11生物氧化

• 糖类、脂肪、氨基酸等有机物质代谢形成的还原型辅酶通 过电子传递途径被重新氧化，即还原型辅酶上的氢原子以 质子形式脱下，其电子沿一系列按一定顺序排列的电子传 递体转移，最后转移给分子氧，并生成水。
• 起传递氢或电子作用的酶或辅酶称为电子传递体，它们按 一定的顺序排列在线粒体内膜上，组成递氢或递电子体系， 成为电子传递链。该体系进行的一系列连锁反应是与细胞 摄取氧的呼吸过程相关，故又称为呼吸链（respiratory chain）。
半胱氨酸 巯基
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无机硫
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4、泛醌（Q ，CoQ）
O
CH3O
CH3
CH3O
(CH2CH C CH2)nH
电子传递链中唯一的非蛋白的电子载体
O
CH3
n=6-10
脂溶性苯醌，长侧链由多个异戊二烯构成
易接受电子和质子，还 原成QH2（还原型）；
QH2也容易给出电子和 质子，重新氧化成Q。
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4、特点
近中性、约37℃水溶液中逐步进行的一 系列酶促反应
逐步释放能量： 维持体温
合成ATP（储存能量）
生物氧化的速率受体内多种因素影响和调 节
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1）相同点
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2）不同点
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第二节 线粒体氧化体系
• 用去垢剂温和处理线粒体内膜，得到四种电 子传递复合体，根据其功能和组合也能进一 步证实排列顺序
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NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
复合体Ⅱ
琥珀酸-Q氧化还原酶
复合 体Ⅳ
细胞色素 c氧化酶
复合体Ⅰ
NADH-Q氧化还 原酶
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复合体Ⅲ
泛醌－细胞色素
C氧化还原酶
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电子的传递
CoQH
2
CoQ
鱼藤酮或安密妥加可阻断复合物Ⅰ中进行的电子传递
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CoQH
2
CoQ
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CoQ
CoQH
2
抗霉素可以阻断复合物Ⅲ中进行的电子传递
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氰化物和CO可与细胞色素氧化酶双核中心结合，阻断电子传递
（即生成ATP的摩尔数）
NADH P/O＝3
琥珀酸 P/O＝2
还原型Cyt c P/O＝1
AT P
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AT
AT
P
P
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AT P
能量释放:生成 每molATP所需 能量为30.5 kJ (7.28 kcal)（见 书上P400）
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AT
AT
P
P
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（2）偶联部位即ATP生成部位
如果只有代谢物的氧化过程，而不伴随ATP的生成的过 程，则称为氧化磷酸化的解耦联。
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与底物水平磷酸化作用的原则区别
氧化磷酸化： ATP的生成基于与呼吸链电子传递相偶联的磷酸化作用 底物水平磷酸化： 基于酶的催化将高能磷酸基团直接转移生成ATP
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（1）P/O比值 每消耗1摩尔氧原子所需消耗无机磷的摩尔数
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三、ATP的生成、利用和储存
• （一）高能化合物：高能磷酸化合物、高 能硫酯化合物。
• 高能磷酸化合物,含有高能磷酸键:磷酸肌酸、 ATP、CTP、UTP、GTP、磷酸烯醇式丙 酮酸等
• 高能硫酯化合物，含有高能硫酯基团：乙 酰CoA、脂酰CoA等
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• 这个反应是可逆的，在一定条件下，这个反应平衡趋向左 方，那么这个酶可称为1,3-二磷酸甘油酸还原酶。
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尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
• NADPH+H++NAD+ NADP++NADH+H+
• NADPH只能将2H转移给NAD + ，进入呼吸 链。
• 另外，可以为合成代谢、羟化反应等反应 提供氢。
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ATP循环是生物体内能量转换的基本方式
