8.生物氧化
医学生物化学(第八章)生物氧化
* 铁硫蛋白为单电子传递体 ( Fe2+-e Fe3+)
+e
20
3. 泛醌（ubiquinone , Q） 又称辅酶Q （Coenzyme Q , CoQ）
21
**泛醌的特点 1）是双电子传递体 2）不与蛋白结合的游离存在的电子载体 3）是复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之间的连接者，
是多种底物的电子进入呼吸链的中心点
53
四、 ATP与能量的释放、储存和利用
H2O+CO2 ATP
有机物氧化 产能
生物大分子 主动
合成
运输
肌肉 收缩
遗传信 息传递
O2 ADP+Pi
54
一、 ATP分子中的高能磷酸基的来源 （一） 氧化磷酸化： 主要来源 （二） 底物水平磷酸化 概念： 在反应过程中,由于分子内部能 量重新分配，形成高能磷酸化合物，进一 步将高能磷酸基转移给ADP，形成ATP
67
AH2
2H+
2Cu2+
O2-
H2O
A 2Cu+
1/2O2
属氧化酶主要有：细胞色素氧化酶、 酚氧化酶、 抗坏血酸氧化酶等
68
（二）需氧脱氢酶 （aerobic dehydrogenase）
特点： 使作用物氢活化， 受氢体：除氧以外还有其他试剂 产物之一是H2O2
69
AH
FMN(FAD)
H2O2
氧化磷酸化
4
糖
脂肪
葡萄糖 脂肪酸 ＋ 甘油
乙 酰CoA
蛋白质
氨基酸
TCA cycle
CO2
H＋＋e （进 入 呼 吸 链 ）
生成H2O 及释 放 出 能 量
5
第八章 生物氧化 课外练习题
第八章生物氧化课外练习题一、名词解释1、生物氧化：指发生在线粒体内的一系列传递氢和电子的氧化还原反应，有机物质被氧化，生成二氧化碳和水，并逐步放出能量的过程。
2、呼吸链：呼吸代谢中间产物的电子和质子，沿着一系列有顺序的排列在线粒体内膜上的电子传递体组成的电子传递途径，传递到分子氧的总过程。
3、氧化磷酸化：代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释放的能量使ADP磷酸化生成ATP，由于是代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联发生，因此称为氧化磷酸化。
二、符号辨识1、Fe-S：铁硫蛋白；2、CoQ：辅酶Q；3、Cyt：细胞色素体系三、填空1、生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为（呼吸）作用。
有两种类型的氧化体系，即（线粒体）氧化体系和（非线粒体）氧化体系。
2、生物氧化的方式有（脱氢）氧化、（加氧）氧化和（脱羧）氧化三种。
3、呼吸链的组成成分包括脱氢酶的辅酶（NAD+）和（NADP+）、黄素蛋白的辅基（FMN）和（FAD）以及（Fe-S）蛋白、（泛醌）和（细胞色素）体系。
4、呼吸链的氢传递体既传递质子也传递电子，其类型有（NAD+）、（NADP+）、（FMN）、（FAD）和（UQ）。
5、呼吸链的电子传递体只传递电子，包括（细胞色素）体系、某些（黄素）蛋白和（铁硫）蛋白。
6、泛醌又称为（辅酶Q），广泛存在于动物和细菌的线粒体中。
它是电子传递链中唯一的（非蛋白）电子载体，是一种（脂）溶性醌类化合物。
7、主要的两条呼吸链途径为（NADH）氧化呼吸链和（FADH2）氧化呼吸链，与氧化磷酸化偶联可分别产生（3）分子和（2）分子ATP。
8、ATP酶，由两个主要单元构成，（F0）起质子通道作用，（F1）起催化合成ATP的作用。
9、氧化磷酸化的机制可用Mitchell的（化学渗透）假说予以解释。
10、氧化磷酸化的抑制包括（电子传递）抑制、（解偶联剂）抑制、（ATP酶）的失活以及（离子载体）的影响。
11、细胞的（微粒）体和（过氧化物酶）体中也发现有氧分子直接参与的生物氧化体系。
第8章：生物氧化
HSCoA
H2C COOH H2C COOH
琥珀酸
GTP
O C SCoA
琥珀酰CoA
ATP ADP
琥珀酰CoA合成酶
2. 氧化磷酸化
在线粒体中，代谢物脱下的2H经呼吸链氧为 水时所释放的能量使ADP磷酸化生成ATP的 过程。它是体内生成ATP的主要的方式。
呼 吸 链
1 O2 H2O
实质：每消耗1mol氧原子所产生的ATP的mol数。
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底 物 β-羟丁酸 琥珀酸 抗坏血酸 呼吸链的组成 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅳ→O2 0.88 0.61-0.68 1 1 细胞色素c (Fe2+) 1.7 2 P/O比值 2.4～2.8 可能生成的 ATP数 3
1. 温度： 体温，~37度
高温
2. 反应温和：酶促,逐步氧化,逐步放能,可调节
反应剧烈：短时间内以光、热能形式放能
不能储存，0% 碳和氢直接与氧结合生成。
3. 效率：以高能键储存，40~55%
4. CO2来源：有机羧酸脱羧而来
二、生物氧化的酶类 氧化酶类 需氧脱氢酶 不需氧脱氢酶
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
B: FAD和 FMN
FAD（或FMN）+ 2H FADH2（或 FMNH2）
C: 辅酶Q ( CoQ) 泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊烯连接形 成较长的疏水侧链（人CoQ10），脂溶性, 在膜中 可流动。 不固定于复合体，呈游离状态。氧化还 原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。
