第8章 生物氧化
医学生物化学(第八章)生物氧化
* 铁硫蛋白为单电子传递体 ( Fe2+-e Fe3+)
+e
20
3. 泛醌（ubiquinone , Q） 又称辅酶Q （Coenzyme Q , CoQ）
21
**泛醌的特点 1）是双电子传递体 2）不与蛋白结合的游离存在的电子载体 3）是复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之间的连接者，
是多种底物的电子进入呼吸链的中心点
53
四、 ATP与能量的释放、储存和利用
H2O+CO2 ATP
有机物氧化 产能
生物大分子 主动
合成
运输
肌肉 收缩
遗传信 息传递
O2 ADP+Pi
54
一、 ATP分子中的高能磷酸基的来源 （一） 氧化磷酸化： 主要来源 （二） 底物水平磷酸化 概念： 在反应过程中,由于分子内部能 量重新分配，形成高能磷酸化合物，进一 步将高能磷酸基转移给ADP，形成ATP
67
AH2
2H+
2Cu2+
O2-
H2O
A 2Cu+
1/2O2
属氧化酶主要有：细胞色素氧化酶、 酚氧化酶、 抗坏血酸氧化酶等
68
（二）需氧脱氢酶 （aerobic dehydrogenase）
特点： 使作用物氢活化， 受氢体：除氧以外还有其他试剂 产物之一是H2O2
69
AH
FMN(FAD)
H2O2
氧化磷酸化
4
糖
脂肪
葡萄糖 脂肪酸 ＋ 甘油
乙 酰CoA
蛋白质
氨基酸
TCA cycle
CO2
H＋＋e （进 入 呼 吸 链 ）
生成H2O 及释 放 出 能 量
5
第8章 生物氧化与能量代谢4
CoQ~Cyt c 0.21V
Cyt aa3~O2 0.53V
自由能变化
能否生成ATP
⊿Gº′=-nF⊿Eº′ (⊿Gº′是否大于30.5KJ)
69.5KJ/mol
能
40.5KJ/mol
能
102.3KJ/mol
能
氧化磷酸化偶联部位
琥珀酸
NADH
FAD (Fe-S)
FMN CoQ Cyt b→Cyt c→Cyt c (Fe-S)
氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧的同时，也发 生氧化（脱氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧 生成丙酮酸。
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）。氧化-还原反应偶联
2、CO2是有机酸脱羧，H2O是由代谢物脱下的氢与O2结合 生成，氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各 种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
1、NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体Ⅳ→O2
2、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
NADH氧化呼吸链
琥珀酸
FADH2氧化呼吸链
NADH
FAD (Fe-S)
FMN CoQ Cyt b→Cyt c→Cyt c (Fe-S)
第八章
生物氧化与能量代谢
Biological Oxidation and energy metabolism
沈青
第一节
生物氧化 Biological oxidation
维持生命活动的能量主要有两个来源
光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合 作用将光能转变成生物能。
第八章 生物氧化 课外练习题
第八章生物氧化课外练习题一、名词解释1、生物氧化：指发生在线粒体内的一系列传递氢和电子的氧化还原反应，有机物质被氧化，生成二氧化碳和水，并逐步放出能量的过程。
2、呼吸链：呼吸代谢中间产物的电子和质子，沿着一系列有顺序的排列在线粒体内膜上的电子传递体组成的电子传递途径，传递到分子氧的总过程。
3、氧化磷酸化：代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释放的能量使ADP磷酸化生成ATP，由于是代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联发生，因此称为氧化磷酸化。
二、符号辨识1、Fe-S：铁硫蛋白；2、CoQ：辅酶Q；3、Cyt：细胞色素体系三、填空1、生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为（呼吸）作用。
有两种类型的氧化体系，即（线粒体）氧化体系和（非线粒体）氧化体系。
2、生物氧化的方式有（脱氢）氧化、（加氧）氧化和（脱羧）氧化三种。
