生物化学 6章 生物氧化

（二）组成呼吸链的复合体
人线粒体呼吸链复合体
复合体
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
酶名称
NADH-泛醌还原酶 琥珀酸-泛醌还原酶
多肽链数
39 4
辅基
FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
泛醌-细胞色素C还原酶 10 细胞色素c氧化酶 13
NADH
人线粒体呼吸链复合体
丙酮酸 α -酮戊二酸
三、胞质中的NADH的氧化
＊呼吸链存在于线粒体内膜上，线粒体内产生的 NADH和FADH2可直接进入呼吸链被氧化生成H2O,同 时产生ATP。 ＊线粒体外产生的NADH不能自由透过线粒体内膜， 需要经过某种转运机制才能进入线粒体氧化。有 α-磷酸甘油穿梭和苹果酸-天冬氨酸穿梭两种。
NAD+
FMNH2
Fe S
CoQ
2Fe2+ b- c1- c -aa3
½ O2
复合体Ⅳ
复合体Ⅲ 细胞色素
M
氧化型代 谢底物
NADH+H+
FMN
CoQH2
2Fe3+
O2-
2H+
H2 O
此过程产生2.5分子ATP
NADH →复合体Ⅰ→CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
FADH2呼吸链
琥珀酸
琥珀酸
FMN Fe-S
复合物 I
FMN Fe-S CoQ
NADH-泛醌Q 还原酶
复合物 II
琥珀酸-辅酶Q 还原酶
Cyt b
复合物 III
Fe-S
辅酶Q-细胞色素c 还原酶
Cyt c1
Cyt c
复合物 IV
Cyt aa3
细胞色素c 氧化酶
O2
＊复合体的在线粒体内膜中的位置及电子传 递顺序
4H+ 4H+
1.氧化磷酸化偶联部位
• • 即ATP生成的部位。 P/O比值：是指物质氧化时，每消耗1摩 尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即 生成ATP的摩尔数。是研究氧化磷酸化 最常用的方法。
三个偶联部位：
①NADH与CoQ之间； ②CoQ与Cyt c之间；
复合体II
③Cyt aa3与氧之间。
ATP ATP
NH2 C NH H3C N
H N
~P
+ ADP
+ ATP
肌酸激酶
C NH H3C N CH2 COOH
CH2 COOH
肌酸
磷酸肌酸
磷酸肌酸是肌肉、脑中能量的一种储存形式， 但不能直接供能。
ATP的生成和利用（ATP循环） 底物 氧 化 分 解 热能 （散失）
ATP
肌酸 磷酸 肌酸
能 量
化学能 （转移）
复合体I 复合体III
ATP
复合体IV
2. 自由能变化( △G0′)：
大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。
△G0′＝－nF△E0′
琥珀酸 FAD （Fe-S） NADH -0.32 FMN C oQ （Fe-S） -0.22 +0.04 Cyt b +0.08 0.21V ATP ADP + Pi 能量 ATP
影响氧化磷酸化的因素： 1.ADP的调节作用 是主要调节因素。 机体耗能增多→[ADP]↑ →ADP进入线粒
体↑ →[ADP]/[ATP]↑ →氧化磷酸化↑
2.甲状腺激素 Na+，K+-ATP酶表达增加。
Na+，K+-ATP酶催化ATP转化为ADP→[ADP]↑
→ADP进入线粒体↑ →[ADP]/[ATP]↑ →氧
2，4-二硝基苯酚（DNP）、解偶联蛋白
• 作用机理：破坏内膜两侧的质子电化学梯度而 使氧化磷酸化偶联脱离。氧化照常进行，ATP
不能生成。
解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体） 热能
H+
胞液侧
Cyt c
解偶联 蛋白 F Ⅲ Ⅳ
0
Q
Ⅰ Ⅱ
基质侧
ADP+Pi
F1
ATP
H+
（3） 氧化磷酸化抑制剂—ATP合酶抑制剂
CO2+H2O 氧化磷酸化 底物水平磷酸化
~P
ADP
~P
机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温)
乙酰CoA
磷酸化
+Pi
H2O
e-
电子传递 （氧化）
三羧酸 循环
四、生物氧化中CO2的生成
＊概念： 糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的 中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。
＊类型：
按脱羧作用分：α-脱羧和β-脱羧
按是否伴有氧化反应分：氧化脱羧和单纯脱羧
＊α-单纯脱羧：脱去α碳原子上的羧基。如
