生物化学ppt第六章生物氧化
合集下载
生物化学之生物氧化
作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始
阶段所需的能量； 供给机体生命活动所需的能量； 生成核苷三磷酸（NTP）； 将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸 （creatine phosphate）形式储存。
提供合成代谢或分解代谢 初始阶段所需的能量
G+ATP G-6-P+ADP
脂酸+CoA+ATP
底物水平磷酸化
1,3-BP- 甘 酸 +ADP 油
3-P-甘 油 酸 激 酶
3-P-甘油酸 +ATP
丙酮酸激酶
PEP+ADP
琥珀酰CoA+Pi+GDP
丙酮酸+ATP
琥珀酸+CoA+GTP
琥 珀 酰 CoA合 成 酶
它们都通过底物脱H、 H2O、CO2形成高能键， 并直接转移给ADP或GDP形成ATP或GTP（没有 经过呼吸链）
铁硫簇(Fe4S4)
Fe
3+
+e -e
Fe
2+
呼吸链的几乎每个过程都有Fe-S参与，有9种。含非血红素 铁和对酸不稳定的硫。 主要分布在线粒体内膜上，它与NAD+或NADP+共同组成 复合体，参与电子传递：Fe3+←→Fe2+，而且两个Fe离子中 只有一个参与，所以是单电子传递
泛醌（CoQ）
O H3CO CH3 CH3 H3CO O
复合体Ⅰ：NADH-CoQ还原酶
• 功能：将电子从NADH传递给CoQ • 辅基：FMN(黄素腺嘌呤单核苷酸)，铁硫蛋白
NH2 N O
-
N
O
P
O H H OH
N O H H OR
N
阶段所需的能量； 供给机体生命活动所需的能量； 生成核苷三磷酸（NTP）； 将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸 （creatine phosphate）形式储存。
提供合成代谢或分解代谢 初始阶段所需的能量
G+ATP G-6-P+ADP
脂酸+CoA+ATP
底物水平磷酸化
1,3-BP- 甘 酸 +ADP 油
3-P-甘 油 酸 激 酶
3-P-甘油酸 +ATP
丙酮酸激酶
PEP+ADP
琥珀酰CoA+Pi+GDP
丙酮酸+ATP
琥珀酸+CoA+GTP
琥 珀 酰 CoA合 成 酶
它们都通过底物脱H、 H2O、CO2形成高能键， 并直接转移给ADP或GDP形成ATP或GTP（没有 经过呼吸链）
铁硫簇(Fe4S4)
Fe
3+
+e -e
Fe
2+
呼吸链的几乎每个过程都有Fe-S参与，有9种。含非血红素 铁和对酸不稳定的硫。 主要分布在线粒体内膜上，它与NAD+或NADP+共同组成 复合体，参与电子传递：Fe3+←→Fe2+，而且两个Fe离子中 只有一个参与，所以是单电子传递
泛醌（CoQ）
O H3CO CH3 CH3 H3CO O
复合体Ⅰ：NADH-CoQ还原酶
• 功能：将电子从NADH传递给CoQ • 辅基：FMN(黄素腺嘌呤单核苷酸)，铁硫蛋白
NH2 N O
-
N
O
P
O H H OH
N O H H OR
N
人民卫生出版社《生物化学》第六章 生物氧化
⊿Gº’ = -nF ⊿Eº'
n：传递电子数；F：法拉第常数
➢ 合成1摩尔ATP 需能量约30.5kJ
偶联部位
NADH~CoQ CoQ~Cytc Cyta-a3~O2
电位变化 (∆E0')
0.36V 0.21V 0.53V
自由能变化 (∆G0')
69.5KJ/mol 40.5KJ/mol 102.3KJ/mol
三、NADH和FADH2是呼吸链的电子供体
1、NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→CoQ →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 →CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
呼吸链各组分的排列顺序的实验依据
➢ 标准氧化还原电位 ➢ 特异抑制剂阻断 ➢ 还原状态呼吸链缓慢给氧 ➢ 将呼吸链拆开和重组
生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
➢ 反应环境温和，酶促反应逐步进 行，能量逐步释放，能量容易捕 获，ATP生成效率高。
体外氧化
➢ 能量突然释放。
➢ 通过加水脱氢反应使物质能间接 获得氧；脱下的氢与氧结合产生 H2O，有机酸脱羧产生CO2。
➢ 物质中的碳和氢直接氧 结合生成CO2和H2O 。
生物氧化的一般过程
胞液侧 4H+
2H+ 4H+ Cyt c
+
+++++ +
++
+
Q
Ⅰ
--
NADH+H+
NAD+
Ⅱ
-
延胡索酸
琥珀酸
Ⅳ
Ⅲ- - -
生物化学第六章 生物氧化(共77张PPT)
O O- P
O-
O O P O-
O-
NH2
N
N
焦磷酸
ATP（三磷酸腺苷） 千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
（3）烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸
千卡/摩尔
2.氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3 C H 2C O O H
利用专一性电子传递抑制剂选择性的阻断呼吸 链中某个传递步骤，再测定链中各组分的氧化-还原 状态情况，是研究电子传递中电子传递体顺序的一 种重要方法。
2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位
（1）鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：其作用是阻断电子在NADH— Q还原酶内的传递，所以阻断了电子由NADH向CoQ的传递。
