工，浓缩，包装、 运输。
线粒体
线粒体具有极其复杂的膜结构:
有外膜内膜之分。外膜含有形成大通道的蛋 白，相对分子量在10000以下的一般分子均能 通过。内膜折皱成嵴，其上分布大量结构蛋白 与酶类。
主要为与呼吸链有关的细胞色素氧化还原酶 类，ATP合成酶及调节代谢物进出的运输蛋白。
内膜包围的内腔充满基质，其中含有数百种不 同的酶类。包括丙酮酸氧化脱羧，脂肪酸β 氧化，三羧酸循环及氨基酸分解代谢有关的酶 类。
ATP在能量供应中的作用
提供生物合成所需能量； 生物机体活动以及肌肉收缩的能量来源； 提供物质跨膜运输所需要的能量； 参与DNA、RNA和蛋白质的合成，保证遗传信 息的正确传递，ATP以特殊方式递能。
What’s biological oxidation? 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(biological oxidation)。
有机物 + O2
CO2 + H2O + 能量
生物体内的生物氧化过程与体外燃烧不同的是： ➢在37℃，近于中性的含水环境中，由酶催化
进行； ➢反应逐步释放出能量，相当一部分能量以高
E º' (V ) -0.32 -0.30 -0.06 0.04（ 或 0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
氧化呼吸链的组成
⑴ NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复 合体Ⅳ→O2
⑵ 琥珀酸氧化呼吸链
琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复 合体Ⅳ→O2
复合物Ⅰ—— NADH-Q 还原酶
泛醌（ubiquinone , Q）亦称辅酶Q（Coenzyme Q , CoQ）人体中： CoQ10
A、结构 1.含有很多异戊二烯侧链的醌类化合物 2.脂溶性 3.是电子传递体中唯一可游离存在的电子 载
体（无蛋白）
B、作用：递氢体 C、递氢机制：
是多种底物进入呼吸链的中心点
Cytc 呈水溶性 与线粒体内膜外表面结合不紧密 易与线粒体内膜分离
（4）复合物Ⅳ Cytc 氧化酶
还原型Cytc CuA Cytaa3 CuB
O2
复合体Ⅳ的电子传递
呼吸链简图
琥珀酸
2H
FAD.H2 (Fe-S)
2H
2H 2H
NADH FMN (Fe-S)
Q10 2e Cytb 2e Cytc12e Cytc 2e aa3
1、呼吸链中的组成
复合体 复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
酶名称 NADH-Q 还原酶 琥珀酸-Q还原酶 Q-CytC 还原酶
CytC 氧化酶
辅基 FMN，Fe-S FAD， Fe-S 铁卜啉，Fe-S
铁卜啉，Cu
NADH 氧化呼吸链
琥珀酸氧化呼吸链
NADH
FMN，Fe-S
Q
复合体Ⅰ的电子传递
（2）复合物Ⅱ 琥珀酸-泛醌还原酶
琥珀酸 FAD，Fe-S，Cytb560
CoQ
复合体Ⅱ的电子传递
（2）复合物Ⅱ （琥珀酸-泛醌还原酶）
细胞色素b560（细胞色素cytochrome,Cyt）
A、结构：一类含铁卜啉辅基的色素蛋白 B、分类: Cyta: Cytaa3
Cytb: Cytb562 、Cytb566、 Cytb560 Cytc: Cytc 、 c1 C、区别：
（二）氧化磷酸化的偶联部位
1. P/O比值： 通过测定在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无 机磷酸消耗之间的比例关系，可以反映底物脱 氢氧化与ATP生成之间的比例关系。 每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩 尔数称为P/O比值。
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
2. 自由能变化与ATP的生成部位：
一 新陈代谢总论
（一） 新陈代谢的概念 生物小分子合成为
生物大分子 合成代谢
（同化作用）
新陈代谢
需要能量 释放能量
能量 代谢
物质代谢
分解代谢 （异化作用） 生物大分子分解为
生物小分子
新陈代谢的共同特点：
1. 由酶催化，反应条件温和。 2. 诸多反应有严格的顺序，彼此协调。 3. 对周围环境高度适应。 4.是长期进化形成的，生物界其基本过程十分相似。
合成1molATP时，需要提供的能量至少为 ΔG0‘=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原电位差 ΔE0’=0.2V。 因此，在NADH氧化呼吸链中有三处可以生成 ATP，而在琥珀酸氧化呼吸链中，只有两处可 以生成ATP。
氧化磷酸化的偶联部位
铁硫蛋白
铁硫蛋白(Fe-S)共有9种 同工蛋白；分子中含有 由半胱氨酸残基硫原子 及无机硫原子与铁离子 形成的铁硫中心(铁硫簇)， 一次可传递一个电子至 CoQ。
铁硫中心的结构 S 无机硫 S 半胱氨酸硫
泛醌（CoQ）
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）是游离存在于线粒体 内膜中的脂溶性有机化合物，由多个异戊二烯连 接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原 反应时可在醌型与氢醌型之间相互转变。
氧化呼吸链的排列顺序
Cytc
e-
胞液侧
Ⅰ
e-
Q e-
Ⅱ e-
Ⅲ
e- 线粒体内膜
Ⅳ
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
基质侧 H2O 1/2O2+2H+
1．NADH氧化呼吸链：
丙酮酸
-酮戊二酸
异柠檬酸 苹果酸 谷氨酸
-羟丁酸 -羟脂酰CoA
硫辛酸
2e FAD
NAD+→[ FMN (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3
的代谢活动。
细胞质—中间代谢主要在细胞胞液中进行 糖酵解、糖原异生的许多反应以及糖、脂
肪酸、氨基酸和核苷酸的生物合成。 在胞液中的核糖体（游离）是蛋白质起始
合成的主要场所。
内质网：
糙面内质网合成蛋白质。蛋白质在内质网 合成的同时，也要进行修饰与加工，如糖基化、 羟基化、酰基化等。
光面内质网：与糖类、脂类合成关系密切， 除少数线粒体的磷脂外，细胞的磷脂、糖脂、 胆固醇都由内质网上的酶类催化而成。
2H
1/2O2
2H+ H2O
2. 琥珀酸氧化呼吸链：
-磷酸甘油 脂肪酰CoA
琥珀酸
[FAD(FP)]
2e
FAD (Fe-S) →CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3→1/2O2 Cytb
2H+ H2O
两条电子传递链的关系
上节小结：
两个概念： 生物氧化和呼吸链
两个氧化体系： 线粒体氧化体系、其他氧化体系
/
环境
中性
含水干燥
能量的释放
逐步释放部 分以高能磷 酸键形式储
存
全部以热能 形式散发
二、 呼吸链（respiratory chain
概念：
（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，最终与氧结合生成 水；
（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 传递电子的酶和辅酶——递电子体