第六章 生物氧化
第六章 生物氧化
基本内容, 教学手段和时间分配第六章生物氧化第一节概述一、生物氧化的定义物质在生物体内进行的氧化称生物氧化，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。
其中有相当一部分能量可使ADP 磷酸化生成ATP，供生命活动之需，其余能量主要以热能形式释放，可用于维持体温。
二、生物氧化的化学本质与特点（一）本质：生物氧化是发生在生物体内的氧化还原反应 , 因而具有氧化还原反应的共同特征。
并且物质被氧化时总伴随能量的释放。
（二）特点：生物氧化是在活细胞内进行的 , 它与体外氧化相比又有许多不同的特点 :1 、有机物在生物体内完全氧化与在体外燃烧而被彻底氧化 , 在本质上是相同的 ,最终的产物都是 CO2和 H2O, 同时所释放能量的总值也相等；2 、生物氧化在常温、常压、接近中性的 pH 和多水环境中进行；是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进行的；3 、氧化反应分阶段进行 , 能量逐步释放 , 既避免了能量骤然释放对机体的损害 , 又使得生物体能充分、有效地利用释放的能量；4 、生物氧化过程中释放的化学能通常被偶联磷酸化反应所利用 , 贮存于高能磷酸化合物 ( 如 ATP) 中 , 当生命活动需要时再释放出来。
三、生物氧化的方式：生物氧化是在一系列氧化 - 还原酶催化下分步进行的。
每一步反应，都由特定的酶催化。
在生物氧化过程中，主要包括如下几种氧化方式：（ 1 ）脱氢（ 2 ）加水（ 3 ）加氧（ 4 ）失电子第二节电子传递链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成对氢原子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。
这一系列酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上成链状结构，又由于此过程与细胞呼吸有关，所以称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。
•呼吸链的组成及作用机理线粒体呼吸链可拆分成四个具有传递电子功能的酶复合体，分别是：酶复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ：它们分别是ＮＡＤＨ－泛醌还原酶，琥珀酸－泛醌还原酶，泛醌－细胞色素Ｃ还原酶，细胞色素Ｃ氧化酶。
(生物科技行业类)生物氧化的特点及介绍
第六章生物氧化第一节概述一、生物氧化的意义生物机体在生命过程中需要能量，如生物合成、物质转运、运动、思维和信息传递等都需要消耗能量，这些能量从哪里来呢？能量的来源，主要依靠生物体内糖、脂肪、蛋白质等有机化合物在体内的氧化。
有机物质在生物细胞内氧化分解，最终彻底氧化成二氧化碳和水，并释放能量的过程，称为生物氧化。
生物氧化是在细胞中进行的，所以生物氧化又称为细胞呼吸。
生物氧化为机体生命活动所需要的能量。
真核生物细胞的生物氧化在线粒体中进行，原核生物细胞，生物氧化在细胞质膜上进行。
二、生物氧化的特点生物氧化与体外物质氧化或燃烧的化学本质是相同的，最终产物是二氧化碳和水，所释放的能量也相等。
但生物氧化与非生物氧化所进行的方式不同，其特点为：1、生物氧化在细胞内进行，是在体温和接近中性PH和有水的环境进行的，是在一系列酶、辅酶和传递体的作用下逐步进行的，每一步反应都放出一部分能量，逐步释放的能量的总和与同一氧化反应在体内进行是相同。
这样不会因氧化过程中能量骤然释放，体温突然上升而损害机体，而且释放的能量也能有效地利用。
2、生物氧化过程所释放的能量通常先贮存在一些高能化合物如ATP中，ATP相当于生物体内的能量转运站。
3、有机化合物在体内外是碳在氧中燃烧，产生二氧化碳，而生物氧化是通过羧酸脱羧作用产生二氧化碳。
第二节线粒体氧化体系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、呼吸链的概念在生物氧化过程中，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。
二、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。
第六章生物氧化
琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶
底物水平磷酸化的反应
§1 生成ATP的氧化磷酸化体系
二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸 化生成ATP偶联
