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第九章 生物氧化 ppt课件
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（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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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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(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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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
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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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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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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+)
《生物氧化》PPT课件
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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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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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。
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
《生物氧化》PPT课件
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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返回
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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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
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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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2. 复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
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细胞色素
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。
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目录
其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
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（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
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1. NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体Ⅳ→O2
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电子传递链
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琥珀酸
延胡索酸
SH2
NAD+
S
NADH+H+
FAD
FAD 2H
FMN 2H FMN
CoQ
Fe2+ Cytb→c1→c→aa3
CoQ 2H
Fe3+
2H+
1/2O2 O2-
H2O
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第二节 ATP的生成
生物氧化不仅消耗O2，产生CO2和H2O， 更重要的是有能量的释放。生物氧化过程中 所释放的能量大约40%以化学能形式储存于 ATP及其他高能化合物中，其中ATP是体内 各种生命活动及代谢过程中主要供能的高能 化合物。它在能量代谢及转换中处于十分重 要的中心地位。
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FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
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呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
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Cytc
e e-
Ⅲ
e- 线粒体内膜
Ⅳ
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
基质侧 H2O 1/2O2+2H+
Q 10/Q 10H 2 C yt c1 Fe3+/ Fe2+ C yt c Fe3+/Fe2+ C yt a Fe3+ / Fe2+ C yt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O 2/ H 2O
E º' (V ) -0.32 -0.30 -0.06 0.04（ 或 0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
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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。
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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• 。
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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。
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3. 复合体Ⅲ: 泛醌-细胞色素c还原酶
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
复合体Ⅲ QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
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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Cyt c → CuA→a→a3→CuB → O2
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
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4
第一节
生成ATP的氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
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5
一、呼吸链
➢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)。
* 生物氧化的概念
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。
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP
热能
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1
* 生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、 失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。
进 行 广 泛 的 加 水 脱 氢 反 应 使 物 质能间接获得氧，并增加脱氢 的机会；脱下的氢与氧结合产 生H2O，有机酸脱羧产生CO2。
产生的CO2、H2O由物质 中的碳和氢直接与氧结
合生成。
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3
* 生物氧化的一般过程
糖原
三酯酰甘油
葡萄糖
脂酸+甘油
乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
TAC
CO2 2H
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
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NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
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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
N A D +/N A D H +H +
FM N/ FM NH2 FAD/ FADH2 C yt b Fe3+/Fe2+
质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物 （CO2，H2O）和释放能量均相同。
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2
* 生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
是 在 细 胞 内 温 和 的 环 境 中 （ 体 温，pH接近中性），在一系列 酶促反应逐步进行，能量逐步
释放有利于机体捕获能量，提 高ATP生成的效率。
能量是突然释放的。
Ⓢ 表示无机硫
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铁硫蛋白
S 无机硫 S 半胱氨酸硫
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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。
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NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2
还原型Fe-S
Q
氧化型Fe-S
QH2
复合体Ⅰ的功能
➢组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）
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（一）呼吸链的组成
四种具有传递电子功能的酶复合体(complex) 人线粒体呼吸链复合体
复合体
酶名称 多肽链数 辅基
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
NADH-泛醌还原酶 39
琥珀酸-泛醌还原酶
4
泛醌-细胞色素C还原酶 10
细胞色素c氧化酶
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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 NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ
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NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+