第四章 生物氧化ppt课件

α
β
β
α βα
εγ δ
F0
F1
基质侧 线粒体 内膜
胞液侧
ATP合酶构造方式图
F1〔偶联因子〕中 还含有F1抑制蛋白，防 止ATP无效水解。F1主 要功能是催化ADP和Pi 发生磷酸化而生成ATP， 同时有水解ATP的功能， 所以又称为F1- ATP酶。
F0具有质子通道的 功能，可传送质子经过 膜到达催化部位。
琥珀酸 - 泛醌复原酶
4
泛醌- 细胞色素 c 复原酶 11
细胞色素 c 氧化酶
13
FAD ，Fe-S 铁卟啉， Fe-S 铁卟啉， Cu
泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
线粒体呼吸链复合体
FMN,Fe-S 复合体Ⅰ
FAD,
Fe-S,Cytb 复合体Ⅱ
Cytb,
Cytaa3,Cu
Fe-S,Cytc1 复合体Ⅳ 复合体Ⅲ
NH - H N
O
HO
FMN(或FAD)
氧化型或醌型
FMNH(或FADH),即FMN•
半醌型
RH
NN
H3C
O
H3C
NH
N
HO
FMNH2(或FADH2)
复原型或氢醌型
黄素蛋白(flavoprotein)类〔FMN、 FAD〕
递氢体
(3)铁硫蛋白
铁硫蛋白铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁
原子和硫原子，其中铁原子可进展Fe2+ Fe3++e 反响
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
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
柄部蛋白含寡霉素 敏感蛋白〔OSCP〕， 控制质子的流动速率。
α
β
β
α βα
εγ δ
F0
F1
基质侧 线粒体 内膜
胞液侧
ATP合酶构造方式图
二、生物氧化的方式与特点
(一)生物氧化的方式
生物氧化与物质在体外的氧化方式 在化学本质上是一样的，生物氧化的方 式有加氧、脱氢加水脱氢和失电子反响。
A、生物氧化过程中CO2的生成
- 2H
氧化复原反响时变化发生在五价氮和三价氮之间。
烟酰胺(nicotinamide)核苷酸类〔NAD+、NADP+〕 递氢体
(2)FMN (FAD)
FMN构造中含核黄素，发扬功能的部位是 异咯嗪环，氧化复原反响时不稳定中间产物是 FMN• 。
R
R
NN
NN
H3C
O +H H3C
O +H
H3C
N
NH - H H3C
为不恒定条件下非酶 促反响，能量以热能方 式忽然释放。
产生的CO2、H2O由 物质中的碳和氢直接与 氧结合生成。
二、生物氧化的酶类
(一) 氧化酶类
细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等属于此 类酶，该类酶的亚基常含有铁、铜等金属离子。
SH2
2H+ +
2e
2Cu2+
H2O O2-
S
2Cu+ 2e 1/2O2
4.两条呼吸链的陈列顺序
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
琥珀酸
NADH
FAD (Fe－S)
FMN CoQ
(Fe－S)
Cyt b
Cyt c1
Cyt c
Cyt aa3 O2
线粒体内重要代谢物氧化的途径
苹果酸
β -羟脂酰CoA β -羟丁酸 异柠檬酸
谷氨酸
琥珀酸 α -磷酸甘油
FAD （Fe-S）
线粒体内膜上一组陈 列有序的递氢体和递电子 体〔酶与辅酶〕构成的功 能单位，也称电子传送链 (electron transport chain)。
四种具有传送氢和电子功能的酶复合体。
人线粒体呼吸链复合体
复合体
酶称号
多肽链数 辅基
复合体 Ⅰ NADH - 泛醌复原酶
39
FMN ，Fe-S
复合体 Ⅱ 复合体 Ⅲ 复合体 Ⅳ
NAD+
NADH+H+
CO-COOH
CH2
+ CO2
CH2 -COOH α-酮戊二酸
1.加氧反响
RCHO+1/2O2
RCOOH
B
、
醛
酸
生
物 2.脱氢反响
氧
化 CH3CH(OH)COOH
中
物
乳酸
CH3COCOOH+2H
丙酮酸
质 的
3.失电子反响
氧 化
Fe2+
Fe3+ + e
方
式 4. 加水脱氢
+H2O
递电子体 Fe2+
细胞色素氧化酶 Fe3+ + e-
细胞色素系统传送电子的过程
2e
2e
2H+
2Fe2+ 2Fe3+ 2Fe2+ 2Fe3+ O2- H2O
b
c1
c
aa3、
Cu2+
2Fe3+ 2Fe2+ 2Fe3+ 2Fe2+ 1/2O2
2e
2e
2e
(四) 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