丙酮酸脱氢酶系
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+ 乙酰辅酶A
丙酮酸
＊β–氧化脱羧：β碳原子上的羧基脱落时伴 有氧化反应。如
α CHOHCOOH β CHCOOH CH2COOH
柠檬酸 柠檬酸 COCOOH 异柠檬酸脱氢酶 CH2 CH2COOH NAD+ NADH+H+ α 酮戊二酸 α-酮戊二酸 + CO2
一些有机酸脱羧生成CO2；
4.速率受体内多种因素的影响和调节。
＊生物氧化和体外氧化之相同点 1.均有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原 反应的一般规律。 2.消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O）和释 放能量均相同。
＊生物氧化和体外氧化之不同点
生物氧化
细胞内温和的环境中，一系 列酶促反应逐步进行，能量 逐步释放生成ATP。 广泛的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。
化磷酸化↑
＊3.抑制剂的影响
(1) 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递，使
磷酸化无法进行，ATP不能生成。
萎锈灵 噻吩甲酰三氟丙酮 丙二酸 抗霉素A 二巯基丙醇 CO、CN-、 N3-及H2S
复合体II
×Leabharlann Baidu
×
复合体I
×
复合体III
复合体IV
鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
（2）解偶联剂
• 常见解偶联剂：
递氢体也是递电子体 递电子体不是递氢体
（一）呼吸链的化学组成成分 1、尼克酰胺脱氢酶类 NAD+（NADH） NADP+（NADPH） 2、黄素脱氢酶类 FMN（FMNH2） FAD（FADH2）
起递氢体作用
起递氢体作用
3、泛醌（二氢泛醌） 即辅酶Q
起递氢体作用
4、铁硫蛋白 单电子传递体 Fe-S Fe2+ Fe3+ + e 5、细胞色素类（Cyt） 呼吸链中主要有a、b、c三类 CoQ脱下的电子经Cyt类的传递顺序 b→c1→c→aa3 Cyta3或Cytaa3称为细胞色素氧化酶
Cytc 2H+
eeⅠ NADH+H+ NAD+ Ⅱ
胞液侧
e-
Q eⅢ
eⅣ H2O 1/2O2+2H+
线粒体内膜
延胡索酸 琥珀酸
基质侧
二、体内重要的呼吸链 ＊NADH氧化呼吸链 和 琥珀酸氧化呼吸链
复合体Ⅱ 复合体Ⅰ
FADH2氧化呼吸链
复合体Ⅲ
复合体Ⅳ
NADH氧化呼吸链
NADH呼吸链
MH2
还原型代 谢底物
直接干扰ATP的生成过程，即对电子传递及 ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素
寡霉素
可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成
寡霉素
ATP合酶结构模式图
四、能量的转移和利用
高能磷酸键
水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键， 常表示为 P。
高能磷酸化合物
含有高能磷酸键的化合物，如ATP、ADP、磷酸 肌酸等。
＊α-磷酸甘油穿梭 主要存在于脑、骨骼肌中。 胞液中NADH经α-磷酸甘油穿梭进入线 粒体氧化生成1.5个ATP。
α-磷酸甘油穿梭机制
CH2OH CH2OH C=O CH2O- Pi
呼吸链
NADH+H+
C=O CH2O- Pi
FADH2
α-磷酸甘油 脱氢酶
磷酸二羟丙酮
CH2OH CH2OH CHOH CH2O- Pi
RCHO+1/2O2
醛
RCOOH
酸
2.脱氢反应
CH(OH)COOH CH2COOH
苹果酸脱氢酶
COCOOH CH2COOH
苹果酸
3.失电子反应
Fe2+ Fe3+ + e
草酰乙酸
二、生物氧化的特点
1.氧化环境温和：细胞内37℃、近中性pH条件下；
2.能量逐步释放：供能（ATP）；热能维持体温；
3.脱氢与脱羧：一些代谢物质脱氢与氧生成H2O；
一、生物氧化的概念
糖、脂、蛋白质等营养物在体内彻底氧化分解,最 终生成CO2和H2O，并逐步释放出能量的过程称为生物氧化。 生物氧化过程在组织细胞中进行，并且伴有氧的利用和 CO2的产生，因此又称为组织呼吸或细胞呼吸。
糖 脂质 蛋白质
O2
CO2+H2O
能量
ADP+Pi
ATP 热能
生物氧化的方式：
1.加氧反应
FAD
CoQH2
2Fe3+
细胞色素
O2-
H2O
Fe
延胡索酸 FADH2
S
CoQ