生物化学 第8章 生物氧化
天冬 氨酸
①苹果酸脱氢酶
②天冬氨酸氨基转移酶
存在部位：肝脏、心肌组织
两种穿梭系统的比较
α-磷酸甘油穿梭 穿梭 物质 进入线粒 体后转变 成的物质 进入 呼吸链 α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 苹果酸-天冬氨酸穿梭 苹果酸、 谷氨酸 天冬aa、α-酮戊二酸
FADH2
琥珀酸 氧化呼吸链
NADH+ H+
NADH 氧化呼吸链
琥珀酸由琥珀酸脱氢酶催化脱下的2H经复合 体Ⅱ（FAD，Fe—S）使COQ形成COQH2， 再往下传递与NADH氧化呼吸链相同。（见 上图）
NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼 吸链总图
FADH2
NADH
FMN
CoQ
Cyt-b c1
c
aa3
O2 H2O
3、分别进入两条呼吸链的底物
苹果酸 异柠檬酸 β -羟丁酸 谷氨酸 NAD+ FMN 琥珀酸 FAD（Fe-S） CoQ b c1 c aa3 O2
10
血红素b、c1 Fe-S 血红素c 血红素a 血红素a3 Cu2+ O2
Q
Cytc
13
1
Cytc Cyta
Ⅳ
细胞色素C氧化酶
13
(一)尼克酰胺核苷酸类(NAD+)
NAD+ 和NADP+的结构
NAD+：R=H NADP+：R=PO32-
尼克酰胺核苷酸的作用原理
H
H H CONH 2
C CONH2 N R
AH2 2H(2H++2e)
吸 链
1 2 O2
H2O
氧化
A
ADP+Pi
能量 ATP 磷酸化
第八章生物氧化
27
2.黄素蛋白（flavin protein，FP）
黄素蛋白的辅基有两种：FMN和FAD， 其分 子中的异咯嗪环可以进行可逆的加氢和脱氢反应， 故黄素蛋白在呼吸链中属于递氢体，在加氢反应 时接收2个氢原子。
28
H3C H3C
N
CH 2 O H C OH H C OH H C OH
O PO O-
36
37
细胞色素c （Cytochrome C）
➢13kD球形蛋白 ➢唯一能溶于水的细胞色素 ➢流动电子载体，可在线粒 体内膜外侧移动
38
呼吸链中常见的几种蛋白质或酶
名称
特点
主要功能
黄素蛋白
以FAD或FMN为辅基 传递H和电子
铁硫蛋白
辅基为铁硫中心（Fe-S） 传递单个电子
泛醌（CoQ）
脂溶性，能在内膜中自 由扩散
ATP、热能
10ion and storage of ATP
ATP在能量代谢中的核心作用 ATP的生成
底物水平磷酸化 氧化磷酸化 ATP的储存和利用
11
一、 ATP在能量代谢中的核心作用
生物体能量代谢的特点：
1. 生物体不能承受能量大量增加、能量大量 释放的化学过程，所以代谢反应都是依序 进行，能量逐步得失的反应
⊿G′
(kcal/mol) (－14.8) (－12.3) (－11.8) (－10.3) (－7.3) (－7.5) (－6.6) (－6.6) (－5.0)
14
二、 ATP的生成 （一）底物水平磷酸化 定义：代谢物在氧化分解过程中，因脱氢或
脱水而引起分子内能量重新分布，产 生高能键，然后将高能键转移给ADP （或GDP）生成ATP（或GTP）的过 程，称为底物水平磷酸化(substrate phosphorylation)。
第八章 生物氧化
第八章生物氧化一、内容提要生物氧化是指糖、脂肪、蛋白质等供能物质在生物细胞中彻底氧化分解为CO2和H2O 并逐步释放能量的过程。
CO2的生成方式为有机酸脱羧。
脱羧反应根据其发生在α碳原子及β碳原子，分为α脱羧和β脱羧。
有的脱羧反应涉及氧化，因此脱羧反应又可分为不伴氧化的单纯脱羧和伴氧化的氧化脱羧。
线粒体内膜存在多种具有氧化还原功能的酶和辅酶，排列组成呼吸链。
细胞的线粒体中，代谢物脱下的2H以质子和电子形式通过呼吸链逐步传递给O2生成H2O。
从细胞内膜分离得到四种功能的呼吸链复合体：NADH-泛醌还原酶（复合体Ⅰ）、琥珀酸-泛醌还原酶（复合体Ⅱ）、泛醌-细胞色素C还原酶（复合体Ⅲ）和细胞色素C氧化酶（复合体Ⅳ）。
CoQ、Cytc不包含在这些复合体中。
体内存在两条呼吸链，即NADH氧化呼吸链及琥珀酸氧化呼吸链。
ATP的生成方式有两种：底物水平磷酸化和氧化磷酸化，以氧化磷酸化为主。
氧化磷酸化是呼吸链电子传递过程中产生的能量，使ADP磷酸化生产ATP的过程。
实验结果表明，每2H经NADH氧化呼吸链传递可产生约2．5个ATP，经琥珀酸氧化呼吸链传递可产生约1．5个ATP。
氧化磷酸化受到甲状腺素和ADP/ATP比值的调节，同时易受呼吸链抑制剂、解偶联剂和ATP合酶抑制剂等抑制。
底物水平磷酸化是代谢物分子中能量直接转移给ADP生成ATP的过程。
除ATP外还存在其它高能化合物，但生物体内能量的生成、转化、储存和利用都是以ATP为中心。
在肌肉和脑组织中，磷酸肌酸可作为ATP的能量储存形式。
胞质中物质代谢生成的NADH不能直接进入线粒体，必须通过α-磷酸甘油和苹果酸-天冬氨酸两种穿梭机制进入线粒体进行氧化。
生物氧化过程中有时会生成反应活性氧类，他们具有强氧化性，对细胞有损伤作用。
微粒体中的氧化酶类可以将某些底物分子羟基化，增强其极性，便于从体内排出；过氧化物酶体中的氧化酶类和超氧化物歧化酶对反应活性氧类具有一定的清除作用。
生物氧化试题及答案
生物氧化试题及答案细胞的线粒体和微粒体中，它是将氧化物质转化为水和ATP的主要过程。
在呼吸链中，氢和电子的传递有严格的方向和顺序。
NADH脱氢酶是一种黄素蛋白酶，可催化琥珀酸脱氢。
电子传递链各组分组成四个复合体，而NAD的作用是递电子和递氢。
电子传递链中，NADPH中的氢一般不直接进入呼吸链氧化，而在某些情况下电子传递不一定与磷酸化偶联。