（一）氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、 Ⅳ内
推测氧化磷酸化的偶联部位
测定P/O比值 自由能变化 （⊿Gº‘=-nF⊿Eº’）
1. 测定P/O比值 是指代谢物在线粒体氧化时， 以每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的mol数（或 ADP数），即生成ATP的mol数。
产 生 的 CO2 、 H2O 由 物 质 中 的 碳和氢直接与氧
结合生成。
生物氧化的一般过程
糖原
甘油三脂
蛋白质
葡萄糖
脂酸+甘油 乙酰CoA
氨基酸
TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP 呼吸链 H2O
§1 生成ATP的氧化磷酸化体系
一、氧化呼吸链是一系列有电子传递功能的氧化还 原组分
二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生 成ATP偶联
1. 复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌 2. 复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌 3. 泛醌 4. 复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细
胞色素c 5. 复合体Ⅳ将电子从细胞色素C传递给氧
1. 复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传 递给泛醌(ubiquinone)
NADH 它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得 到的产物。NADH所携带的电子是线粒体 呼吸链主要电子供体之一。
功 能：
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ
2e QH2
复合体Ⅲ
QH2
（一）氧化呼吸链由4种具有传递电 子能力的复合体组成
1. 复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛 醌
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- - -
第六章 生物氧化
转运机制不同！ 转运机制不同！
转运机制 ：
α-磷酸甘油穿梭（脑、骨骼肌） 磷酸甘油穿梭（ 磷酸甘油穿梭 骨骼肌）
FADH2 2 ATP 分子葡萄糖氧化生成36分子 （1酸-天冬氨酸穿梭 肝 心肌) 苹果酸 天冬氨酸穿梭 (肝、心肌
NADH+H+ 3 ATP
O2 CO2和H2O ADP+Pi
能量
ATP
热能
二、生物氧化的一般过程
糖原 三酯酰甘油 蛋白质 氨基酸
葡萄糖
脂酸+甘油 脂酸 甘油
乙酰CoA 乙酰CoA
呼吸链 ATP
CO2
TAC
2H
H2O
氧化 磷酸化
ADP+Pi
三、生物氧化特点
一般规律：加氧、脱氢、失电子等； 一般规律：加氧、脱氢、失电子等； 最终产物： 最终产物：CO2，H2O和释放能量 和释放能量 反应：温和，释能：逐步； 反应：温和，释能：逐步； 加水脱氢反应：物质间接获氧，增加脱氢。 加水脱氢反应：物质间接获氧，增加脱氢。
ADP
~P
生物体内能量的储存和利 用都以ATP为中心。 为中心。 用都以 为中心
思考题：
呼吸链概念？ 呼吸链概念？ 氧化磷酸化概念？ 氧化磷酸化概念？ 氧化磷酸化抑制剂有哪些？作用部位？ 氧化磷酸化抑制剂有哪些？作用部位？
谷氨酸
H
谷草转 氨酶
O -OOC-CH2-CH2-C-COO-
NADH +H+
α-酮戊二酸 酮戊二酸
OH
NAD+
苹果酸
胞液
苹果酸-α苹果酸 酮 戊二酸 转运体
-OOC-CH 2-C-COO H
基质
ATP的生成和利用 ATP
第六章生物氧化-讲义
酶(是以复合体(complex) 形式存在),每种酶复合体 中含特定的辅酶
复合体
酶名称
辅基
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ
复合体Ⅲ
复合体Ⅳ
NADH-泛醌还原酶
琥珀酸-泛醌还原 酶
泛醌-细胞色素c还 原酶
细胞色素氧化酶
FMN, Fe-S FAD, Fe-S
血红素b、 c1, Fe-S 血红素a,
Cu
* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
已知的铁硫蛋白有多种： 最简单的是单个铁四面与蛋
