生物化学课件(生物氧化和能量转换)
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型，半醌型和还原型。
CoQ不仅接受NADH脱氢酶的H，还
接受线粒体其他脱氢酶的H，如琥
珀酸脱氢酶，脂酰CoA脱氢酶及其
他黄素脱氢酶脱下的H，在电子传
递链中处于中心地位。
氢醌
氧化型泛醌 半醌自由基
5. 细胞色素：是一类含铁卟啉（血红素）辅基的蛋白 质。根据其吸收光谱的不同，可分为a,b,c三类。
Fe3+ + e
and in a cell!
线粒体的跨膜转运系统：线粒体外胞液中NADH跨 膜转运
1. 苹果酸-天 冬氨酸穿梭： 主要存在于 哺乳动物的 肝脏、肾和
心肌中
2. 磷酸甘油穿 梭：昆虫的飞 翔肌中大量存 在。哺乳动物 中主要存在于 肌肉和脑组织
中
电子传递链的主要组分
1. 烟酰胺腺嘌呤核苷酸NAD+和NADP+：是许多脱氢酶的 辅酶
Fe2+
Cytb e
Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2
电子传递过程：电子从NADH到O2的过程 1. 复合物Ⅰ：NADH-CoQ氧化还原酶。泛醌氧化还原酶， 是一个大的酶复合物，由42条不同的多肽链组成，包括含
FMN黄素蛋白和至少6个铁硫中心。
含有：1）NADH脱氢酶：FMN为其辅酶 2）铁硫蛋白: 含有铁硫簇Fe-S
NADH和FADH2所携带的电子被转移到其他载体上， 自身被氧化为NAD+和FAD，重新参与代谢
被转移的电子经电子传递链传递，使O2还原为H2O 当电子被转移时，产生的跨膜电化学梯度，推动 ATP酶生成ATP
电子传递链示意图
Energy is “generated” via
electron flow both in a battery
三
个
阶
段
电子传递和氧化磷酸化
生物氧化的场所：线粒体是真核生物氧化的场所
外膜
内膜 嵴
基质
线粒体有两层膜结构，外膜对小分子（Mr5000）和离子为自由透过（通过跨膜 通道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包括H+），只有内膜上存在特异 通道的物质可以透过。内膜上含有呼吸链和ATP合成酶，线粒体基质含有丙酮酸 脱氢酶复合物和柠檬酸循环途径、脂肪酸-氧化途径、氨基酸氧化途径及酵解以 外所有能量物质氧化途径。
4. 复合物Ⅳ: 细胞色素C氧化还原酶
含有：1）细胞色素a、a3 2）CuA中心、 CuB
电子走向：Cytc → CuA → Cyta→ Cyta3 → CuB →O2
每传递两个电子，伴随着2个H＋的泵出（由基质 到膜内空间）
呼吸链四个复合物的电子和质子流动总图
电子传递抑制剂 鱼藤酮，安密妥：NADH-CoQ氧化还原酶抑制剂 抗霉素A：阻止电子从CoQ向Cytc传递 氰化物、CO：抑制复合物Ⅳ中的电子传递
抗霉素A
氰化物、CO
氧化磷酸化：是指电子从被氧化的底物传递到氧的过程 中所释放的自由能推动ADP酶合成ATP的过程
1.