3、呼吸链的组成成分包括脱氢酶的辅酶（NAD+）和（NADP+）、黄素蛋白的辅基（FMN）和（FAD）以及（Fe-S）蛋白、（泛醌）和（细胞色素）体系。
4、呼吸链的氢传递体既传递质子也传递电子，其类型有（NAD+）、（NADP+）、（FMN）、（FAD）和（UQ）。
5、呼吸链的电子传递体只传递电子，包括（细胞色素）体系、某些（黄素）蛋白和（铁硫）蛋白。
6、泛醌又称为（辅酶Q），广泛存在于动物和细菌的线粒体中。
它是电子传递链中唯一的（非蛋白）电子载体，是一种（脂）溶性醌类化合物。
7、主要的两条呼吸链途径为（NADH）氧化呼吸链和（FADH2）氧化呼吸链，与氧化磷酸化偶联可分别产生（3）分子和（2）分子ATP。
8、ATP酶，由两个主要单元构成，（F0）起质子通道作用，（F1）起催化合成ATP的作用。
9、氧化磷酸化的机制可用Mitchell的（化学渗透）假说予以解释。
10、氧化磷酸化的抑制包括（电子传递）抑制、（解偶联剂）抑制、（ATP酶）的失活以及（离子载体）的影响。
11、细胞的（微粒）体和（过氧化物酶）体中也发现有氧分子直接参与的生物氧化体系。
第8章：生物氧化
HSCoA
H2C COOH H2C COOH
琥珀酸
GTP
O C SCoA
琥珀酰CoA
ATP ADP
琥珀酰CoA合成酶
2. 氧化磷酸化
在线粒体中，代谢物脱下的2H经呼吸链氧为 水时所释放的能量使ADP磷酸化生成ATP的 过程。它是体内生成ATP的主要的方式。
呼 吸 链
1 O2 H2O
实质：每消耗1mol氧原子所产生的ATP的mol数。
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底 物 β-羟丁酸 琥珀酸 抗坏血酸 呼吸链的组成 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅳ→O2 0.88 0.61-0.68 1 1 细胞色素c (Fe2+) 1.7 2 P/O比值 2.4～2.8 可能生成的 ATP数 3
1. 温度： 体温，~37度
高温
2. 反应温和：酶促,逐步氧化,逐步放能,可调节
反应剧烈：短时间内以光、热能形式放能
不能储存，0% 碳和氢直接与氧结合生成。
3. 效率：以高能键储存，40~55%
4. CO2来源：有机羧酸脱羧而来
二、生物氧化的酶类 氧化酶类 需氧脱氢酶 不需氧脱氢酶
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
B: FAD和 FMN
FAD（或FMN）+ 2H FADH2（或 FMNH2）
C: 辅酶Q ( CoQ) 泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊烯连接形 成较长的疏水侧链（人CoQ10），脂溶性, 在膜中 可流动。 不固定于复合体，呈游离状态。氧化还 原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。
生物化学 第8章 生物氧化
天冬 氨酸
①苹果酸脱氢酶
②天冬氨酸氨基转移酶
存在部位：肝脏、心肌组织
两种穿梭系统的比较
α-磷酸甘油穿梭 穿梭 物质 进入线粒 体后转变 成的物质 进入 呼吸链 α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 苹果酸-天冬氨酸穿梭 苹果酸、 谷氨酸 天冬aa、α-酮戊二酸
FADH2
琥珀酸 氧化呼吸链
NADH+ H+
NADH 氧化呼吸链
琥珀酸由琥珀酸脱氢酶催化脱下的2H经复合 体Ⅱ（FAD，Fe—S）使COQ形成COQH2， 再往下传递与NADH氧化呼吸链相同。（见 上图）
NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼 吸链总图
FADH2
NADH
FMN
CoQ
Cyt-b c1
c
aa3
O2 H2O
3、分别进入两条呼吸链的底物
苹果酸 异柠檬酸 β -羟丁酸 谷氨酸 NAD+ FMN 琥珀酸 FAD（Fe-S） CoQ b c1 c aa3 O2
10
血红素b、c1 Fe-S 血红素c 血红素a 血红素a3 Cu2+ O2
Q
Cytc
13
1
Cytc Cyta
Ⅳ
细胞色素C氧化酶
13
(一)尼克酰胺核苷酸类(NAD+)
NAD+ 和NADP+的结构
NAD+：R=H NADP+：R=PO32-
尼克酰胺核苷酸的作用原理
H
H H CONH 2
C CONH2 N R
AH2 2H(2H++2e)
吸 链
1 2 O2
H2O
氧化
A
ADP+Pi
能量 ATP 磷酸化
第八章生物氧化
27
2.黄素蛋白（flavin protein，FP）
