《生物氧化》PPT课件
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生物氧化(共50张PPT)
（可逆）
2 -磷 酸 甘 油 酸
H 20
磷酸
2
烯醇式丙酮酸
ADP
ATP 2丙酮酸
⑨烯醇化酶
⑩丙酮酸激酶 ⑩产能 2
Δ G = -4 .0 k c a l/m o l (不 可 逆 )
4.2 电子传递体系氧化磷酸化
与电子传递链相伴的有氧ATP形成机制。
氧化磷酸化：在细胞内有机分子经氧化分解形成 CO2和H2O，并释放出能量使ＡＤＰ和Ｐi生 成ＡＴＰ的过程。
？
提问：原电池反应中电子传递的方向是由什么
H2
决定的？1 Q
2C
3
答案：电极反应的氧化
还原电位E0。
H2O
（电子流动终点）正极反
应Eo ? 负极反应Eo
（电子流动起点）
O
>
呼吸链--电池组
3.3 呼吸链中传递体的顺序确定
生物进化出如此复杂的脱氢氧化的意义何在呢？ 2 电子传递体系氧化磷酸化 毒鱼藤的根皮或种子中含有的杀虫有效成分是鱼藤酮和拟鱼藤酮。 传递反应能量将H+泵出内膜；
机制——化学渗透（2 偶联）学说 3
1
4
唯一与大部分实验现象相符的假说，被普遍接受
要点： 传递反应能量将H+泵出内膜；
H+自由进入，形成膜内外电位差(△E)；
3.△E推动ATP合成酶为ADP磷酸化提供能量。
通过X射 线衍射技 术分析其 结构
FADH2链“4”复合体不能向膜外传递氢离子，故该处能量
生物进化出如此复杂的脱氢氧化的意义何在呢？
尽可能高效率的固定产水反应释放的化学能！ 途径——电子传递体系氧化磷酸化。
第四节 氧化磷酸化作用（生命动力之源）
第九章 生物氧化 ppt课件
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22
（1） 基本结构
（ 以细胞色素C为例）
蛋白质
由两大部分构成
铁卟啉
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23
多肽链
Cys S H3C-CH H3CN
Cys H3C S -CH-CH3
Fe3+
N
N
H3C-
N CH2 CH2 COO-
-CH3 CH2 CH2 COO-
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24
(2) 作用
递电子体
(3) 递电子机理
CH2-S— Fe
Fe —S-CH2 S S Fe —S-CH2
CH2-S— Fe
S
常见铁硫族: Fe4-S4 或 Fe2-S2
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17
在呼吸链中：
FMN (Fe-S)
and
Cyt.b. C1 (Fe-S)
(1) 存在形式
FAD (Fe-S).b
(2) 作用: 递电子体 (3) 递电子机理 e
20
5. 细胞色素类 (Cytochromes, Cyt.)
Cyt. 主要类型: 根据吸收光谱不同，Cyt.类分为a、b和c 三大类： 每一大类又有几种亚类。
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21
Cyt.b、c1、c、a和a3 —— 存在于线粒体内膜,
作为呼吸链成员；
Cyt.b5和Cyt.p450 —— 主要存在于肝细胞微粒 体，参与生物转化。
2. FADH2氧化（或称琥珀酸氧化）呼吸链
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29
1、 NADH+H+氧化呼吸链
组成成员
排列顺序 产生ATP: 3分子
NADH → FMN → COQ → Cyt.b→c 1 → c→ a.a3→ ½O2 +H+ (Fe-S) (Fe-S) (Cu2+)
生物化学第七章生物氧化.ppt课件
四、线粒体呼吸链的组成
(一)呼吸链的组成成分
NADH
NADH-Q 还原酶
琥珀酸-Q 还原酶
FADH2
FMN、Fe-S
血红素a 血红素a3 CuA和 CuB
辅酶Q
细胞色素还原酶 细胞色素c
细胞色素氧化酶 O2
FAD、Fe-S
细胞色素 b-562 细胞色素b-566 细胞色素c1
Fe-S
1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶
功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone)
复合体Ⅰ
FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
NADH→
→CoQ
NAD+和NADP+的结构 R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
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。
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 FMN• 。
铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)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。
Ⓢ 表示无机硫
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接 形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应 时可生成中间产物半醌型泛醌。
（二）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
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
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RCH2NH2 +CO2
（2） -氧化脱羧 ：
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12