电子传递链各组分组成四个复合体，其中1分子铁硫中心(Fe2S2)每次传递2个电子。
细胞色素体系中，能与CO和氰化物结合使电子不能传递给氧而使呼吸链中断的是细胞色素a3.NADH脱氢酶可以以NAD、FMN、CoQ或FAD为受氢体。
在生物氧化中，不起递氢作用的是泛醌。
β-羟丁酸彻底氧化为CO2、H2O和能量，其P/O比值约为3.在呼吸链中，各种细胞色素的吸收光谱不同，存在于线粒体和微粒体中。
泛醌能将2H游离于介质而将电子传递给细胞色素，而复合体I和II中含有以FMN为辅基的黄素蛋白。
总的来说，呼吸链是生物氧化的主要过程，其中氢和电子的传递有严格的方向和顺序，而NADH脱氢酶、细胞色素和泛醌等组分都扮演着重要的角色。
13.细胞色素氧化酶中除了含铁卟啉辅基外，还含有参与传递电子的（）离子。
答案：D。
铜离子参与传递电子。
14.生物体内ATP的生成方式有多少种？答案：C。
有三种方式：磷酸化氧化、发酵和光合作用。
15.铁硫蛋白中的铁能可逆地进行氧化还原反应，每次可传递多少个电子？答案：B。
铁硫蛋白中的铁每次可传递两个电子。
16.下列不是琥珀酸氧化呼吸链成分的是（）。
答案：D。
FA是琥珀酸氧化呼吸链成分之一。
17.1分子NADH＋H经NADH氧化呼吸链传递，最后交给1/2Ｏ2生成水，在此过程中生成多少分子ATP？答案：___经NADH氧化呼吸链传递，最后交给1/2Ｏ2生成水，此过程中生成3分子ATP。
18.关于苹果酸-天冬氨酸穿梭系统的叙述错误的是（）。
答案：B。
线粒体内的___先生成苹果酸再穿过线粒体膜进入胞质是正确的叙述。
Q第八章生物氧化
FAD
CoQ
ADP+Pi Cyt b ATP c1 c
ADP+Pi aa3 ATP O2
ATP
氧化磷酸化偶联部位
三、氧化磷酸化偶联机制---化学渗透假说
在氧化磷酸化中，电子从一个载体到另一个载 体的传递过程中究竟怎样促使ADP磷酸化成 ATP的？ 目前最为流行的是化学渗透假说（Peter Mitchell于1961年提出 ）：
例： CH3CH2OH
乙醇脱氢酶
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+ 2H+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
H 2O
一、 呼吸链（respiratory chain) 概念：
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 一系列的酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电 子传递链(electron transfer chain)。 组成：脱氢酶、传递体和氧化酶 各组分按一定顺序排列在线粒体内膜
～P 甘油酸 ～P ATP
～P
磷酸肌酸 （磷酸基团储备物）
～P ～P
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油醛
0
二、ATP的生成方式（重点） • 生物氧化不仅仅是消耗O2生成CO2和H2O，更重 要的是在这个过程中有能量的释放。 • 释放出的能量在细胞内以ATP的形式贮存，以 供细胞代谢活动。
底物水平磷酸化 呼吸链磷酸化(最主要)
1、α—磷酸甘油穿梭（1NADH ：1.5ATP）
•主要存在于脑、骨骼肌
2、苹果酸穿梭（1NADH：2.5ATP）
主要存在于肝、心肌组织中。
生物氧化讲义(8)讲解
第八章生物氧化（6学时）第一节概述生物氧化的一般过程在葡萄糖的分解代谢中,1分子葡萄糖共生成10个NADH和2个FADH2.总的△Gˊ0=-2564.8KJ/mol在燃烧时,1分子葡萄糖可释放出的热 2870.23KJ/mol，因此可推算葡萄糖分子所释放自由能的90%贮存在还原型辅酶中.还原辅酶的再氧化在电子传递过程中,还原辅酶借助O2得以氧化的过程可用下式表示:NADH+H++1/2O2 →NAD++H2O △Gˊ0=-220.07KJ/mol →ATPFADH2 +1/2O2→ FAD+ H2O △Gˊ0=-181.58KJ/mol →ATP产能物质在不同的分解代谢过程中,都伴有代谢物的脱H和辅酶NAD+或FAD的还原.这些携带着H+和e 的还原型辅酶NADH和FADH2,最终将H+和e传递给氧时,都经历相同的一系列电子载体传递过程.第二节线粒体氧化体系（呼吸链）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、线粒体氧化体系（呼吸链）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。
（一）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。
依具体功能又可分为递氢体和递电子体。
1．递氢体在呼吸链中即可接受氢又可把所接受的氢传递给另一种物质的成分叫递氢体，包括：（1）NAD+NAD+是不需氧脱氢酶的辅酶。
它们分别可与不同的酶蛋白组成多种功能各异的不需氧脱氢酶。
辅酶分子能可逆地加氢和脱氢。
NAD++2H++2e-→NADH+H+（2）FAD和FMNFAD和FMN是黄素蛋白（又称黄素酶）类的辅基。
第八章生物氧化
2.细胞色素 Cyt 细胞色素(Cyt 细胞色素 Cyt) 细胞色素是属于色蛋白类的结合蛋白， 细胞色素是属于色蛋白类的结合蛋白，其辅基是 含铁卟啉的衍生物(血红素A,血红素B,血红素 血红素A,血红素B,血红素C) 含铁卟啉的衍生物 血红素A,血红素B,血红素C) 细胞色素共有五种，分别为Cyt 细胞色素共有五种，分别为Cyt a, Cyt b, c， Cyt c1, Cyt c， Cyt a3. 细胞色素在呼吸链中是通过铁卟啉中的铁原子氧 化还原作用而往复传递电子， 化还原作用而往复传递电子，细胞色素是单电子 传递体方程式如下 方程式如下： 传递体方程式如下： ( b, c1, c) 2Cyt·Fe 2Cyt Fe3+ + 2e2Cyt·Fe 2Cyt Fe2+