3．生成二氧化碳的氧化反应
（1）直接脱羧作用 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直接
从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。 （2）氧化脱羧作用
氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱
羧酶的催化下，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。
第二节、生物能及其存在形式
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
第六章 代谢与生物氧化
一、新陈代谢
第 六 章 代 谢 与 生 物 氧 化 4. 代谢
——完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶 完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶 促反应。 促反应。 特点： 特点：
没有完全可逆的代谢途径； 没有完全可逆的代谢途径； 的代谢途径 代谢途径形式是多样 形式是多样的 代谢途径形式是多样的； 代谢途径有确定的细胞定位 确定的细胞定位； 代谢途径有确定的细胞定位； 代谢途径是相互沟通的； 代谢途径是相互沟通 相互沟通的 能量关联； 代谢途径之间有能量关联 代谢途径之间有能量关联； 代谢途径的流量可调控 可调控。 代谢途径的流量可调控。
能
在高能化合物分子中， 在高能化合物分子中 ， 被水解断裂时释放出大量 自由能的活泼共价键。 高能键常用符号“ 表示 表示。 自由能的活泼共价键。 高能键常用符号“ ~ ”表示。
“高能键”≠“键能高” 高能键” 高能键 键能高”
茶学与生物系-生物化学
代谢中的能量物质
第 六 章
根据分子结构和高能键的特征，高能化合物可分为： 根据分子结构和高能键的特征，高能化合物可分为： 焦磷酸化合物： (1) 焦磷酸化合物：如ATP
(C~S)型 型
茶学与生物系-生物化学
二、生物氧化
第 六 章 代 谢 与 生 物 氧 化 1.定义 定义
糖类、脂肪、 糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行脱 加氧等氧化分解生成CO2和H2O，并释放出能量 氢、加氧等氧化分解生成 ， 的过程称为生物氧化 生物氧化(biological oxidation)。 的过程称为生物氧化 。 其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一 系列氧化还原反应过程，故又可称细胞呼吸 细胞呼吸。 系列氧化还原反应过程，故又可称细胞呼吸。
• 新陈代谢 一 新陈代谢一 物质 和 能量 转变
生物化学 生物氧化(6)
基质 嵴 内膜
外膜
外膜 膜间腔 F1-F0复合体
内膜
F1亚基 F0亚基
膜间腔
线粒体结构模式图
线粒体嵴的分子组成
2020/6/11
27
线粒体的结构
2020/6/11
呼吸链
28
二、电子传递链的组成及电子传递顺序
1、电子传递中有四个复合体参与：
OO CH3 C O P O-
O-
乙酰磷酸
O
O
RC O P O A
O
O
O-
H3N+ C O P OO-
酰基腺苷酸
O
O
氨甲酰磷酸 RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
(B) 焦磷酸化合物
OO
O- P O P O-
O-
O-
焦磷酸
O O- P
O-
ATP（三磷酸腺苷）
7.3千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
NH2
N
N
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
(C)烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
(2) 氮磷键型
O
O
NH
PO
NH
PO
C NH O N CH3 CH2COOH
C NH O N CH3 NH2 CH2CH2CH2CHCOOH
CH2 H3C S+ A
3.最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷)
NH2
N
N
～ ～ O-
Oγ
P O-
生物化学第六章生物氧化
(还原剂) (氧化剂)
可写成 A2+ B3+
A3+
B2+
2019/11/23
生物化学教研室
9
第三节 生成ATP的氧化体系
一、呼吸链的概念
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。由 于此过程与细胞呼吸有关，所以将传递链称为呼吸链， 也叫电子传递呼吸链。
氧化酶，而其它均为不需氧脱氢酶。其中a与 a3很难分开，常写为aa3。
在微粒体中主要为细胞色素b5、p450。p450作用 与aa3类似 。
2019/11/23
生物化学教研室
19
细胞色素的结构
2019/11/23
生物化学教研室
20
呼吸链复合体
人线粒体呼吸链通过上述5大类成分形成4个复合体。
2019/11/23
P/O比值：每消耗1摩尔原子氧所消耗的无机磷 原子的摩尔数。
2019/11/23
生物化学教研室
39
2、氧化磷酸化的偶联机制
内模胞浆侧
化 学 渗 透 学 说内膜基侧2019/11/23
生物化学教研室
40
ATP合酶（复合体Ⅴ）
由F1和F0组成。 F1 在线粒体内膜基质 侧形成颗粒状突起， 催化ATP的生成。 F膜0镶中嵌。在当线H+粒顺体浓内度 梯度经回流时，γ 亚基发生旋转，3个 β 亚基构象变化， 由紧密结合型变为 开放型，释放ATP。
