第06章生物氧化

第6章
生物氧化
Biological Oxidation
概
述
维持生命活动的能量，主要有两个来源： 维持生命活动的能量，主要有两个来源： 光能（太阳能） 植物和某些藻类， 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合作 用将光能转变成生物能。 用将光能转变成生物能。 化学能：动物和大多数的微生物 ， 通过 生物氧化 化学能： 动物和大多数的微生物，通过生物氧化 作用将有机物质 主要是各种光合作用产物） 有机物质（ 作用将有机物质（主要是各种光合作用产物） 存储的化学能释放出来，并转变成生物能。 存储的化学能释放出来，并转变成生物能。
生物氧化的意义
生理意义：供给机体能量， 生理意义：供给机体能量，进行正常生理生化活 转化有害废物。 动，转化有害废物。 生 物 氧 化 的 一 般 过 程
糖原 葡萄糖 三酯酰甘油 脂酸+甘油 脂酸 甘油 蛋白质 氨基酸 不产生能量
乙酰CoA 乙酰 TAC
产生少量能量 产生大 量能量
CO2 2H
ADP+Pi 呼吸链
细胞色素类型 细胞色素可分为三类，主要差别在于铁卟啉辅基 细胞色素可分为三类，
的侧链以及铁卟啉与蛋白质部分的连接方式。 的侧链以及铁卟啉与蛋白质部分的连接方式。
线粒体呼吸链中主要含有细胞色素b, 线粒体呼吸链中主要含有细胞色素b, c ，c1，a， 其中b 存在于复合体Ⅲ a3等。其中b与c1存在于复合体Ⅲ，a与a3存在于复 合体Ⅳ 水溶性 游离存在。 合体Ⅳ，c水溶性，游离存在。 水溶性，
* 泛醌 和 Cyt c 不包含在上述四种复合体中。 不包含在上述四种复合体中。
4种蛋白质复合体中各种辅基的结构与功能 1、NAD+和NADP的结构与功能 NADP的结构与功能
来源】 两种均为尼克酰胺（Vitpp） 【来源】 两种均为尼克酰胺（Vitpp）在体内 的活性形式； NAD又称辅酶 又称辅酶Ⅰ CoⅠ 的活性形式；其中NAD又称辅酶Ⅰ（CoⅠ），
一、呼吸链
由递氢体或递电子体在线粒体内膜上按一定顺 序排列组成的连锁氧化还原反应体系称为电子传递 序排列组成的连锁氧化还原反应体系称为电子传递 chain） 链（electrontransfer chain）。它与细胞摄取氧的 呼吸过程相关，故又称呼吸链 呼吸链（ chain） 呼吸过程相关，故又称呼吸链（respiratory chain） ฀ 传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传递电子的酶或 传递氢的酶或辅酶称为递氢体， 辅酶称为电子传递体， 辅酶称为电子传递体，
复合体Ⅲ 复合体Ⅲ的电子传递通 循环” 过“Q循环”实现。 循环 实现。 复合体Ⅲ每传递 个电 复合体Ⅲ每传递2个电 子向内膜胞浆侧释放4 子向内膜胞浆侧释放 复合体Ⅲ 个H+，复合体Ⅲ也有 质子泵作用。 质子泵作用。 Cyt c是呼吸链唯一水 是 溶性球状蛋白， 溶性球状蛋白，不包含 在复合体中。 在复合体中。将获得的 电子传递到复合体Ⅳ 电子传递到复合体Ⅳ。
电子传递过程复合体 电子传递过程复合体Ⅰ (4H+) 、Ⅲ (4 H+)和Ⅳ (2H+) 复合体Ⅰ 有质子泵功能。 有质子泵功能。
胞 液 侧
基 质 侧
NADH+H NAD+ +
琥珀酸 延胡索酸
O2+2H+ H2O
复合体Ⅰ电子传递（了解）： 复合体Ⅰ电子传递（了解）： NADH→FMN→Fe-S→ CoQ→ Fe-S→ CoQ NADH→FMN→FeFe-
呼吸链的组分及其作用小结
（一）尼克酰胺核苷酸类 NAD+ 、NADP+ （二）黄素辅基 FMN 、FAD （三）铁硫蛋白 （四）泛醌（辅酶Q） 泛醌（辅酶Q （五）细胞色素 递氢体 接受1个氢原子和1 接受1个氢原子和1个电子 递氢体 传递2 传递2个氢原子 单电子传递体 递氢体 传递2 传递2个氢原子 单电子传递体 其中只有cyta 可将电子传递给O 其中只有cyta3可将电子传递给O2
O2
CO2和H2O
ADP+Pi ATP
能量
热能
生物氧化的特点
①在细胞内进行，是在体温、近中性pH和有水的温 在细胞内进行，是在体温、近中性pH和有水的温 和环境中，在一系列酶、 和环境中，在一系列酶、辅酶和传递体的作用下 逐步进行的。 逐步进行的。 ②产生的能量是逐步释放出来的。 产生的能量是逐步释放出来的。 ③二氧化碳的生成方式为有机酸脱羧，水的生成是 二氧化碳的生成方式为有机酸脱羧， 由底物脱氢，经一系列氢或电子传递反应， 由底物脱氢，经一系列氢或电子传递反应，最终 与氧结合生成水。 与氧结合生成水。 ④氧化速率受体内多种因素的影响和调节。 氧化速率受体内多种因素的影响和调节。
♦主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe-2S) (2Fe(4Fe形式存在。(2Fe-
含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通 含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。 过Fe3+ ↔ Fe2+ 变化起传递电子的作用，属于单电子 变化起传递电子的作用， 传递体。 传递体。 【作用】 将FMN或FAD中的电子传递给泛醌。 作用】 FMN或FAD中的电子传递给泛醌 中的电子传递给泛醌。
