化学生物学第十章+生物氧化
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生物化学第十章 生物氧化
代谢的概念
– 广义定义：
生物体与环境之间的物质和能量交换。 – 狭义定义： 细胞内一切化学变化的总称。
新陈代谢的概念及内涵
小分子 大分子
合成代谢（同化作用）
消耗能量 新 陈 代 谢 能 量 代 谢 物 质 代 谢
产生能量
分解代谢（异化作用）
大分子 小分子
生物氧化与物质代谢的关系：
二者不完全相同，有交叉。 在物质分解代谢中常常见到脱氢反应， 脱出的氢如何与氧结合成水，以及如何 释放能量等等即是生物氧化的问题。 生物氧化是生物新陈代谢的重要基本反 应之一，生命活动的能量保障。
2H 传递体－2H 传递体 1 O2 2 H2 O
需氧脱氢酶能激活代谢物中的氢，将
脱出的氢和一对电子传递给脱氢酶的 辅酶； 在有氧条件下，还原态辅酶(FMNH2 和 FADH2 )能将由氢放出的2个电子传给 分子氧使之活化成过氧离子； 无氧条件下,还原态辅酶(FMNH2 和 FADH2 )能将由氢放出的2个电子传给 亚甲蓝或醌为受氢体而使反应进行。 如醛氧化成酸，氨基酸氧化脱氨。
2Cu2+ a3 2Cu+
2Fe
3+
四、线粒体中某些底物氧化的呼吸链
P241
羟丁酸 谷氨酸 异柠檬酸 苹果酸等 NAD＋ FAD
硫辛酸 丙酮酸 酮戊二酸
琥珀酸 脂酰CoA a -磷酸甘油
FAD
FMN (Fe -S ) CoQ b c1 c aa3 O2
第四节
非线粒体氧化体系
一.微粒体氧化体系 1.加双氧酶类：R + O2 → RO2
1、自由能及自由能变化的概念：
自由能——是指某些系统的总能量中能够在恒定 的温度、压力以及一定体积下用来作功的那部 分能量，用G表示： G ＝ H － TS H：焓（热含量） T：绝对温度 S：熵（一个系统中不能做有效功的那部分能量）
生物化学 生物氧化
ATP生成方式 ➢ 氧 化 磷 酸 化 营 养 物 质 脱 氢 生 成 的 NADH+H+ 或
FADH2，经氧化呼吸链传递电子、泵出质子形成 质子梯度而蕴藏的电化学势能，被ADP利用、磷酸 化生成ATP的过程，是体内生成ATP的主要方式。 实质：氧化呼吸链氧化释能和ADP磷酸化储能的偶联
➢ 底物水平磷酸化 代谢物脱氢或脱水引起分子内部 能量聚集，高能键直接转移给ADP(GDP)磷酸化生 成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
A
B
H+ H+
pH7
H+
H+ H+
H+
H+
H+ H+
H+ H+ H+ H+ H+ ＋＋＋＋＋ ＋＋
H+浓度梯度
电位梯度
H+ H+
pH8
－－－－－ －－
H+
H+
H+
H+
ADP+Pi ATP
目录
（3）结合变构机制：
ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP
目录
•H+由膜间隙向基质 回流推动C环逆时针 转动，带动γ在头部 中央孔隙转动；
2H+ SH2 2e- 2Cu2+
O2-
H2O
S
2Cu+
1/2O2
（二）需氧脱氢酶（辅基为FMN或者FAD）
SH2
FMN or FAD
H2O2
S
FMNH2 or FADH2
O2
目录
(三）不需氧脱氢酶
琥珀酸 延胡索酸
FAD
FADH2，经氧化呼吸链传递电子、泵出质子形成 质子梯度而蕴藏的电化学势能，被ADP利用、磷酸 化生成ATP的过程，是体内生成ATP的主要方式。 实质：氧化呼吸链氧化释能和ADP磷酸化储能的偶联
➢ 底物水平磷酸化 代谢物脱氢或脱水引起分子内部 能量聚集，高能键直接转移给ADP(GDP)磷酸化生 成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
A
B
H+ H+
pH7
H+
H+ H+
H+
H+
H+ H+
H+ H+ H+ H+ H+ ＋＋＋＋＋ ＋＋
H+浓度梯度
电位梯度
H+ H+
pH8
－－－－－ －－
H+
H+
H+
H+
ADP+Pi ATP
目录
（3）结合变构机制：
ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP
目录
•H+由膜间隙向基质 回流推动C环逆时针 转动，带动γ在头部 中央孔隙转动；
2H+ SH2 2e- 2Cu2+
O2-
H2O
S
2Cu+
1/2O2
（二）需氧脱氢酶（辅基为FMN或者FAD）
SH2
FMN or FAD
H2O2
S
FMNH2 or FADH2
O2
目录
(三）不需氧脱氢酶
