08第八章 生物氧化

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（3）铁硫蛋白类（Fe-S）
铁硫蛋白类的分子中含有非卟啉铁与对 酸不稳定的硫。其作用是借铁的变价互变进
行电子传递。
Fe3+ + e 铁原子，故称铁硫中心。 Fe2+ 因其活性部位含有两个活泼的硫和两个
已知铁硫蛋白有多种，概括为3类。
铁-硫中心 的结构 非血红素 铁与硫可 以三种方 式形成复 合物，这 些复合物 组成了铁硫中心。
1 直接脱羧
指有机酸或氨基酸分子 中直接脱去羧基的作用。
（1）α-直接脱羧 从α- 碳原子上非氧化地 脱去羧基的反应，如丙酮酸脱羧反应。
氨基酸也可经α-脱羧生成相应的胺类化合物。
（2）β-直接脱羧 从β- 碳原子上非 氧化地脱去羧基的反应，如三羧酸循环中草 酰琥珀酸的脱羧作用：
2 氧化脱羧
氧化脱羧是在脱羧基的同时也发 生脱氢氧化作用，一般需几种酶及辅 助因子的协同作用才能完成。氧化脱 羧也可分为α-氧化脱羧和β-氧化脱 羧。
与单电子载体（细胞色素）之间的最适交界点。
（5）细胞色素类
细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质， 在呼吸链中，也依靠铁的化合价的变化而传递电子。 Fe3+ + e Fe2+
目前发现的细胞色素有a、a3、b、c、c1等多种。
在典型的线粒体呼吸链中，其顺序是b→c1 →c
→ aa3 → O2，其中仅最后一个a3可被分子氧直接氧
二酶体系
需要传递体的生物氧化体系 多酶体系
（1）不需传递体的生物氧化体系----一酶体系 该氧化体系不需传递体参加，代谢物经氧化酶 （含金属离子的酶）或需氧脱氢酶（黄酶中的一种， 以FAD或FMN为辅酶）作用后脱下的氢即直接以分子 氧为受体，产生H2O或H2O2,无氧时不进行反应。
不伴有磷酸化，不产生ATP，主要与药物、毒物代
C
离子载体抑制
缬氨霉素，短杆菌肽和尼日利亚菌素等
抗菌素能与K+或Na+离子结合形成脂溶性复合
Leabharlann Baidu
物，透过线粒体内膜，故称为离子载体。
它们能将K+等离子从线粒体基质转移到
胞质中，导致需要消耗呼吸能将K+等离子转
回到线粒体基质中去，从而耗去了氧化产生
的能量，使ATP不能合成。
D 氧化磷酸化抑制
寡霉素等物质对传递链上的电子传递无 直接的抑制作用，通过与ATP酶复合体柄部结 合，阻止膜外质子返回线粒体基质，即阻止
为氧化磷酸化作用。
根据生物氧化方式，可将氧化磷酸 化分为底物水平磷酸化及电子传递体系 磷酸化。通常所说的氧化磷酸化是指电 子传递体系磷酸化。
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ATP的生成
ATP主要由ADP磷酸化所生成，少数情况下，
可由AMP焦磷酸化而生成。
ADP + Pi + 能量
AMP + PPi + 能量 形成ATP的方式：（1）底物水平磷酸化
谢有关。
氧化酶：含金属离子的酶，作用后脱下的氢即直 接以分子氧为受体，产生H2O，例如酚氧化酶
需氧脱氢酶：黄酶中的一种，以FAD或FMN为辅 酶，作用后脱下的氢即直接以分子氧为受体， 产生H2O或H2O2。例如醛氧化酶、过氧化物酶
RCHO+O2+H2O→RCOOH+H2O2
（2）需要传递体的生物氧化体系（二酶及多酶体系）
1、呼吸链的概念及种类 2、呼吸链的主要组成 3、呼吸链中传递体的排列顺序
1、呼吸链的概念及种类
（1）呼吸链的概念
呼吸链又称电子传递链，它是代谢物上 脱下的氢经一系列递氢体或电子传递体的依
次传递，最后传给分子氧从而生成水的全部
体系。
（2）呼吸链的种类
呼吸链是典型的多酶氧化还原体系，
目前普遍认为生物体内有两条典型的呼吸链，
③ 氧化磷酸化的阻断作用 当电子传递链上的氧化作用（中间递体脱 氢或脱电子）因某种原因不能进行，或虽能进
行氧化，但不能导致ADP磷酸化产生ATP时，即
产生氧化或磷酸化的阻断。 按阻断方式可分以下四种类型：
A 呼吸链电子传递的抑制
指直接对中间递体发生作用，阻断氢或电子
在传递链上传递，使氧化和磷酸化均不能进行。
全部以热能形式释放。
生物氧化特点：
④水是燃烧的猝灭剂，生物氧化中水是不可
缺少的，由于水的参与，不仅为生物氧化提供了
必要的条件，而且还直接参加反应，增加了代谢