一. 生物氧化的涵义 由前述分解代谢的总方程式： 由前述分解代谢的总方程式：
有机物 + O2 能量（ ATP） CO2 + H2O + 能量（ ATP）
则有机物的分解是一种有氧参与的氧化反应， 则有机物的分解是一种有氧参与的氧化反应， 且反应发生在生物体内， 且反应发生在生物体内，故称为生物氧化 定义 有机物质在生物体细胞内的 氧化分解作用称为生物氧化 由于此过程消耗氧生成CO2 ，且在细 由于此过程消耗氧生成CO 胞中进行， 胞中进行，因此又称为细胞呼吸
（二）反应历程复杂 例 葡萄糖的氧化反应方程式： 葡萄糖的氧化反应方程式： C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O
在体内和体外都是一样的， 在体内和体外都是一样的，但各自的反 应历程不同,体外氧化是一次反应完全的 应历程不同 体外氧化是一次反应完全的 而生物氧化是在活细胞的水溶液中进 生物氧化是在活细胞的水溶液中进 行的，途径迂回曲折，有条不紊， 行的，途径迂回曲折，有条不紊，反 应历程复杂， 应历程复杂，都是酶促反应
第八章BIOLOGICALOXIDATION
目录
1. α-磷酸甘油穿梭机制
目录
CH2OH
NADH+H+
提高ATP生成的效率。
中。
物质的氧化方式是脱氢反应，脱下的 产生的CO2、H2O由物质中的 氢在酶、辅酶和电子传递系统参与下经 碳和氢直接与氧结合生成。
一系列传递与水结合生成H2O；二氧化 碳（CO2 ）是由于糖、脂类和蛋白质转
变成含羧基的化合物（有机酸）直接 脱羧或氧化脱羧产生。
◆场所：真核细胞在线粒体内膜，原核细胞在质膜上进行。
目录
* 生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
是在细胞内温和的有水环境中（体温， 在高温、高压、干燥条件下进
pH接近中性），经一系列酶促反应逐步 行，是剧烈的自由基反应，
缓慢进行，能量逐步释放，以ATP形 能量突发式释放。产生的能量
式储存和转运，有利于机体捕获能量， 以光与热的形式散发在环境
高能化合物的共同特点是含有容 易断裂的“活泼键”，水解时释放能 量，常用符号表示。
电子和氢离子一起被接受，还原型CoⅠ将氢移 到NADH（黄素）脱氢酶上。
目录
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+
目录
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
目录
②黄素蛋白
含FMN或FAD的蛋白质，每个FMN或FAD可 接受2个电子2个质子。呼吸链上具有FMN为辅基 的NADH脱氢酶，以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。
生物氧化
目录
复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶）
琥珀酸
FAD
Fe-S
CoQ
复合体Ⅲ
又称为CoQ-Cyt c还原酶，含有Cyt b、 Cyt C1和Fe-S蛋白
目录
复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素c还原酶）
复合体Ⅳ 又称为细胞色素c氧化酶，含有Cyt aa3
CoQ和细胞色素c是可移动的电子传递体。
目录
复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）:含有Cyt aa3
目录
4．磷酸胍键：
磷酸肌酸 水解后可释放出43.9kJ/mol的自由能。 磷酸肌酸（C～P）是肌肉和脑组织中能量的 贮存形式。 O
NH C N CH3
P O NH O
CPK
C～P + ADP
C + ATP
CH2COOH
目录
（二）其它高能化合物：
乙酰～CoA
还原型的NAD 还原型的NADP
FADH2
e of the mitochondria 线粒体的结构)
（外膜）
（内膜） （膜间隙）
（基质） （嵴）
目录
一、呼吸链（respiratory chain）
在线粒体内膜上，由代谢物脱下的氢原子通过一系 列酶和辅酶的传递，最终与氧结合生成水，这一与
细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链，由
若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的，都
目录
（三）呼吸链电子传递过程和水的生成
NADH 琥珀酸
NADH-CoQ 还原酶(FMN) CoQ 琥珀酸-CoQ 还原酶(FAD)
CoQ-细胞色素c 还原酶
Cytc
1. NADH 氧化呼吸链 2. 琥珀酸氧化呼吸链
细胞色素c 氧化酶
生物氧化
生物氧化（一）名词解释1．生物氧化：生物体内有机物质氧化而产生大量能量的过程称为生物氧化。
生物氧化在细胞内进行，氧化过程消耗氧放出二氧化碳和水，所以有时也称之为“细胞呼吸”或“细胞氧化”。
生物氧化包括：有机碳氧化变成CO2；底物氧化脱氢、氢及电子通过呼吸链传递、分子氧与传递的氢结成水；在有机物被氧化成CO2和H2O的同时，释放的能量使ADP转变成ATP。