白质中半胱氨酸的硫络合； Fe2S2，含有两个Fe原子与
两个无机S原子及Βιβλιοθήκη 个Cys；铁硫蛋白 （Fe-S）
作用——递电子体 递电子机制
Fe2+
Fe3+ + e-
4、 辅酶Q-----泛醌（CoQ）
作用——递氢体
递氢机制
5、细胞色素类 ( Cyt)
❖ 1、反应条件温和
❖ T：36—37C。 PH：7.35—7.45
❖ 2、氧化方式不同
❖
------以脱氢、脱电子
❖ 3、CO2产生的方式
❖
------有机酸脱羧
❖ 4、能量的释放过程及形式
❖
---物质分解逐渐释放能量并先储存在
❖
ATP分子中
生物氧化中物质的氧化方式
（一） 加氧
Cu +
1 2
O2
2e Cyta3
细胞色素氧化酶
1/2O2
O2-
呼吸链中细胞色素的 排列及电子传递过程
2e
2Fe2+
2Fe3+
2e 2Fe2+
2Fe3+
第6章生物氧化课件
第6章生物氧化课件一、教学内容1. 生物氧化的概念：生物体利用氧气氧化有机物质，释放能量的过程。
2. 生物氧化的意义：生物氧化是生命活动的基础，为生物体提供能量，维持生命活动。
3. 生物氧化的过程：有机物的氧化、能量的释放和水的。
4. 生物氧化酶：生物氧化过程中的催化剂，酶的特性及作用。
5. 生物氧化系统：细胞内参与生物氧化的器官和细胞器，如线粒体、内质网等。
二、教学目标1. 让学生理解生物氧化的概念，掌握生物氧化的意义和过程。
2. 使学生了解生物氧化酶的特性及作用，认识生物氧化系统的重要性。
3. 培养学生的观察、思考和分析问题的能力，提高学生的实验操作技能。
三、教学难点与重点重点：生物氧化的概念、意义、过程及生物氧化酶的作用。
难点：生物氧化系统的组成及功能。
四、教具与学具准备教具：多媒体课件、黑板、粉笔。
学具：教材、笔记本、实验器材。
五、教学过程1. 引入：通过一个简单的实验，让学生观察有机物在氧气存在下的变化，引发学生对生物氧化的兴趣。
2. 讲解：详细讲解生物氧化的概念、意义、过程及生物氧化酶的作用。
3. 示例：以呼吸作用为例，分析生物氧化过程在不同生物体中的差异。
4. 讨论：组织学生分组讨论，探讨生物氧化系统在细胞中的作用和重要性。
5. 实验：安排学生进行生物氧化相关实验，如酶活性实验，加深学生对生物氧化的理解。
六、板书设计板书内容：生物氧化概念：生物体利用氧气氧化有机物质，释放能量的过程。
意义：为生物体提供能量，维持生命活动。
过程：有机物的氧化、能量的释放和水的。
酶：生物氧化过程中的催化剂，酶的特性及作用。
系统：细胞内参与生物氧化的器官和细胞器，如线粒体、内质网等。
七、作业设计作业题目：1. 简述生物氧化的概念及其意义。
2. 描述生物氧化的过程，并说明其中的能量转化。
3. 列举两种生物氧化酶的特性，并解释它们在生物氧化过程中的作用。
4. 分析生物氧化系统在细胞中的重要性。
答案：1. 生物氧化是生物体利用氧气氧化有机物质，释放能量的过程。
第6章 生物氧化
功能：将电子从细胞色素 传递给 传递给O 功能：将电子从细胞色素C传递给 2
1 ADP和ATP的调节作用 和 的调节作用 ADP增高 增高/ATP降低 增高 降低 ADP降低 降低/ATP升高 降低 升高 2 甲状腺激素（促进） 甲状腺激素（促进） 甲亢病人基础代谢率高（活化 甲亢病人基础代谢率高（活化ATP酶） 酶 促进氧化磷酸化 抑制氧化磷酸化
46
3 氧化磷酸化的抑制剂
52
磷酸甘油脱氢酶
磷酸甘油穿梭 肌肉，神经） （肌肉，神经）
苹果酸-天冬氨酸甘油穿梭（肝脏，心脏） 苹果酸 天冬氨酸甘油穿梭（肝脏，心脏） 天冬氨酸甘油穿梭
苹果酸
1分子葡萄糖有氧氧化 分子葡萄糖有氧氧化 肌肉和神经组织中生成36ATP 肌肉和神经组织中生成 心脏和肝脏中生成38ATP 心脏和肝脏中生成
4
生物氧化的特点
生物氧化与体外燃烧的比较
生物氧化 反应条件 反应过程 能量释放 CO2生成方式 温 和 (体温、pH近中性) 体温、pH近中性) 逐步进行的酶促反应 逐步进行 （化学能、热能） 化学能、热能） 有机酸脱羧 体外燃烧 剧 烈 (高温、高压) 高温、高压) 一步完成 瞬间释放 （热能） 热能） 碳和氧结合
29
生物氧化产物2 生物氧化产物
第一条呼吸链： 第一条呼吸链： NADH氧化呼吸链 氧化呼吸链
CytC
复合体Ⅰ 复合体Ⅰ
复合体Ⅲ 复合体Ⅲ
复合体Ⅳ 复合体Ⅳ
第六章 生物氧化
化学渗透假说简单示意图
线粒体内膜
线粒体基质
ADP
H2O
ATP
化 学 渗 透 假 说
化学渗透假说详细示意图
胞液侧 H+
H+ H+ Cyt c
+
+++++ +
++
+
线粒体内膜
Q
F
Ⅰ
Ⅱ
-
-
Ⅳ
0
- Ⅲ---
--