根据呼吸链各组分的标准氧化还原电位测定（电位越 低越容易失去电子）、利用呼吸链特异性的阻断剂测 定其氧化和还原状态的吸收光谱及离体线粒体各组分 的氧化顺序等实验，确定了呼吸链各组分的排列顺序， 并发现体内存在两条主要的呼吸链。
第6章 生物氧化
其作用是催化电子从琥珀酸转至泛醌，但不转 移质子。 至少由4条肽链组成，含有黄素蛋白（FAD）， 铁硫蛋白和细胞色素（cytochrome,Cyt)b560。 电子传递的方向为：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。 反应结果为：琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2
生物化学与分子生物学教研室
FMN的结构
黄素蛋白中的FAD的结构
1、复合体Ⅰ—— NADH脱氢酶
其作用是催化NADH的2H传递至泛醌（辅酶Q）， 同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜 间隙（C侧）。 动物的复合物Ⅰ由42条肽链组成，呈L型，含有 黄素蛋白（FMN为辅酶）和铁硫蛋白（铁硫簇为 辅酶），分子量接近1MD，以二聚体形式存在。 电子传递的方向为：NADH→FMN→Fe-S→Q，总 的反应结果为：NADH + 5H+M + Q→NAD+ + QH2 + 4H+C
生物化学与分子生物学教研室
线粒体结构
生物化学与分子生物学教研室
（一） 呼吸链的组成
用胆酸、脱氧胆酸处理线粒体内膜，可以得到 四个具有电子传递功能的酶复合体和1个ATP合酶。
辅酶Q和细胞色素C 不属于任何一种复合物。辅 酶Q溶于内膜、细胞色素C位于线粒体内膜的外侧， 属于膜的外周蛋白。
生物化学与分子生物学教研室
(Fe-S)
O2
-
NDP
-
ATP
寡霉素
生物化学与分子生物学教研室
2、ADP的调节作用：ADP增多，促进磷酸化。 3、甲状腺激素：促进氧化磷酸化；使偶联蛋白 基因表达增加，引起耗氧和产热增加。 4、线粒体DNA突变
生物化学与分子生物学教研室
四、ATP
（一）高能化合物与ATP
生物化学与分子生物学教研室
FMN的结构
黄素蛋白中的FAD的结构
1、复合体Ⅰ—— NADH脱氢酶
其作用是催化NADH的2H传递至泛醌（辅酶Q）， 同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜 间隙（C侧）。 动物的复合物Ⅰ由42条肽链组成，呈L型，含有 黄素蛋白（FMN为辅酶）和铁硫蛋白（铁硫簇为 辅酶），分子量接近1MD，以二聚体形式存在。 电子传递的方向为：NADH→FMN→Fe-S→Q，总 的反应结果为：NADH + 5H+M + Q→NAD+ + QH2 + 4H+C
生物化学与分子生物学教研室
线粒体结构
生物化学与分子生物学教研室
（一） 呼吸链的组成
用胆酸、脱氧胆酸处理线粒体内膜，可以得到 四个具有电子传递功能的酶复合体和1个ATP合酶。
辅酶Q和细胞色素C 不属于任何一种复合物。辅 酶Q溶于内膜、细胞色素C位于线粒体内膜的外侧， 属于膜的外周蛋白。
生物化学与分子生物学教研室
(Fe-S)
O2
-
NDP
-
ATP
寡霉素
生物化学与分子生物学教研室
2、ADP的调节作用：ADP增多，促进磷酸化。 3、甲状腺激素：促进氧化磷酸化；使偶联蛋白 基因表达增加，引起耗氧和产热增加。 4、线粒体DNA突变
生物化学与分子生物学教研室
四、ATP
（一）高能化合物与ATP
中职生物化学课件第6章
子，使氧激活成为氧
离子，故又被称为细 胞色素氧化酶。
Cyta与Cyta3结合紧密很难分开，常被称为 细胞色素aa3（Cytaa3）
一、呼吸链的组成
❖在呼吸链组成成分中，除了少数游离存在 外，大部分以复合体的形式存在。线粒体 内膜中含有四种具有传递电子功能的酶复 合体，这些复合体主要通过上述酶和辅酶 组分发挥其传递氢或电子的功能。
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
ATP的生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
1. 底物水平磷酸化 代谢过程中，代谢物由于脱氢或脱水引起分
子内部能量重新排布，形成高能键，然后把高能 键的能量转移给ADP形成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。如：
❖（二）脱氢酶 需氧脱氢酶： 如黄嘌呤氧化酶 不需氧脱氢酶：如乳酸脱氢酶
三、生物氧化过程中CO2的生成
❖ 体内二氧化碳的生成来自于有机酸的脱羧作用， 而不是碳和氧的直接化合。根据有机酸脱去羧基 的位置不同可分为-脱羧和-脱羧，又根据脱羧 是否伴随氧化，分为氧化脱羧和单纯脱羧。
三、生物氧化过程中CO2的生成
一、呼吸链的组成
表6-1 四种人线粒体呼吸链复合体
复合体 复合体Ⅰ
酶名称 NADH-泛醌还原酶
辅基 FMN, Fe-S
复合体Ⅱ
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD, Fe-S
复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶
铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
二、呼吸链中氢和电子的传递顺序
❖ 实验证实，线粒体呼吸链有两条：一条是NADH 氧化呼吸链；另一条是琥珀酸氧化呼吸链。
离子，故又被称为细 胞色素氧化酶。
Cyta与Cyta3结合紧密很难分开，常被称为 细胞色素aa3（Cytaa3）
一、呼吸链的组成
