8生物氧化1解析

2+ 2C yt-Fe
2e
1 O － 2 2
S
FMN NADH + H 2H Fe S
-
3+ 2C yt-Fe 2e 2H+ 复合物 I （NADH- 泛醌还原酶）
-
CoQH 2
O2-
H2O
2+ C yt-Fe Fe -S b Fe -S 3+ CoQH2 e - C yt-Fe 2
CoQ
2e
3+ C yt-Fe
(4) 氧化磷酸化的抑制剂和解偶联剂
抑制剂
电子传递链 抑制ATP合成
解偶联剂 （uncouplers） 2,4-二硝基苯酚（2,4-dinitrophenol DNP）
*五 线粒体外NADH的氧化磷酸化
NADH是不能直接通过线粒体内膜而进入线 粒体进行氧化磷酸化。已知有两个途径而 进入： 1、磷酸甘油穿梭作用 2、苹果酸穿梭作用
4. 磷酸化
底物水平磷酸化，氧化磷酸化， ATP产生底数量与位置，解偶联剂
NADH：还原型辅
它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。 NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子 供体之一。
铁硫蛋白
铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的 蛋白质，它与NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结 合成复合物形式存在。它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe-2S)含有两个活泼的无 机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用
*氧化磷酸化是指当电子从NADH或FADH2经过电子 传递体系(呼吸链)传递给氧形成水时，同时伴有 ADP磷酸化为ATP的全过程。氧化作用释放能量， 磷酸化作用则吸收能量，两个反应偶联在一起。 通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化。
(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。
(3)作用 呼吸链的作用是接受还原性辅酶上的氢原字 对(2H++2e)，使辅酶分子氧化，并将电子对 顺序传递，直至激活分子氧，使氧负离子 (O2-)与质子对(2H+)结合，生成水。电子对 在传递过程中逐步氧化放能，所释放的能 量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反应，生成 ATP。
*3.氧化磷酸化oxidatire phosphorylation
磷酸甘油穿梭作用
NADH
磷酸二羟丙酮 磷酸二羟丙酮 FADH
NAD
磷酸甘油 磷酸甘油 FAD
苹果酸穿梭作用
NADH
草酰乙酸 草酰乙酸 NADH
NAD
苹果酸 苹果酸 NAD
本章小结
1. 生物氧化的概念与作用 2. NADH，FADH2的彻底氧化 3. 呼吸链（电子传递链）
组成与存在位点，作用机制，抑制剂
在生物氧化过程中，氧化放能反应常常有吸能的 磷酸化反应偶联发生。偶联反应将氧化释放的一 部分自由能用于无机磷参加的高能磷酸键生成反 应。这种氧化放能反应与磷酸化吸能反应的偶联， 称为氧化磷酸化作用。根据生物氧化方式，可将 氧化磷酸化分为底物水平磷酸化及氧化磷酸化。
*底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化 作用。即底物在脱氢、脱水的过程中，分子内部 发生原子重新排布形成了某些高能磷酸化合物的 中间产物，通过酶的作用可使ADP生成ATP。
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－ S S Fe Fe S S S S
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－
NADH泛醌还原酶
简写为NADHQ还原酶, 即复合物I，它的作用是 催化NADH的氧化脱氢以及Q的还原。所以它既是一 种脱氢酶，也是一种还原酶。 NADHQ还原酶最 少含有16个多肽亚基。它的活性部分含有辅基FMN 和铁硫蛋白。 FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形 成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以进一步将电子 转移给Q。
cyt.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外， 还含有铜原子。cyt.a a3可以直接以O2为电子受 体。 在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生 Cu+ Cu2+ 的互变，将cyt.c所携带的电子传递 给 O2 。
琥珀酸-Q还原酶
琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生的 中间产物，它在琥珀酸 -Q 还原酶（复合物 II ）催 化下，将两个高能电子传递给Q。再通过QH2-cyt, c还原酶、cyt.c和cyt.c氧化酶将电子传递到O2。 琥珀酸 -Q 还原酶也是存在于线粒体内膜上的蛋白 复合物, 它比NADH-Q还原酶的结构简单，由4个不 同的多肽亚基组成。其活性部分含有辅基FAD和铁 硫蛋白。 琥珀酸 -Q 还原酶的作用是催化琥珀酸的脱氢氧化 和Q的还原。
(2)ATP产生的部位
*ATP产生的部位都是有大的电位差变化的地方， 例如，NADH呼吸链生成ATP的三个部位是：E0'值 在此三个部位有大的“跳动”，都在0.2伏以上。
(3)ATP产生的机理
氧化与磷酸化作用如何耦联尚不够清楚，目 前主要有三个学说： 化学耦联学说、结构耦联学说与化学渗透学说， 化学渗透学说的主要论点 呼吸链存在于线粒体内膜之上，当氧化进行时， 呼吸链起质子泵作用，质子被泵出线粒体内膜之 外侧，造成了膜内外两侧间跨膜的化学电位差， 后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP与Pi合成ATP。
线粒体呼吸链
*(2)组成
呼吸链由许多个组分组成，参加呼吸链的氧化还 原酶有烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋 白类、细胞色素类、辅酶Q类等。
COOH
2H
CH2CH2COOH 2H
SH 2 NAD
+
FMNH 2 2H CoQ Fe S
FAD Fe*S 复合物 II Cytb - （琥珀酸脱氢酶） 2e
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）。
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。 细胞色素主要是通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递 电子的作用的。
O A
O P O O
-
C O
酰基腺苷酸
O
氨甲酰磷酸
O P O A O
-
RCH C O N H3
+
氨酰基腺苷酸
b)
O O P O
-
焦磷酸化合物
O O P O
-
O
-
NH2 N O O O- P
-
N N N H H OH
焦磷酸
O O- P OCH2
-
O P O
-
ATP（三磷酸腺苷） 7.3千OH
c)
烯醇式磷酸化合物
COOH O C O CH2 P O O
磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
②
氮磷键型
O NH N CH3 CH2COOH P O
O NH N CH3 P O NH2 C NH O CH2CH2CH2CHCOOH
C NH O
磷酸肌酸 磷酸精氨酸 10.3千卡/摩尔 7.7千卡/摩尔 这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
5. 生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由
特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离 出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和 的条件下释放能量，提高能量利用率。 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。 7. 生物氧化中CO2的生成是由于糖、脂、蛋白质等 有机物转变成含羧基的化合物，再进行脱羧反 应而生成
③
硫酯键型
O R C SCoA
O O S O
-
NH2 N O O P O
-
N N N H H OH
OCH2 H H
O
酰基辅酶A
OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
④ 甲硫键型
COO CH
S-腺苷甲硫氨酸
+ NH3
CH2 CH2 H3C S
+
A
四、NADH和FADH2的彻底氧化（末端电子传递链）
1. 在生物体内NADH和FADH2的彻底氧化可以产 生大量的能量，这一过程是通过呼吸链来完成的。
n=6-10
泛醌细胞色素c还原酶
简写为 QH2-cyt. c 还原酶 , 即复合物 III, 它是线粒体内膜上的一种跨膜蛋白复合物， 其作用是催化还原型QH2的氧化和细胞色素c （cyt. c）的还原。
QH2-cyt. c 还原酶
QH2 + 2 cyt. c (Fe3+) ==== Q + 2 cyt. c (Fe2+) + 2H+
NADH + Q + NADHQ还原酶 H+ ========= NAD+ + QH2
NADH泛醌还原酶
泛醌
（简写为 Q ）或辅酶 -Q （ CoQ ）：它是电子 传递链中唯一的非蛋白电子载体。为一种 脂溶性醌类化合物。
O CH3O CH3O O CH3 (CH2CH C CH2)nH CH3
根据生物体内高能化合物键的特性可以把 他们分成以下几种类型： ① 磷氧键型 a) 酰基磷酸化合物