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
H2O 1/2O2+2H+
基质侧
ADP+Pi
-
F1
ATP
H+
ATP合酶的分子结构
线粒体膜间隙 线粒体内膜
线粒体基粒
第六章 生物氧化
一、概述
生物氧化－有机物质在生物体内的氧化分解。
生物氧化的两大体系： 线粒体生物氧化体系：产能 非线粒体生物氧化体系：生物转化 主要解毒,参与代谢物、药物及 毒物的清除、排泄
非线粒体生物氧化：生物转化 主要功能：解毒 超氧化物歧化酶（SOD ）
清除体内的超氧离子(O2﹣)
2O2﹣+ 2H+ SOD H2O2 + O2 过氧化氢酶 H2O + O2
1．以下有关生物氧化的叙述有误的是 ( )。
A．生物氧化是有机物质在生物体内的氧 化分解过程；
B．生物氧化的两大体系是：线粒体生物 氧化体系及非线粒体生物氧化体系；
C．生物氧化过程ATP在人体内的生成方式 有底物磷酸化和氧化磷酸化；
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6章 生物氧化
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
[生化]生物氧化
![[生化]生物氧化](https://img.taocdn.com/s3/m/27c25d72cf84b9d529ea7a11.png)
泵到胞浆侧，复合体Ⅰ有质子泵功能。
组成
第六章 生物氧化
黄素蛋白，辅基为FMN或FAD; 铁硫蛋白，辅基为Fe-S。
1.NADH
复合体Ⅰ
2.FMN
3.Fe-S 4.CoQ
第六章 生物氧化
（1）NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
• •
FMNH•
第六章 生物氧化
复合体Ⅰ成分2 Fe-S：单电子传递体
铁硫簇(Fe-S)是铁硫蛋白(酶)中辅基，含有 等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行
Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。
第六章 生物氧化
铁 硫 蛋 白 中 辅 基 铁 硫 中 心 (Fe-S) 含 有 等 量 铁 原 子 和 硫 原 子 ， 其 中 一 个 铁 原 子 可 进 行 Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。属于单电子传递体。
第六章 生物氧化
第六章 生物氧化
Biological Oxidation
第六章 生物氧化
目
概述
生成ATP的氧化磷酸化体系
录
其他不生成ATP的氧化体系
第目六的章要生求物氧化
（一）掌握氧化磷酸化的概念及偶联部位。熟悉氧 化磷酸偶联部位确定的实验及数据，P/O比值的定义 及意义。了解氧化磷酸化的偶联机制。熟悉ATP合酶 组成及作用
（1） Cyt的本质
细胞色素 = 酶蛋白 + 血红素
（2） Cyt的功能
血红素中的铁原子可进行Fe2+ 传递电子, 属单电子传递体。
生物化学 第六章 生物氧化
电子传递链(呼吸链)
琥珀酸 复 合 体 Ⅰ
2H
复合体Ⅱ FAD.H2 (Fe-S)
2H 2H 2e
2H NAD+
复 合 体 琥珀酸氧化呼吸链 Ⅳ
2e
FMN (Fe-S)
Q10
2H+
Cytb Cytc1 2e (Fe-S) 复合体Ⅲ H2O
Cytc
2e
aa3
2e
NADH氧化呼吸链
O2-
1 2 O2
第三节 ATP的生成
（二）呼吸链成分的排列
由以下实验确定 ① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位 氧化还原对 NAD+/NADH+H+ FMN/ FMNH2 FAD/ FADH2 Cyt b Fe3+/Fe2+ Q10/Q10H2 Cyt c1 Fe3+/ Fe2+ Cyt c Fe3+/Fe2+ Cyt a Fe3+ / Fe2+ Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O2/ H2O Eº (V) ' -0.32 -0.30 -0.06 0.04（或0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase) 或羟化酶(hydroxylase)。 上述反应需要细胞色素P450 (Cyt P450)参与。
微粒体氧代谢的意义
参与体内正常物质代谢，如羟化、合成等
参与体内生理活性物质的灭活及药物、毒
物解毒转化和代谢清除反应、保护机体
生物化学-第六章生物氧化-精选文档
二.呼吸链分组成成分
1.烟酰胺脱氢酶类
