动物生物化学-9-生物氧化PPT课件
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生物化学生物氧化PPT课件
目录
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的 两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
目录
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH2。
质子泵（proton pump） 氧化呼吸链中在传递电子的同时能
把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递 复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。
目录
哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能
酶复合体
复合体Ⅰ (NADH-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅱ (琥珀酸-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅲ (泛醌-细胞色素
氧化还原酶)
分子(kD) 亚基
↓
氧化磷酸化减慢
呼吸控制
呼吸控制（respiratory control）： 由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应 ，
称呼吸控制 ，调控的关键物质是ADP。
目录
1000
>40
140
4
250
11
辅酶/辅基
主要功能
FMN、Fe-S 传递NADH+H+中2个e到Q，并 由基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子 到Q
血红素bH、 bL、c1 Fe-S
通过Q循环传递QH2中2个e到细 胞色素C，并把4H+ 由基质 泵出到膜间隙
细胞色素C* 13
A
B
H+ H+
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的 两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
目录
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH2。
质子泵（proton pump） 氧化呼吸链中在传递电子的同时能
把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递 复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。
目录
哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能
酶复合体
复合体Ⅰ (NADH-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅱ (琥珀酸-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅲ (泛醌-细胞色素
氧化还原酶)
分子(kD) 亚基
↓
氧化磷酸化减慢
呼吸控制
呼吸控制（respiratory control）： 由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应 ，
称呼吸控制 ，调控的关键物质是ADP。
目录
1000
>40
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辅酶/辅基
主要功能
FMN、Fe-S 传递NADH+H+中2个e到Q，并 由基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子 到Q
血红素bH、 bL、c1 Fe-S
通过Q循环传递QH2中2个e到细 胞色素C，并把4H+ 由基质 泵出到膜间隙
细胞色素C* 13
A
B
H+ H+
生物化学-生物氧化()精品PPT教学课件
β-氧化脱羧
OO== O=
O= O=
2020/12/6
7
二、生物氧化中物质的氧化方式
• 加氧
RCHO + 1/2O2
RCOOH
• 脱氢
RCH2OH -2H RCHO
• 加水脱氢 • 失电子
+H2O
OH
CH3CHO
CH3CH
OH
Fe2+ -e Fe3+
-2H CH3COOH
2020/12/6
8
