生物化学ppt第六章生物氧化
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生物化学之生物氧化
作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始
阶段所需的能量； 供给机体生命活动所需的能量； 生成核苷三磷酸（NTP）； 将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸 （creatine phosphate）形式储存。
提供合成代谢或分解代谢 初始阶段所需的能量
G+ATP G-6-P+ADP
脂酸+CoA+ATP
底物水平磷酸化
1,3-BP- 甘 酸 +ADP 油
3-P-甘 油 酸 激 酶
3-P-甘油酸 +ATP
丙酮酸激酶
PEP+ADP
琥珀酰CoA+Pi+GDP
丙酮酸+ATP
琥珀酸+CoA+GTP
琥 珀 酰 CoA合 成 酶
它们都通过底物脱H、 H2O、CO2形成高能键， 并直接转移给ADP或GDP形成ATP或GTP（没有 经过呼吸链）
铁硫簇(Fe4S4)
Fe
3+
+e -e
Fe
2+
呼吸链的几乎每个过程都有Fe-S参与，有9种。含非血红素 铁和对酸不稳定的硫。 主要分布在线粒体内膜上，它与NAD+或NADP+共同组成 复合体，参与电子传递：Fe3+←→Fe2+，而且两个Fe离子中 只有一个参与，所以是单电子传递
泛醌（CoQ）
O H3CO CH3 CH3 H3CO O
复合体Ⅰ：NADH-CoQ还原酶
• 功能：将电子从NADH传递给CoQ • 辅基：FMN(黄素腺嘌呤单核苷酸)，铁硫蛋白
NH2 N O
-
N
O
P
O H H OH
N O H H OR
N
阶段所需的能量； 供给机体生命活动所需的能量； 生成核苷三磷酸（NTP）； 将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸 （creatine phosphate）形式储存。
提供合成代谢或分解代谢 初始阶段所需的能量
G+ATP G-6-P+ADP
脂酸+CoA+ATP
底物水平磷酸化
1,3-BP- 甘 酸 +ADP 油
3-P-甘 油 酸 激 酶
3-P-甘油酸 +ATP
丙酮酸激酶
PEP+ADP
琥珀酰CoA+Pi+GDP
丙酮酸+ATP
琥珀酸+CoA+GTP
琥 珀 酰 CoA合 成 酶
它们都通过底物脱H、 H2O、CO2形成高能键， 并直接转移给ADP或GDP形成ATP或GTP（没有 经过呼吸链）
铁硫簇(Fe4S4)
Fe
3+
+e -e
Fe
2+
呼吸链的几乎每个过程都有Fe-S参与，有9种。含非血红素 铁和对酸不稳定的硫。 主要分布在线粒体内膜上，它与NAD+或NADP+共同组成 复合体，参与电子传递：Fe3+←→Fe2+，而且两个Fe离子中 只有一个参与，所以是单电子传递
泛醌（CoQ）
O H3CO CH3 CH3 H3CO O
复合体Ⅰ：NADH-CoQ还原酶
• 功能：将电子从NADH传递给CoQ • 辅基：FMN(黄素腺嘌呤单核苷酸)，铁硫蛋白
NH2 N O
-
N
O
P
O H H OH
N O H H OR
N
人民卫生出版社《生物化学》第六章 生物氧化
⊿Gº’ = -nF ⊿Eº'
n：传递电子数；F：法拉第常数
➢ 合成1摩尔ATP 需能量约30.5kJ
偶联部位
NADH~CoQ CoQ~Cytc Cyta-a3~O2
电位变化 (∆E0')
0.36V 0.21V 0.53V
自由能变化 (∆G0')
69.5KJ/mol 40.5KJ/mol 102.3KJ/mol
三、NADH和FADH2是呼吸链的电子供体
1、NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
2、琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 →复合体Ⅱ →CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
呼吸链各组分的排列顺序的实验依据
➢ 标准氧化还原电位 ➢ 特异抑制剂阻断 ➢ 还原状态呼吸链缓慢给氧 ➢ 将呼吸链拆开和重组
生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
➢ 反应环境温和，酶促反应逐步进 行，能量逐步释放，能量容易捕 获，ATP生成效率高。
体外氧化
➢ 能量突然释放。
➢ 通过加水脱氢反应使物质能间接 获得氧；脱下的氢与氧结合产生 H2O，有机酸脱羧产生CO2。
➢ 物质中的碳和氢直接氧 结合生成CO2和H2O 。
生物氧化的一般过程
胞液侧 4H+
2H+ 4H+ Cyt c
+
+++++ +
++
+
Q
Ⅰ
--
NADH+H+
NAD+
Ⅱ
-
延胡索酸
琥珀酸
Ⅳ
Ⅲ- - -
杨荣武生物化学原理-南京大学-生物氧化ppt课件
化学渗透学说图解
支持化学渗透学说的主要的证据