❖在呼吸链组成成分中，除了少数游离存在 外，大部分以复合体的形式存在。线粒体 内膜中含有四种具有传递电子功能的酶复 合体，这些复合体主要通过上述酶和辅酶 组分发挥其传递氢或电子的功能。
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
ATP的生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
1. 底物水平磷酸化 代谢过程中，代谢物由于脱氢或脱水引起分
子内部能量重新排布，形成高能键，然后把高能 键的能量转移给ADP形成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。如：
❖（二）脱氢酶 需氧脱氢酶： 如黄嘌呤氧化酶 不需氧脱氢酶：如乳酸脱氢酶
三、生物氧化过程中CO2的生成
❖ 体内二氧化碳的生成来自于有机酸的脱羧作用， 而不是碳和氧的直接化合。根据有机酸脱去羧基 的位置不同可分为-脱羧和-脱羧，又根据脱羧 是否伴随氧化，分为氧化脱羧和单纯脱羧。
三、生物氧化过程中CO2的生成
一、呼吸链的组成
表6-1 四种人线粒体呼吸链复合体
复合体 复合体Ⅰ
酶名称 NADH-泛醌还原酶
辅基 FMN, Fe-S
复合体Ⅱ
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD, Fe-S
复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶
铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
二、呼吸链中氢和电子的传递顺序
❖ 实验证实，线粒体呼吸链有两条：一条是NADH 氧化呼吸链；另一条是琥珀酸氧化呼吸链。
第06章生物氧化1
➢ 复合体Ⅲ每传递2个电 子向内膜胞浆侧释放4 个H+，复合体Ⅲ也有 质子泵作用。
➢ Cyt c是呼吸链唯一水 溶性球状蛋白，不包含 在复合体中。将获得的 电子传递到复合体Ⅳ。
目录
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
亚基：13条 辅酶/辅基：Cu+/Cu2+（含Cu多肽：CuA）
Fe2+/Fe3+（细胞色素aa3） Cu+/Cu2+（含Cu多肽：CuB）
血红素c 血红素a，a3，
CuA, CuB
含结合位点
NADH（基质侧） CoQ（脂质核心） 琥珀酸（基质侧） CoQ（脂质核心） Cyt c（膜间隙侧）
Cyt c1， Cyt a Cyt c（膜间隙侧）
➢ 泛醌不包含在上述四种复合体中。
目录
4H+
Ⅱ
琥珀酸
胞液侧
延胡索酸
Ⅰ
基质侧
QH2 Q
NADH+H+
目录
人线粒体呼吸链复合体
复合体
酶名称
复合体Ⅰ NADH-泛醌 还原酶
复合体Ⅱ 琥珀酸-泛醌 还原酶
复合体Ⅲ 泛醌-细胞色 素C还原酶
细胞色素c
复合体Ⅳ 细胞色素C氧 化酶
质量 (kD) 850
140
250
13 162
多肽 链数
39
4
11
1ห้องสมุดไป่ตู้13
功能辅基
FMN，Fe-S
FAD，Fe-S
血红素bL, bH, c1, Fe-S
目录
生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
➢ 反应环境温和，酶促反应逐步 进行，能量逐步释放，能量容 易捕获，ATP生成效率高。
➢ Cyt c是呼吸链唯一水 溶性球状蛋白，不包含 在复合体中。将获得的 电子传递到复合体Ⅳ。
目录
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
亚基：13条 辅酶/辅基：Cu+/Cu2+（含Cu多肽：CuA）
Fe2+/Fe3+（细胞色素aa3） Cu+/Cu2+（含Cu多肽：CuB）
血红素c 血红素a，a3，
CuA, CuB
含结合位点
NADH（基质侧） CoQ（脂质核心） 琥珀酸（基质侧） CoQ（脂质核心） Cyt c（膜间隙侧）
Cyt c1， Cyt a Cyt c（膜间隙侧）
➢ 泛醌不包含在上述四种复合体中。
目录
4H+
Ⅱ
琥珀酸
胞液侧
延胡索酸
Ⅰ
基质侧
QH2 Q
NADH+H+
目录
人线粒体呼吸链复合体
复合体
酶名称
复合体Ⅰ NADH-泛醌 还原酶
复合体Ⅱ 琥珀酸-泛醌 还原酶
复合体Ⅲ 泛醌-细胞色 素C还原酶
细胞色素c
复合体Ⅳ 细胞色素C氧 化酶
质量 (kD) 850
140
250
13 162
多肽 链数
39
4
11
1ห้องสมุดไป่ตู้13
功能辅基
FMN，Fe-S
FAD，Fe-S
血红素bL, bH, c1, Fe-S
目录
生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
➢ 反应环境温和，酶促反应逐步 进行，能量逐步释放，能量容 易捕获，ATP生成效率高。
生物氧化—氧化呼吸链(生物化学课件)
（二）氧化呼吸链组分的排列顺序
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
琥珀酸
FAD (Fe-S)
FADH2氧化呼吸链
（琥珀酸、α-磷酸甘油、脂酰CoA）
➢ 电子传递过程： CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH) →Fe-S
→Cytc1→Cytc
➢复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧 释放4个H+，复合体Ⅲ也有质子泵作用。
细胞色素(cytochrome, Cyt)
细胞色素是一类含血红素样辅基（铁卟啉） 的电子传递蛋白,其中的铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子，为单电子传递体。