化 学 渗 透 学 说 ：
基质
膜内空间
2. ATP合成酶：F1F0-ATPase，位于线粒体内膜的内表面。F1由5种 亚基组成，为酶复合物的球状头部，也是活性中心，位于内膜基质
表面。F0横贯内膜，含有质子通道，由4种亚基组成。
ATP合成酶的结 合变化机制
L态
T态
O态
H＋p：位于膜内 空间的质子
H＋N：位于基质 内的质子
3. P/O比：指每消耗1摩尔的氧原子使无机磷参入到 ATP中的摩尔数。
指每对电子经呼吸链传递给每个氧原子时所 生成的ATP的摩尔数。
NADH的P/O比：3
FADH2的P/O比：2
Fe3+ + e
Fe2+
所有的铁硫蛋白参与一个电子的转移，其中的铁原子或被氧化、 或被还原，线粒体中至少有8个铁硫蛋白参与电子传递
铁-硫中心 （Iron-sulfur Centers)
4. 辅酶Q：也称泛醌，脂溶性 醌类化合物，有一个长的异戊 二烯侧链，因广泛存在得名。 是电子传递链中唯一的非蛋白 成分。有三种存在形式，氧化
电子走向：琥珀酸→FADH2→ Fe-S →Cyt b560 →CoQ
3. 复合物Ⅲ:CoQ-细胞色素C氧化还原酶 含有：1）细胞色素b、c1 2）铁硫蛋白: 含有铁硫簇Fe-S
电子走向：CoQ →Cytb→ Fe-S →Cytc1 →Cytc
每传递两个电子，伴随着4个H＋的泵出 （由基质到膜内空间）
生物氧化的特点
生物氧化是在细胞内进行的 生物氧化是在较温和的条件下进行的 生物氧化所产生的能量是逐步释放的 生物氧化所产生的能量首先转移到一些高能化合 物中
ATP (adenosin triphosphate)
放能反应 吸能反应
生物氧化的体系－呼吸链
生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问 题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶 催化的反应脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生 成水，并产生ATP的问题。 整个氢的传递和电子的传递过程以及参与这一系 列催化反应的酶与辅酶及其他中间递体一个接一 个，组成链状反应体系，如同接力棒一样，这种 形式的反应—呼吸链（电子传递链）。
NAD+ + 2H NADP+ + 2H
NADH + H+ NADPH + H+
NAD(P)＋的结构
2. 黄素蛋白：是指几种以黄素核 苷酸（FMN或FAD)为辅基的酶
代谢物
FMN/FAD
已氧化代谢物
FMNH2/FADH2
3. 铁硫蛋白：无机硫原子和/或蛋白质Cys残基的硫原子 相连。铁-硫中心（Fe-S）最简单的是单铁原子与4个Cys 的-SH相连，更复杂的是有2个或4个铁原子
第八章 生物氧化和能量转换
生物氧化的概念 生物氧化的特点 电子传递链，氧化磷酸化 其他非线粒体氧化体系
生物氧化的概念
生物氧化：是指糖类、脂类和蛋白质等在生物细胞内 进行的一系列的氧化分解作用，最终生成H2O和CO2， 同时释放能量的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。
生
乙酰CoA的生成
物
氧
化
的
乙酰CoA的氧化
电子走向：NADH(NADPH)→FMN → Fe-S →CoQ
每传递两个电子，伴随着4个H＋的泵出（由基质到 膜内空间）
Hale Waihona Puke Baidu
2. 复合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ氧化还原酶是TCA循环中 唯一的一个线粒体内膜结合的酶
含有：1）琥珀酸脱氢酶：FAD为其辅酶 2）铁硫蛋白: 含有铁硫簇Fe-S 3）细胞色素b560
CoQ不仅接受NADH脱氢酶的H，还
接受线粒体其他脱氢酶的H，如琥
珀酸脱氢酶，脂酰CoA脱氢酶及其
他黄素脱氢酶脱下的H，在电子传
递链中处于中心地位。
氢醌
氧化型泛醌 半醌自由基
5. 细胞色素：是一类含铁卟啉（血红素）辅基的蛋白 质。根据其吸收光谱的不同，可分为a,b,c三类。
Fe3+ + e
and in a cell!
线粒体的跨膜转运系统：线粒体外胞液中NADH跨 膜转运
1. 苹果酸-天 冬氨酸穿梭： 主要存在于 哺乳动物的 肝脏、肾和
心肌中
2. 磷酸甘油穿 梭：昆虫的飞 翔肌中大量存 在。哺乳动物 中主要存在于 肌肉和脑组织
中
电子传递链的主要组分
1. 烟酰胺腺嘌呤核苷酸NAD+和NADP+：是许多脱氢酶的 辅酶
Fe2+
Cytb e
Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2
电子传递过程：电子从NADH到O2的过程 1. 复合物Ⅰ：NADH-CoQ氧化还原酶。泛醌氧化还原酶， 是一个大的酶复合物，由42条不同的多肽链组成，包括含
FMN黄素蛋白和至少6个铁硫中心。
含有：1）NADH脱氢酶：FMN为其辅酶 2）铁硫蛋白: 含有铁硫簇Fe-S
NADH和FADH2所携带的电子被转移到其他载体上， 自身被氧化为NAD+和FAD，重新参与代谢
被转移的电子经电子传递链传递，使O2还原为H2O 当电子被转移时，产生的跨膜电化学梯度，推动 ATP酶生成ATP
电子传递链示意图
Energy is “generated” via
electron flow both in a battery
三
个
阶
段
电子传递和氧化磷酸化
生物氧化的场所：线粒体是真核生物氧化的场所
外膜
内膜 嵴
基质
线粒体有两层膜结构，外膜对小分子（Mr5000）和离子为自由透过（通过跨膜 通道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包括H+），只有内膜上存在特异 通道的物质可以透过。内膜上含有呼吸链和ATP合成酶，线粒体基质含有丙酮酸 脱氢酶复合物和柠檬酸循环途径、脂肪酸-氧化途径、氨基酸氧化途径及酵解以 外所有能量物质氧化途径。
4. 复合物Ⅳ: 细胞色素C氧化还原酶
含有：1）细胞色素a、a3 2）CuA中心、 CuB
电子走向：Cytc → CuA → Cyta→ Cyta3 → CuB →O2
每传递两个电子，伴随着2个H＋的泵出（由基质 到膜内空间）
呼吸链四个复合物的电子和质子流动总图
电子传递抑制剂 鱼藤酮，安密妥：NADH-CoQ氧化还原酶抑制剂 抗霉素A：阻止电子从CoQ向Cytc传递 氰化物、CO：抑制复合物Ⅳ中的电子传递
抗霉素A
氰化物、CO
氧化磷酸化：是指电子从被氧化的底物传递到氧的过程 中所释放的自由能推动ADP酶合成ATP的过程
1.