物脱氢的机会，从中可获得更多的能量。生物体
普遍存在一种代谢物先加水后脱氢的氧化方式， 可将这种反应称为“预制脱氢反应”。
3 生物氧化的类型
不需传递体的生物氧化体系（一酶体系）
*生物氧化的一般过程
糖原 葡萄糖 脂肪 甘油、脂肪酸 蛋白质 氨基酸 第一 阶段 第二 阶段 乙酰CoA CoASH 第三 阶段
胞液 线粒体
O2 H 2O
2H 丙酮酸
ATP ADP + Pi 氧化磷酸化 2H 三羧酸循环
CO2
2
生物氧化的特点
有机物在生物体内的氧化与非生物氧化(燃烧)在 化学本质上并无差别，都是将有机物氧化，释放出CO2 和H2O以及能量的过程。
ATP
ATP
（2）电子传递体系磷酸化
（1）底物水平磷酸化
底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷
酸化作用。即底物被氧化的过程中，形成了某些
高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使
ADP生成ATP。
X ～ P + ADP ATP + X 式中X～P 代表底物在氧化过程中所形成的
高能磷酸化合物。
（2）电子传递体系磷酸化—氧化磷酸化
ROH + H2O
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生物氧化的部位
在真核生物细胞内，生物氧化都是在 线粒体内进行； 在原核生物如细菌细胞内，生物氧化
则在细胞膜上进行。
二、生物氧化中CO2的生成
二氧化碳是生物氧化的主要终产物 之一，它的生成并非是代谢物中的碳被 氧直接氧化，而是由于脱羧作用的结果 。 最常见脱羧作用是有机酸分子直接 脱去羧基；此外，葡萄糖可氧化脱羧， 某些氨基酸也可经脱羧作用被分解。
②P／O比值：是指每消耗一摩尔氧原子所消耗 无机磷酸的摩尔数。根据所消耗的无机磷酸摩尔数， 可间接测出ATP生成量。实验指明:
NADH呼吸链的P / O值是3，即每消耗一摩尔氧原子 就可形成3摩尔ATP。 FADH2呼吸链的P／O值是2，即消耗一摩尔氧原子可 形成2摩尔ATP。
氧化磷酸化“偶联位点”的实验测 定
化，但现在还不能把a和a3分开，故把a和a3合称为 细胞色素氧化酶。在aa3分子中除铁卟啉外，尚含有 两个铜原子，依靠其化合价的变化把电子从a3传到
氧（Cu+ →Cu2+），故在细胞色素体中也是呈复合体
的排列。
3 呼吸链中传递体的排列顺序
（1）NADH呼吸链 （2）FADH2呼吸链
（3）呼吸链中传递体的排列顺序的依据
第八章
生物氧化
一、生物氧化概述 二、生物氧化中CO2的生成
三、生物氧化中的电子传递
四、氧化磷酸化作用 —ATP的生成
一、生物氧化概述
1、生物氧化的概念 2、生物氧化的特点
3、生物氧化的类型
4、生物氧化中的氧化反应类型 5、生物氧化的部位
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生物氧化的概念
能量是一切生物机体活动所必需的。能量的 来源，主要依靠生物体内糖、脂肪、蛋白质等有 机物质的氧化作用。有机物质在生物体细胞内的 氧化称为生物氧化。 高等动物通过肺部进行呼吸，吸入氧，排出 二氧化碳，吸入氧用以氧化摄入体内的营养物质 获得能量，故生物氧化也称呼吸作用。 微生物以细胞直接进行呼吸，称细胞呼吸。
① 电子传递体系磷酸化概念 ② P/O比值 ③ 氧化磷酸化的阻断作用
①电子传递体系磷酸化
当电子从NADH或FADH2经过电子传递体 系----呼吸链的传递到达氧形成水时，同 时伴有ADP磷酸化为ATP，这一全过程称为
电子传递体系磷酸化。
电子传递体系磷酸化是生成ATP的一种主要方 式，是生物体内能量转移的主要环节。人们发现 这个过程正常进行时，只要有ADP与 Pi存在，就 有ATP生成，即电子传递过程和磷酸化作用是相 耦联的。 实验证明，NADH呼吸链中，有三处能使氧化还原 过程释放的能量转化为ATP，FAD呼吸链中有二处 产生ATP位置。这些位置也是传递链上可被特异 性抑制剂切断的地方。
抗霉素A、 二巯基丙醇（BAL） CO、H2S CN -、N3-
阿米妥 、异戊巴比妥 鱼藤酮、 粉蝶霉素A
B 氧化磷酸化解偶联
