生物氧化讲义(8)讲解

第八章生物氧化（6学时）

第一节概述

生物氧化的一般过程

在葡萄糖的分解代谢中,1分子葡萄糖共生成10个NADH和2个FADH2.总的△Gˊ0=-2564.8KJ/mol

在燃烧时,1分子葡萄糖可释放出的热 2870.23KJ/mol，因此可推算葡萄糖分子所释放自由能的90%贮存在还原型辅酶中.

还原辅酶的再氧化

在电子传递过程中,还原辅酶借助O2得以氧化的过程可用下式表示:

NADH+H++1/2O2 →NAD++H2O △Gˊ0=-220.07KJ/mol →ATP

FADH2 +1/2O2→ FAD+ H2O △Gˊ0=-181.58KJ/mol →ATP

产能物质在不同的分解代谢过程中,都伴有代谢物的脱H和辅酶NAD+或FAD的还原.这些携带着H+和e 的还原型辅酶NADH和FADH2,最终将H+和e传递给氧时,都经历相同的一系列电子载体传递过程.

第二节线粒体氧化体系（呼吸链）

生物体内存在多种氧化体系，其中最重要的是存在与线粒体中线粒体氧化体系。此外还有微粒体氧化体系、过氧化体氧化体系、细菌的生物氧化体系等。

一、线粒体氧化体系（呼吸链）

在生物氧化过程中，代谢物的氢由脱氢酶激活，脱下来的氢经过几种传递体的传递，将电子传递到细胞色素体系，最后将电子传递给氧，活化的氢（H+）和活化的氧（O2-）结合成水，在这个过程中构成的传递链称为电子传递链，或呼吸链。

（一）呼吸链的组成

构成呼吸链的成分有20多种。大致可将它们分成五类。即以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶类；以FAD

或FMN为辅基的黄素蛋白酶类；铁硫蛋白类；泛醌和细胞色素类。依具体功能又可分为递氢体和递电子体。1．递氢体

在呼吸链中即可接受氢又可把所接受的氢传递给另一种物质的成分叫递氢体，包括：

（1）NAD+

NAD+是不需氧脱氢酶的辅酶。它们分别可与不同的酶蛋白组成多种功能各异的不需氧脱氢酶。辅酶分子能可逆地加氢和脱氢。NAD++2H++2e-→NADH+H+

（2）FAD和FMN

FAD和FMN是黄素蛋白（又称黄素酶）类的辅基。它们能可逆地加氢和脱氢。

（3）泛醌

泛醌（Q），因广泛分布与生物界并具有醌的结构而得名。它以1，4-苯醌作为传递H+和e的反应核心，氧化还原过程是先接受一个H+和e变成半醌，在接受一个H+和e变成氢醌。

氧化还原总反应为：

2．递电子体

既能接受电子又能将电子传递出去的物质叫做递电子体。呼吸链中的递电子体包括两类。

（1）铁硫蛋白类

铁硫蛋白（Fe-S）是存在于线粒体内膜上的一类与电子传递有关的蛋白质。现已发现的铁硫蛋白有九种，各种铁硫蛋白中均含有铁和对硫不稳定的硫，用硫酸处理可释放出H2S。Fe-S代表铁硫蛋白电子传递的反应中心，即称铁硫中心。Fe-S中的Fe均与蛋白质分子中半胱氨酸残基上的-SH中的S结合。

铁硫中心的Fe原子能可逆地获得和丢失电子，在呼吸链中起到传递电子的作用：

（2）细胞色素类

细胞色素（Cyt）是广泛分布于需氧生物线粒体内膜上的一类传递电子的色素蛋白，其辅基为含铁卟啉的衍生物。参与线粒体生物氧化体系的有Cyta、a3、b、1、c。细胞色素电子传递作用就是依靠分子中铁离子化合价的可逆变化而实现的。

目前尚不能将Cyta和a3分开，故将它们合称为细胞色素氧化酶。它们靠分子中所含的铜的氧化还原变化来实现电子传递作用。

（二）呼吸链中传递体的排列顺序

呼吸链中氢和电子的传递有严格的顺序和方向，这些顺序和方向是根据各种递氢体和递电子体的标准氧化还原电位数值的测定，并利用某些特异的抑制剂切断其中的电子流后，再测定电子传递链中各组分的氧化还原态，以及在体外将电子传递体重新组成呼吸链等实验而得到结论。

用去垢剂温和处理线粒体内膜，可以得到四种电子传递复合体，每一种复合体代表完整呼吸链的一部分，具有各自独特的功能。

复合体Ⅰ：指呼吸链从NAD+到泛醌之间的组分，整个复和物嵌在线粒体内膜上。在电子通过复合体Ⅰ转移时，质子也从基质转移到了膜间隙。研究表明：每从NADH转移1对电子给CoQ，就将有4个质子被转移到膜间隙。

复合体Ⅱ：介于琥珀酸到泛醌之间，能将2H从琥珀酸传给FAD，然后经铁硫蛋白传递至Q。该复合物对跨膜的质子梯度没有贡献，它的主要贡献是将来自琥珀酸氧化的电子引入到电子传递链中。

复合体Ⅲ：从Q到细胞色素C之间的呼吸链组分，包含Cytb、c1、铁硫蛋白以及其他多种蛋白质。研究表

明：伴随1分子CoQH2的氧化有4个质子被转移到膜间隙。其中2个质子来自CoQH2，另2个来

自基质。

复合体Ⅳ：又称细胞色素氧化酶，包括细胞色素Cytaa3，电子从细胞色素C通过复合体Ⅳ传递给氧，同时引起质子从线粒体基质向外流动。细胞色素c氧化酶对质子浓度梯度的贡献通过两种方式表现

的：每传递1对电子转移2个质子。

（三）呼吸链中传递体排列顺序的确定

呼吸链成分的排列顺序由以下实验确定：

1．标准氧化还原电势（E′°）由低→高：即标准电势的正值越大的，越倾向于获得电子，易成为氧化剂处于呼吸链的末端。

2．特异抑制剂阻断：能够阻断呼吸链中某部位电子传递过程的药物或毒物称为电子传递抑制剂。至使呼吸链中断。

经典的抑制剂及抑制位点：

(1) 鱼藤酮、安密妥以及杀粉蝶菌素：（NADH CoQ）

(2) 抗霉素A是由链霉菌分离出的抗菌素：（Cytb CytC1）

(3) 氰化物、硫化物、叠氮化物和一氧化碳等：（Cytaa3 O2）

3．体外拆开和重组

4．离体线粒体缓慢给氧观察氧化顺序

（四）呼吸链的类型

呼吸链按其组成成分、排列顺序和功能上的差异分为两种。

1．NADH氧化呼吸链：

复合物Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ组合组成以NADH为首的传递链，既以NADH为首的呼吸链，通常称为长呼吸链。它们的排列顺序如下：

NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cyta,a3→O2

复合物Ⅰ复合物-Ⅲ复合物Ⅳ

2．FADH2氧化呼吸链；

复合物Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ组合组成以琥珀酸脱氢酶为首的传递链，既以琥珀酸脱氢酶为首的呼吸链，称之为短呼吸链。它们的排列顺序如下：

FADH2→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cyta,a3→O2

复合物Ⅱ复合物-Ⅲ复合物Ⅳ

第三节氧化磷酸化作用