• ATP循环
氧化磷酸化 底物水平磷 酸化
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ATP
肌 酸
机械能 渗透能
磷酸 肌酸
化学能 ～P 电能
热能
AD
P 32
（二）高能磷酸化合物ATP的生成
1.底物水平磷酸化： 代谢物在分解代谢过程中由于脱氢或脱水等作用使能量在
分子内部重新分配，形成高能磷酸化合物，然后将高能磷酸 基团转移到ADP形成ATP的过程。
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NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶都属于黄素脱氢酶。 NADH脱氢酶：将NADH的H转移到NADH脱氢 酶的辅基FMN上；
琥珀酸脱氢酶：直接作用于琥珀酸将氢脱下转移 至琥珀酸脱氢酶的辅基FAD上。
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3.铁硫蛋白（Fe-S） 非血红素铁蛋白
铁硫中心：Fe、2Fe-2S 或 4Fe-4S 通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用，单电子传 递体 通常与黄素脱氢酶和细胞色素结合
电子和质子的传递体
中间反应： 半醌
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5.细胞色素体系（Cyt）
含铁的电子传递体 辅基为铁卟啉的衍生物
根据吸收光谱的不同分为 三大类：细胞色素a、b、c
铁原子处于卟啉环的中心，构成血红素
线粒体呼吸链：细胞色素a, a3，b, c 和c1等
Cyt a和a3，组成复合体，是唯一能将电子传递给氧的 细胞色素，又称细胞色素c氧化酶
2-磷酸-甘油酸脱水所引起的内部能量重新分布，能量与ADP作用产生一个ATP
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2.氧化磷酸化
伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化
是体内生成ATP的主要方式
代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释 放能量用以使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，故称氧化磷 酸化。
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一.呼吸链的主要组分
• 烟酰胺脱氢酶，辅酶为：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸
(NAD+)或称辅酶Ⅰ（Co Ⅰ），尼克酰胺腺嘌呤二 核苷酸磷酸(NADP+)或称辅酶Ⅱ(CoⅡ)
• 黄素脱氢酶，两种辅基：黄素单核苷酸（FMN）， 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）
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2.黄素脱氢酶
• 两种辅基： 黄素单核苷酸（FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD） 黄素脱氢酶可催化代谢物脱氢，脱下的氢可
被该酶的辅基FMN或FAD接受 →FMNH2/FADH2
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FMN与FAD，两者均含有维生素B2，FMN尚含一分 子磷酸，而FAD则比FMN多一分子腺苷酸（AMP）。
Fe3+ Fe2+ ，传递电子，单电子传递体
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பைடு நூலகம்21
二、传递体排列顺序的确定
• 电子流动趋向从还原电位低向还原电位高 的方向流动
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• 各组分都有特殊的吸收光谱，且得失电子后 光谱发生改变（NAD＋，FP, Cyt)（通氧）
• 某些组分的电子传递可以被抑制剂特异的阻 断
Biological oxidation
第11章 生物氧化
物质在生物体内的氧化分解称为生物氧化, 它主要是指糖、脂肪及蛋白质等在体内氧化分 解最终生成二氧化碳和水，并释放出能量的过 程。
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1.生物氧化的基本概念
一切生物都靠能量维持生存 生物体所需要的能量主要来源于糖、脂肪、 蛋白质的物质氧化分解时释放的能量
• 糖酵解：1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，共消耗 了2个ATP，产生了4个ATP，实际上净生成了2个 ATP，同时产生2个NADH。
• 丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成1个 NADH。
• 三羧酸循环：乙酰CoA CO2和H2O，产生一 个GTP（即ATP）、3个NADH和1个FADH2。
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4、电子传递链抑制剂，氧化受阻，耦联的磷 酸化也无法进行
抗霉素A 二硫基丙醇
氰化物、 CO、H2S
鱼藤酮
粉蝶霉素A 异戊巴比妥
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五、胞液中NADH的氧化