➢ 每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到 胞浆侧，复合体Ⅰ有质子泵功能。
（1）NAD+和NADP+的结构 R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。 双电子传递体。
（2）FMN和FAD的结构
氧化还原对 Cyt c1 Fe3+ /Fe2+ Cyt c Fe3+ /Fe2+ Cyt a Fe3+ /Fe2+ Cyt a3 Fe3+ /Fe2+
1/2O2 /H2O
E0‘(V) 0.22 0.254 0.29 0.35 0.816
电子传递链
O
H 3C 5
第六章 生物氧化
E0‘(V)
－0.32 －0.219 －0.219
氧化还原对
Cyt c1 Fe3+ /Fe2+ Cyt c Fe3+ /Fe2+ Cyt a Fe3+ /Fe2+
E0‘(V)
0.22 0.254 0.29
Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+
Q10 /Q10H2
0.05(0.10)
0.06
Cyt a3 Fe3+ /Fe2+
FMN(FAD)的结构：
CH2OPO32H H H C C C CH2 H3C N N O OH OH OH
N H3C N
异 咯 嗪
O
异咯嗪环的作用：
FMN/FAD
FMNH /FADH
FMNH 2/FADH
2
（氧化型）
（还原型）
铁硫蛋白 铁硫蛋白（Fe-S）共有
9种同工蛋白；分子中
含有由半胱氨酸残基硫
目录
泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿 梭传递到复合体Ⅲ。
电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH)
→Fe-S →Cytc1→Cytc
目录
细胞色素类：
这是一类以铁卟啉为辅基的酶。在生物氧 化反应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可 为+3价高铁离子，通过这种转变而传递电子。
R=H: NAD+;
R=H2PO3: NADP+
目录
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
目录
FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异 咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是 FMNH· 。在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状 态，属于单、双电子传递体。
生物化学：生物氧化 ppt课件
➢ 复合体Ⅳ 抑制剂：CN－、N3－紧密结合氧化型 Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。 CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
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
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
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
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
解：达平衡时
=Keq=19
ΔG°′= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 lg19
=-7.6KJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商)
=-7.6+ 2.3038.314 311 lg0.1
=-13.6KJ.mol-1 教学ppt
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 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。
10
二、生物能学简介
1. 自由能（free energy）的概念
概念：在恒温恒压下，体系可以用来对环境作功的
那一部分能量叫作自由能
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS
产生的CO2、H2O由物质 中的碳和氢直接与氧结
合生成。
教学ppt
7
3、生物氧化中CO2和H2O的生成
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间 化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。
类型：α-脱羧和β-脱羧
氧化脱羧和单纯脱羧例： RH2N来自CH-COOH氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
NAD+ NADH+H+ NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
教学ppt
H2O
9
4 生物氧化的三个阶段
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
教学ppt
大分子降解 成基本结构 单位
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
第六章 生物氧化与氧化磷酸化
教学ppt