2．呼吸链：有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子，经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终与氧结合生成水，这样的电子或氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。
电子在逐步的传递过程中释放出能量被用于合成ATP，以作为生物体的能量来源。
3．氧化磷酸化：在底物脱氢被氧化时，电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP磷酸化生成ATP 的作用，称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解合成ATP的主要方式。
4．磷氧比：电子经过呼吸链的传递作用最终与氧结合生成水，在此过程中所释放的能量用于ADP磷酸化生成ATP。
经此过程消耗一个原子的氧所要消耗的无机磷酸的分子数（也是生成ATP的分子数）称为磷氧比值（P／O）。
如NADH的磷氧比值是3，FADH2的磷氧比值是2。
5．底物水平磷酸化：在底物被氧化的过程中，底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键（或高能硫酯键），由此高能键提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。
此过程与呼吸链的作用无关，以底物水平磷酸化方式只产生少量ATP。
如在糖酵解（EMP）的过程中，3-磷酸甘油醛脱氢后产生的1,3-二磷酸甘油酸，在磷酸甘油激酶催化下形成ATP的反应，以及在2-磷酸甘油酸脱水后产生的磷酸烯醇式丙酮酸，在丙酮酸激酶催化形成ATP的反应均属底物水平的磷酸化反应。
另外，在三羧酸环（TCA）中，也有一步反应属底物水平磷酸化反应，如α-酮戊二酸经氧化脱羧后生成高能化合物琥珀酰～CoA，其高能硫酯键在琥珀酰CoA合成酶的催化下转移给GDP生成GTP。
交大生化笔记8
第八章生物氧化物质在生物体内进行氧化称为生物氧化(biological oxidation),主要是糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成二氧化碳和水的过程。
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。
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。
物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。
但生物氧化是在细胞内温和的环境中（体温，pH接近中性），在一系列酶的催化下逐步进行的，因此物质中的能量得以逐步释放，有利于机体捕获能量提高ATP生成的效率。
生物氧化过程中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；生物氧化中生成的水是由脱下的氢与氧结合产生的，CO2由有机酸脱羧产生。
体外氧化（燃烧）产生的CO2，H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成，能量是突然释放的。
第一节生成ATP的氧化体系一、呼吸链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。
由于此过程与细胞呼吸有关，所以将此传递链称为呼吸链（respiratory chain）。
它们按一定顺序排列在线粒体内膜上。
其中传递氢的酶或辅酶称之为递氢体，传递电子的酶或辅酶称之为电子传递体。
不论递氢体还是电子传递体都起传递电子的作用（2H2H++2e），所以呼吸链又称电子传递链(electron transfer chain)。
（一）呼吸链的组成用胆酸，脱氧胆酸等反复处理线粒体内膜，可将呼吸链分离得到4种仍具有传递电子功能的酶复合体（complex）（表8-1），其中复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ完全镶嵌在线粒体内膜中，复合体Ⅱ镶嵌在内膜的内侧（图8-1）。
下面以复合体为基础叙述呼吸链电子传递的过程（图8-2）。
1．复合体Ⅰ— NADH-泛醌还原酶大部分代谢物脱下的2H由氧化型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+）接受形成还原型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸。
第八章生物氧化
第八章生物氧化、名词解释1、生物氧化2、呼吸链3、氧化磷酸化4、磷氧比P/O5、底物水平磷酸化6、化学渗透学说二、填空题1、生物氧化是 ___________________ 在细胞中彻底氧化分解生成 ____________ ，同时产生_________ 的过程。
2、生物体内ATP生成的方式包括__________ 和_____________ 两种，其中以____________ 为主。
3、生物氧化中产生的CO2的生成不是碳与氧的直接结合，而是由有机物氧化成___________________ ，经脱羧而产生的。
生物体中的脱羧方式有两种：和________________ 。
4、真核细胞生物氧化的主要场所是，呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于______________ 。
原核生物的呼吸链位于____________________ 。
5、典型的呼吸链包括_________________ 和_________________ 两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的_______________ 不同而区别的。