NADP又称辅酶 NADP又称辅酶Ⅱ（CoⅡ）。 又称辅酶Ⅱ CoⅡ
【结构】 结构】 如图
NAD+和NADP+的结构
R=H→ NAD+;
R=H2PO3→ NADP+
作用】多种脱氢酶的辅酶， 【作用】多种脱氢酶的辅酶，接受代谢物脱 下的2 传递给黄素蛋白。 下的2H，传递给黄素蛋白。
NAD+（NADP+）的递H功能 的递H
ATP H2O
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系 生成 的氧化磷酸化体系
The Oxidative Phosphorylation System with ATP Producing
底物水平磷酸化：在分解代谢过程中， 底物水平磷酸化：在分解代谢过程中，由 于底物脱氢或脱 于底物脱氢或脱H2O而引起代谢物分子内 脱氢或脱H 生物体内 ATP的生 ATP的生 成方式 部能量的重新分布而形成高能键， 部能量的重新分布而形成高能键，然后转 移给ADP使之磷酸化生成 ATP的过程 移给ADP使之磷酸化生成 ATP的过程。 的过程。 氧化磷酸化：在线粒体中，底物分子脱下的 氧化磷酸化：在线粒体中， 氢原子经呼吸链传递给氧， 氢原子经呼吸链传递给氧，在此过程中释放 呼吸链传递给氧 能量使ADP磷酸化生成 能量使ADP磷酸化生成ATP，这种能量的生 磷酸化生成ATP， 氧化磷酸化。 成方式就称为氧化磷酸化 成方式就称为氧化磷酸化。
FMN和FAD的结构 和 的结构
发挥功能部位是异咯嗪环 异咯嗪环， FMN和FAD发挥功能部位是异咯嗪环，氧化还原 反应时不稳定中间产物是FMN·。在可逆的氧化还原 FMN· 反应中显示3种分子状态，属于单 双电子传递体。 反应中显示3种分子状态，属于单、双电子传递体。
3、铁硫蛋白（iron-sulfur protein,Fe-S） 铁硫蛋白（ironprotein,Fe♦铁硫蛋白是一种与电子传递有关的蛋白质，常与 铁硫蛋白是一种与电子传递有关的蛋白质 电子传递有关的蛋白质，
即NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变 NADH（NADPH）
氧化还原反应时变化发生在五价氮 三价氮之间。 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。 五价氮和 之间
2、FMN与FAD的结构与功能 FMN与FAD的结构与功能
来源】 【来源】FMN和FAD均是核黄素（VitB2）在 和 均是核黄素（ 体内的活性形式， 体内的活性形式，也是多种脱氢酶 的辅基。 的辅基。 【作用】为黄素蛋白(flavoproteins，FP)的辅基， 作用】 ， 的辅基， 进行可逆的脱氢加氢反应。 进行可逆的脱氢加氢反应。将代谢物 脱下的H传入呼吸链。 脱下的H传入呼吸链。 【结构】 结构】
黄酶、细胞色素结合在一起，以复合物形式存在： 黄酶、细胞色素结合在一起，以复合物形式存在： FMN(Fe-S)，FAD(Fe-S)。 。 铁硫蛋白（iron铁硫蛋白（iron-sulfur proteins，Fe-S）又称铁硫中 proteins，Fe又称铁硫中 心，其特点是含铁原子和硫原子，铁是与无机硫原 特点是含铁原子和硫原子， 子或是与蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合。 子或是与蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合。
每传递2 每传递2个电子可 将4个H+从内膜基 质侧泵到胞浆侧， 质侧泵到胞浆侧， 复合体Ⅰ 复合体Ⅰ有质子 泵功能。 泵功能。
复合体Ⅱ是存在于线粒体内膜上的蛋白复合物, 复合体Ⅱ是存在于线粒体内膜上的蛋白复合物, 个不同的多肽亚基组成。 其活性部分含有 由 4 个不同的多肽亚基组成 。 其活性部分 含有 辅基FAD Cytb 和铁硫蛋白。 FAD、 辅基FAD、Cyt 560和为 cyt. ） 是 含铁的电子传递体 ， 辅基为铁 简写为cyt cyt. 含铁的电子传递体， 卟啉的衍生物， 铁原子处于卟啉环的中心， 卟啉的衍生物 ， 铁原子处于卟啉环的中心 ， 构
成血红素。各种细胞色素都以血红素作为辅基。 成血红素。各种细胞色素都以血红素作为辅基。
4、泛醌（CoQ） 泛醌（CoQ）
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）是游离存在于线粒体 Q） 泛醌（辅酶Q, 内膜中的脂溶性有机化合物， 内膜中的脂溶性有机化合物，由多个异戊二烯连 中的脂溶性有机化合物 接形成较长的疏水侧链（ CoQ10）， ），氧化还原 接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原 反应时可在醌型与氢醌型之间相互转变。 反应时可在醌型与氢醌型之间相互转变。
复合体Ⅱ 复合体Ⅱ没有 H+泵的功能
琥珀酸→ 琥珀酸 FAD;Fe-S1; b560; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
泛醌从复合 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 到复合体Ⅲ。