（1）氧化磷酸化的进行需要完整的线粒体内膜的存在。 （2）使用精确的pH计可以检测到跨线粒体内膜的质子梯
度存在。据测定，一个呼吸活跃的线粒体的膜间隙的 pH要比其基质的pH低0.75个单位。 （3）破坏质子驱动力的化学试剂能够抑制ATP的合成。 （4）从线粒体内膜纯化得到一种酶能够直接利用质子梯 度合成ATP，此酶称为F1F0-ATP合酶。 （5）人工建立的跨线粒体内膜的质子梯度也可驱动ATP 的合成
✓ 根据在有氧环境下氧化反应达到平衡时各电子传递体的 还原程度来确定
✓ 使用特异性呼吸链抑制剂和人工电子受体 ✓ 呼吸链的拆分和重组
呼吸链各组分的标准氧化还原电位
在有氧条件下，线粒体中TCA循环反应达到平衡时，呼吸链中 各组分的还原程度
电子传递体 还原程度(%)
辅酶I 53
黄素蛋白 细胞色素b
20
氧化磷酸化
• 呼吸链的主要功能是产生能量货币ATP。当电子沿着 呼吸链向下游传递的时候总伴随着自由能的释放，释 放的自由能有很大一部分用来驱动ATP的合成，这种 与电子传递偶联在一起的合成ATP方式（ADP被磷酸 化）被称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化的偶联机制
☻ 化学偶联假说 ☻ 构象偶联假说 ☺ 化学渗透学说
OH ∣
CuB+
H+
e-
H2O
目录
复合体
细胞色素 血红素
aa3
a
b
b
c
c
c1
c
几种细胞色素的性质比较
线粒体内膜上的定位
辅基与蛋白质的连接方式
跨膜蛋白 跨膜蛋白 水溶性的外周蛋白 （膜间隙一侧） 跨膜蛋白
生物化学第六章 生物氧化(共77张PPT)
O O- P
O-
O O P O-
O-
NH2
N
N
焦磷酸
ATP（三磷酸腺苷） 千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
（3）烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸
千卡/摩尔
2.氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3 C H 2C O O H
利用专一性电子传递抑制剂选择性的阻断呼吸 链中某个传递步骤，再测定链中各组分的氧化-还原 状态情况，是研究电子传递中电子传递体顺序的一 种重要方法。
2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位
（1）鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：其作用是阻断电子在NADH— Q还原酶内的传递，所以阻断了电子由NADH向CoQ的传递。
3．生成二氧化碳的氧化反应
（1）直接脱羧作用 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直接
从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。 （2）氧化脱羧作用
氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱
羧酶的催化下，在脱羧的同时，也发生氧化（脱氢）作用。 例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。
第二节、生物能及其存在形式
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Cytc → CuA→a→a3→CuB
→O2
其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
复 合 体 Ⅳ 的 电 子 传 递 过 程
Cytc
e-
胞液侧
生物化学第六章生物氧化
(还原剂) (氧化剂)
可写成 A2+ B3+
A3+
B2+
2019/11/23
生物化学教研室
9
第三节 生成ATP的氧化体系
一、呼吸链的概念
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。由 于此过程与细胞呼吸有关，所以将传递链称为呼吸链， 也叫电子传递呼吸链。
氧化酶，而其它均为不需氧脱氢酶。其中a与 a3很难分开，常写为aa3。
在微粒体中主要为细胞色素b5、p450。p450作用 与aa3类似 。
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生物化学教研室
19
细胞色素的结构
2019/11/23
生物化学教研室
20
呼吸链复合体
人线粒体呼吸链通过上述5大类成分形成4个复合体。
2019/11/23
P/O比值：每消耗1摩尔原子氧所消耗的无机磷 原子的摩尔数。
2019/11/23
生物化学教研室
39
2、氧化磷酸化的偶联机制
内模胞浆侧
化 学 渗 透 学 说内膜基侧2019/11/23
生物化学教研室
40
ATP合酶（复合体Ⅴ）