S-2H NAD/NADP S NADH/NADPH
2.黄素脱氢酶类
NADH FMN NAD FMN2H
S-2H FAD S FAD2H
3.铁硫蛋白类 Fe3+ Fe2+
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－ S Fe S S S Fe S S
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－
4.细胞色素类
细胞色素（简写为cyt. ）是含铁的电子传递体，辅基为 铁卟啉的衍生物，铁原子处于卟啉环的中心，构成血红 素。各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链 中主要含有细胞色素a, a3,b, c 和c1等，组成它们的辅基 分别为血红素A、B和C。细胞色素a, b, c可以通过它们 的紫外-可见吸收光谱来鉴别。 细胞色素a, b, c 和c1是通过Fe3+ Fe2+ 的互 变起传递电子的作用的。 a3是通过Cu2+ Cu+ 的互 变起传递电子的作用的。
5.辅酶Q---泛醌 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。
O CH3O CH3O O CH3 (CH2CH C CH2)nH CH3
n=6-10
NADH泛醌还原酶
NADHCoQ 还原酶 复合体
CoQ2H-CytC 还原酶复合体
1.呼吸链的组成成分 2.氧化磷酸化的机制
难点:
第一节、生物氧化概念及特点
一.生物氧化概念
有机物在生物体内彻底氧化生成CO2和H2O， 并放出能量的作用。也称细胞呼吸/组织呼吸。 包括物质分解和产能
O2 呼吸作用
细胞呼吸（微生物）
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06.第六章生物氧化
⽣物化学06.第六章⽣物氧化幻灯⽚1第六章⽣物氧化 (Biological Oxidation)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。
ADP+Pi 幻灯⽚2第⼀节概述 (Outline)⼀、⽣物氧化的⽅式与特点 (⼀)⽣物氧化的⽅式⽣物氧化与物质在体外的氧化⽅式在化学本质上是相同的，⽣物氧化的⽅式有加氧、脱氢和失电⼦反应。
幻灯⽚3 1.加氧反应RCHO+1/2O2 RCOOH醛酸2.脱氢反应CH3CH(OH)COOH CH3COCOOH+2H乳酸丙酮酸3.失电⼦反应Fe2+ Fe3+ + e幻灯⽚4(⼆)⽣物氧化的特点体外氧化⽣物氧化热能糖CO2和H2O O2能量ATP 脂肪蛋⽩质相同点氧化⽅式均为加氧、脱氢、失电⼦。
耗氧、释放能量、终产物（CO2，H2O ）均相同。
不同点为细胞内恒定条件下酶促反应逐步进⾏，能量逐步释放，⽣成ATP 。
加⽔脱氢反应使物质间接获得氧，脱下的氢与氧结合产⽣H2O ，有机酸脱羧产⽣CO2。
为不恒定条件下⾮酶促反应，能量以热能形式突然释放。
产⽣的CO2、H2O 由物质中的碳和氢直接与氧结合⽣成。
幻灯⽚5⼆、⽣物氧化的酶类 (⼀) 氧化酶类细胞⾊素氧化酶、抗坏⾎酸氧化酶等属于此类酶，该类酶的亚基常含有铁、铜等⾦属离⼦。
幻灯⽚62eSH2:底物S:产物2H+ H2OSH2+2Cu2+O2- S 2Cu+1/2O22e(⼆) 需氧脱氢酶类L -氨基酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶等属于此类酶。
(三) 不需氧脱氢酶类乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等。
幻灯⽚7三、⽣物氧化过程中C O 2的⽣成⼈体内C O 2的⽣成来源于有机酸的脱羧反应。
根据脱去的羧基在有机酸分⼦中的位置不同，分为α-脱羧和β-脱羧两种；⼜根据脱羧是否伴有氧化，可分为单纯脱羧和氧化脱羧两种类型。
(⼀)α-单纯脱羧氨基酸脱羧酶CO R-CH NH + 2 22HH2O2SH2SO2FMN 或 FADFMNH2 或 FADH22HSH2SFMN(或FAD)FMNH2(或FADH2) SH2SNAD+(NADP+)NADH+H+(NADPH+H+)α2 NHR- CH- COOH2胺α-氨基酸幻灯⽚8(⼆)α-氧化脱羧(三)β-单纯脱羧丙酮酸羧化酶丙酮酸草酰⼄酸(四)β-氧化脱羧幻灯⽚9第⼆节呼吸链与氧化磷酸化(r e s p i r a t o r y c h a i n a n d o x i d a t i v e p h o s p h o r y l a t i o n )⼀、什么是呼吸链⼄酰辅酶A+ CO2SCoA ~ CH 