生物化学-第五章 生物氧化

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三、生物氧化的3方面内容
（一）CO2的生成
1 单纯脱羧 （1）α-单纯脱羧
O ‖ CH3 C （2）β-单纯脱羧
COOH α C =O β CH2 COOH
COOH C =O + CO2 CH3
2.氧化脱羧
（1） α -氧化脱羧
O ‖ CH3－C－COOH + CoASH
P311
O NH N CH3 P O NH2 C NH O CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸精氨酸
P O
C NH O
10.3千卡/摩尔
7.7千卡/摩尔
磷酸肌酸在脊椎动物中起暂存能量的作用。仅可作为最初4 秒钟的能量来源，但它可提供时间来调节糖酵解酶的活性， 使肌肉通过酵解得到能量。 磷酸精氨酸是无脊椎动物的能量的暂存形式。
在高能化合物分子中，水解断裂时释放出大量自由能活 泼共价键称为高能键。用 表示
～
须注意：生化上的“高能键”，涵义不同于普通化学上 的“键能”，不能把“高能键”理解为“能键高”
（二）高能化合物的类型（了解）
P311
按其分子结构特点及所含高能键的特征分：
磷氧键型 磷氮键型 硫酯键型 甲硫键型
1.磷氧键型（—O-P)
4个蛋白复合体
P351
2个可灵活移动的成分
（一）NADH-Q还原酶（复合体I）
42条多肽链 FMN + 铁硫中心 其功能为：
P352
复合体Ⅰ
NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ
4H+
功能：
放能
NADH+H++FMN FMNH2+Q
多个亚基的多聚蛋白
其功能为：电子传递、质子泵
复合体Ⅳ 4H+ 还原型Cyt c → CuA→a→a3→CuB → O2
4个Cyt c传递4个 电子给O2生成水。
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三、呼吸链组分的排列顺序
（一）研究方法及实验证据（了解） 由以下实验确定 1. 标准氧化还原电位 2. 还原状态呼吸链缓慢给氧 3. 特异呼吸链抑制剂和人工电子受体 4. 拆开和重组
FAD/FMN
+2H -2H
FADH2/FMNH2
3.铁硫蛋白类（Fe—S）
又叫铁硫中心或铁硫簇。
含有等量铁原子和硫原子。 铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残基的SH连接。
铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子，为单电子 传递体。
4. 辅酶Q（CoQ） 即辅酶Q（ Coenzyme Q， CoQ），属于脂溶性醌 类化合物，带有多个异戊二烯侧链。
因其为脂溶性，游动性大，可以结合到膜上，也 可以游离状态存在,因此不包含在四种复合体中。
辅酶-Q的功能:电子和质子的传递体 氧化成Q
分子中的苯醌结构能 可逆地结合H，
接受或给出1个或2个 电子为递氢体。
还原成QH2
复合体Ⅰ
NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ NADH+H+ NAD+ FMN FMNH2
1. 根据标准氧化还原电位
E0ˊ表示氧化还原能力的大小，值越小还原性越强， 失电子能力越强，决定电子流动方向
电子传递方向： 低氧还电位→高氧还电位（释放能量）
呼吸链的排列顺序：各成分 按低氧还电位→高氧还电位
三、呼吸链成分的排列顺序
（一）研究方法及实验证据（了解）
由以下实验确定 1. 标准氧化还原电位 2. 还原状态呼吸链缓慢给氧 3. 特异呼吸链抑制剂和人工电子受体 4. 拆开和重组
第五章 生物氧化
第一节 生物氧化概论 第二节 线粒体电子传递链 第三节 氧化磷酸化
第一节 生物氧化概论
一、生物氧化的一般过程 二、生物氧化的概念和特点 三、生物氧化的3方面内容 四、生物氧化的酶类 五、高能化合物
一、生物氧化的一般过程
TCA
生物体内能量产生的三个阶段
1. 大分子降解成基本结构单位。
N
H OH
• FMN：黄素单核苷酸(Flavin Mononucleotide)
• FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine Dinucleotide)
黄素核苷酸的作用原理
R N H3C H3C N O N O NH
+2H -2H
H3C H3C
核黄素(黄色)
还原型 核黄素(无色)
H N H N O N H O NH
3.硫酯键型
4.甲硫键型
COO COO
-
O R C
酰基辅酶A
COO CH
-
NH CH 3NH3
+
+
+
SCoA
CH
CH2
NH3 CH2CH2
CH2CH2 CH2 + + + S C S H3C 3C H3S A A A H