b- c - c1-aa3 2Fe2+
½ O2
2H+
此过程产生1.5分子ATP
琥珀酸 →复合体Ⅱ →CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
线粒体内重要代谢物氧化的途径
苹果酸 β -羟脂酰CoA β -羟丁酸 异柠檬酸 谷氨酸 NADH FAD 硫辛酸 FMN （Fe-S） 琥珀酸 α -磷酸甘油 FAD （Fe-S） C oQ FAD 脂酰CoA Cyt b c1 c aa3 O2
FAD
NAD+
CHOH CH2O- Pi
α-磷酸甘油
线粒体 外膜
膜间隙
线粒体 内膜
线粒体 基质
＊苹果酸-天冬氨酸穿梭 主要存在于心肌、肝组织中。 胞液中NADH经苹果酸-天冬氨酸穿梭进 入线粒体氧化生成2.5个ATP
苹果酸-天冬氨酸穿梭
细胞液
NAD+ 苹果酸
苹果酸 脱氢酶
线粒体内膜体
Ⅰ
线粒体基质
第二节 线粒体氧化体系
线粒体结构图
一、呼吸链
定义
代谢物脱下的成对氢原子 2H(2H+ +2e)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。呼吸链中不论递氢体还是递电子体都 起着电子传递的作用，故又称电子传递链。
组成 递氢体（2H 2H+ + 2e）和递电子体
体外氧化
反应条件剧烈；能量是热 能形式突然释放的。 产生的 CO2 、 H2O 由物质 中的碳和氢直接与氧结合 生成。
三、生物氧化的三个阶段
脂肪 多糖 蛋白质
＊ 大分子降解成基 本结构单位
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） ＊ 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。
第七章 生物氧化
学习目标
＊掌握生物氧化的概念、特点，呼吸链的概念、
组成、种类，ATP的生成方式。
＊熟悉生物氧化的意义，影响氧化磷酸化的因素，
以及生物氧化过程中水和能量的生成方式以及
能量的利用、转移。
＊了解参与生物氧化的酶类和非线粒体的氧化体
系。
一
概述
目 录
二 线粒体氧化体系
三 非线粒体氧化体系
第一节 概述
R H2N-CH-COOH
α α-氨基酸 胺
氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
＊β-单纯脱羧：脱去β碳原子上的羧基。如
HOOCCH2COCOOH β 草酰乙酸
草酰乙酸脱羧酶
CH3CO-COOH +CO2
α
丙酮酸
＊α-氧化脱羧：α碳原子上的羧基脱落时伴 有氧化反应。如
O CH3-C-COOH α
苹果酸
苹果酸 脱氢酶
NAD+
NADH+H+
草酰乙酸
谷氨酸
谷草转氨酶
Ⅱ
谷氨酸
谷草转氨酶
草酰乙酸 NADH+H+
呼吸链
天冬氨酸
-酮戊 二酸
Ⅰ
Ⅱ
-酮戊 二酸
天冬氨酸
（Ⅰ、Ⅱ为膜上的转运载体）
三、体内ATP生成
氧化磷酸化是指在呼吸链电子传递过程中 偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸 化。（体内生成ATP的主要方式） 底物水平磷酸化是底物分子内部能量重新 分布，生成高能键，使 ADP 磷酸化生成 ATP 的 过程。
40.5kJ/mol
Cyt c1 +0.23
Cyt c +0.25
Cyt aa3 +0.29 0.53V
O2 +0.82
0.36V
69.5kJ/mol
102.3kJ/mol
ADP + Pi
能量
ADP + Pi 能量 ATP
＊NADH氧化呼吸链存在3个偶联部位，可产生
2.5molATP。
＊琥珀酸氧化呼吸链存在2个偶联部位，可产 生1.5molATP。
＊ATP是人体内能量的直接供给者，也是机体储 能者，是生物体内最 NH 2 重要的高能化合物。
N O γ P O O
-
N
-
O
O β P O O
-
O Pα O O
-
N CH2 H H OH O
9 N
1' H H 2' OH
一磷酸腺苷（AMP） 二磷酸腺苷（ADP） 三磷酸腺苷（ATP）
（二）ATP的转换、贮存和利用 1、代谢物的磷酸化和活化 ATP+6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖+ADP ATP+脂肪酸+HSCoA 脂肪酰CoA+AMP+PPi
＊2、参与三大营养物质的合成过程
糖、脂、蛋白质合成需ATP供能，此外，糖原、 磷脂、蛋白质合成所需的UTP、CTP、GTP的生成与补 充也依赖于ATP，由核苷二磷酸酶催化： ATP+UDP ADP+UTP ATP+CDP ADP+CTP ATP+GDP ADP+GTP
＊3、转变为磷酸肌酸储存能量