黄素蛋白的辅基有两种：FMN和FAD， 其分 子中的异咯嗪环可以进行可逆的加氢和脱氢反应， 故黄素蛋白在呼吸链中属于递氢体，在加氢反应 时接收2个氢原子。
28
H3C H3C
N
CH 2 O H C OH H C OH H C OH
O PO O-
36
37
细胞色素c （Cytochrome C）
➢13kD球形蛋白 ➢唯一能溶于水的细胞色素 ➢流动电子载体，可在线粒 体内膜外侧移动
38
呼吸链中常见的几种蛋白质或酶
名称
特点
主要功能
黄素蛋白
以FAD或FMN为辅基 传递H和电子
铁硫蛋白
辅基为铁硫中心（Fe-S） 传递单个电子
泛醌（CoQ）
脂溶性，能在内膜中自 由扩散
ATP、热能
10ion and storage of ATP
ATP在能量代谢中的核心作用 ATP的生成
底物水平磷酸化 氧化磷酸化 ATP的储存和利用
11
一、 ATP在能量代谢中的核心作用
生物体能量代谢的特点：
1. 生物体不能承受能量大量增加、能量大量 释放的化学过程，所以代谢反应都是依序 进行，能量逐步得失的反应
⊿G′
(kcal/mol) (－14.8) (－12.3) (－11.8) (－10.3) (－7.3) (－7.5) (－6.6) (－6.6) (－5.0)
14
二、 ATP的生成 （一）底物水平磷酸化 定义：代谢物在氧化分解过程中，因脱氢或
脱水而引起分子内能量重新分布，产 生高能键，然后将高能键转移给ADP （或GDP）生成ATP（或GTP）的过 程，称为底物水平磷酸化(substrate phosphorylation)。
第八章 生物氧化
第八章生物氧化一、内容提要生物氧化是指糖、脂肪、蛋白质等供能物质在生物细胞中彻底氧化分解为CO2和H2O 并逐步释放能量的过程。
CO2的生成方式为有机酸脱羧。
脱羧反应根据其发生在α碳原子及β碳原子，分为α脱羧和β脱羧。
有的脱羧反应涉及氧化，因此脱羧反应又可分为不伴氧化的单纯脱羧和伴氧化的氧化脱羧。
线粒体内膜存在多种具有氧化还原功能的酶和辅酶，排列组成呼吸链。
细胞的线粒体中，代谢物脱下的2H以质子和电子形式通过呼吸链逐步传递给O2生成H2O。
从细胞内膜分离得到四种功能的呼吸链复合体：NADH-泛醌还原酶（复合体Ⅰ）、琥珀酸-泛醌还原酶（复合体Ⅱ）、泛醌-细胞色素C还原酶（复合体Ⅲ）和细胞色素C氧化酶（复合体Ⅳ）。
CoQ、Cytc不包含在这些复合体中。
体内存在两条呼吸链，即NADH氧化呼吸链及琥珀酸氧化呼吸链。
ATP的生成方式有两种：底物水平磷酸化和氧化磷酸化，以氧化磷酸化为主。
氧化磷酸化是呼吸链电子传递过程中产生的能量，使ADP磷酸化生产ATP的过程。
实验结果表明，每2H经NADH氧化呼吸链传递可产生约2．5个ATP，经琥珀酸氧化呼吸链传递可产生约1．5个ATP。
氧化磷酸化受到甲状腺素和ADP/ATP比值的调节，同时易受呼吸链抑制剂、解偶联剂和ATP合酶抑制剂等抑制。
底物水平磷酸化是代谢物分子中能量直接转移给ADP生成ATP的过程。
除ATP外还存在其它高能化合物，但生物体内能量的生成、转化、储存和利用都是以ATP为中心。
在肌肉和脑组织中，磷酸肌酸可作为ATP的能量储存形式。
胞质中物质代谢生成的NADH不能直接进入线粒体，必须通过α-磷酸甘油和苹果酸-天冬氨酸两种穿梭机制进入线粒体进行氧化。
生物氧化过程中有时会生成反应活性氧类，他们具有强氧化性，对细胞有损伤作用。
微粒体中的氧化酶类可以将某些底物分子羟基化，增强其极性，便于从体内排出；过氧化物酶体中的氧化酶类和超氧化物歧化酶对反应活性氧类具有一定的清除作用。
Q第八章生物氧化
FAD
CoQ
ADP+Pi Cyt b ATP c1 c
ADP+Pi aa3 ATP O2
ATP
氧化磷酸化偶联部位
三、氧化磷酸化偶联机制---化学渗透假说
在氧化磷酸化中，电子从一个载体到另一个载 体的传递过程中究竟怎样促使ADP磷酸化成 ATP的？ 目前最为流行的是化学渗透假说（Peter Mitchell于1961年提出 ）：
例： CH3CH2OH
乙醇脱氢酶
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+ 2H+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
H 2O
一、 呼吸链（respiratory chain) 概念：
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，这 一系列的酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电 子传递链(electron transfer chain)。 组成：脱氢酶、传递体和氧化酶 各组分按一定顺序排列在线粒体内膜
～P 甘油酸 ～P ATP
～P
磷酸肌酸 （磷酸基团储备物）
～P ～P