6、反应的自由能变化用 _______ 表示，标准自由能变化用 ___________ 表示，生物化学中pH 7.0时的标准自由能变化则表示为____________ 。
7、NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是 ____________ 、 _________ 和_____________ 。
8、在呼吸链中，氢或电子从 __ 氧化还原电位的载体依次向______ 化还原电位的载体传递。
9、以NADH为辅酶的脱H酶类主要参与____________ 的作用，即参与从到____________ 电子传递；以NADPH为辅酶的脱H酶类，主要是将分解代谢中间产物上的转移到反应中需要电子的中间产物上。
10、P/O值是指___________________________________ 。
NADH 的P/O 值是 ____________ ，FADH 2 的P/O 值是_____________ 。
生物化学第八章 生物氧化
1 O2 2
H2O
实测得FADH2呼吸链： P/O~ 2
FADH2
线粒体是真核细胞的一种细胞器，是生物氧化和能 量转换的主要场所。是组织细胞的“发电厂”。 线粒体内，外膜的化学组成有显著的区别; 外膜：磷脂，胆固醇含量高，蛋白质含量低 内外膜间隙：腺苷酸激酶，核苷酸激酶等 内膜：有些脱氢酶，氧化呼吸链有关的酶， ATP 合成酶 基质： 催化糖有氧分解，脂肪酸氧化，氨基酸分 解和蛋白质生物合成的酶
3
二、生物氧化的一般过程
主要解决三个问题：
1．代谢物中C如何在酶催化下生成CO2；
2．细胞如何利用O2将代谢物中的H氧化成H2O；
3．氧化产生的自由能怎样被收集、转换和储存。
4
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
乙酰CoA
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰 CoA等）
31
2. 高能化合物
生化反应中，在水解时或基团转移反应中可释
放出大量自由能（ >20 千焦 / 摩尔）的化合物称为 高能化合物。
32
高 能 化 合 物 类 型
33
3. ATP的特点
在 pH=7 环 境 中 ， ATP 分子中的三个磷 酸基团完全解离成带 4个负电荷的离子形 式 （ ATP4-）， 具 有 较大势能，加之水解 产物稳定，因而水解 自由能很大（ ΔG°′= -30.5千焦/摩尔）。
34
4.ATP的特殊作用
在机体的能量代谢中， ATP 就好像能量通币， 高能化合物虽有多种，只有 ATP 可为一切生 理机能与生物合成反应提供能量； ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
生物氧化试题
生物氧化一、名词解释1．生物氧化2．底物水平磷酸化3．氧化磷酸化4．P/O比值5．呼吸链1．物质在生物体内消耗O2，生成CO2和H2O，并逐步释放出能量的过程称为生物氧化。
2．直接将底物分子中的高能键转变为A TP分子中的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化。
3．在线粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP 磷酸化生成A TP，这种能量的生成方式就称为氧化磷酸化。
4．每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数称为P/O比值。
5．在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的，与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链二、填空题1.生物氧化是氧化还原过程，在此过程中有（）（）和（）三种成份参与。
2.生物体内高能化合物有（）（）（）（）（）（）等类。
3.NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是（）（）（）。
4.穿梭作用主要有（）与（），二者进入呼吸链氧化，其P/O比分别是（）和（）。
5.植物细胞的生物氧化途径除（）和（）途径外，还有（）（）（）（）几种非线粒体氧化体系。
6.真核细胞生物氧化的主要场所是（），呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于（）。
7.苹果酸穿梭存在于（心肌）和（肝脏）组织，磷酸甘油穿梭存在于（肌肉）和（神经）组织。
8.ATP/ADP比值降低对糖代谢和生物氧化的影响有（）（）（）。
9.电子传递链在原核细胞中存在于（）上，在真核细胞中存在于（）上。
10.动物体中形成ADP的方式有（）和（），但在绿色植物中还有（光合磷酸化作用）。
11.化学渗透学说认为：呼吸链组分定位于内膜上，其递氢体有泵作用，因而造成内膜两侧的差，同时被膜上合成酶所利用，促使ADP + Pi → ATP。
1.酶、辅酶、电子传递体2.焦磷酸化合物、酰基磷酸化和物、烯醇磷酸化和物、胍基磷酸化和物、硫酯化合物、甲硫化合物3.复合物Ⅰ复合物Ⅲ复合物Ⅳ4.磷酸甘油穿梭、苹果酸穿梭、1.5、2.5（琥珀酸脱氢酶）、抗氰氧化酶、多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、乙醇酸5.NADH、FADH2氧化酶6.线粒体、线粒体内膜7.心肌、肝脏；肌肉、神经8.糖酵解、有氧氧化过程增强；糖原分解增强；氧化磷酸化过程增强9.质膜、线粒体内膜10.氧化磷酸化、底物水平磷酸化、光合磷酸化作用11. 线粒体，质子，质子浓度，ATP。