由F1和F0组成。 F1 在线粒体内膜基质 侧形成颗粒状突起， 催化ATP的生成。 F膜0镶中嵌。在当线H+粒顺体浓内度 梯度经回流时，γ 亚基发生旋转，3个 β 亚基构象变化， 由紧密结合型变为 开放型，释放ATP。
根据呼吸链各组分的标准氧化还原电位测定（电位越 低越容易失去电子）、利用呼吸链特异性的阻断剂测 定其氧化和还原状态的吸收光谱及离体线粒体各组分 的氧化顺序等实验，确定了呼吸链各组分的排列顺序， 并发现体内存在两条主要的呼吸链。
中职生物化学课件第6章
子，使氧激活成为氧
离子，故又被称为细 胞色素氧化酶。
Cyta与Cyta3结合紧密很难分开，常被称为 细胞色素aa3（Cytaa3）
一、呼吸链的组成
❖在呼吸链组成成分中，除了少数游离存在 外，大部分以复合体的形式存在。线粒体 内膜中含有四种具有传递电子功能的酶复 合体，这些复合体主要通过上述酶和辅酶 组分发挥其传递氢或电子的功能。
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
ATP的生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
1. 底物水平磷酸化 代谢过程中，代谢物由于脱氢或脱水引起分
子内部能量重新排布，形成高能键，然后把高能 键的能量转移给ADP形成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。如：
❖（二）脱氢酶 需氧脱氢酶： 如黄嘌呤氧化酶 不需氧脱氢酶：如乳酸脱氢酶
三、生物氧化过程中CO2的生成
❖ 体内二氧化碳的生成来自于有机酸的脱羧作用， 而不是碳和氧的直接化合。根据有机酸脱去羧基 的位置不同可分为-脱羧和-脱羧，又根据脱羧 是否伴随氧化，分为氧化脱羧和单纯脱羧。
三、生物氧化过程中CO2的生成
一、呼吸链的组成
表6-1 四种人线粒体呼吸链复合体
复合体 复合体Ⅰ
酶名称 NADH-泛醌还原酶
辅基 FMN, Fe-S
复合体Ⅱ
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD, Fe-S
复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶
铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
二、呼吸链中氢和电子的传递顺序
❖ 实验证实，线粒体呼吸链有两条：一条是NADH 氧化呼吸链；另一条是琥珀酸氧化呼吸链。
离子，故又被称为细 胞色素氧化酶。
Cyta与Cyta3结合紧密很难分开，常被称为 细胞色素aa3（Cytaa3）
一、呼吸链的组成
❖在呼吸链组成成分中，除了少数游离存在 外，大部分以复合体的形式存在。线粒体 内膜中含有四种具有传递电子功能的酶复 合体，这些复合体主要通过上述酶和辅酶 组分发挥其传递氢或电子的功能。
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
ATP的生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
1. 底物水平磷酸化 代谢过程中，代谢物由于脱氢或脱水引起分
子内部能量重新排布，形成高能键，然后把高能 键的能量转移给ADP形成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。如：
❖（二）脱氢酶 需氧脱氢酶： 如黄嘌呤氧化酶 不需氧脱氢酶：如乳酸脱氢酶
三、生物氧化过程中CO2的生成
❖ 体内二氧化碳的生成来自于有机酸的脱羧作用， 而不是碳和氧的直接化合。根据有机酸脱去羧基 的位置不同可分为-脱羧和-脱羧，又根据脱羧 是否伴随氧化，分为氧化脱羧和单纯脱羧。
三、生物氧化过程中CO2的生成
一、呼吸链的组成
表6-1 四种人线粒体呼吸链复合体
复合体 复合体Ⅰ
酶名称 NADH-泛醌还原酶
辅基 FMN, Fe-S
复合体Ⅱ
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD, Fe-S
复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶
铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
二、呼吸链中氢和电子的传递顺序
❖ 实验证实，线粒体呼吸链有两条：一条是NADH 氧化呼吸链；另一条是琥珀酸氧化呼吸链。
生物氧化与氧化磷酸化培训讲义经典课件(PPT36页)
四、电子传递抑制剂 94页
1、概念 能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物
质称为电子传递抑制剂。 利用专一性电子传递抑制剂选择性的阻
断呼吸链中某个传递步骤，再测定链中各 组分的氧化-还原状态情况，是研究电子传 递中电子传递体顺序的一种重要方法。
2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位