• 胞液中的NADH不能自由透过线粒体内膜, 通过以下两种机制进入线粒体:
• α-磷酸甘油穿梭 • 苹果酸-天冬氨酸穿梭
重新学习概念
• 糖类、脂肪、氨基酸等有机物质代谢形成的还原型辅酶通 过电子传递途径被重新氧化，即还原型辅酶上的氢原子以 质子形式脱下，其电子沿一系列按一定顺序排列的电子传 递体转移，最后转移给分子氧，并生成水。
• 起传递氢或电子作用的酶或辅酶称为电子传递体，它们按 一定的顺序排列在线粒体内膜上，组成递氢或递电子体系， 成为电子传递链。该体系进行的一系列连锁反应是与细胞 摄取氧的呼吸过程相关，故又称为呼吸链（respiratory chain）。
转运机制
进入线粒体后转化 为
苹果酸-天冬氨酸穿 α-磷酸甘油穿梭作
梭作用
用
NADH+H+ FADH2
1mol葡萄糖氧化产 38
36
生的总ATP量（mol）
存在部位
肝、心肌
脑、骨胳肌
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葡萄糖分解代谢过程中能量的产生
• 葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式： 直接产生ATP；生成高能分子NADH或FADH2， 后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。
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疏水F0，质 子通道40
（4）氧化磷酸化的抑制
1、正常情况，氧化磷酸化速率受ADP调节。
2、解偶联剂：二硝基苯酚，氧化反应进行， 但磷酸化反应被破坏。破坏了H+梯度，表现为 氧化磷酸化的解耦联。
3、氧化磷酸化抑制剂：即抑制氧的利用又抑 制ATP的生成，但不抑制电子传递链上载体的 作用。
物质在生物体内的氧化分解
线粒体内外均可进行
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2、意义：生命活动能量的来源
线粒体内 体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化，伴 有ATP生成 生物氧化和燃烧：化学本质相同，方式不同
线粒体外（内质网、微粒体）
代谢物及药物、毒物的转化有关，不伴有
ATP的生成
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葡萄糖分解代谢过程中能量的产生
• 糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成的NADH 和FADH2 ，进入线粒体呼吸链氧化并生成ATP。线粒 体呼吸链是葡萄糖分解代谢产生ATP的最主要途径。
• 葡萄糖分解代谢总反应式 • C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP +
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磷酸甘油 脱氢酶
磷酸 甘油 脱氢 酶复 合物
• 相关酶:磷酸甘油脱氢酶
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谷氨酸－天冬 氨酸移位酶
苹果酸－α酮戊二酸载体
• 相关酶:MDH苹果酸脱氢酶,GOT谷草转氨酶
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• 注意：线粒体外产生的NADH不能自由透 过线粒体内膜
• 铁硫蛋白（Fe-S） • 泛醌（UQ）又称辅酶Q • 细胞色素体系（Cyt）包括：Cyt a、Cyt b、Cyt c
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1.烟酰胺脱氢酶，辅酶：NAD+ NADP+
含有:尼克酰胺、核糖、
磷酸和腺苷酸（AMP）
尼克酰胺基团
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NAD+的主要功能：
通过NADH呼吸链传递2H可生成3ATP，通过FADH2呼吸 链传递2H可生成2ATP。
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（3）氧化磷酸化的机制 化学渗透学说
要点： 1.电子传递同时，质子从线粒体内膜的基质侧排到内膜外膜间 隙 2.线粒体内膜不允许质子自由回流 3.膜内外电位差——能量的贮存 4.质子回流驱动ADP与Pi合成ATP
是很多脱氢酶的辅酶（苹果酸脱氢酶,异柠檬 酸脱氢酶等）
反应时NAD+接受2H，传递给下一传递体黄 素脱氢酶的辅基。
还原和氧化形式可通过吸收峰区别。 NADH:340nm， NAD+ :260nm
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了解什么是脱氢酶
• 一类催化物质氧化还原反应的酶，在酶学分类中属于第一 大类。反应中被氧化的底物叫氢供体或电子供体，被还原 的底物叫氢受体或电子受体。当受体是O2时，催化该反应 的酶称为氧化酶，其他情况下都称为脱氢酶。不同的脱氢 酶几乎都根据其底物的名称命名。
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生物体把能量用在生命活动的各个方面
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3、线粒体内生物氧化的过程
有机分子在线粒体内氧化分 解成CO2和H2O并释放出能量的过 程，分三个阶段：
一、糖、脂类、蛋白质分解为— —葡萄糖、脂肪酸和甘油、氨基 酸
二、进一步生成乙酰CoA
三、三羧酸循环，乙酰CoA彻底 氧化成CO2，并有多次脱氢，脱下 的氢通过呼吸链传递与氧结合生 成水。