3 C HSCoA+ 丙酮酸α CH 3 CCOO丙酮酸脱氢酶系 +NADH+H+NADαβCOCOOH HCH2 - COOC2 +CH3COCOOH+ C2CHOH-COOHCH-COOH CH 2 -COO αβ异柠檬酸 CH 2 -COO CH 2 CO-COO α-酮戊⼆酸异柠檬酸脱氢酶+NADH+H+NAD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，这⼀系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)⼜称电⼦传递链(electron transfer chain)。
第六章生物氧化的学习指引
学习指引:第六章、生物氧化掌握: 1.电子传递链: 概念、存在部位、功能、组成及各成分的作用；体内两条主要的电子传递链的排列顺序。
2.氧化磷酸化: 概念、与底物水平磷酸化的区别、氧化磷酸化的偶联部位、电子传递链抑制剂的作用部位；P/O比值的概念及意义；氧化与磷酸化的偶联机制（化学渗透学说的具体内容）；影响氧化磷酸化的因素；氧化磷酸化的调节。
3.胞液中NADH的再氧化利用（胞液→Mit）: 两种穿梭机制的概念、过程、意义。
4.高能磷酸化合物的储存和利用；微粒体加单氧酶的作用机制。
一、生成ATP的氧化磷酸化体系（一）呼吸链（电子传递链）1.概念、组成、存在部位、功能、体内两条主要的呼吸链的传递顺序。
2.四种复合体的组成、功能、电子的传递顺序。
3.CoQ和CytC的性质和功能问题：叙述体内两条主要呼吸链的组成及递氢递电子顺序、氧化磷酸化的偶联部位。
（二）氧化磷酸化（将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生成ATP偶联）1.氧化磷酸化的概念、与底物水平磷酸化的比较。
2.P/O比值的概念及意义；氧化磷酸化偶联的部位（复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ）3.氧化磷酸化偶联机制（是产生跨线粒体内膜的质子梯度）⑴电子传递------化学渗透学说①核心内容: 质子梯度形成（化学势能: 质子的浓度差；电势能: 内负外正）②质子梯度是怎样建立的？Q循环：一对电子在复合体Ⅲ经Q循环共有4个质子进入膜间隙；质子泵模型：有人认为复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ具有质子泵的功能, 一对电子经过复合体Ⅰ传递时共有4个质子进入膜间隙, 一对电子经过复合体Ⅲ传递时共有4个质子进入膜间隙, 一对电子通过复合体Ⅳ传递时共有2个质子进入膜间隙。
⑵ATP合成------ATP合酶的结构和功能---结合变构学说①质子顺梯度回流释放能量被ATP合酶利用催化ATP合成②ATP合成的结合变构机制: 当质子顺浓度梯度经Fo中a亚基和c亚基之间回流时, (亚基发生旋转, 3个(亚基的构象发生改变（O、L、T三种构象）；结合变构学说可简化为:质子流动→驱动C单位转动→带动γ亚基转动→诱导β亚基构象变化→ATP释放和重新合成（三）氧化磷酸化作用可受某些内外因素的影响1.氧化磷酸化抑制剂⑴呼吸链抑制剂阻断氧化磷酸化的电子传递: 复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ抑制剂要记住；⑵解偶联剂破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度: 基本作用机制---能够快速消耗跨膜质子梯度,使得质子难以通过F1F0-ATP合酶上的质子通道来合成ATP,从而使储存在质子梯度中的电化学势能转变成热。
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第六章复习题
1、何谓呼吸链；呼吸链的组成和名称；与呼吸链相关的辅酶或辅基有哪些，（名称）不参与呼吸链复合体组成的物质。
答：
（1）、呼吸链的定义：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，这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。
(在线粒体内膜上为多酶体系)。
（2）、呼吸链的组成：递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）。
既由酶和辅酶组成
（3）呼吸链的名称：传递氢的酶或辅酶称递氢体；传递电子的酶或辅酶陈电子传递体，递氢体也传递电子。