（1）鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：其作用是阻断 电子在NADH—Q还原酶内的传递，所以阻断了电子 由NADH向CoQ的传递。
自学空间
小组合作，阅读课本91-93页有关电子传递链的 组成及其功能，找到下列问题的答案：
1、烟酰胺脱氢酶类传递体的辅酶是
和
；它们的功能
是
。
2、黄素脱氢酶类传递体的辅酶是
或
；它们的功能是
。
3、铁硫蛋白类传递体的辅酶是
；
它们的功能是
。
1、烟酰胺脱氢酶类 ，以NAD,NADP为辅酶
NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要 电子供体之一。
自学空间
4、辅酶Q类（CoQ）又称泛醌 ；它的功能
是递氢体。
5、细胞色素Cyt类的辅基是 铁卟啉衍生物 。 细胞色素Cyt种类较多，它们在典型线粒体呼 吸链中的排列顺序依次是
Cytb——Cytc1——Cytc——Cytaa3 O2
细胞色素Cyt的功能是 单电子传递体 。
归纳：
二、五类传递体的名称、辅酶/辅基、功能：
（2）抗霉素A：它是由链酶素分离出的抗生素，有 干扰细胞色素还原酶中电子从细胞色素bH的传递作 用，从而抑制电子从还原型QH2向cytC1的传递作用。 （3）氰化物（CN-）、叠氮化物（N3-）、一氧化碳 （CO）等：其作用是阻断电子在细胞色素氧化酶中 传递，即阻断了电子由cytaa3向分子氧的传递。
复旦大学生化课件生物氧化
（2）催化：RH + O2 R + H2O 作用产物之一是H2O，不是H2O2；包括两种类型：金 属蛋白，如抗坏血酸氧化酶，含铜 L-抗坏血酸 + O2 脱氢抗坏血酸 + H2O
另一类是细胞色素氧化酶，催化： 4 Cyt c-Fe2+ + O2 4 Cyt c-Fe3+ + H2O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过氧化物酶（Peroxidase)
O
O
-酮 酸 脱 羧 酶
H 3C C COOM H g2+TPP H 3C C H+ C 2
2. -直 接 脱 羧
O
O
H2
丙酮酸脱羧酶
HOOC C C COOH
H3C C CO+OHC2
草 酰 乙 酸
丙 酮 酸
氧化脱羧基作用
(Oxidative decarboxylation)
1. -氧化脱羧
O
The matrix contains the enzymes that are responsible for the citric acid cycle, oxidation, AA oxidation and etc. The matrix also contains dissolved O2, H2O, CO2, the recyclable intermediates that serve as energy shuttles, and much more. Because of the folds of the cristae, no part of the matrix is far from the inner membrane. Therefore matrix components can quickly reach inner membrane complexes and transport proteins.
另一类是细胞色素氧化酶，催化： 4 Cyt c-Fe2+ + O2 4 Cyt c-Fe3+ + H2O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过氧化物酶（Peroxidase)
O
O
-酮 酸 脱 羧 酶
H 3C C COOM H g2+TPP H 3C C H+ C 2
2. -直 接 脱 羧
O
O
H2
丙酮酸脱羧酶
HOOC C C COOH
H3C C CO+OHC2
草 酰 乙 酸
丙 酮 酸
氧化脱羧基作用
(Oxidative decarboxylation)
1. -氧化脱羧
O
The matrix contains the enzymes that are responsible for the citric acid cycle, oxidation, AA oxidation and etc. The matrix also contains dissolved O2, H2O, CO2, the recyclable intermediates that serve as energy shuttles, and much more. Because of the folds of the cristae, no part of the matrix is far from the inner membrane. Therefore matrix components can quickly reach inner membrane complexes and transport proteins.