解偶联试剂如2，4-二硝基苯酚（DNP）不影 响电子传递，甚至能加速电子传递，刺激线粒体对 氧的消耗。然而，中间递体氧化时所释放的能量不 能使ADP磷酸化，氧化反应与磷酸化作用不能偶联 ，其结果是中间递体氧化释放的能量全部以热能形 式散发，这种现象称“生化生热”作用。 作为一种产热方式，生化生热对冬眠动物、耐 寒的哺乳动物和早春植物的萌芽等具有适应意义。
(1)
(2)
半胱氨酸硫
铁
无机硫
(3)
（4）辅酶Q类
是一种脂溶性的醌类化合物，因广泛存在于 生物界，故又名泛醌。其分子的苯醌结构能可逆
地加氢还原而形成对苯二酚衍生物，故属于传氢
体。
氧化型辅酶Q10(CoQ)
还原型辅酶Q10(CoQH2)
半醌型辅酶Q
在氧化—还原反应中辅酶Q的结构变化 A
B
H + + e-
即NADH呼吸链和FADH2呼吸链。
2 呼吸链的主要组成成分
呼吸链有许多个组成成分，参加呼 吸链的氧化还原酶有烟酰胺脱氢酶类、 黄素脱氢酶类、铁硫蛋白类、细胞色素 类、辅酶Q类等。
（1）烟酰胺脱氢酶类
以NAD+和NADP+为辅酶
（2）黄素脱氢酶类 以黄素单核苷酸FMN或黄素腺嘌呤二 核苷酸FAD作为辅基。
（1）直接进行电子转移 Fe2+ + Cu2+ （2）氢原子的转移 AH2 + B （3）有机还原剂直接加氧 Fe3+ + Cu+
因为H原子可分解为H+与e，因此其本质也是电子转移。
A + BH2
因加氧时，常伴有氧接受质子和电子而被还原成水，其 本质也是电子转移。
RH + O2 + 2H+ + 2e
（1）α-氧化脱羧 α-碳原子氧化同时伴 随脱羧过程。典型的α-氧化脱羧作用是丙 酮酸脱氢酶系催化的丙酮酸的分解反应：
磷酸戊糖途径中的葡萄糖酸氧化脱羧亦属α-氧化脱羧。
（2）β-氧化脱羧 β-碳原子氧化同时，伴随脱羧
过程。如苹果酸在苹果酸酶的作用下，脱氢氧化并
脱羧生成丙酮酸的反应：
三、生物氧化中电子传递链-呼吸链
件下进行的。
生物氧化特点：
②生物氧化是分阶段，经系列反应才完成的， 能量逐步缓慢释放；燃烧无阶段可分，是一次性的 剧烈氧化，能量爆发式的释放。
生物氧化特点：
③生物氧化的能量利用效率远比燃烧高，
生物氧化释放的能量除以热能形式散失掉一部
分外，尚有相当多的能量可重新以化学能的形
式(主要以ATP形式)贮存利用；燃烧时化学能
生物体内主要氧化体系，由不需氧脱氢酶
及一个或一个以上的传递体参加反应，分二酶
及多酶体系两类。 ①二酶氧化还原体系 ②多酶氧化还原体系
①二酶氧化还原体系
由黄素脱氢酶与细胞色素体系组成的氧化 体系，存在于琥珀酸脱氢以及脂酰CoA的脱氢 过程,属于少见类型。
②多酶氧化还原体系-----见呼吸链部分
4 生物氧化中的氧化反应类型
根据热力学原理，有机物氧化时释放的能量 只取决于反应的始态和终态，不受反应途径的影 响。因此，同种有机物无论是生物氧化或燃烧， 当终产物相同时，释放的能量相等。
生物氧化特点：
①生物氧化是在活细胞内，氧化条件温和(在 生物体温、pH接近中性、一个大气压和有水存在)
的内环境中进行的；燃烧是在体外、高温干燥的条
O*
半醌型CoQ
--CoQ在线粒体内膜中有结合到膜上的，也有游离 的，以两种形式存在。异戊二烯侧链使CoQ没有极 性，可快速扩散通过线粒体内膜.
--CoQ不只接受NADH的电子，也接受琥珀酸脱氢酶
，脂酰辅酶A脱氢酶以及其他黄素酶脱下的电子。 琥珀酸脱氢酶和NADH脱氢酶类似，也是通过 铁-硫中心把与它结合的FADH2的电子传递到CoQ上 。它的更完整的名称应该是琥珀酸-CoQ还原酶。
--CoQ下一步要被细胞色素氧化。它可被视为一个 集合点把几个黄素蛋白脱氢酶携带的电子集合在一
起，传递给细胞色素，最终传递到氧。CoQ在电子
传递链中处于中心地位。 CoQ可接收和传递单电子和双电子，因为它可 通过一个半醌中间物进行氧化还原。CoQ之后的细 胞色素只能接收和传递单电子。CoQ是双电子载体
①测定 各种传 递体的 标准氧 化还原 电位 （E0'）
四、氧化磷酸化作用—ATP的生成
1、氧化磷酸化的概念 2、ATP 的生成 3、氧化磷酸化机制
1、氧化磷酸化的概念
生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部
分用以维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用
转移至高能磷酸化合物ATP中。 此种伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化称