化 学 渗 透 学 说 ：
基质
膜内空间
2. ATP合成酶：F1F0-ATPase，位于线粒体内膜的内表面。F1由5种 亚基组成，为酶复合物的球状头部，也是活性中心，位于内膜基质
表面。F0横贯内膜，含有质子通道，由4种亚基组成。
ATP合成酶的结 合变化机制
L态
T态
O态
H＋p：位于膜内 空间的质子
H＋N：位于基质 内的质子
3. P/O比：指每消耗1摩尔的氧原子使无机磷参入到 ATP中的摩尔数。
指每对电子经呼吸链传递给每个氧原子时所 生成的ATP的摩尔数。
NADH的P/O比：3
FADH2的P/O比：2
Fe3+ + e
Fe2+
所有的铁硫蛋白参与一个电子的转移，其中的铁原子或被氧化、 或被还原，线粒体中至少有8个铁硫蛋白参与电子传递
铁-硫中心 （Iron-sulfur Centers)
4. 辅酶Q：也称泛醌，脂溶性 醌类化合物，有一个长的异戊 二烯侧链，因广泛存在得名。 是电子传递链中唯一的非蛋白 成分。有三种存在形式，氧化
电子走向：琥珀酸→FADH2→ Fe-S →Cyt b560 →CoQ
3. 复合物Ⅲ:CoQ-细胞色素C氧化还原酶 含有：1）细胞色素b、c1 2）铁硫蛋白: 含有铁硫簇Fe-S
电子走向：CoQ →Cytb→ Fe-S →Cytc1 →Cytc
每传递两个电子，伴随着4个H＋的泵出 （由基质到膜内空间）
生物氧化的特点
生物氧化是在细胞内进行的 生物氧化是在较温和的条件下进行的 生物氧化所产生的能量是逐步释放的 生物氧化所产生的能量首先转移到一些高能化合 物中
ATP (adenosin triphosphate)
放能反应 吸能反应
生物氧化的体系－呼吸链
生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问 题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶 催化的反应脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生 成水，并产生ATP的问题。 整个氢的传递和电子的传递过程以及参与这一系 列催化反应的酶与辅酶及其他中间递体一个接一 个，组成链状反应体系，如同接力棒一样，这种 形式的反应—呼吸链（电子传递链）。
NAD+ + 2H NADP+ + 2H
NADH + H+ NADPH + H+
NAD(P)＋的结构
2. 黄素蛋白：是指几种以黄素核 苷酸（FMN或FAD)为辅基的酶
代谢物
FMN/FAD
已氧化代谢物
FMNH2/FADH2
3. 铁硫蛋白：无机硫原子和/或蛋白质Cys残基的硫原子 相连。铁-硫中心（Fe-S）最简单的是单铁原子与4个Cys 的-SH相连，更复杂的是有2个或4个铁原子
第八章 生物氧化和能量转换
生物氧化的概念 生物氧化的特点 电子传递链，氧化磷酸化 其他非线粒体氧化体系
生物氧化的概念
生物氧化：是指糖类、脂类和蛋白质等在生物细胞内 进行的一系列的氧化分解作用，最终生成H2O和CO2， 同时释放能量的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。
生
乙酰CoA的生成
物
氧
化
的
乙酰CoA的氧化
电子走向：NADH(NADPH)→FMN → Fe-S →CoQ
每传递两个电子，伴随着4个H＋的泵出（由基质到 膜内空间）
Hale Waihona Puke Baidu
2. 复合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ氧化还原酶是TCA循环中 唯一的一个线粒体内膜结合的酶
含有：1）琥珀酸脱氢酶：FAD为其辅酶 2）铁硫蛋白: 含有铁硫簇Fe-S 3）细胞色素b560