第06章生物氧化1
➢ 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。
➢ Cyt c是呼吸链唯一水 溶性球状蛋白，不包含 在复合体中。将获得的 电子传递到复合体Ⅳ。
目录
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
亚基：13条 辅酶/辅基：Cu+/Cu2+（含Cu多肽：CuA）
Fe2+/Fe3+（细胞色素aa3） Cu+/Cu2+（含Cu多肽：CuB）
血红素c 血红素a，a3，
CuA, CuB
含结合位点
NADH（基质侧） CoQ（脂质核心） 琥珀酸（基质侧） CoQ（脂质核心） Cyt c（膜间隙侧）
Cyt c1， Cyt a Cyt c（膜间隙侧）
➢ 泛醌不包含在上述四种复合体中。
目录
4H+
Ⅱ
琥珀酸
胞液侧
延胡索酸
Ⅰ
基质侧
QH2 Q
NADH+H+
目录
人线粒体呼吸链复合体
复合体
酶名称
复合体Ⅰ NADH-泛醌 还原酶
复合体Ⅱ 琥珀酸-泛醌 还原酶
复合体Ⅲ 泛醌-细胞色 素C还原酶
细胞色素c
复合体Ⅳ 细胞色素C氧 化酶
质量 (kD) 850
140
250
13 162
多肽 链数
39
4
11
1ห้องสมุดไป่ตู้13
功能辅基
FMN，Fe-S
FAD，Fe-S
血红素bL, bH, c1, Fe-S
目录
生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
➢ 反应环境温和，酶促反应逐步 进行，能量逐步释放，能量容 易捕获，ATP生成效率高。
➢ Cyt c是呼吸链唯一水 溶性球状蛋白，不包含 在复合体中。将获得的 电子传递到复合体Ⅳ。
目录
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
亚基：13条 辅酶/辅基：Cu+/Cu2+（含Cu多肽：CuA）
Fe2+/Fe3+（细胞色素aa3） Cu+/Cu2+（含Cu多肽：CuB）
血红素c 血红素a，a3，
CuA, CuB
含结合位点
NADH（基质侧） CoQ（脂质核心） 琥珀酸（基质侧） CoQ（脂质核心） Cyt c（膜间隙侧）
Cyt c1， Cyt a Cyt c（膜间隙侧）
➢ 泛醌不包含在上述四种复合体中。
目录
4H+
Ⅱ
琥珀酸
胞液侧
延胡索酸
Ⅰ
基质侧
QH2 Q
NADH+H+
目录
人线粒体呼吸链复合体
复合体
酶名称
复合体Ⅰ NADH-泛醌 还原酶
复合体Ⅱ 琥珀酸-泛醌 还原酶
复合体Ⅲ 泛醌-细胞色 素C还原酶
细胞色素c
复合体Ⅳ 细胞色素C氧 化酶
质量 (kD) 850
140
250
13 162
多肽 链数
39
4
11
1ห้องสมุดไป่ตู้13
功能辅基
FMN，Fe-S
FAD，Fe-S
血红素bL, bH, c1, Fe-S
目录
生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
➢ 反应环境温和，酶促反应逐步 进行，能量逐步释放，能量容 易捕获，ATP生成效率高。
生物化学06.第六章生物氧化
⽣物化学06.第六章⽣物氧化幻灯⽚1第六章⽣物氧化 (Biological Oxidation)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。
ADP+Pi 幻灯⽚2第⼀节概述 (Outline)⼀、⽣物氧化的⽅式与特点 (⼀)⽣物氧化的⽅式⽣物氧化与物质在体外的氧化⽅式在化学本质上是相同的，⽣物氧化的⽅式有加氧、脱氢和失电⼦反应。
幻灯⽚3 1.加氧反应RCHO+1/2O2 RCOOH醛酸2.脱氢反应CH3CH(OH)COOH CH3COCOOH+2H乳酸丙酮酸3.失电⼦反应Fe2+ Fe3+ + e幻灯⽚4(⼆)⽣物氧化的特点体外氧化⽣物氧化热能糖CO2和H2O O2能量ATP 脂肪蛋⽩质相同点氧化⽅式均为加氧、脱氢、失电⼦。
耗氧、释放能量、终产物（CO2，H2O ）均相同。
不同点为细胞内恒定条件下酶促反应逐步进⾏，能量逐步释放，⽣成ATP 。
加⽔脱氢反应使物质间接获得氧，脱下的氢与氧结合产⽣H2O ，有机酸脱羧产⽣CO2。
为不恒定条件下⾮酶促反应，能量以热能形式突然释放。
产⽣的CO2、H2O 由物质中的碳和氢直接与氧结合⽣成。
幻灯⽚5⼆、⽣物氧化的酶类 (⼀) 氧化酶类细胞⾊素氧化酶、抗坏⾎酸氧化酶等属于此类酶，该类酶的亚基常含有铁、铜等⾦属离⼦。
幻灯⽚62eSH2:底物S:产物2H+ H2OSH2+2Cu2+O2- S 2Cu+1/2O22e(⼆) 需氧脱氢酶类L -氨基酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶等属于此类酶。
(三) 不需氧脱氢酶类乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶等。
幻灯⽚7三、⽣物氧化过程中C O 2的⽣成⼈体内C O 2的⽣成来源于有机酸的脱羧反应。
根据脱去的羧基在有机酸分⼦中的位置不同，分为α-脱羧和β-脱羧两种；⼜根据脱羧是否伴有氧化，可分为单纯脱羧和氧化脱羧两种类型。
(⼀)α-单纯脱羧氨基酸脱羧酶CO R-CH NH + 2 22HH2O2SH2SO2FMN 或 FADFMNH2 或 FADH22HSH2SFMN(或FAD)FMNH2(或FADH2) SH2SNAD+(NADP+)NADH+H+(NADPH+H+)α2 NHR- CH- COOH2胺α-氨基酸幻灯⽚8(⼆)α-氧化脱羧(三)β-单纯脱羧丙酮酸羧化酶丙酮酸草酰⼄酸(四)β-氧化脱羧幻灯⽚9第⼆节呼吸链与氧化磷酸化(r e s p i r a t o r y c h a i n a n d o x i d a t i v e p h o s p h o r y l a t i o n )⼀、什么是呼吸链⼄酰辅酶A+ CO2SCoA ~ CH 3 C HSCoA+ 丙酮酸α CH 3 CCOO丙酮酸脱氢酶系 +NADH+H+NADαβCOCOOH HCH2 - COOC2 +CH3COCOOH+ C2CHOH-COOHCH-COOH CH 2 -COO αβ异柠檬酸 CH 2 -COO CH 2 CO-COO α-酮戊⼆酸异柠檬酸脱氢酶+NADH+H+NAD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)。
生物化学：生物氧化 ppt课件
➢ 复合体Ⅳ 抑制剂：CN－、N3－紧密结合氧化型 Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。 CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
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生物化学ppt第六章生物氧化
* 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。
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。
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
生物化学ppt第六章生物氧化
H2O