复原型Cyt c → CuA→a→a3→Cu → O2 B
第四章
物质在生物体内进展氧化称生物氧化，主 要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐渐释 放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。
糖 脂肪 蛋白质
O2 CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP
热能
此外还有以体内代谢物、药物及毒物等非营 养性物质的去除、排泄有关的非线粒体氧化体系。
* 生物氧化的普经过程
NADH
FMN （Fe-S）
CoQ
Cyt b c1
c
aa3 O2
FAD
FAD
硫辛酸 丙酮酸 α -酮戊二酸
脂酰CoA
二、氧化磷酸化
(一)氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 是指在呼吸链电子传送过程中偶联ADP磷酸化，生成 ATP，又称为偶联磷酸化。
(二)P/O 比值 氧化磷酸化过程中，每耗费1摩尔无机磷原子数与所耗 费的氧原子摩尔数之比即P/O比值。
Q QH2
(二) 复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌复原酶
琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; →CoQ Fe-S3
(三) 复合体Ⅲ: 泛醌-细胞色素c复原酶
QH2→ b562; b566; Fe-S; →Cyt c c1
蛋白质
细胞色素的构造
Cys
细胞色素 是一类以铁卟
S H3C-CH
Cys
CH3
S
啉为辅基的催 化电子传送的 酶类，根据它 们吸收光谱不 同而分类。
H3CH3C-
NN Fe3+
NN
-CH-CH3 -CH3
细胞色素c辅基
CH2 CH2 COO-
CH2 CH2 COO-
细胞色素(Cytochrome)类
组成呼吸链的细胞色素: Cytb、 Cytc1、 Cytc、 Cytaa3
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值 可能生成的ATP数
β-羟丁酸 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 2.4～2.8
3
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2
琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
1.7
2
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2
抗坏血酸 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 细胞色素c (Fe2+) 复合体Ⅳ→O2
S
FMNH2(或FADH2)
第二节 呼吸链与氧化磷酸化
(respiratory chain and oxidative phosphorylation )
一、什么是呼吸链
代谢物脱下的成对氢原子〔2H〕经过多种 酶和辅酶所催化的连锁反响逐渐传送，最终与 氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链 (respiratory chain)又称电子传送链(electron transfer chain)。
(一) 复合体Ⅰ : NADH-泛醌复原酶
NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; →CoQ
Fe-SN-2
1.复合体Ⅰ的组成
H
(1)NAD+和NADP+
H C
2H
e
H H+
HH
CONH 2
+H + e +H+
N+
CONH2
+H+
N
R
NAD(P)+
R
+2H
NAD(P)H+H+
人体内CO2的生成来源于有机酸 的脱羧反响。
根据脱去的羧基在有机酸分子
中的位置不同，分为α-脱羧和β-脱羧
(一)α两-单种纯；脱羧又根据脱羧能否伴有氧化，
可分为单纯脱羧和氧化脱羧两种类
α
氨基酸脱羧酶
型。 R- CH- COOH
R-CH2 NH2 + CO2
NH 2
α-氨基酸
胺
(二)α-氧化脱羧
α CH3COCOOH + HSCoA
丙酮酸脱氢酶系
丙酮酸
NAD+
NADH+H+
CH3CO~SCoA + CO2
乙酰辅酶A
(三)β-单纯脱羧
β CH2 - COOH
α COCOOH 草酰乙酸
丙酮酸羧化酶