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油醛
0
二、ATP的生成方式（重点） • 生物氧化不仅仅是消耗O2生成CO2和H2O，更重 要的是在这个过程中有能量的释放。 • 释放出的能量在细胞内以ATP的形式贮存，以 供细胞代谢活动。
底物水平磷酸化 呼吸链磷酸化(最主要)
1、α—磷酸甘油穿梭（1NADH ：1.5ATP）
•主要存在于脑、骨骼肌
2、苹果酸穿梭（1NADH：2.5ATP）
主要存在于肝、心肌组织中。
生物氧化讲义(8)讲解
第八章生物氧化（6学时）第一节概述生物氧化的一般过程在葡萄糖的分解代谢中,1分子葡萄糖共生成10个NADH和2个FADH2.总的△Gˊ0=-2564.8KJ/mol在燃烧时,1分子葡萄糖可释放出的热 2870.23KJ/mol，因此可推算葡萄糖分子所释放自由能的90%贮存在还原型辅酶中.还原辅酶的再氧化在电子传递过程中,还原辅酶借助O2得以氧化的过程可用下式表示:NADH+H++1/2O2 →NAD++H2O △Gˊ0=-220.07KJ/mol →ATPFADH2 +1/2O2→ FAD+ H2O △Gˊ0=-181.58KJ/mol →ATP产能物质在不同的分解代谢过程中,都伴有代谢物的脱H和辅酶NAD+或FAD的还原.这些携带着H+和e 的还原型辅酶NADH和FADH2,最终将H+和e传递给氧时,都经历相同的一系列电子载体传递过程.第二节线粒体氧化体系（呼吸链）生物体内存在多种氧化体系，其中最重要的是存在与线粒体中线粒体氧化体系。
此外还有微粒体氧化体系、过氧化体氧化体系、细菌的生物氧化体系等。
一、线粒体氧化体系（呼吸链）在生物氧化过程中，代谢物的氢由脱氢酶激活，脱下来的氢经过几种传递体的传递，将电子传递到细胞色素体系，最后将电子传递给氧，活化的氢（H+）和活化的氧（O2-）结合成水，在这个过程中构成的传递链称为电子传递链，或呼吸链。
（一）呼吸链的组成构成呼吸链的成分有20多种。
大致可将它们分成五类。
即以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶类；以FAD或FMN为辅基的黄素蛋白酶类；铁硫蛋白类；泛醌和细胞色素类。
依具体功能又可分为递氢体和递电子体。
1．递氢体在呼吸链中即可接受氢又可把所接受的氢传递给另一种物质的成分叫递氢体，包括：（1）NAD+NAD+是不需氧脱氢酶的辅酶。
它们分别可与不同的酶蛋白组成多种功能各异的不需氧脱氢酶。
辅酶分子能可逆地加氢和脱氢。
NAD++2H++2e-→NADH+H+（2）FAD和FMNFAD和FMN是黄素蛋白（又称黄素酶）类的辅基。
第八章生物氧化
2.细胞色素 Cyt 细胞色素(Cyt 细胞色素 Cyt) 细胞色素是属于色蛋白类的结合蛋白， 细胞色素是属于色蛋白类的结合蛋白，其辅基是 含铁卟啉的衍生物(血红素A,血红素B,血红素 血红素A,血红素B,血红素C) 含铁卟啉的衍生物 血红素A,血红素B,血红素C) 细胞色素共有五种，分别为Cyt 细胞色素共有五种，分别为Cyt a, Cyt b, c， Cyt c1, Cyt c， Cyt a3. 细胞色素在呼吸链中是通过铁卟啉中的铁原子氧 化还原作用而往复传递电子， 化还原作用而往复传递电子，细胞色素是单电子 传递体方程式如下 方程式如下： 传递体方程式如下： ( b, c1, c) 2Cyt·Fe 2Cyt Fe3+ + 2e2Cyt·Fe 2Cyt Fe2+
一. 生物氧化的涵义 由前述分解代谢的总方程式： 由前述分解代谢的总方程式：
有机物 + O2 能量（ ATP） CO2 + H2O + 能量（ ATP）
则有机物的分解是一种有氧参与的氧化反应， 则有机物的分解是一种有氧参与的氧化反应， 且反应发生在生物体内， 且反应发生在生物体内，故称为生物氧化 定义 有机物质在生物体细胞内的 氧化分解作用称为生物氧化 由于此过程消耗氧生成CO2 ，且在细 由于此过程消耗氧生成CO 胞中进行， 胞中进行，因此又称为细胞呼吸
（二）反应历程复杂 例 葡萄糖的氧化反应方程式： 葡萄糖的氧化反应方程式： C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O
在体内和体外都是一样的， 在体内和体外都是一样的，但各自的反 应历程不同,体外氧化是一次反应完全的 应历程不同 体外氧化是一次反应完全的 而生物氧化是在活细胞的水溶液中进 生物氧化是在活细胞的水溶液中进 行的，途径迂回曲折，有条不紊， 行的，途径迂回曲折，有条不紊，反 应历程复杂， 应历程复杂，都是酶促反应
第八章BIOLOGICALOXIDATION
目录
1. α-磷酸甘油穿梭机制
目录
CH2OH
NADH+H+
提高ATP生成的效率。
中。
物质的氧化方式是脱氢反应，脱下的 产生的CO2、H2O由物质中的 氢在酶、辅酶和电子传递系统参与下经 碳和氢直接与氧结合生成。
