生物氧化'

组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）
一、呼吸链的组成
在线粒体内膜上存在两种呼吸链：
复合体 I
复合体 III
复合体 IV
复合体 II
复合体 III
复合体 IV
1.复合体Ⅰ：NADH-CoQ还原酶
功能：将电子从NADH传递给CoQ 辅基：FMN，铁硫蛋白
➢ 复合体Ⅰ电子传递：
复合体Ⅰ
NADH→FMN→Fe-S→ CoQ→ Fe-S→ CoQ
它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。 NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子 供体之一。
铁硫蛋白(简写为 Fe-S)是一种与电 子传递有关的蛋 白质，它与
NADHQ还原酶 的其它蛋白质组 分结合成复合物 形式存在。
琥珀酸 延胡索酸
FAD
CoQH2
Fe-S
FADH2
CoQ
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功能：将电子从CoQ传递给Cytc 组成：Cytb、Fe-S、Cytc1 细胞色素(Cyt)：含铁卟啉辅基的色蛋白，分a、b、c
三类，每类中又分几种亚类。
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细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶 类，根据它们吸收光谱不同而分类。
蛋白质
Cys
S
CH CH3
CH3 Cys S
H3C
NN
CH CH3
Fe
NN
H3C
CH3
CH2 CH2 COOH
CH2 CH2 COOH
Cytcห้องสมุดไป่ตู้基
功能：单电子传递体
+e
Fe3+
Fe2+
-e
（简写为cyt. ）是含铁的电子传递体，辅基为铁 卟啉的衍生物，铁原子处于卟啉环的中心，构成 血红素。各种细胞色素的辅基结构略有不同。线 粒体呼吸链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1等， 组成它们的辅基分别为血红素A、B和C。细胞色 素a, b, c可以通过它们的紫外-可见吸收光谱来鉴 别。
在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生Cu+ Cu2+ 的互变，将cyt.c所携带的电子传递给O2。
琥珀酸等
FADH2
Fe-S
复合物 II
琥珀酸-Q还原酶
NADH
FMN Fe-S CoQ
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
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长的 疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半醌 型泛醌。内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭传 递还原当量和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核心 作用。
功能：将电子从琥珀酸传递给CoQ 辅基：FAD、Fe-S
Biological Oxidation
营养物质在生物体内进行氧化分解，最终生成CO2 和H2O，并释放能量的过程.
生物氧化
体外燃烧
反应条件
温和
剧烈
(体温、pH近中性) (高温、高压)
反应过程
逐步进行的酶促反应 一步完成
能量释放
逐步进行
瞬间释放
（化学能、热能）
（热能）
CO2生成方式 H2O
有机酸脱羧 需要
碳和氧结合 不需要
生物氧化过程中能量逐步释放，其中一部分由一些高能化合 物（如ATP）截获，再供给机体所需。在此过程中既不会因氧 化过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释放的能量尽可 得到有效的利用。
C6H12O6 + 6O2
6CO2+6H2O + 能量 (2840kJ/mol)
最大特点：逐步释放能量。 方式：酶催化
Cyt aa3 细胞色素氧化酶
O2
重要代谢物进入呼吸链的途径
在生物氧化反应中，氧化与还原总是相互偶联的。一个化合物 （还原剂）失去电子，必然伴随另一个化合物(氧化剂）接受电子。 在线粒体呼吸链中，推动电子从NADH传递到O2的力，是由于 NAD+ / NADH + H+ 和1/2 O2 / H2O两个半反应之间存在很大 的电势差。
铁硫蛋白
S
无机硫 S
半胱氨酸硫
它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。
(2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。 铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作 用
Q (醌型结构) 很容 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。因此， 它在线粒体呼吸链 中作为电子和质子 的传递体。
生物氧化和有机物质体外燃烧在化学本质 上是相同的，遵循氧化还原反应的一般规 律，所耗的氧量、最终产物和释放的能量 均相同
生物氧化 特点：
（1）在细胞内，温和的环境中经酶催化逐步进行。 （2）能量逐步释放。一部分以热能形式散发，以维持体温，
一部分以化学能形式储存供生命活动能量之需（约40%） （3）生物氧化生成的H2O是代谢物脱下的氢与氧结合产生，
CoQ CoQH2
2Fe2+ Cytb 2Fe3+
2Fe3+ Fe -S 2Fe2+
2Fe2+
Cytc1 2Fe3+
CoQ-Cytc还原酶
2Fe3+
Cytc 2Fe2+
功能：将电子从Cytc最终传递到O2 组成：Cyta、Cyta3、Cu
2Fe3+ Cytc 2Fe2+
2Fe2+ Cyta
2Fe3+
H2O也直接参与生物氧化反应；CO2由有机酸脱羧产生 （4）生物氧化的速度由细胞自动调控。
这类反应进行过程中细胞要摄取O2， 释放CO2故又形象地称之为细胞呼 吸
物质氧化的方式： 失电子、脱氢(最主要)、加氧
CO２生成的方式： 有机酸脱羧
糖原 葡萄糖
三酯酰甘油 脂酸+甘油 乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
细胞色素主要是通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递 电子的作用的。
它是电子传递链中一 个独立的蛋白质电子 载体，位于线粒体内 膜外表，属于膜周蛋 白，易溶于水。它与 细 胞 色 素 c1 含 有 相 同 的辅基，但是蛋白组 成则有所不同。在电 子 传 递 过 程 中 ， cyt. c通过Fe3+ Fe2+ 的 互变起电子传递中间 体作用。
2Cu2+ 2Cu+
2Fe2+
Cyta3 2Fe3+
细胞色素氧化酶
1 2 O2 H2O
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简写为cyt. c 氧化酶， 即复合物IV，它是位 于线粒体呼吸链末端的 蛋白复合物，由12个 多肽亚基组成。活性部 分主要包括cyt. a和a3。
cyt. a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还 含有铜原子。cyt. a a3可以直接以O2为电子受体。
(a) ½ O2 + 2 H+ + 2 e- H2O E0’ = +0.82 V (b) NAD+ + H+ + 2 e- NADH E0’ = -0.322 V 将 (a) 减去 (b)，即得 (c) 式： (c)½ O2 + NADH + 2H+ H2O + NAD+ E0’ = +1.14 V G’ =-nF E0’ =-2 96500 1.14 = -220 kJ / mol
TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP
呼吸链
(NADH,FADH2)
H2O
第二节 线粒体氧化体系
真 核 细 胞-线 粒 体 （mitochondria)
是生物氧化的主要场所，主要功能是 将代谢物脱下的氢通过多种酶及辅酶 所组成的传递体系的传递，最终与氧 结合生成水。
定义
指线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子传 递功能的酶复合体，可通过链锁的氧化还原将代谢物脱下 的电子最终传递给氧生成水。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)。