CH3COCOOH + CO2 丙酮酸
(四)β-氧化脱羧
α CHOH-COOH β CH-COOH
异柠檬酸脱氢酶
CH2-COOH 异柠檬酸
能
NADH
琥珀酸
氧化磷酸化偶联部位
FAD
(Fe－S)
FMN CoQ
(Fe－S)
ATP
Cyt b Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2
ATP
ATP
➢ 自在能变化( △G0′)： 大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。 △G0′＝－nF△E0′
SH2:底物
S:产物
(二) 需氧脱氢酶类
L-氨基酸氧化酶、 黄嘌呤氧化酶等属于此 类酶。
(三) 不需氧脱氢酶类
2H SH2
FMN 或
FAD
H2O2
FMNH2
S
或 2H O2
FADH2
乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等 。
SH2
NAD+(NADP+)
SH2
FMN(或FAD)
S
NADH+H+(NADPH+H+)
2. NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2 3. 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
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+
CH3
CH2 ( CH2-CH=C-CH2 )
3
H HO-CH
CH
3
H3C
CH=CH2
NN
Fe3 N +N HC
CH3
O CH2 CH2 COOH
CH2 CH2 COOH
细胞色素a的构造
(五) 呼吸链成分的陈列顺序
1.陈列顺序确 定的实验根据
① 规范氧化复原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 复原形状呼吸链缓慢给氧
一、线粒体的构造
线粒体由内膜、外膜、 膜间隙、基质组成。内膜 把膜间隙与基质分开，内 膜向基质折叠构成嵴。
嵴上有许多带柄的球 状小体，称为基质颗粒。
基粒由头部、 柄部和基部组成， 也称为三联体或 ATP酶复合体。
由亲水部分 F1(α3β3γδε亚 基〕、疏水部分 F0〔a1b2c9～12 亚基〕以及衔接 F1/F0的柄部蛋白 组成。
OH -2H
CH3CHO
CH3CH
CH3COOH
OH
(二)生物氧化的特点
生物氧化
体外氧化
相同点
氧化方式均为加氧、脱氢、失电子。 耗氧、释放能量、终产物〔CO2，H2O〕均一样。
不同 点
为细胞内恒定条件下酶促反 响逐渐进展，能量逐渐释放， 生成ATP。
加水脱氢反响使物质间接获 得氧，脱下的氢与氧结合产生 H2O，有机酸脱羧产生CO2。
糖原
脂肪
蛋白质
葡萄糖 甘油、脂肪酸
胞 液 2H
氨基酸
线粒体 丙酮酸
乙 酰 CoA CoASH
O2 ATP ADP + Pi 2H
氧化磷酸化
H 2O
三羧酸循环
第一 阶段
第二 阶段
第三 阶段
CO 2
第一节 概 述
一、线粒体的构造
线粒体是细胞内的动 力站，主要功能是进展氧 化硫酸化，合成ATP，为 细胞生命活动提供能量。
o
H3C O
H3C O
o
CH3 H+ +e
R
H3C O
H3C O
O·
CH3 H+ +e
R
oH
H3C O
H3C O
OH CH3
R
oH
泛醌
氧化型或醌型
泛醌H•
半醌型
二氢泛醌
复原型或氢醌型
泛醌 〔CoQ〕
(Ubiquinone)
递氢体
2.复合体Ⅰ的功能
NADH+H+ FMN
NAD+
FMNH2
复原型Fe-S 氧化型Fe-S
传送电子。
Ⓢ
Fe S CH2
CH2 S
Fe
Ⓢ
CH2 Sຫໍສະໝຸດ FeⓈⓈFe S CH2
Ⓢ 表示无机硫
铁硫蛋白(iron-sulfur cluster)
递电子体
传送电子方式：
Fe2+
Fe3+ + e-
(4)辅酶Q
泛醌〔辅酶Q, CoQ, Q〕由多个异戊二烯衔接构成较 长的疏水侧链〔人CoQ10〕，氧化复原反响时可生成中间 产物半醌型泛醌。
0.88
1
0.61 ～ 0.68
1
电子传送链自在能变化
区段
电位变化 (⊿Eº′)
NAD+~CoQ 0.36V
CoQ~Cyt c 0.21V
Cyt aa3~O2 0.53V
自在能变化
能否生成ATP
⊿Gº′=-nF⊿Eº′ (⊿Gº′能否大于30.5KJ)
69.5KJ/mol
能
40.5KJ/mol
能
102.3KJ/mol
(三)底物程度磷酸化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，