S-腺苷甲硫氨酸（SAM）
(三)最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷) P308
1.ATP的两个高能键 2.ATP的特殊作用
（1）ATP在磷酸化合物中所处的位置具有重要的意义， 在细胞的酶促磷酸基团转移中是一个“共同中间体”
（2） ATP是生物体通用的能量货币。 ATP是能量的携带者和转运者，但并不能量的贮存者。
肌肉剧烈运动时，1s就消耗完ATP
NH2 N O O
-
N N N H H
ADP
HO P OH O
ATP
HC HO P OH O H2C
磷酸甘油酸激酶
1,3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
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四、生物氧化的酶类
主要是脱氢酶和氧化酶 （一）脱氢酶 （二）氧化酶 （三）加氧酶 （四）过氧化物酶
（一）脱氢酶
使代谢物的氢活化、脱落，传递给受氢体或中间传递体
根据所含辅助因子的不同分为： 1.以黄素核苷酸为辅助因子的（又称为黄素酶） 根据受氢体不同分为 ①需氧黄酶：以氧为直接受氢体生成H2O2 ②不需氧黄酶：氢先传递给中间传递体，最后才 给分子氧生成H2O
2. 小分子化合物分解成共同的中间产物（如 丙酮酸、乙酰CoA等）。
3. 共同中间物进入TCA，氧化脱下的氢由电子传 递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部 分通过磷酸化储存在ATP中。
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二、生物氧化的概念和特点
（一）生物氧化的概念
糖、脂、蛋白质等有机物在细胞内氧化分解，最终生成CO2 和水等，并释放能量的过程，又称细胞氧化或细胞呼吸。 生物氧化的场所：真核——线粒体 原核——细胞膜
Q循环
两个QH2参与电子传递，使两个细胞色素C还原，经过全过程又产生了一个 QH2分子。这种通过辅酶Q的电子传递方式称为Q循环。
细胞色素C
细胞色素c是唯一能溶 于水的细胞色素。 作为流动的电子载体 从复合体Ⅲ获取电子 流动到复合体Ⅳ，并 将电子最终交给氧。
（四）细胞色素C氧化酶（复合体Ⅳ） （末端氧化酶）
O O
-
O O
-
P
O
～ -
P
～
-
O
Oα
-
P
OCH2 H H
O
Mg2+
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
AMP ADP ATP
生理pH 值下ATP和ADP都处于解离状态，往往需要以 Mg2+ATP2-的形式参与反应
磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能 低的物质转移。以转移磷酸基团的形式传递能量
（二）生物氧化的特点（与非生物氧化相比）
1. 相同点：
（1）化学反应本质 本质是电子的得失，它有三种方式：
加氧氧化
失电子
1 Cu + 2 O2
CuO
脱氢氧化
（2）被氧化的物质、终产物和释放的能量
2.不同点
（1）生物氧化反应以脱氢为主 （2）生物氧化在酶催化下进行，条件温和 （3）生物氧化在一系列酶、辅酶和电子传递 体的作用下逐步进行，能量逐步释放。
通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递电 子的作用。
1个细胞色素每次 传递一个电子。
（三）辅酶Q-细胞色素c氧化还原酶（复合体Ⅲ）
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素C；将质子从基质转 移到膜间隙 4H+ 复合体Ⅲ
QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
泛醌作为流动的电子载体，从 复合体Ⅰ或Ⅱ获取电子，“流 动”到复合体Ⅲ，交出电子。
FMNH2+NAD+ FMN+QH2
储能
从线粒体基质中转移4个质子到膜间隙（质子泵）。
1. NADH
烟酰胺脱氢酶类 以NAD、NADP为辅酶
NAD+的作用原理
H
H H CONH2
C CONH 2 N R
+
+ H + e + H+
N R
+ H+
NAD+
+2H -2H
NADH+H+
2.黄素蛋白
O H3C
（三）能量的生成和储存
当有机物被氧化成C2O和H2O时，释放的能量怎样转化 成ATP 。主要是通过呼吸链
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
1.底物水平磷酸化
概念：是指代谢物在氧化分解过程中产生的高能键， 使ADP磷酸化生成ATP的过程。
O C HC H2C O OPO 3 2-
O C OH OH O
OH O
+ NAD+ O ‖ CH3－C～SCoA
+ NADH + H+ + CO2