琥珀酸 延胡索酸
FAD
生物氧化
～
2.最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷)
NH2 N
-
N N N H H
O P
～～
O P
-
O O
γ
-
O O
β
O
-
O P O
α
OCH2 H H
-
-
O
OH OH AMP 三磷酸腺苷 (AT P )
ADP
ATP
ATP的特殊作用
ATP在一切生物生命活动中都起着重要作用，在细 胞的细胞核、细胞质和线粒体中都有ATP存在。
一、生物氧化
糖、脂、蛋白质等有机物在细胞内氧化分解，最 终生成CO2和水并释放能量的过程。又称细胞氧化 或细胞呼吸。
1、CO2的生成
2、水的生成
在脱氢酶、传递体、氧化酶组成的体系催化下生成
3、能量的生成
当有机物被氧化成C2O和H2O时，释放的能量 怎样转化成ATP
生物氧化的一般过程
TCA
二、生物氧化的特点
ATP在磷酸化合物中所处的位置具有重要的意义， 它在细胞的酶促磷酸基团转移中是一个“共同中间 体”
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。起贮存能量作用的物质称为磷酸原，在脊椎动 物中是磷酸肌酸。
电子传递链
一、电子传递链的概念 二、电子传递链的组成 三、电子传递链的电子传递顺序 四、呼吸链的电子传递抑制剂
三、高能化合物
糖、脂肪、蛋白质
生物氧化
CO2+H2O+能量 ATP
1、高能化合物的概念
在标准条件下(pH7,25℃,1mol/L)发生水解时，可释 放出大量自由能的化合物，称为高能化合物。习惯 上把“大量”定为5kcal/mol(即20.92KJ/mol)以上。 在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解 断裂的活泼共价键称为高能键。用 表示
医学知识之生物氧化
生物氧化
1、生物氧化：指糖、脂类、蛋白质等营养物质在体内及体外氧化生成CO2和H2O的过程。
2、人体活动的主要功能物质是：ATP
3、氧化磷酸化包括：①物质氧化递氢的过程
②ADP磷酸化→生成ATP相耦联的过程。
4、氧化磷酸化通过ATP合成酶的参与在线粒体内完成，有2条呼吸链：(1)NADH→FMN→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2--------生成3分子ATP
记忆：COCO
(2)琥珀酸→FAD→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2-------生成2分子ATP
注：1.NAD与FAD水火不容;
2.CoQ的作用：递氢;
3.细胞色素(Cyt)有3种：b、c、aa3;
5、ATP合成酶由F1和F0组成：F1合成(催化生成ATP);F0通道。
6、氰化物中毒：抑制了细胞色素aa3。
7、氧化磷酸化的解耦联剂：2,4二硝基酚(DNP)
【注意事项】
大家在用药的时候，药物说明书里面有三种标识，一般要注意一下：
1.第一种就是禁用，就是绝对禁止使用。
2.第二种就是慎用，就是药物可以使用，但是要密切关注患者口服药以后的情况，一旦有不良反应发生，需要马上停止使用。
3.第三种就是忌用，就是说明药物在此类人群中有明确的不良反应，应该是由医生根据病情给出用药建议。
如果一定需要这种药物，就可以联合其他的能减轻不良反应的药物一起服用。
大家以后在服用药物的时候，多留意说明书，留意注意事项，避免不良反应的发生。
本文到此结束，谢谢大家!。
生物化学第十章生物氧化
ADP+Pi
H+
ATP F0F1 ATP酶
H+
三、氧化磷酸化的解偶联和抑制（P137）
根据化学因素对氧化磷酸化的影响方式，抑制作用可分 为三类：解偶联剂、氧化磷酸化抑制剂和离子载体抑制剂
（ 1 ）解偶联剂：使电子传递和 ATP 形成分离，只抑制后 者，不抑制前者。电子传递失去控制，产生的自由能变成热 能，能量得不到储存。代表如 2，4-二硝基苯酚（ DNP ）， 可将质子带入膜内，破坏 H+ 跨膜梯度的形成，又称质子载 体。
磷氧比（ P/O ）（P131）
呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和氧（O）消耗量的比值称为磷氧
比。由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子；而每 生成一分子 ATP 消耗一分子 Pi ，因此 P/O的数值相当于一对电子经呼吸链 传递至分子氧所产生的ATP分子数。氧化磷酸化的大小用P/O表示.