第三节 线粒体氧化体系
☺高能磷酸化合物
=
COOH C-O～P CH2
ATP ADP
☺高能硫脂化合物 CH3CO～SCoA
2020/12/6
28
二、A高T能P 磷与酸高化能合物磷AT酸P的键形成
O
-
Oγ
P O
～ -
O
O P
～β
O
O Pα
O - O-
NH2 NN
NN O
CH2 O
2020/12/6
OH OH AMP ADP ATP
第八章 生物氧化
biological oxidation
第一课件网在线网站
2020/12/6
1
2020/12/6
本章主要内容
概述 生物氧化方式 线粒体氧化体系 生物氧化与能量代谢 非线粒体氧化体系
2
第一节 生物氧化概述
2020/12/6
3
一、生物氧化概念、意义
营养物
[O]
（糖、脂、蛋白质） 生物体
2020/12/6
15
泛醌 （CoQ） (Ubiquinone)
递氢体
2020/12/6
OO== O=
O= O=
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7
二、生物氧化中物质的氧化方式
• 加氧
RCHO + 1/2O2
RCOOH
• 脱氢
RCH2OH -2H RCHO
• 加水脱氢 • 失电子
+H2O
OH
CH3CHO
CH3CH
OH
Fe2+ -e Fe3+
-2H CH3COOH
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第三节 线粒体氧化体系
☺高能磷酸化合物
=
COOH C-O～P CH2
ATP ADP
☺高能硫脂化合物 CH3CO～SCoA
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28
二、A高T能P 磷与酸高化能合物磷AT酸P的键形成
O
-
Oγ
P O
～ -
O
O P
～β
O
O Pα
O - O-
NH2 NN
NN O
CH2 O
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OH OH AMP ADP ATP
第八章 生物氧化
biological oxidation
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本章主要内容
概述 生物氧化方式 线粒体氧化体系 生物氧化与能量代谢 非线粒体氧化体系
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第一节 生物氧化概述
2020/12/6
3
一、生物氧化概念、意义
营养物
[O]
（糖、脂、蛋白质） 生物体
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泛醌 （CoQ） (Ubiquinone)
递氢体
2020/12/6
学生-第九章生物氧化PPT课件
and
Cyt.b. C1 (Fe-S)
FAD 等复合物形式 (Fe-S).b
(2) 作用: 递电子体
• 递电子机理 e
Fe3+
Fe2+
e
4. 泛醌（ Ubiquinone, Q10 ， CoQ10 ）
(1) 结构 (2) 醌类化合物
(2) 作用: (3) 递氢体
(3) 递氢机理 （2H 2H+ + 2e）
草酰乙酸
丙酮酸羧化酶
H3C-C-COOH + CO2
丙酮酸
④ － oxidative decarboxylation －氧化脱羧
O=
OH
苹果酸酶
HOOCCH2-CH-COOH
H3C-C-COOH + CO2
苹果酸
丙酮酸
NADP+ NADPH + H+
※ 单纯脱羧基作用
α-单纯脱羧基作用 β-单纯脱羧基作用
Cyt.b5和Cyt.p450 —— 主要存在于肝细胞微粒 体，参与生物转化。
（1） 基本结构 （ 以细胞色素C为例）
由两大部分构成
蛋白质 铁卟啉
(2) 作用
递电子体
(3) 递电子机理
e
Fe3+
Fe2+
e
(4) 递电子顺序
Cyt.b c1 c a a3 ½ O2 条件剧烈，高温、高压
需酶催化
不需酶催化
CO2是有机酸脱羧生成的
碳和氧直接化合生成CO2
有机物脱下的氢,经呼吸链生成H2O 氢和氧直接反应形成H2O
逐步释放能量并形成ATP 能量以光和热形式骤然放出
氧化体系:
线粒体氧化体系
动物生物化学-9-生物氧化PPT课件
--- 结果在线粒体内膜的两侧形成了质子的电化学梯度，积蓄 了很大的自由能。
--- 当质子顺着电化学梯度通过基粒返回到基质时，有自由能 的释放。释放的能量在内膜粒子的ATP合酶（FoF1ATPase）的 作用下，通过ADP 的磷酸化生成ATP分子。
-
23
化学渗透假说详细示意图