4 生物氧化的三个阶段
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
生物化学ppt第六章生物氧化
大分子降解 成基本结构 单位
其次，△G是判断一个化学反应能否向某个方向进行 的根据，而与反应速度无关。负的△G表明反应可以 自发进行，但并不表明反应以多大的速度进行。
生物化学ppt第六章生物氧化
2.化学反应自由能的计算
a.利用化学反应平衡常数计算 基本公式：ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。
糖
脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
能量
ADP+Pi ATP
生物化学ppt第六章生物氧化
热能
2、生物氧化的特点
1. 生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程， 反应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。
2. 氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的
3.
发生。
3. 水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢 作用直接参予了氧化反应。
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。
二、生物能学简介
1. 自பைடு நூலகம்能（free energy）的概念
概念：在恒温恒压下，体系可以用来对环境作功的
第六章 生物氧化与氧化磷酸化
生物化学ppt第六章生物氧化
一、生物氧化概述 二、电子传递链 三、氧化磷酸化 四、其他末端氧化酶系统
生物化学ppt第六章生物氧化
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化概念
生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解，
最终生成co2和H2o并释放出能量的作用称为生物氧化。 生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反
6. 生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联， 转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。
生物化学ppt第六章生物氧化
* 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。
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。
b.利用标准氧化还原电位（E°）计算（限于氧化还原
反应）
基本公式：ΔG°′=－nFΔE°′ (ΔE°′=E+°′-E-°′)
例：计算NADH氧化反应的ΔG°′ 生物化学ppt第六章生物氧化
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题：反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求 G0。如果反应未达到平
R CH2-NH2 +CO2
O
丙酮酸脱氢酶系
CH3-C-COOH
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
生物化学ppt第六章生物氧化
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。：
那一部分能量叫作自由能
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS
△G代表体内自由能的变化； △H为体系的焓变化； T为热力学温度； △S代表体系墒（体系的散乱无序程度）变化。
生物化学ppt第六章生物氧化
物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量) 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即：
ΔG<0，反应能自发进行 ΔG>0，反应不能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态。 注意：反应的△G仅决定于反应物(初始状态)的自由能与 产物(最终状态)的自由能，而与反应途径和反应机制 无关。
4. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进
行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常
由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
生物化学ppt第六章生物氧化
5. 生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由 特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离 出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和 的条件下释放能量，提高能量利用率。
衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L， 求反应的 G是多少？
解：达平衡时
=Keq=19
ΔG°′= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 lg19
=-7.6KJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.3038.314 311 lg0.1 =-13.6KJ.mo生l物-1化学ppt第六章生物氧化
产生的CO2、H2O由物质 中的碳和氢直接与氧结
合生成。
生物化学ppt第六章生物氧化
3、生物氧化中CO2和H2O的生成
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间 化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。
类型：α-脱羧和β-脱羧
氧化脱羧和单纯脱羧
例： R
H2N-CH-COOH
氨基酸脱羧酶
例题：计算下反应式ΔG°′ NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.32
ΔG°′-nFΔE°′ -2×96.485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
生物化学ppt第六章生物氧化
生物系统中的能流
生物化学ppt第六章生物氧化
三、高能化合物
生化反应中，在水解时或基团转移反应中可
* 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。
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。