CO2的生成方式
（3） -单纯脱羧：
O
O
HOOC CH2CCOOH 草酰乙酸脱羧酶 CH3CCOOH +CO2
（4）-氧化脱羧 ：
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返回13
H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体 （NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再 通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。例：
特点
含有容易断裂的“活泼键”，水解时可 释放大于21KJ/mol的能量，常用符号表示。
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7
高能化合物的类型
高能磷酸化合物：含有高能磷酸键 高能硫酯化合物：含有高能硫酯键
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8
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
ATP
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16
底物水平磷酸化
在生物氧化过程中，底物因脱氢、脱水等反应而使 能量在分子内重新分布，形成高能化合物，然后将高 能化合物中的能量转移给ADP（或GDP），生成ATP （或GTP）的过程。
CHO NAD+ NADH+H+ COO～P ADP
CH2OH CH2O-P
H3PO4
CH2OH CH2O-P
ATP COOH CH2OH CH2O-P
9
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸
OO CH3 C O P O-
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O
OH
H3CO
CH 3
H3CO
H
CH 3
H3CO
H
CH 3
H3CO
R
O
CoQ (醌型或氧化型)
H3CO
R OH
CoQH (半醌型)
H3CO
R OH
CoQH2 (氢醌型或还原型)
目录
2、复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌。 ➢ 复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，又 称琥珀酸-泛醌还原酶。 ➢ 电子传递：琥珀酸→FAD→几种Fe-S →CoQ ➢ 复合体Ⅱ没有H+泵的功能。
目录
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
成ATP的摩尔数（或一对电子通过氧化呼吸链传递 给氧所生成ATP分子数）。
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值
β-羟丁酸 NAD+ →复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 3
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2
琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
目录
细胞色素(cytochrome, Cyt) 细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传 递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。 属于单电子传递体
目录
复合体Ⅲ的电子传递通过“Q循环”实现
复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+ 复合体Ⅲ也有质子泵作用
目录
➢ 复合体Ⅲ每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个 H+，复合体Ⅲ也有质子泵作用。
2
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2
抗坏血酸 Cyt c→复合体Ⅳ→O2
1
细胞色素c (Fe2+) 复合体Ⅳ→O2
1
可能生成的 ATP数 3
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葡（萄G-糖6-P-6）-磷形酸成高较能低磷能酸量化的-合磷1物酸3.8有脂2p转。pt课移AT件其P是磷磷酰酰基基的的倾传向递，体。
7
α-磷酸甘油
-9.21
2.3 ATP以偶联反应的方式推动非自发的反应
例如，细胞中合成脂肪酸时有以下反应：
乙酰CoA + CO2
丙二酸单酰CoA
ΔG = 剧烈燃烧，伴随着大量 热能的释放，生物氧化在温和的条件下进行，能量缓 慢的释放。
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3
动物机体能量的产生与转移与利用
营养物质经过生物氧化生成二氧化碳和水，在此过程中 释放能量。其中一部分以热的形式释放，另一部分被“截获” 并储存到ATP分子中（使ADP+Pi ATP, 即磷酸化），可 以作为有用功在各种生理活动，如肌肉收缩（机械能）、神 经传导（电能）、生物合成（化学能）、分泌吸收（渗透能） 中利用。
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14
Fe-S 复合物
含硫的非血红素铁蛋白，也称铁硫中心，借助Fe化学价的 变化（Fe++/Fe+++）传递电子。
Fe与4个Cys 的S相连
2FeS，2Fe分别与2S 和4个 Cys 的S相连
4FeS，4Fe分别与4S 和4个 Cys 的S相连
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15
