06[安徽医大精品课程]生物化学第六章 生物氧化

泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）
NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2还原型F来自-S 氧化型Fe-SQ QH2
复合体Ⅰ的功能
复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
细 胞 色 素 细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电 子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
◆
NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体Ⅳ→O2
◆
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
电子传递链
（二）氧化磷酸化偶联部位
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
电子传递链及氧化 磷酸化系统概貌
ΔμH+ 跨膜 质子电化学 梯度；H+m 内膜基质侧 H+；H+c 内 膜胞液侧H+
三、通过线粒体内膜的物质转运
转运蛋白
α-酮戊二酸转运蛋白 酸性氨基酸转运蛋白 磷酸盐转运蛋白 腺苷酸转运蛋白 丙酮酸转运蛋白 三羧酸转运蛋白 碱性氨基酸转运蛋白 肉碱转运蛋白
功 能
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
胞 浆 苹果酸 谷氨酸 H2PO4— H+ ADP 丙酮酸 苹果酸 鸟氨酸 脂酰肉碱 线粒体基质 α-酮戊二酸 天冬氨酸 H2PO4— H+ ATP OH柠檬酸 瓜氨酸 肉 碱
（一） 胞浆中NADH的氧化
转运机制
α-磷酸甘油穿梭
(α-glycerophosphate shuttle)
苹果酸-天冬氨酸穿梭
能 能 能
氧化磷酸化偶联部位
ATP
ATP
ATP
（三） 氧化磷酸化的偶联机理 1. 化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)
电子经呼吸链传递时，可将质子（H+ ）从线粒 体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电 化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动
ADP与Pi生成ATP。
指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化， 生成ATP，又称为偶联磷酸化。
底 物 水 平 磷 酸 化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重新分布，生 成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。
◆
（一）呼吸链
定义 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，这一系列酶和辅酶称为呼吸链 (respiratory chain)，又称电子传递链(electron transfer chain)。
磷酸肌酸作为肌和脑组织 的一种能量贮存形式
ATP的生成和利用
ATP
肌酸 磷酸 肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化
~P
ADP
~P
生物体内能量的储存和利 用都以ATP为中心。
机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温)
二、氧化磷酸化
(oxidative phosphorylation)
NADP+
谷胱甘 肽还原酶 NADPH+H+
*
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
（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。
一、ATP
NH2 N N N
O OH
O OH
O O CH2 N O
HO P O P O P
OH
OH OH
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
核苷二磷酸激酶
ATP + UDP ATP + CDP ATP + GDP
ADP + UTP ADP + CTP ADP + GTP
线粒体内、外膜之间的接触位点 → 进入线粒体
基质 → 切除导向序列
第二节 其他氧化酶系
The Others Oxidation Enzyme
Systems
一、需氧脱氢酶和氧化酶
受氢体 不需氧脱氢酶 需氧脱氢酶 氧化酶 辅酶 O2 O2 FMN或FAD 含Cu H 2 O2 H 2O 辅酶（辅基） 产物
二、过氧化物酶体中的酶类
（一）过氧化氢酶(catalase)
又称触酶，其辅基含4个血红素
2H2O2
过氧化氢酶
2H2O + O2
（二）过氧化物酶(perioxidase)
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
R + H2O2
RH2+ H2O2
RO + H2O R + 2H2O
* 生物氧化与体外氧化相同点

氧化方式 消耗氧量、终产物（CO2，H2O）、释放的能量

反应条件：在细胞内温和的环 境中
生物氧化
一系列酶促反应逐步进行
能量逐步释放有利于ATP生成
进行广泛脱氢反应
脱下的氢与氧结合产生H2O
有机酸脱羧产生CO2
第一节 生成ATP的氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
胞液侧
线粒体 内膜
基质侧
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-S →CoQ N-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
（二）加双氧酶
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
O 色氨酸吡咯酶 N H NH2
(O2)
2、呼吸链成分的排列顺序
由以下实验确定
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
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 NAD+/NADH+H+ FMN/ FMNH2 FAD/ FADH2 Cyt b Fe3+/Fe2+ Q10/Q10H2 Cyt c1 Fe3+/ Fe2+ Cyt c Fe3+/Fe2+ Cyt a Fe3+ / Fe2+ Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O2/ H2O Eº (V) ' -0.32 -0.30 -0.06 0.04（或0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
(malate-asparate shuttle)
1. α-磷酸甘油穿梭机制
2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制
（二）腺苷酸转运蛋白
(adenine nucleotide
transporter)
参与ADP与ATP 反向转运
（三）线粒体蛋白质的跨膜转运
外膜表面解折叠 → 被位于外膜上的受体识 别 → 转移到总插入蛋白 → 从氨基端开始通过
2H 2H+ + 2e
1、 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 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
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
泛醌-细胞色素C还原酶 10 细胞色素c氧化酶 13
化 学 渗 透 假 说
2. ATP合酶
ATP合酶结构模式图
当H+顺浓度递度经F0中a亚基和c亚基之间 回流时，γ亚基发生旋转，3个β亚基的构象发生 改变。
ATP合酶的工作机制
（四）影响氧化磷酸化的因素
1. 抑制剂
◆
呼吸链抑制剂 解偶联剂 氧化磷酸化抑制剂
◆
◆
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响
解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）
寡霉素(oligomycin)
阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成
寡霉素
ATP合酶结构模式图
（二）ADP的调节作用 （三）甲状腺激素