½ O2
O2H2O
递氢体H2
2e
氧化型
2H+
有机物在体内氧化释能的三个阶段
在分解代谢中起捕获和贮存能量的分子主要是腺嘌呤核苷三 磷酸（ATP)。异养生物将外界的营养物质通过分解代谢产生ATP 的过程大致分为三个阶段：
ห้องสมุดไป่ตู้
脂肪
多糖
蛋白质
生物体内能量产生的 三个阶段
大分子降解 成基本结构 单位,放能少
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰 CoA等）放出 能量约1/3
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 。
生物化学课件 生物氧化
氧化磷酸化偶联部位
琥珀酸 FAD (Fe-S) NADH FMN (Fe-S) CoQ Cyt b→Cyt c→Cyt c
ATP ATP
Cyt aa3
ATP
O2
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
（二）氧化磷酸化的偶联机制
氧化磷酸化的偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度
化学渗透假说 (chemiosmotic hypothesis)
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
琥珀酸 抗霉素A 二巯基丙醇 FAD (Fe-S) × NADH FMN (Fe-S) CoQ
×
CO、CN-、 N3-及H2S
×
Cyt b→Cyt c→Cyt c
Cyt aa3
O2
鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
2、解偶联剂
破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度
解偶联剂 (uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶联相互分离， 基本作用机制是破坏电子传递过程建立的跨内膜的质子电 化学梯度，使电化学梯度储存的能量以热能形式释放， ATP的生成受到抑制。 如：二硝基苯酚 (dinitrophenol, DNP)；解偶联蛋白 (uncoupling protein, UCP1)。
底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation)
与脱氢反应偶联，生成底物分子的高能键，使ADP(GDP) 磷酸化生成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
P/O 比值
指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生成ATP的摩尔数 （或一对电子通过氧化呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。
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。
大学生物化学生物氧化(2024)
生物氧化在能量代谢中的地位
生物氧化在能量代谢中占据重要地位，它是连接食物中化学能与细胞可利用能量的桥梁。生物 氧化的效率直接影响到生物体对能量的利用和生命活动的进行。
2024/1/30
5
生物氧化的研究历史与现状
2024/1/30
生物氧化的研究历史
自19世纪以来，科学家们对生物氧化进行了广泛而深入的研究。早期研究主要集中在 生物氧化的基本过程和机制上，如细胞呼吸、酶的作用机制等。随着生物化学和分子生
氧化应激指标在疾病 诊断中的应用
通过检测血液、尿液等体液中氧 化应激相关指标（如丙二醛、超 氧化物歧化酶等）的水平变化， 可以评估机体的氧化应激状态和 预测相关疾病的发生风险。
抗氧化剂在疾病治疗 中的应用
针对氧化应激相关疾病，可以通 过补充外源性抗氧化剂（如维生 素C、维生素E、谷胱甘肽等）来 增强机体的抗氧化能力，减轻氧 化应激对细胞和组织的损伤。
12
电子传递链的功能与机制
功能
电子传递链的主要功能是将还原型辅 酶中的电子传递给氧，同时偶联ATP 的生成，从而完成生物氧化过程。
机制
在电子传递过程中，电子从还原型辅 酶传递给氧，同时伴随着质子的跨膜 转运，形成质子梯度。质子梯度驱动 ATP合成酶运作，合成ATP。
2024/1/30
13
电子传递链与能量代谢的关系
26
2024/1/30
THANKS
感谢观看
27
01 ATP生成
电子传递链通过氧化磷酸化过程生成ATP，为细 胞提供能量。
02 代谢调控
电子传递链的活性受到细胞代谢状态的调控，如 营养物质供应、激素水平等。
03 疾病关联
电子传递链的异常与多种疾病相关，如线粒体疾 病、氧化应激等。
生物氧化在能量代谢中占据重要地位，它是连接食物中化学能与细胞可利用能量的桥梁。生物 氧化的效率直接影响到生物体对能量的利用和生命活动的进行。
2024/1/30
5
生物氧化的研究历史与现状
2024/1/30
生物氧化的研究历史
自19世纪以来，科学家们对生物氧化进行了广泛而深入的研究。早期研究主要集中在 生物氧化的基本过程和机制上，如细胞呼吸、酶的作用机制等。随着生物化学和分子生
氧化应激指标在疾病 诊断中的应用
通过检测血液、尿液等体液中氧 化应激相关指标（如丙二醛、超 氧化物歧化酶等）的水平变化， 可以评估机体的氧化应激状态和 预测相关疾病的发生风险。
抗氧化剂在疾病治疗 中的应用
针对氧化应激相关疾病，可以通 过补充外源性抗氧化剂（如维生 素C、维生素E、谷胱甘肽等）来 增强机体的抗氧化能力，减轻氧 化应激对细胞和组织的损伤。
12
电子传递链的功能与机制
功能
电子传递链的主要功能是将还原型辅 酶中的电子传递给氧，同时偶联ATP 的生成，从而完成生物氧化过程。
机制
在电子传递过程中，电子从还原型辅 酶传递给氧，同时伴随着质子的跨膜 转运，形成质子梯度。质子梯度驱动 ATP合成酶运作，合成ATP。