（4）、辅酶与辅基相关化合物：NAD+(NADH +H+)；FAD（FADH2)；FMN, FAD；铁硫蛋白(FeS)；血红素（铁卟啉类）bL、bH、C1；血红素a，血红素a3；Fe,CuA与CuB；泛醌（辅酶Q）；细胞色素C。
（5）不参与呼吸链复合体组成的物质：泛醌和细胞色素C。
2、何谓氧化磷酸化；偶联产能的部位与实验依据。
答：
（1）、氧化磷酸化概念：氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是代谢物氧化脱下的氢经呼吸链传递并与氧生成水，同时伴有ADP磷酸化生成ATP的过程。
由于代谢物的氧化反应与ADP磷酸化反应偶联发生，又称为偶联磷酸化(氧化反应和磷酸化反应相偶联)。
（2）、氧化磷酸化偶联部位：就是生成ATP的部位。
（3）、实验依据：化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)
①、假说提出：1961年由英国科学家Peter Mitchell提出，1978年该科学家获得Nobel Prize化学奖，现在基本上得到证实。
②、基本要点：
. ATP的生成需要完整的线粒体内膜，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差异
.当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。
（称质子流动力）
3、按辅酶或辅基的氧化还原电位的高低顺序写出两条呼吸链中各组分电子传递顺序。
答：
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 4、影响氧化磷酸化的因素有哪些？呼吸链抑制剂及作用部位，DNP的作用原理。
答：
（1）、影响氧化磷酸化的因素：
1、ADP/ATP的调节作用：呼吸控制率(respiratory control ratio, RCR)。
机体氧化磷酸化的速率受ADP/ATP比值的调节。
2、激素的调节（甲状腺激素）：（1）对Na+,K+–ATP酶的作用：甲状腺激素能诱导细胞膜上的Na+,K+–ATP酶的合成，后者使ATP分解成ADP和Pi, 高浓度ADP进入线粒体内，促进氧化磷酸化。
（2）对解偶联蛋白基因表达的作用：甲状腺激素激活解偶联蛋白基因表达，耗氧和产热均增加，所以甲亢患者基础代谢率高。
3、抑制剂(inhibitors)：
①. 呼吸链抑制剂：阻断呼吸链中某些部位电子传递。
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②解偶联剂：使氧化与磷酸化偶联过程脱离。
如：解偶联蛋白
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（寡霉素敏感蛋白）
4、线粒体DNA突变：
线粒体DNA是裸露的环形双螺旋结构，和基因组不同，缺乏蛋白质保护和有效的损伤修复系统，因此，容易受到电子传递过程中电子漏产生的氧自由基的损伤而发生突变，其突变率是核DNA的10-20倍。
线粒体DNA突变影响氧化磷酸化功能，从而致病。
（2）、呼吸链抑制剂及作用部位：阻断呼吸链中某些部位电子传递。
1：鱼藤酮、粉蝶霉素A、异戊巴比妥：阻断复合体I从铁硫中心到泛醌的电子传递。
2：萎锈灵：复合体II 抑制剂。
3：抗毒素A：阻断Cyt b H到泛醌（Q N）间电子传递，是复合体III抑制剂。
4：粘噻唑菌醇：作用Q P位点，是复合体III抑制剂。
5：CN-、N3-：紧密结合IV中氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt a到Cub-Cyt a3间传递。
（3）、2，4-二硝基苯酚（dinitrophenol,DNP）的作用原理：在线粒体内膜的胞液侧结合H+,在基质侧释放H+，破坏线粒体内膜两侧的H+梯度差。
5、简述化学渗透假说；Q循环的原理。
答：
（1）、化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) ：ATP的生成需要完整的线粒体内膜，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差异；当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。
（2）、Q循环的原理：将电子从泛醌经铁硫蛋白传递给Cyt c1。
6、胞液中NADH是通过那两种穿梭机制进入线粒体内的？
答：
（1）、α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphate shuttle)
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