胞液侧 H+
H+ H+ Cyt c
-
12
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。
Cyt c和c1的血红素与蛋白部分共价结合。 Cyta,a3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。Cyta,a3可以被CN-和CO抑制。
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
HO OH -
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
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）
《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。
ppt课件
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
ppt课件
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
ppt课件
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
ppt课件
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。
动物生物化学课件9 生物氧化
2.3 其它氧化酶
微粒体、过氧化物酶体也是生物氧化 的场所 氧化过程中不伴有偶联磷酸化,不能生 成ATP
2.3.1 过氧化物酶体中的氧化酶类 （一）过氧化氢酶（catalase）
又称触酶，辅基为血红素，催化反应如下：
2H2O2
2H2O + O2
（二）过氧化物酶（perioxidase）
辅基为血红素，催化反应如下：
（1）鱼藤酮、异戊巴比妥、杀粉蝶霉素A （2）抗霉素A（antimycin A)、二巯基丙醇
（3）氰化物、硫化氢、叠氮化物(NaN3)和CO
鱼藤酮 异戊巴比妥 杀粉蝶霉素A
FAD.H2 (Fe-S)
抗霉素A 二巯基丙醇
氰化物 硫化氢 叠氮化 CO
NADH FMN (Fe-S)
Cytb Cytc1 Cytc
1.生物氧化概述
1.2 生物氧化的特点 ﹡生物体活细胞中进行；
﹡温和环境（37℃, 中性）； ﹡在一系列酶、辅因子及中间递体的参与下逐 步进行；
﹡产生的能量一部分以热的形式散失 ,大部分 储存在ATP中，逐步释放。
生物氧化中物质的氧化方式：
脱氢(乳酸 丙酮酸)
失电子(Fe2+
加氧
Fe3+)
生物氧化的一般过程：
FADH呼吸链（琥珀酸呼吸链）的组成
a) 复 合 物 II （ 琥 珀 酸 -Q 脱 氢 酶 ， 含 FAD 、 Fe-S Cytb560）
b) CoQ c) 复合物III（同 NADH 呼吸链）
d) Cytc
e) 复合物IV （同 NADH 呼吸链）
5. 胞液NADH进入线粒体的穿梭机制 A、α-磷酸甘油穿梭作用
c、铁硫蛋白
辅基：铁硫簇（iron-sulfer cluster, Fe-S）
生物氧化-PowerPointPresentation
25
第三节 线粒体电子传递体系
一、线粒体结构特点 二、电子传递链的概念 三、呼吸链的组成和顺序 四、 胞浆中NADH的氧化 五、电子传递抑制剂
26
一、线粒体结构特点
27
二、电子传递链的概念
（1）代谢脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所 催化的氧化还原反应逐步从高能向低能传递，最终 与氧结合生成水，其中释放的能量被用于合成ATP；
18
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。
☆都服从热力学规律。 ☆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。
19
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 释放有利于有利于机体捕获能 量，提高ATP生成的效率。
二、自由能的概念及化学反应中自由能的计算
三、高能化合物
2
生 物 能 的 转 换 及 生 物 系 统 中 的 能 流
3
二、自由能的概念及化学反应中自由能 的计算
１.自由能（free energy）的概念
自由能(G)：指一个反应体系中能够做有用功的 那部分能量。
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行， 即：
复合物 I
NADH-Q 还原酶