2024/1/30
13
电子传递链与能量代谢的关系
26
2024/1/30
THANKS
感谢观看
27
01 ATP生成
电子传递链通过氧化磷酸化过程生成ATP，为细 胞提供能量。
02 代谢调控
电子传递链的活性受到细胞代谢状态的调控，如 营养物质供应、激素水平等。
03 疾病关联
电子传递链的异常与多种疾病相关，如线粒体疾 病、氧化应激等。
生物化学—生物氧化课件ppt
烷基脂肪酸脱氢
琥珀酸脱氢
COOH CH2 CH2 COOH
COOH
CH
+
CH
COOH
2H+ + 2e-
醛酮脱氢
乳酸脱氢酶
OH
CH3CHCOOH NAD+
O CH3CCOOH NADH
（2）加水脱氢
酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一 类。
H
H
H 2O
酶
RCO
R C OH
OH
O R C O H + 2H + + 2e -
(1)酰基磷酸化合物
O
O
RC O P O A O-
O
O
H3N+ C O P OO-
氨甲酰磷酸
酰基腺苷酸
O
O
RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
（2）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-
光c所合携作带用的的电总子反传生应递式给可氧O表2。示化如下（： 脱氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧
生成丙酮酸。
二、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）。
2，氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应 的发生。
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
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
生物化学-生物氧化PPT课件
第六章
生物氧化
Biological Oxidation
目录
主要内容
★线粒体氧化体系（生成ATP氧化体系） 功能：为细胞提供能量，与细胞生物氧密切 相关。 其它氧化体系：内质网、微粒体、过氧化酶体 功能：代谢物、药物、毒物的生物转化有关。
目录
* 生物氧化的概念
物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主 要指糖、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。
2. 解偶联剂 破坏电子传递链建立的质子梯度，使 氧化与磷酸化偶联过程脱离。 如：解偶联蛋白 , 二硝基苯酚(DNP)
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
目录
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO
萎锈灵
×
×
Cytb562→Q
×
鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
目录
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值 可能生成 的ATP数
β-羟丁酸 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 2.4～ 2.8 2.5
2.5
→Cytc→复合体Ⅳ→O2
琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
1.7
1.5
→Cytc→复合体Ⅳ→O2
抗坏血酸 Cytc→复合体Ⅳ→O2
Q.
e
e
e
2Fe-2S
e
上 述 Q.
线粒体 基质侧
e
C1 C
线粒 体内 膜胞 液侧
Q
目录
特点
1.消耗2分子的QH2，产生1分子1分子Q， 净消耗分子的QH2 2.传递电子给C1至C的是2Fe-2S 3.b566，b562产生半醌型Q，2个半醌型Q， 结合为QH2
生物氧化
Biological Oxidation
目录
主要内容
★线粒体氧化体系（生成ATP氧化体系） 功能：为细胞提供能量，与细胞生物氧密切 相关。 其它氧化体系：内质网、微粒体、过氧化酶体 功能：代谢物、药物、毒物的生物转化有关。
目录
* 生物氧化的概念
物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主 要指糖、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。
2. 解偶联剂 破坏电子传递链建立的质子梯度，使 氧化与磷酸化偶联过程脱离。 如：解偶联蛋白 , 二硝基苯酚(DNP)
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
目录
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO
萎锈灵
×
×
Cytb562→Q
×
鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
目录
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值 可能生成 的ATP数
β-羟丁酸 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 2.4～ 2.8 2.5
2.5
→Cytc→复合体Ⅳ→O2
琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
1.7
1.5
→Cytc→复合体Ⅳ→O2
抗坏血酸 Cytc→复合体Ⅳ→O2
Q.
e
e
e
2Fe-2S
e
上 述 Q.