一系列传递与水结合生成H2O；二氧化 碳（CO2 ）是由于糖、脂类和蛋白质转
变成含羧基的化合物（有机酸）直接 脱羧或氧化脱羧产生。
◆场所：真核细胞在线粒体内膜，原核细胞在质膜上进行。
目录
* 生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
是在细胞内温和的有水环境中（体温， 在高温、高压、干燥条件下进
pH接近中性），经一系列酶促反应逐步 行，是剧烈的自由基反应，
缓慢进行，能量逐步释放，以ATP形 能量突发式释放。产生的能量
式储存和转运，有利于机体捕获能量， 以光与热的形式散发在环境
高能化合物的共同特点是含有容 易断裂的“活泼键”，水解时释放能 量，常用符号表示。
电子和氢离子一起被接受，还原型CoⅠ将氢移 到NADH（黄素）脱氢酶上。
目录
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+
目录
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
目录
②黄素蛋白
含FMN或FAD的蛋白质，每个FMN或FAD可 接受2个电子2个质子。呼吸链上具有FMN为辅基 的NADH脱氢酶，以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。
交大生化笔记8
第八章生物氧化物质在生物体内进行氧化称为生物氧化(biological oxidation),主要是糖、脂肪、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。
其中有相当一部分能量可使ADP磷酸化生成ATP，供生命活动之需，其余能量主要以热能形式释放，可用于维持体温。
生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子,遵循氧化还原反应的一般规律。
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。
但生物氧化是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性），在一系列酶的催化下逐步进行的，因此物质中的能量得以逐步释放，有利于机体捕获能量提高ATP生成的效率。
生物氧化过程中进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；生物氧化中生成的水是由脱下的氢与氧结合产生的，CO2由有机酸脱羧产生。
体外氧化（燃烧）产生的CO2，H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成，能量是突然释放的。
第一节生成ATP的氧化体系一、呼吸链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。
由于此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为呼吸链（respiratory chain）。
它们按一定顺序排列在线粒体内膜上。
其中传递氢的酶或辅酶称之为递氢体，传递电子的酶或辅酶称之为电子传递体。
不论递氢体还是电子传递体都起传递电子的作用（2H2H++2e），所以呼吸链又称电子传递链(electron transfer chain)。
（一）呼吸链的组成用胆酸，脱氧胆酸等反复处理线粒体内膜，可将呼吸链分离得到4种仍具有传递电子功能的酶复合体（complex）（表8-1），其中复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ完全镶嵌在线粒体内膜中，复合体Ⅱ镶嵌在内膜的内侧（图8-1）。
下面以复合体为基础叙述呼吸链电子传递的过程（图8-2）。
1．复合体Ⅰ— NADH-泛醌还原酶大部分代谢物脱下的2H由氧化型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+）接受形成还原型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸。
第八章生物氧化
第八章生物氧化、名词解释1、生物氧化2、呼吸链3、氧化磷酸化4、磷氧比P/O5、底物水平磷酸化6、化学渗透学说二、填空题1、生物氧化是 ___________________ 在细胞中彻底氧化分解生成 ____________ ，同时产生_________ 的过程。
2、生物体内ATP生成的方式包括__________ 和_____________ 两种，其中以____________ 为主。