Cyt b Fe-S Cyt c1
复合物 III
细胞色素还原酶
Cyt c
复合物 IV
Cyt aa3 细胞色素氧化酶
44
O2
２.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
第三节 线粒体电子传递体系
一、线粒体结构特点 二、电子传递链的概念 三、呼吸链的组成和顺序 四、 胞浆中NADH的氧化 五、电子传递抑制剂
26
一、线粒体结构特点
27
二、电子传递链的概念
（1）代谢脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所 催化的氧化还原反应逐步从高能向低能传递，最终 与氧结合生成水，其中释放的能量被用于合成ATP；
18
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。
☆都服从热力学规律。 ☆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。
19
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 释放有利于有利于机体捕获能 量，提高ATP生成的效率。
二、自由能的概念及化学反应中自由能的计算
三、高能化合物
2
生 物 能 的 转 换 及 生 物 系 统 中 的 能 流
3
二、自由能的概念及化学反应中自由能 的计算
１.自由能（free energy）的概念
自由能(G)：指一个反应体系中能够做有用功的 那部分能量。
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行， 即：
复合物 I
NADH-Q 还原酶
Cyt b Fe-S Cyt c1
复合物 III
细胞色素还原酶
Cyt c
复合物 IV
Cyt aa3 细胞色素氧化酶
44
O2
２.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
第9章_生物氧化
CytC 氧化酶
辅基 FMN，Fe-S FAD， Fe-S 血红素，Fe-S
血红素，Cu
呼吸链简图
呼吸链的排列原则： 越是处于后面，氧化能力越强，电子从还原 性强的化合物到氧化性强的化合物，自由能 降低，放出能量。
氢与不同的原子结合， 处于不同的能量轨道 自然界中的能量传递都与氢有关
太阳能：核衰变 H2O
能荷
能荷 =
[ATP]+1/2[ADP]
[ATP]+[ADP] +[AMP]
分母是个定值，能荷在一定范围内波动 （0.8-0.95)，受到机体的严格调控。
9.4.2 底物磷酸化
9.4.3 氧化磷酸化作用
代谢物的氧化（脱氢）作用 与ADP的磷酸化反应偶联生 成ATP的过程。
部位：线粒体内膜（真核） 胞浆膜（原核细胞）
9． 2
ATP 是生物体中自由能的通用货币
作用：能量传递
磷酸烯醇式丙酮酸
转 化
磷酸肌酸
传 暂时储能物质 递
葡萄糖6-磷酸
传递
葡萄糖1-磷酸
分解代谢 氧化产能
ATP ADP
机械能（运动） 化学能（合成反应） 渗透能（分泌、吸收） 电能（生物电） 热能（体温维持） 光能（生物发光）
UTP、GTP、CTP、TTP 合成，供能
9.3.2 2 线粒体内膜两条呼吸链 NADH氧化呼吸链
——细胞内主要的呼吸链
FADH2氧化呼吸链
需要氧的参与； 消耗氧、ADP和无机磷酸生成ATP；
电子传递水平的磷酸化
线粒体的结构
呼吸链
复合体 复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
酶名称 NADH-Q 还原酶 琥珀酸-Q还原酶 Q-CytC 还原酶
辅基 FMN，Fe-S FAD， Fe-S 血红素，Fe-S
血红素，Cu
呼吸链简图
呼吸链的排列原则： 越是处于后面，氧化能力越强，电子从还原 性强的化合物到氧化性强的化合物，自由能 降低，放出能量。
氢与不同的原子结合， 处于不同的能量轨道 自然界中的能量传递都与氢有关
太阳能：核衰变 H2O
能荷
能荷 =
[ATP]+1/2[ADP]
[ATP]+[ADP] +[AMP]
分母是个定值，能荷在一定范围内波动 （0.8-0.95)，受到机体的严格调控。
9.4.2 底物磷酸化
9.4.3 氧化磷酸化作用
代谢物的氧化（脱氢）作用 与ADP的磷酸化反应偶联生 成ATP的过程。
部位：线粒体内膜（真核） 胞浆膜（原核细胞）
9． 2
ATP 是生物体中自由能的通用货币
作用：能量传递
磷酸烯醇式丙酮酸
转 化
磷酸肌酸
传 暂时储能物质 递
葡萄糖6-磷酸
传递
葡萄糖1-磷酸
分解代谢 氧化产能
ATP ADP
机械能（运动） 化学能（合成反应） 渗透能（分泌、吸收） 电能（生物电） 热能（体温维持） 光能（生物发光）