线粒体 基质侧
e
C1 C
线粒 体内 膜胞 液侧
Q
目录
特点
1.消耗2分子的QH2，产生1分子1分子Q， 净消耗分子的QH2 2.传递电子给C1至C的是2Fe-2S 3.b566，b562产生半醌型Q，2个半醌型Q， 结合为QH2
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复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶
化学生物学第十章+生物氧化
NADH泛醌还原酶
化学生物学第十章+生物氧化
铁硫簇Fe4S4结构示意图
铁硫蛋白的Fe-S 中心也许象 (a)一样简 单, 来自于半胱氨酸的四个硫原子环绕着铁 原子。其它中心包括无机和半胱氨酸的S原 子, 如同 (b) 2Fe-2S 或 (c) 4Fe-4S 中 心.(d) 的铁氧还原蛋白有 一个2Fe-2S 中心; Fe 红色, 无机S2 黄色,半胱氨酸的 S 橙色.
而外源有机物（药物、毒物等）进入机 体后，在微粒体氧化酶系的作用下，将 发生一系列化学变化并形成一些分解产 物或衍生物，此种过程称为生物转化或 代谢转化。
化学生物学第十章+生物氧化
第一节、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）。
2，氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的 发生。
化学生物学第十章+生物氧化
五. 呼吸链的电子传递过程
化学生物学第十章+生物氧化
化学生物学第十章+生物氧化
①NADH
NADH是呼吸链组成的第一个成员，主 要来自生物大分子代谢过程。
化学生物学第十章+生物氧化
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
化学生物学第十章+生物氧化
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。
化学生物学第十章+生物氧化
铁硫蛋白
铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递 电子的作用
化学生物学第十章+生物氧化
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。
3-磷酸甘油酸 磷酸
磷酸肌酸
G千焦耳/ G（千卡/摩
摩尔
尔）
-61.9
14.8
-49.3
11.8
-43.1
10.3
乙酰基磷酸
-42.3
10.1
三磷酸腺苷
-30.5
7.3
化学生物学第十章+生物氧化
2, 氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3 C H 2C O O H
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
光能需要通过光合作用转变成ATP(光合 磷酸化)；化学能则需要通过生物氧化转 变成ATP（氧化磷酸化）。
ATP是能够被生物细胞直接利用的能量 形式。
化学生物学第十章+生物氧化
二、高能化合物
磷酸酯类化合物在生物体的能量转换过程中起者 重要作用。许多磷酸酯类化合物在水解过程中都 能够释放出自由能。
由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催化 系统组成的这种代谢途径一般称为生物氧化还 原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链。
化学生物学第十章+生物氧化
线 粒 体 的 功 能
化学生物学第十章+生物氧化
化学生物学第十章+生物氧化
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
化学生物学第十章+生物氧化
线粒体呼吸链
化学生物学第十章+生物氧化
4, 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
COO-
CH
N
H
+ 3
CH2
CH2 H 3C S + A
化学生物学第十章+生物氧化
第一节、线粒体呼吸链和ATP合 成
一、线粒体呼吸链的组成
细胞内的线粒体是生物氧化的主要场所，主要 功能是将代谢物脱下的氢通过多种酶及辅酶所 组成的传递体系的传递，最终与氧结合生成水。
O
CH3O
CH3
CH3O
(CH2CH C CH2)nH
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。
化学能：动物和大多 数的微生物，通过生 物氧化作用将有机物 质（主要是各种光合 作用产物）存储的化 学能释放出来，并转 变成生物能。
第十章 生物氧化
化学生物学第十章+生物氧化
有机物质在生物体内的氧化作用，称为 生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧， 所以又称为呼吸作用。在整个生物氧化 过 程 中 ， 有 机 物 质 最 终 被 氧 化 成 CO2 和 水，并释放出能量。
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。
NADHQ还原酶
NADH + Q + H+ ========= NAD+ + QH2
化学生物学第十章+生物氧化
一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡 /mol)以上自由能（G’< -21 kJ / mol）的化 合物称为高能化合物。
ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合物。 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。
化学生物学第十章+生物氧化
1,高能磷酸化 结构 合物
磷酸烯醇式丙 酮酸
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。
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。
化学生物学第十章+生物氧化
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。
C H2C H2C H2C HC O O H
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。
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3,硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
NH2
N
பைடு நூலகம்
N
O
OS O-
O
OP O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
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。
化学生物学第十章+生物氧化
第二节、生物能及其存在形式
一、生物能和ATP ATP是生物能存在的主要形式 ATP是能够被生物细胞直接利用的能
量形式。
化学生物学第十章+生物氧化
一般的能量形式，如光能（如太阳能）、 热能和化学能等，都不能为生物细胞直 接利用。