第8章生物氧化
2、解偶联剂
使氧化作用与磷酸化作用脱去偶联的作用物质称为解偶联剂。 如2.4-二硝基酚、双香豆素等。
3、抑制剂
能抑制呼吸链电子传递的物质称为呼吸链的抑制剂。如CO、 CN－等。
阿的平
CO,CN-,N3-
CoQH2
Fe -S b Fe -S 3+ - C yt-Fe 2e
Cu
2e
1 －O2 2
c1
2+ C yt-Fe
2e -
c
3+ C yt-Fe
a
2+ C yt-Fe
2e -
a3 C yt-Fe2+ Cu3+ O2- H2O
2H+ 复 物III 合 （ 醌 细 色素 泛 － 胞 c还 酶） 原 复 物IV 合 （ 胞 细 色素 c氧 酶） 化 －
CoQ
2+ 2C yt-Fe
2e
1 －O2 2
S
NADH + H 2H
复 物I 合 （ NADH-泛 还原 ） 醌 酶
FMN Fe S
CoQH 2
2e
-
3+ 2C yt-Fe 2H+
O2-
H2O
CoQ
2+ C yt-Fe
2e
-
3+ C yt-Fe
2+ 2 e C yt-Fe
-
3+ C yt-Fe
2+ + C yt-Fe
第三节 生物氧化中能量转移与利用
一. 高能化合物
某一化合物水解时放出的能量大于或等于ATP水解成 ADP时放出的能量,该化合物称为高能化合物。
ATP
+ H 2O
生物化学 生物氧化
氧化酶
举例：
细胞色素氧化酶 (Cytc氧化酶)
7
Cyt c氧化酶
FMN 560
图8-2
电子传递链
苹果酸
Cyt c氧化酶
8
(二) 不需氧脱氢酶 (anaerobic
dehydrogenase)
不是以氧, 而是以辅酶作为直接受氢/电子体
举例： * 苹果酸脱氢酶, G6PDH (需NAD+/NADP+的脱氢酶类）
* 琥珀酸脱氢酶, NADH脱氢酶
（需FAD/FMN的脱氢酶类）
* 细胞色素体系
(Cytb，Cytc)
9
(辅酶)
(辅酶)
SH2
受氢体1
不需氧 脱氢酶
受氢体2H2
1/2O2
S
受氢体1H2
(辅酶)
受氢体2
(辅酶)
H 2O
辅酶的作用：
* 作为呼吸链中的受氢(电子)体,将电子传递给O2 * 受氢(电子)体：既是受氢(电子)体又是供氢(电子)体
26
⑵ 复合体Ⅱ:
琥珀酸-CoQ还原酶
作用：将琥珀酸中的2H传递给CoQ
组成：黄素蛋白复合物(包括黄素蛋白,Fe-S,Cyt等) ● 黄素蛋白(复合物II中): 琥珀酸脱氢酶 (FAD) 递氢方式: 递H+(×2)、 递电子(×2)
● 铁硫蛋白 (iron-sulfur protein)
27
● 细胞色素b560 (cytochromosb560,cytb560) 一种色素蛋白(以铁卜啉为辅基)
(复合体III中)
CO、CN¯ 、N3¯ 2S ： 、H
抑制细胞色素C氧化酶
(复合体IV中)
62
562
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
体内其他核苷三磷酸形式：
例如，UTP用于多糖合成
CTP用于磷脂合成
GTP用于蛋白质合成等。 但物质氧化时释放的能量大都是必须先合成ATP
6. 辅酶A（CoA，CoA-SH）
• 乙酰基基团的高能性
（三）电子传递链中传递体的排列顺序
1、NADH电子传递链 2、FADH2电子传递链
1. NADH电子传递链中的3个步骤
步骤一 • 复合物Ⅰ：NADH脱氢酶，催化两个电 子转移给辅酶Q。
步骤二 • 复合物Ⅲ：泛醌-细胞色素c氧化还原酶
Q→b→c1
• 腺苷酸位移酶中的 ADP/ATP交换体 • Pi转运体
五、高能化合物ATP
高能化合物：在生化反应中，某些化合物含 自由能特多，能随水解反应或基团转移反应放出 大量的自由能。
高能磷酸化合物：常用～P或～ P 来表示，
是最多最常见的高能化合物。
ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂，能量的释
放、贮存和利用都是以ATP为中心的。利用ATP水解 释放的自由能可以驱动各种需能的生命活动。
子氧化分解，最终生成CO2和H2O，并释
放出能量的作用 。
（二）生物氧化的特点
① 氧化条件温和
② 能量逐步缓慢释放
③ 生物氧化的能量利用效率高
④ 生物氧化中释放的化学能通常被偶联的磷酸化反
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）生物氧化中的电子传递连
(四）生物氧化的部位
（4）氧化磷酸化抑制
寡霉素
通过与ATP酶复合体柄部结合，阻止膜外质
子返回线粒体基质，即阻止了放能过程，使ATP
不能合成。这类抑制剂同时也抑制了线粒体对氧 的消耗。
4、线粒体外NAD(P)H的氧化磷酸化
（1）α-磷酸甘油穿梭
这一穿梭发现于动物神经组织和骨骼肌 的细胞中。 线粒体外的NADH的一对电子通过该穿梭
（二）电子传递链的主要组成类型
烟酰胺脱氢酶类
黄素脱氢酶类
铁硫蛋白类
细胞色素类
辅酶Q类
1、烟酰胺脱氢酶类
以NAD+和NADP+为辅酶
2、黄素脱氢酶类
以黄素单核苷酸FMN或黄素腺嘌呤二 核苷酸FAD作为辅基。
1 5 5
1
3、铁硫蛋白类（Fe-S）
分子中含有非卟啉铁与对酸不稳定的硫。借
铁的变价互变进行电子传递。
（二）氧化脱羧
氧化脱羧是在脱羧基的同时也发生脱氢氧化作用
三、水的生成
（一）电子传递链的概念及种类
1、电子传递链的概念
代谢物上脱下的氢经一系列递氢体
或电子传递体的依次传递，最后传给分
子氧从而生成水的全部体系。
2、电子传递链的种类