UTP、GTP、CTP、TTP 合成，供能
9.3.2 2 线粒体内膜两条呼吸链 NADH氧化呼吸链
——细胞内主要的呼吸链
FADH2氧化呼吸链
需要氧的参与； 消耗氧、ADP和无机磷酸生成ATP；
电子传递水平的磷酸化
线粒体的结构
呼吸链
复合体 复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
酶名称 NADH-Q 还原酶 琥珀酸-Q还原酶 Q-CytC 还原酶
《生物氧化》PPT课件
RCH2NH2 +CO2
（2） -氧化脱羧 ：
编辑ppt
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
编辑ppt
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-
基础生物化学第九章生物氧化 ppt课件
e
（2）苹果酸一天冬氨酸穿梭系统
1 NADH
3 ATP
NADH
NADH
e
在电子传递的过程中，会产生大量的能量， 形成ATP。
电子传递体：一系列氧化还原酶体系
呼吸链的位置：
原核细胞：细胞膜 真核细胞：线粒体的内膜
生物体两条典型的呼吸链
NADH呼吸链：生物体中应用最广，氧化还原 反应脱下的H通过NADH进入呼吸链。 FADH2呼吸链：琥珀酸脱H通过FADH2进入呼吸链。
2. 黄酶（黄素蛋白）
电子传递部位：FMN、FAD
3．铁硫蛋白类
Fe3+ + e
Fe2+
4. CoQ（泛醌） 与蛋白质的结合不牢固
5．细胞色素类（cytochromes）
Cyt是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质
Fe3+ + e
Fe2+
Fe-S
Cytb
Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2
I：NADH脱氢酶（NADH-Q还原酶） III: CoQ-细胞色素还原酶 Ⅳ :细胞色素氧化酶
II：琥珀酸脱氢酶（琥珀酸-Q还原酶）
氧化磷酸化
电子传递过程释放的能量以ATP的形式得以贮存， 即ATP的形成与电子传递相偶联。
氧化磷酸化的偶联机制：化学渗透学说。
（1）电子传递过程中，线粒体内膜内外产生
呼吸链的组成
呼吸链的组成：膜结合的蛋白质复合体
氧化还原酶、铁－硫蛋白、细胞色素c、 FMN、FAD、辅酶Q
呼吸链在线粒体内形成4个复合物： ComplexⅠ、 Complex Ⅱ、 Complex III和 Complex Ⅳ。
电子传递的过程
各传递体的位置专一，不可逆
动生--9章 生物氧化wyq幻灯片
NADH-Q还原酶 QH2 – 细胞色素c 细胞色素c氧化酶
NADH Co Q
cyt b cyt c141.87
-100.48
这三个反应分别与ADP的磷酰化反应偶联，产生
ATP。这些反应称为呼吸链的偶联部位。
NADH O2 只产生 2.5 个ATP. 从FADH2 O2 只产生1.5 个ATP.
1 FADH 生成 1.5 ATP
2.苹果酸－天冬氨酸穿梭途径 (malate-aspartate shuttle system )：主要存在于心脏和肝细胞中。
1 NADH 生成 2.5 ATP
磷酸甘油穿梭途径
3-磷酸甘油
磷酸二羟丙酮
苹果酸－天冬氨酸穿梭途径 部位：肝、心肌
苹果酸
苹果酸
天冬氨酸
天冬氨酸
Ⅰ. NADH-Q还原酶 Ⅱ. 琥珀酸－Q还原酶 Ⅲ. QH2 – 细胞色素c还原酶 Ⅳ. 细胞色素c氧化酶
线粒体呼吸链
电子传递链各组分的排列顺序
线粒体末端氧化呼吸链有两条： 1. NADH氧化呼吸链 2. 琥珀酸氧化呼吸链
电子从低电位流向高电位： FADH2
NADH FMN CoQ cyt b cyt c1 cyt c cyt aa3 O2
能荷
能荷表示细胞的腺苷酸库中充满高能 磷酸根的程度。
❖ 当能荷=0时,细胞内的腺苷酸全是 AMP;
❖ 当能荷=0.5时,细胞内的腺苷酸全是 ADP;
❖ 当能荷=1时,细胞内的腺苷酸全是 ATP.
根据氧化-还原电势与自由能变化关系式，计算 出在NADH氧化过程中，有三个反应的G’ < -30.5 kJ / mol。
抑制电子从NADH CoQ （2）抗霉素A(antimycin A): 抑制电子CoQ cyt c1 （3）N3,CO,CN-: 抑制电子cyt aa3 O2
NADH Co Q
cyt b cyt c141.87
-100.48
这三个反应分别与ADP的磷酰化反应偶联，产生
ATP。这些反应称为呼吸链的偶联部位。
NADH O2 只产生 2.5 个ATP. 从FADH2 O2 只产生1.5 个ATP.