复合物 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
呼吸链含有4种复合体
第9章 生物氧化
Biological Oxidation
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1
本章主要内容
生物氧化概述 ATP 氧化磷酸化 其他生物氧化系统
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2
1 生物氧化( Biological oxidation)
营养物质在动物机体内氧化，生成二氧化碳和水， 并有能量释放。这个过程在细胞中进行，宏观上表现 为呼吸作用，因此也将生物氧化称为组织氧化或细胞 氧化、组织呼吸或细胞呼吸。
n=6-10
脂溶性的小分子，通过氧化/还原（醌/酚）两种形式传递氢， 因此是递氢体。
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细胞色素（Cytochrome, Cyt ）
细胞色素是一类含血红素的电子传递蛋白，Fe原子处于血 红素环中央，借助化学价的变化（Fe++/Fe+++）传递电子。
有十几种细胞色素，不同的细胞色素对特定波长的可见光 有不同的吸收。
表 9-1 呼吸链复合体
酶名称
亚基
辅基
NADH-Q还原酶
39
琥珀酸-Q还原酶
4
Q-细胞色素c还原酶 10
FMN，FeS
FAD，FeS， 铁卟啉
铁卟啉，FeS
细胞色素c氧化酶
13
铁卟啉，Cu2+
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3.2 NADH 呼吸链的组成
复合物I（NADH-CoQ 还原酶，含FMN，Fe-S） CoQ（泛醌） 复合物III（CoQ-细胞色素c还原酶，含Cytb562、
3.1 呼吸链的组成成分
不需氧脱氢酶 辅酶Q（CoQ，泛醌） 细胞色素（Cyt） 铁硫复合物（又称铁硫中心，FeS） 细胞色素aa3，即细胞色素c氧化酶
这些成分在呼吸链上以一定的顺序排列传递电子和氢，构 成电子传递系统（Electronic Transport System）
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10
不需氧脱氢酶
因此，ATP（三磷酸腺苷）被称为机体中通用的能量 货币。
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4
线粒体——细胞的动力站
生物氧化过程主要在线粒体的内膜上进行，内膜上分布着
许多的酶和电子传递体，构成两条呼吸链。内膜上结合的
颗粒（内膜粒子，或称基粒、三分体等）具有ATP合酶的
活性，称FoF1ATPase 。 ppt课件
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2 ATP （三磷酸腺苷）
2.1 ATP的分子结构和高能磷酸键
NH 2
C NC
O
O
O
HC C N
-O
Pγ
-O
O Pβ
-O
O Pα
-O
OCH
2
H
O H
H
N CH
N
H
ATP ADP AMP
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ATP等的分子中的焦 磷酸键在水解时或在 转移时，可释放很高 的能量，大于 30.56kJ/moL，称高 能磷酸键。
6
2.2 ATP具有较高的磷酸基团转移势
或电子传递系统( electronic transport system )的传递最后交给氧，
并与之结合生成水。在此过程中,氧化释放的部分能量以高能磷酸
键的形式储存在ATP分子中
（ADP+Pi
ATP），这种氧化过程与磷酸化过程的偶联称为氧
化磷酸化 。这是需氧生物合成ATP的主要方式。
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3 呼吸链( respiratory chain)
表 9-3 各种磷酸化合物的水解自由能
合物
磷酸化
磷酸烯醇式丙酮 酸（PEP）
水解自由能
ΔG（kJ/moL）
-61.69
氨基甲酰磷酸
-50.50
乙酰基磷酸
-43.12
磷酸肌酸（CP）
-43.12
焦磷酸（PPi）
-33.49
ATP（→ADP + Pi）
-30.56
葡萄糖-1-磷酸 （G-1-P）
-20.93
乙酰CoA羧化酶（生物素为辅酶）催化以下反应：
1．E-生物素 + CO2 + ATP +H2O
E-生物素- CO2 + ADP + Pi
ΔG = - 17.58 kJ/moL
2. E-生物素- CO2 + 乙酰CoA
E-生物素 + 丙二酸单酰CoA
ΔG = -1.00 kJ/moL
总反应为：
乙酰CoA + CO2+ ATP +H2O
丙二酸单酰CoA + ADP + Pi
ΔG = -18.59pkpJt课/m件oL
8
2.4 ATP的生成方式
1. 底物水平的磷酸化（回忆糖的分解代谢） 2. 氧化磷酸化 (oxydative phosphorylation )
底物脱下的氢（2H
2H+ + 2e）经过呼吸链( respiratory chain)
底物脱下的氢交给氢或电子的传递体，而氧并不是氢的 直接受体。
举例:
3-磷酸甘油醛脱氢酶（NAD） 异柠檬酸脱氢酶（NAD） NADH-CoQ还原酶（FMN） 琥珀酸-CoQ还原酶（FAD） CoQ-细胞色素c还原酶（铁卟啉辅基）
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辅酶Q （泛醌，CoQ）
O
CH3O
CH3
CH3O O
(CH2CH C CH2)nH CH3
Cyt c和c1的血红素与蛋白部分共价结合。 Cytaa3又称细胞色素c氧化酶,处于呼吸链的末端,既含Fe原 子，又有Cu原子，通过铜原子的化合价变化（在+1和+2之间） 最终将电子传递给氧。Cytaa3可以被CN-和CO抑制。
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细胞色素c 的结构
Cyt c和c1的血红素与蛋白部分共价结合。