3、生物氧化中产生的CO2的生成不是碳与氧的直接结合，而是由有机物氧化成___________________ ，经脱羧而产生的。
生物体中的脱羧方式有两种：和________________ 。
4、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______________ 。
原核生物的呼吸链位于____________________ 。
5、典型的呼吸链包括_________________ 和_________________ 两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的_______________ 不同而区别的。
6、反应的自由能变化用 _______ 表示，标准自由能变化用 ___________ 表示，生物化学中pH 7.0时的标准自由能变化则表示为____________ 。
7、NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是 ____________ 、 _________ 和_____________ 。
8、在呼吸链中，氢或电子从 __ 氧化还原电位的载体依次向______ 化还原电位的载体传递。
9、以NADH为辅酶的脱H酶类主要参与____________ 的作用，即参与从到____________ 电子传递；以NADPH为辅酶的脱H酶类，主要是将分解代谢中间产物上的转移到反应中需要电子的中间产物上。
10、P/O值是指___________________________________ 。
NADH 的P/O 值是 ____________ ，FADH 2 的P/O 值是_____________ 。
第八章生物氧化
第八章生物氧化一、填空题：1．电子传递链在原核细胞中存在于上，在真核细胞中存在于上。
2．鱼藤酮能阻断电子由向的传递，利用这种毒性作用，可作为重要的。
3．在动物体中形成ATP 的方式有和，但在绿色植物中还能进行。
4．电子传递链上的电子传递是一种反应，而ATP的合成过程则是一种反应。
5．电子传递链上电子传递与氧化磷酸化之间的偶联部位是之间，之间，______________之间。
6．解释氧化磷酸化作用机制被公认的学说是，是英国生物化学家于1961年首先提出的。
7．典型的呼吸链包括和两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的不同而区分的。
8．动物体内高能磷酸化合物的生成方式有和两种。
9．NADH呼吸链中氧化磷酸化发生的部位是在之间；之间；之间。
10．磷酸甘油与苹果酸经穿梭后进入呼吸链氧化，其P/O比分别为和。
11．线粒体内膜外侧的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是；而线粒体内膜内侧的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是。
12．用特殊的抑制剂可将呼吸链分成许多单个反应，这是一种研究氧化磷酸化中间步骤的有效方法，常用的抑制剂及作用如下：①鱼藤酮抑制电子由向的传递。
②抗霉素A抑制电子由向的传递。
③氰化物、CO抑制电子由向的传递。
13、在生物氧化过程中，四种常用的氢载体为：_________、_________、、。
二、选择题(只有一个最佳答案)：2．下列化合物中不是电子传递链成员的是( )①CoQ ②Cytb ③CoA ④NAD+4．不属于电子传递抑制剂的是( )①一氧化碳②抗霉素③2，4-二硝基苯酚④氰化物5．属于解偶联剂的是( )①2,4-二硝基苯酚②硫化氢③叠氮化合物④抗霉素A8．电子传递链上的未端氧化酶是( )①NADH脱氢酶②琥珀酸脱氢酶③细胞色素b ④细胞色素a3 10．关于电子传递链的下列叙述中哪个是不正确的？（）①线粒体内有NADH+H+呼吸链和FADH2呼吸链。
②电子从NADH传递到氧的过程中有3个ATP生成。
③呼吸链上的递氢体和递电子体完全按其标准氧化还原电位从低到高排列。
生物化学第八章 生物氧化
1 O2 2
H2O
实测得FADH2呼吸链： P/O~ 2
FADH2
线粒体是真核细胞的一种细胞器，是生物氧化和能 量转换的主要场所。是组织细胞的“发电厂”。 线粒体内，外膜的化学组成有显著的区别; 外膜：磷脂，胆固醇含量高，蛋白质含量低 内外膜间隙：腺苷酸激酶，核苷酸激酶等 内膜：有些脱氢酶，氧化呼吸链有关的酶， ATP 合成酶 基质： 催化糖有氧分解，脂肪酸氧化，氨基酸分 解和蛋白质生物合成的酶
3
二、生物氧化的一般过程
主要解决三个问题：
1．代谢物中C如何在酶催化下生成CO2；
2．细胞如何利用O2将代谢物中的H氧化成H2O；
3．氧化产生的自由能怎样被收集、转换和储存。
4
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）