1 FADH 生成 1.5 ATP
2.苹果酸－天冬氨酸穿梭途径 (malate-aspartate shuttle system )：主要存在于心脏和肝细胞中。
1 NADH 生成 2.5 ATP
磷酸甘油穿梭途径
3-磷酸甘油
磷酸二羟丙酮
苹果酸－天冬氨酸穿梭途径 部位：肝、心肌
苹果酸
苹果酸
天冬氨酸
天冬氨酸
Ⅰ. NADH-Q还原酶 Ⅱ. 琥珀酸－Q还原酶 Ⅲ. QH2 – 细胞色素c还原酶 Ⅳ. 细胞色素c氧化酶
线粒体呼吸链
电子传递链各组分的排列顺序
线粒体末端氧化呼吸链有两条： 1. NADH氧化呼吸链 2. 琥珀酸氧化呼吸链
电子从低电位流向高电位： FADH2
NADH FMN CoQ cyt b cyt c1 cyt c cyt aa3 O2
能荷
能荷表示细胞的腺苷酸库中充满高能 磷酸根的程度。
❖ 当能荷=0时,细胞内的腺苷酸全是 AMP;
❖ 当能荷=0.5时,细胞内的腺苷酸全是 ADP;
❖ 当能荷=1时,细胞内的腺苷酸全是 ATP.
根据氧化-还原电势与自由能变化关系式，计算 出在NADH氧化过程中，有三个反应的G’ < -30.5 kJ / mol。
抑制电子从NADH CoQ （2）抗霉素A(antimycin A): 抑制电子CoQ cyt c1 （3）N3,CO,CN-: 抑制电子cyt aa3 O2
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因此，ATP（三磷酸腺苷）被称为机体中通用的能量 货币。
-
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 。
-
5
2 ATP （三磷酸腺苷）
-
12
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。
Cyt c和c1的血红素与蛋白部分共价结合。 Cyta,a3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。Cyta,a3可以被CN-和CO抑制。
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+
-
16
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、
Cytb566，Fe-S，Cytc1） Cytc 复合物IV（细胞色素c氧化酶，Cyta,a3，含CuA、 CuB）
-
17
3.3 FADH 呼吸链（琥珀酸呼吸链）的组成
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
HO OH -
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
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）
氨基甲酰磷酸
水解自由能
ΔG（kJ/moL）
-61.69
-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
第9章 生物氧化
Biological Oxidation
-
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
-
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。
-
13
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。
-
14
Fe-S 复合物
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
Fe2S2，Fe分别与2S 和2个 Cys 的S相连
-
15
复合物 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
呼吸链含有4种复合体
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。
-
9
3 呼吸链( respiratory chain)
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2转。移A- T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 = +18.84kj/moL，不能自发进行。
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）
-
11
辅酶Q （泛醌，CoQ）
O
CH3O
CH3
CH3O O
(CH2CH C CH2)nH CH3
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。
不同于有机物质在体外的剧烈燃烧，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。
-
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。
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（FeS，铁硫中心） 细胞色素a,a3，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）
-
10
不需氧脱氢酶
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。
丙二酸单酰CoA + ADP + Pi
ΔG = -18.59kj/moL
-
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 2e）经过呼吸链( respiratory chain)
-
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 。
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2 ATP （三磷酸腺苷）
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12
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。
Cyt c和c1的血红素与蛋白部分共价结合。 Cyta,a3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。Cyta,a3可以被CN-和CO抑制。
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、
Cytb566，Fe-S，Cytc1） Cytc 复合物IV（细胞色素c氧化酶，Cyta,a3，含CuA、 CuB）
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3.3 FADH 呼吸链（琥珀酸呼吸链）的组成
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
HO OH -
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
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）
氨基甲酰磷酸
水解自由能
ΔG（kJ/moL）
-61.69
-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
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。
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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。
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Fe-S 复合物
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
Fe2S2，Fe分别与2S 和2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
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)
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2转。移A- T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 = +18.84kj/moL，不能自发进行。
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
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。
不同于有机物质在体外的剧烈燃烧，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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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。
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（FeS，铁硫中心） 细胞色素a,a3，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
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。
丙二酸单酰CoA + ADP + Pi
ΔG = -18.59kj/moL
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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 2e）经过呼吸链( respiratory chain)