1
一、生物氧化概述 二、电子传递链 三、氧化磷酸化 四、其他末端氧化酶系统
教学ppt
2
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化概念
生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解，
最终生成co2和H2o并释放出能量的作用称为生物氧化。 生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反
14
例题：计算下反应式ΔG°′ NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.32
ΔG°′-nFΔE°′ -2×96.485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
6
* 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 环 境 中 （ 体 温，pH接近中性），在一系列 酶促反应逐步进行，能量逐步 释放有利于机体捕获能量，提 高ATP生成的效率。
能量是突然释放的。
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；脱下的氢与氧结合产 生H2O，有机酸脱羧产生CO2。
△G代表体内自由能的变化； △H为体系的焓变化； T为热力学温度； △S代表体系墒（体系的散乱无序程度）变化。
教学ppt
11
物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量)
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即：
ΔG<0，反应能自发进行
ΔG>0，反应不能自发进行
ΔG=0，反应处于平衡状态。
应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。
糖
脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
能量
ADP+Pi ATP
教学ppt
热能
3
2、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，中性pH和常温）。
2. 氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的
3.
发生。
3. 水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢 作用直接参予了氧化反应。
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。
教学ppt
5
* 生物氧化与体外氧化之相同点
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。
教学ppt
注意：反应的△G仅决定于反应物(初始状态)的自由能与 产物(最终状态)的自由能，而与反应途径和反应机制 无关。
其次，△G是判断一个化学反应能否向某个方向进行
的根据，而与反应速度无关。负的△G表明反应可以自
发进行，但并不表明反应以多大的速度进行。
教学ppt
12
2.化学反应自由能的计算
a.利用化学反应平衡常数计算 基本公式：ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
O
丙酮酸脱氢酶系
CH3-C-COOH
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
教学ppt
8
H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体
（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再
通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 例。：
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
CH3CHO
4. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进
行的。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。
教学ppt
4
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。
b.利用标准氧化还原电位（E°）计算（限于氧化还原
反应）
基本公式：ΔG°′=－nFΔE°′
(ΔE°′=E+°′-E-°′)
例：计算NADH氧化反应的ΔG°′
教学ppt
13
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题：反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求 G0。如果反应未达到平 衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L， 求反应的 G是多少？
教学ppt
15
生物系统中的能流
教学ppt
16
三、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（>21千焦/摩尔）的化合物称为
高能化合物。
生物化学中的高能键与普通化学中的高能键含义不同：
普通化学中的高能键指形成或打断一个键要释放或消
耗较多的能量，这里的高能键通常表示稳定的键；
生物化学中的高能键是指具有高的磷酸基团转移势