31
2. 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（ >20 千焦 / 摩尔）的化合物称为 高能化合物。
32
高 能 化 合 物 类 型
33
3. ATP的特点
在 pH=7 环 境 中 ， ATP 分子中的三个磷 酸基团完全解离成带 4个负电荷的离子形 式 （ ATP4-）， 具 有 较大势能，加之水解 产物稳定，因而水解 自由能很大（ ΔG°′= -30.5千焦/摩尔）。
34
4.ATP的特殊作用
在机体的能量代谢中， ATP 就好像能量通币， 高能化合物虽有多种，只有 ATP 可为一切生 理机能与生物合成反应提供能量； ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
生物化学 生物氧化
氧化酶
举例：
细胞色素氧化酶 (Cytc氧化酶)
7
Cyt c氧化酶
FMN 560
图8-2
电子传递链
苹果酸
Cyt c氧化酶
8
(二) 不需氧脱氢酶 (anaerobic
dehydrogenase)
不是以氧, 而是以辅酶作为直接受氢/电子体
举例： * 苹果酸脱氢酶, G6PDH (需NAD+/NADP+的脱氢酶类）
* 琥珀酸脱氢酶, NADH脱氢酶
（需FAD/FMN的脱氢酶类）
* 细胞色素体系
(Cytb，Cytc)
9
(辅酶)
(辅酶)
SH2
受氢体1
不需氧 脱氢酶
受氢体2H2
1/2O2
S
受氢体1H2
(辅酶)
受氢体2
(辅酶)
H 2O
辅酶的作用：
* 作为呼吸链中的受氢(电子)体,将电子传递给O2 * 受氢(电子)体：既是受氢(电子)体又是供氢(电子)体
26
⑵ 复合体Ⅱ:
琥珀酸-CoQ还原酶
作用：将琥珀酸中的2H传递给CoQ
组成：黄素蛋白复合物(包括黄素蛋白,Fe-S,Cyt等) ● 黄素蛋白(复合物II中): 琥珀酸脱氢酶 (FAD) 递氢方式: 递H+(×2)、 递电子(×2)
● 铁硫蛋白 (iron-sulfur protein)
27
● 细胞色素b560 (cytochromosb560,cytb560) 一种色素蛋白(以铁卜啉为辅基)
(复合体III中)
CO、CN¯ 、N3¯ 2S ： 、H
抑制细胞色素C氧化酶
(复合体IV中)
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562
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Cytc 胞液侧
Q
Ⅰ NADH+H+
线粒体内膜 Ⅲ Ⅳ H2O 基质侧
Ⅱ 延胡索酸 NAD+
琥珀酸
1/2O2+2H+
e
4H+
e
4H+
4H+
2H+ 2H+
① 复合体Ⅰ:
NADH-泛醌还原酶
功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone) 复合体Ⅰ
NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 → CoQ
第二节 线粒体氧化体系
The Oxidation System of mitochondrion
线粒体立体图
一、呼吸链的主要组份
1.定义 位于线粒体内膜、按一定顺序排列的、 传递氢和电子的蛋白质复合体,称为呼吸 链又称电子传递链(electron transfer chain)。
蛋白质复合体：递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e） ！！！
2e
aa3
2e
NADH氧化呼吸链
复合体Ⅲ H2O
O2-
1 2 O2
四、ATP的生成、利用与储存 （一）高能磷酸键与高能磷酸化合物
高能磷酸键 水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯 键，常表示为 P。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物
（二）ATP的生成
1. 底物水平磷酸化
底物分子内部能量重新分布，生成高能
④ 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
功能：将电子从细胞色素c传递给氧
复合体IV
还原型Cytc → CuA→a→a3→CuB →O2
其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
复 合 体 Ⅳ 的 电 子 传 递 过 程
Cytc
e-
胞液侧
eⅠ NADH+H+
Ⅱ
e-
Q eⅢ
eⅣ H2O
线粒体内膜
解偶联剂:电子传递链正常,所释放的能量不能合成ATP;抑 制剂:电子传递链被打断.
