第六章 生物氧化

第六章生物氧化

Biological Oxidation

一、授课章节及主要内容：第六章生物氧化

二、授课对象：临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制）

三、授课学时

本章共4节课时（每个课时为45分钟）。讲授安排如下：

第一次课（2学时）：第一节生成A TP的氧化体系——氧化磷酸化偶联部位

第二次课（2学时）：影响氧化磷酸化的偶联机理——第二节其他氧化体系

四、教学目的与要求

生物氧化、呼吸链和氧化磷酸化的定义; ATP生成的方式;氧化磷酸化的过程。

五、重点与难点

重点：1．主要是生成ATP的氧化体系；2．呼吸链电子传递的过程；3．ATP生成的方式；4．A TP的利用和储存形式；5．胞浆NADH+H+的氧化。

难点：氧化磷酸化的偶联机理

六、教学方法及授课大致安排

以面授为主，适当结合临床提问启发。每次课预留5分钟小结本次课掌握内容及预留复习题，全章结束后小结本章内容。

七、主要外文专业词汇

biological oxidation (生物氧化) electron transfer chain (电子传递链)

respiratory chain (呼吸链) NAD+ (氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)

oxidative phosphorylation (氧化磷酸化) α-glycerophosphate shuttle (α-磷酸甘油穿梭)

uncoupler (解偶联剂) CoQ (辅酶Q)

malate-asparate shuttle (苹果酸-天冬氨酸穿梭) superoxide dismutase(SOD) (超氧物歧化酶) catalase (过氧化氢酶) FMN (黄素腺嘌呤单核苷酸)

mixed-function oxidase (混合功能氧化酶) creatine phosphate (磷酸肌酸)

ATP synthase (ATP合酶) FAD (黄素腺嘌呤二核苷酸)

chemiosmotic hypothesis (化学渗透假说) peroxidase (过氧化物酶)

cytochrome (细胞色素) NADP+ (氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)

八、思考题

1.何为生物氧化?有何特点?

2.试述呼吸链的定义,体内有哪两条呼吸链?

3.试写出两条呼吸链组分的排列次序和ATP的生成部位。

4.体内ATP生成的主要方式是什么? 举例说明。

5.试述化学渗透学说的主要内容。

6.影响氧化磷酸化的因素有哪些? 举例说明。

7.胞浆中生成的NADH必须经哪两种穿梭机制进入线粒体氧化,各生成几分子ATP?

九、教材与教具：人民卫生出版社《生物化学》第六版

十、授课提纲(或基本内容)

概述

Introduction

物质在生物体内进行氧化称为生物氧化，主要是指糖、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。

生物氧化中物质的氧化方式的基本规律：

1．氧化还原一般规律，有加氧、脱氢、失电子。

2．物质体内外氧化时所消耗氧量、终产物（CO2和H2O）和释放能量均相同。

3．生物氧化是在细胞内温和环境中，在一系列酶的催化下反应逐步进行的，能量逐步释放有利于ATP的形成。

4．脱下的氢与氧结合产生水，CO2是由有机酸脱羧产生。而体外水由物质中的碳和氢直接与氧结合生成，能量是突然释放的。

本章的重点是介绍线粒体生成ATP的氧化体系，线粒体内生物氧化大致可分为三个阶段：

第一阶段：糖、脂类、蛋白质分解为其基本单位。

第二阶段：糖、脂类、氨基酸经一系列反应生成乙酰CoA。

第三阶段：三羧酸循环和氧化磷酸化。

第一节生成ATP的氧化体系

Oxidative system generating ATP

代谢物脱下的成对氢（2H）通过多种酶和辅酶所催化的反应逐步传递，最终与氧结合生成水，在传递过程中释放的能量使ADP磷酸化生成A TP。

一、呼吸链——呼吸链的组成

呼吸链：代谢物脱下的氢，经一定顺序排列的氢递体或电子递体传递，与氧生成水的完整体系。

由四种具有传递电子功能的酶复合体组成（图6-1）

图6-1 呼吸链各复合体位置示意图

1．复合体I：NADH-泛醌还原酶

功能：将电子从NADH传递给泛醌

组成：黄素蛋白（flavoprotein），辅基为FMN（flavin mononucleotide）；铁硫蛋白（iron-sulfur protein），辅基为铁硫簇（iron-sulfur cluster，Fe-S）。

（1）黄素蛋白：FMN中含有核黄素，其发挥功能的结构是异咯嗪环，属于氢递体。

（2）铁硫蛋白：Fe-S含有等量的铁原子和硫原子（Fe2S2，Fe4S4），通过其中的铁原子与铁硫蛋白中半胱氨酸残基的硫相连（图6-2）。铁硫簇中的铁原子可进行Fe2+ ←→Fe3+ + e反应而传递电子，属于单电子递体。铁硫蛋白一般与其它复合体成分结合在一起发挥作用。

图6-2 铁硫簇Fe4S4结构示意

（3）泛醌：即辅酶Q（coenzyme Q，CoQ），是一种脂溶性醌类化合物，它有较长的多个异戊烯构成的侧链，因侧链的疏水作用，它能在线粒体内膜内迅速扩散，具有流动性。它极易从线粒体内膜中分离出来，故不包含在上述复合体中。人的CoQ侧链由10个异戊烯单位组成，用CoQ10表示。泛醌属于氢递体。

2．复合体II：琥珀酸-泛醌还原酶

功能：将琥珀酸脱下的氢传递给泛醌

组成：黄素蛋白，辅基为FAD（flavin adenine dinucleotide）；铁硫蛋白；细胞色素b560（cytochrome b560，Cyt b560）。

（1）细胞色素类

特点：以铁卟啉为辅基，由于吸收光谱不同，参与呼吸链组成的细胞色素有a、b、c 三类，每一类中又因最大吸收峰的微小差别再分为几种亚类。

结构：细胞色素b、c的铁卟啉都是铁卟啉Ⅸ，与血红素相同；细胞色素a的卟啉环中有一个甲基被甲酰基取代，一个乙烯基侧链被多聚异戊烯长链取代。细胞色素b是跨膜蛋白，有b560、b562、b566三个亚类。细胞色素C是以乙烯基与蛋白部分的半胱氨酸残基（－SH）连接，松弛地结合于线粒体内膜表面，有c、c1二个亚类。人细胞色素a和a3结合紧密，很难分离，故称之为Cyt aa3。细胞色素类铁卟啉辅基的铁原子可进行Fe2+←→Fe3++e反应而传递电子，属于单电子递体。

3．复合体Ⅲ：泛醌-细胞色素c还原酶

功能：将电子从CoQ传递给Cyt c

组成：Cyt b562，Cyt b566，Cyt c1、铁硫蛋白

Cyt c呈水溶性，与线粒体内膜外表面结合不紧密，极易与线粒体内膜分离，故不包含在上述复合体中。

4．复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶

功能：将电子从Cyt c传递给氧

组成：Cyt aa3

Cyt aa3中含有2个铁卟啉辅基和2个铜原子，2个铜原子分别与2个铁卟啉辅基相连。铜原子可进行Cu+←→Cu2++e反应传递电子。

二、呼吸链——呼吸链的排列顺序

1．实验根据：

①根据呼吸链各组分的标准氧化还原电位，由低到高的排列顺序（电位低容易失去电子）。（表6-2）

表6-2呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位