电子传递链是典型的多酶氧化还原体系 生物体内有两条典型的电子传递链， 即 NADH途径 FADH2途径
（1）电子传递抑制
指直接对中间传递体发生作用，阻断氢或 电子在传递链上传递，使氧化和磷酸化均不能 进行。 鱼藤酮、安密妥、抗霉素A、CO、CN-
（2）氧化磷酸化解偶联
解偶联剂：2,4-二硝基苯酚（DNP） • 加速代谢物的氧化，刺激了线粒体对氧的消耗；
• 中间递体氧化时所释放的能量不能使ADP磷酸化，
Ⅳ使H+离子从基质排到内膜外液体中，于是在膜内外
液相之间产生了H+离子梯度，含有渗透能。
●由电子传递泵出的H+离子，被H+离子浓度梯度驱使，
通过在F0F1ATP酶分子上的特殊通道，又流回线粒体基 质，这个过程释放出的自由能驱动ATP的合成。
2. ATP的合成
旋转催化机制
3. ATP从基质到细胞液的转运 Pi从细胞液到基质的转运
原核生物：细胞质膜上 真核生物：线粒体的内膜上
二、CO2的生成
二氧化碳是由于脱羧作用的结果，最常见的脱羧：
• 有机酸分子脱去羧基；
• 葡萄糖可氧化脱羧； • 某些氨基酸也可经脱羧作用被分解。 糖、脂肪、氨基酸等分解代谢中产生的各种 有机酸，在专一的脱羧酶作用下可脱去CO2。
(一）直接脱羧
直接脱羧是指有机酸或氨基酸分子中直接脱去 羧基的作用。
X~ P + ADP
ATP + X
2、电子传递体系磷酸化
当电子从NADH或FADH2经过电子传递体系传 递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP。
从NADH到分子氧的呼吸链中，有三处能使氧 化还原过程释放的能量转化为ATP，生成ATP的三个 部位是：
3.氧化磷酸化的抑制和解偶联
当电子传递链上的氧化作用因某种原因不 能进行，或虽能进行氧化，但不能导致ADP磷酸 化时，即产生氧化和磷酸化的阻断。 按阻断方式可分四种类型： • 电子传递抑制 • 氧化磷酸化解偶联 • 离子载体抑制 • 氧化磷酸化抑制
Fe3+ + e ⇌ Fe2+
因其活性部位含有两个活泼的硫和两个 铁原子，故称铁硫中心。
4、辅酶Q类
一种脂溶性的醌类化合物，属于传氢体。
苯醌结构
对苯二酚衍生物
氧化型辅酶 Q10(CoQ)
还原型辅酶 Q10()
半醌型辅酶Q
5、细胞色素类
细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质，依 靠铁的化合价的变化而传递电子。 Fe3+ + e ⇌ Fe2+ 细胞色素体系中，典型的顺序是b→c1 → c → aa3 → O2，其中仅最后一个a3可被分子氧直接氧化， 把a和a3合称为细胞色素氧化酶(cytochrom oxidase)。 在aa3分子中还含有两个铜原子，依靠其化合 价的变化把电子从a3传到氧（Cu+ ⇌ Cu2+）。
释放的能量全部以热能形式散发。 • 作为一种产热方式，生化生热对冬眠动物、耐寒 的哺乳动物和早春植物的萌芽等具有适应意义。
（3）离子载体抑制
抗菌素，缬氨霉素，短杆菌肽和尼日利亚菌素等
能与K+或Na+离子结合形成脂溶性复合物，易
透过线粒体内膜，形成离子载体，将K+等离子从线
粒体基质转移到胞质中。消耗呼吸能复将K+等离子 转入线粒体基质中去，从而耗去了氧化产生的能 量，使ATP不能合成。
作用进入电子传递链，3-磷酸甘油脱氢酶的
辅基是FAD,因此只能产生1.5个ATP。
（2）苹果酸-天冬氨酸穿梭
这种穿梭作用发现于肝脏和心肌细胞质中。 通过这种穿梭作用，胞质中的NADH的一对电 子进入电子传递链传递给氧后，可产生2.5个ATP
（三）氧化磷酸化作用的机理
化学渗透假说（chemiosmotic coupling theory)
步骤三 • 复合物Ⅳ：细胞色素c氧化酶
2. FADH2电子传递链
• 琥珀酸脱氢酶复合物（复合物Ⅱ）
四、ATP的生成--氧化磷酸化作用
（一）氧化磷酸化的概念
生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分用 以维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用转移至 高能磷酸化合物ATP中，此种伴随着放能的氧化作用 而进行的磷酸化称为氧化磷酸化作用
1961年，Peter Mitchell 提出
ATP合成酶的结构
F1
F0
2e 2e
2e 2e 2e
2e 2e 2e
2e
2e
内膜外側
基质
H+离子通过呼吸复合体的运送 H+离子通过FO通道（复合体V）再回到线粒体基质， 提供驱动ATP合成的能量。
化学渗透假说示意图表明：
●电子传递链是一个H+离子泵，通过复合体I， III和
根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为： • 底物水平磷酸化 • 电子传递体系磷酸化
（二）ATP的生成，通过两种磷酸化
ADP + Pi + 能量
ATP
AMP + PPi + 能量
ATP
1、底物水平磷酸化
底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷 酸化作用。即底物被氧化的过程中，形成了某些高 能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP 生成ATP。
第八章 生物氧化与氧化磷酸化
• 对绿色植物和光合细菌而言： 太阳能转化为化学能，贮存在糖、脂肪和蛋 白质中 • 对动物和某些微生物等异养生物而言： 通过细胞呼吸代谢，把燃料分子氧化成CO2 和H2O，生成ATP
一、生物氧化概述（Biological oxidation）
（一）概念 生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分