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
× 鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
（三）ATP的利用和储存
ATP
肌酸 磷酸 肌酸
~P
氧化磷酸化 ~P 底物水平磷酸化
ADP
生物体内能量的储存和利 用都以ATP为中心。
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原 子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。
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CoQ10），氧化还原反应
时可生成中间产物半醌型泛醌。
以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化 酚类或胺类化合物
过氧化物酶
过氧化物酶
R + H 2 O2 RH2+ H2O2
RO + H2O R + 2H2O
三、超氧化物歧化酶
反应氧族
超氧离子(O2﹣)、H2O2、羟自由基(•OH) 的统称。
2O2
﹣+
2H+
SOD
H2 O2 + O2 过氧化氢酶 H2 O + O2
H 3N
-
+ -
OOC-CH2-C-COO H
天冬氨酸
O
O -OOC-CH2-C-COO-
H 3N
-
+ -
呼吸链
草酰乙酸
H 3N
-
+ -
OOC-CH2-CH2-C-COO H
-OOC-CH2-C-COO-
NADH +H+
苹果酸 脱氢酶
OOC-CH2-CH2-C-COO
O -OOC-CH2-CH2-C-COO-
五、胞浆中NADH的氧化
胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线 粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。
转运机制主要有两种方式：
1.α-磷酸甘油穿梭 2.苹果酸-天冬氨酸穿梭
(每2H生成2ATP) 1. α-磷酸甘油穿梭机制
CH2OH CH2OH C=O CH2O- Pi
呼吸链
NADH+H+
C=O CH2O- Pi
（一）加单氧酶(monoxygenase)
* 催化的反应：
RH + NADPH + H+ + O2
ROH + NADP+ + H2O
故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase) 或羟化酶(hydroxylase)。 上述反应需要细胞色素P450 (Cyt P450)参与。
（二）加双氧酶
氧化磷酸化偶联部位
ATP ATP
ATP
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，可反映底物脱氢氧化与ATP生成之 间的比例关系。
氧化磷酸化过程中，每消耗1mol氧原子所需 消耗无机磷原子的摩尔数，称为P/O比值。
（2）氧化磷酸化的机制
化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)
此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底 物中带双键的2个碳原子上。
例 如：
O NH2 COOH NH CHO
Hale Waihona Puke O 色氨酸吡咯酶 N H NH2
(O2)
思考题
1. 何为生物氧化(biological oxidation) ？有何特点？分几个阶段？ 2. 何为电子传递链(respiratory chain) ,其组成及排列顺序如何？ 3. 分子NADH+H+通过氧化磷酸化可以产生几分子ATP? 4. 何为氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）?底物水平磷酸 化（substrate level phosphorylation） 5. 常见的电子传递抑制剂有哪些？它们的作用机制是什么? 6. 氰化物为什么能引起细胞窒息死亡？ 7. 1分子的NADH+H+经过电子传递链可以产生几分子的ATP? 8. 在体内ATP有哪些生理作用？ 9.为什么给小鼠注射2,4-二硝基苯酚（DNP）后,其体温升高. 10.什么是铁硫蛋白？其生理功能是什么？ 11. 氧化作用和磷酸化作用是怎样偶联的？化学渗透假说主要说 明什么问题?
NAD+
OH -OOC-CH2-C-COOH
线 粒 体 内 膜
谷氨酸
H
谷草转 氨酶
O -OOC-CH2-CH2-C-COO-
NADH +H+
α-酮戊二酸
NAD+
OH
-OOC-CH2-C-COO-
苹果酸
苹果酸-α-酮 戊二酸转运体
H
胞液
基质
第三节
非线粒体氧化体系
The Others Oxidation Enzyme Systems
SOD：超氧化物歧化酶 (superoxide
dismutase)
3.
含硒的谷胱甘肽过氧化物酶
2G –SH NADP+ 谷胱甘 肽还原酶 G –S – S – G NADPH+H+
H2 O2 (ROOH)
谷胱甘肽 过氧化物酶 H2 O (ROH+H2O)
*
此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤
四、微粒体中的酶类
NADH+H+
延胡索酸 琥珀酸
-
Ⅲ -
Ⅳ
0
- 1/2O2+2H+
- H2 O
F1
基质侧
ADP+Pi ATP H+
ATP合成酶
(3) 氧化磷酸化的抑制 抑制剂
① 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 ② 解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联 蛋白 ③ 氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如： 寡霉素
第八章 生物氧化 Biological Oxidation
第一节
概
述
1. 生物氧化的基本概念
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。
糖
脂肪
O2 CO2和H2O ADP+Pi
蛋白质
能量
ATP
热能
生物氧化的一般过程：三个阶段
糖原
阶段I
三酯酰甘油
蛋白质
葡萄糖
阶段II
2. 呼吸链的组成
四种具有传递电子功能的酶复合体(complex) 复合体
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ
酶名称
NADH -泛醌还原酶 琥珀酸-泛醌还原酶
多肽链数
39 4
辅基
FMN ，Fe-S
FAD ，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
复合体Ⅲ
复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素 C 还原酶 10
细胞色素c氧化酶
13
* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
电子传递链自由能变化
区段
电位变化 ( ⊿Eº′)
自由能变化
能否生成ATP
⊿Gº′=-nF⊿Eº′ (⊿Gº′ 是否大于30.5KJ)
NAD+ ~CoQ CoQ~Cyt c Cyt aa3 ~O2
0.36V 0.21V 0.53V
69.5KJ/mol 40.5KJ/mol 102.3KJ/mol
能 能 能
延胡索酸 NAD+