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
生物化学ppt第六章生物氧化
H2O
4 生物氧化的三个阶段
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
生物化学ppt第六章生物氧化
大分子降解 成基本结构 单位
其次，△G是判断一个化学反应能否向某个方向进行 的根据，而与反应速度无关。负的△G表明反应可以 自发进行，但并不表明反应以多大的速度进行。
生物化学ppt第六章生物氧化
2.化学反应自由能的计算
a.利用化学反应平衡常数计算 基本公式：ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。
糖
脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
能量
ADP+Pi ATP
生物化学ppt第六章生物氧化
热能
2、生物氧化的特点
1. 生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程， 反应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。
2. 氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的
3.
发生。
3. 水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢 作用直接参予了氧化反应。
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。
二、生物能学简介
1. 自பைடு நூலகம்能（free energy）的概念
概念：在恒温恒压下，体系可以用来对环境作功的
第六章 生物氧化与氧化磷酸化
生物化学ppt第六章生物氧化
一、生物氧化概述 二、电子传递链 三、氧化磷酸化 四、其他末端氧化酶系统
生物化学ppt第六章生物氧化
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化概念
生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解，
最终生成co2和H2o并释放出能量的作用称为生物氧化。 生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反
6. 生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联， 转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。
生物化学ppt第六章生物氧化
* 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。
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。
b.利用标准氧化还原电位（E°）计算（限于氧化还原
反应）
基本公式：ΔG°′=－nFΔE°′ (ΔE°′=E+°′-E-°′)
例：计算NADH氧化反应的ΔG°′ 生物化学ppt第六章生物氧化
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题：反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求 G0。如果反应未达到平
R CH2-NH2 +CO2
O
丙酮酸脱氢酶系
CH3-C-COOH
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
生物化学ppt第六章生物氧化
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。：
那一部分能量叫作自由能
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS
△G代表体内自由能的变化； △H为体系的焓变化； T为热力学温度； △S代表体系墒（体系的散乱无序程度）变化。
生物化学ppt第六章生物氧化
物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量) 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即：
ΔG<0，反应能自发进行 ΔG>0，反应不能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态。 注意：反应的△G仅决定于反应物(初始状态)的自由能与 产物(最终状态)的自由能，而与反应途径和反应机制 无关。
4. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进
行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常
由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
生物化学ppt第六章生物氧化
5. 生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由 特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离 出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和 的条件下释放能量，提高能量利用率。
衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L， 求反应的 G是多少？
解：达平衡时
=Keq=19
ΔG°′= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 lg19
=-7.6KJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.3038.314 311 lg0.1 =-13.6KJ.mo生l物-1化学ppt第六章生物氧化
产生的CO2、H2O由物质 中的碳和氢直接与氧结
合生成。
生物化学ppt第六章生物氧化
3、生物氧化中CO2和H2O的生成
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间 化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。
类型：α-脱羧和β-脱羧
氧化脱羧和单纯脱羧
例： R
H2N-CH-COOH
氨基酸脱羧酶
例题：计算下反应式ΔG°′ NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.32
ΔG°′-nFΔE°′ -2×96.485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
生物化学ppt第六章生物氧化
生物系统中的能流
生物化学ppt第六章生物氧化
三、高能化合物
生化反应中，在水解时或基团转移反应中可