第08章 生物氧化与氧化磷酸化
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加水脱氢是重要的脱氢反应，酶催化向底物加 入水分子同时脱去一对氢，相当于底物加入一 个氧原子。
8
二、很多氧化酶直接以氧为受氢/电子体
氧化酶类泛指催化涉及氧分子（O2）的反应。 分为4组：
氧化酶（oxidases） 需氧脱氢酶 (aerobic dehydrogenases) 加氧酶 (oxygenases) 氢过氧化物酶（hydroperoxidases）
氧 结 合 生 成 CO2 和 H2O 。
有机酸脱羧产生CO2。
6
生物氧化的一般过程
糖原
三酯酰甘油
葡萄糖
脂酸+甘油
乙酰CoA
蛋白质
氨基酸
TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
7
* 生物体内的氧化还原反应类型
氧化还原酶类促进的氧化反应，包括失电子、 脱氢和加氧不同反应方式，参与产生能量或催 化物质代谢变化。
（3）通过催化可逆的反应促进还原当量在细胞内 的自由运转或穿梭。
13
（一）以尼克酰胺腺嘌呤核苷酸为受氢体的需氧脱氢酶
R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
NAD+和NADP+的结构 14
NAD+（NADP+）的加氢和脱氢反应
氧化还原反应的变化发生在五价氮和三价氮之间。
15
（二）某些不需氧脱氢酶以黄素核苷酸为受氢体 琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶等以黄素单
➢ 组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）
21
（一） 电子传递体是酶复合体的辅酶或辅基
电子传递体：就是组成呼吸链的几种酶复合体的 辅酶或辅基，有的传递氢，有的传递电子。电子传 递 体 具 有 不 同 的 氧 化 还 原 电 位 （ redox potential），决定了它们在呼吸链中的排列次序。
2
一、体内进行的氧化还原反应就是生物氧化
* 生物氧化（biological oxidation）
物质在生物体内进行氧化称生物氧化 (biological oxidation)，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 。 故 又 称 细 胞 呼 吸 (cellular respiration)。
核苷酸（flavin mononucleotide，FMN）、黄素 腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide， FAD为辅酶。
16
FMN的加氢和脱氢反应
17
O
H3C
5
N
10
4 NH
FAD
8
9
1
H3C
N NO
NH2
HCH
H C OH H C OH
N
N
H C OH O
O
特点：存在于不同亚细胞结构，多数催化物质转化， 与ATP的生成无关。
9
（一）某些氧化酶辅基含铜或铁卟啉
以O2为直接受氢体，产物为H2O。辅基主要是 Cu2+或铁卟啉，存在于线粒体。如细胞色素C氧化 酶。
（二）需氧脱氢酶直接还原氧生成过氧化氢
属于黄素酶(flavoenzyme)，辅基为FAD或 FMN，如黄嘌呤氧化酶等。以O2为直接受氢体，产 物为H2 O2。
20
Biblioteka Baidu
一、呼吸链由电子传递体组成的氧化还原体系
➢ 呼吸链概念 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，通过氧化还原体系将代 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)。
➢ 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。
5
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 ➢ 能量突然释放。
进行，能量逐步释放，能量容
易捕获，ATP生成效率高。
➢ 通过加水脱氢反应使物质能间 ➢ 物质中的碳和氢直接
接获得氧，并增加脱氢的机会； 脱下的氢与氧结合产生H2O，
10
（三）直接涉及氧反应的酶还有加氧酶和过氧化酶 各种加氧酶以及氢过氧化物酶【包括过氧化氢 酶(catalase)、过氧化物酶(peroxidase)】 存在于微粒体，参与某些代谢物、药物、毒物 的转化或清除。
11
三、不需氧脱氢酶不能直接以氧为受氢体
不需氧脱氢酶（anaerobic dehydrogenases）： 指催化底物脱氢而又不以氧为直接受氢体的酶。
N
N
CH2 O P O P O CH2 O
OH OH
HH
H
H
OH OH
（三）某些氧化还原酶以血红素为电子载体
Q-细胞色素c氧化还原酶以血红素bH、bL及c1
为辅基，传递电子。
H3C OOC CH2 CH2
CH3 CH3 HC S CH2 protein
N N Fe N
N
CH2 CH2 COO
CH3
3
* 生物氧化的一般过程
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP 热能
* 生物氧化特点：生物分子在体内的反应条件温和， 逐步反应，逐步释能，常伴有分解释能反应与需能 反应偶联，或能量形式的转换。
4
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。
第八章
生物氧化 与氧化磷酸化
Biological oxidation and oxidative phosphorylation
第一节 生物氧化反应及氧化还原酶
基本类型
Reactions and Oxidative-Reductive Enzymes in Biological Oxidation
此类酶不是将氢（H+ + e-）直接传递给O2，而是 使H活化并由辅酶或辅基接受，产生还原型辅酶或 辅基。
12
主要功能：
（1）作为呼吸链/电子传递链中氢或电子载体， 间接将氢或电子传递给O2，生成H2O，与产生 ATP相关。
（2）催化不涉及呼吸链/电子传递链偶联的氧化 还原反应，促进代谢物之间氢的交换。
CH3
CH S CH2 protein CH3
O HC
OOC CH2 CH2
CH2 CH2 CH CH3 HC OH
CH3 C CH2 3 H
N N Fe N
N
CH3 CH CH2
CH2 CH3 CH2 COO
血红素 C
血红素 b
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第二节
线粒体氧化体系与氧化磷酸化
Mitochondrial oxidative system and oxidative phosphorylation
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二、很多氧化酶直接以氧为受氢/电子体
氧化酶类泛指催化涉及氧分子（O2）的反应。 分为4组：
氧化酶（oxidases） 需氧脱氢酶 (aerobic dehydrogenases) 加氧酶 (oxygenases) 氢过氧化物酶（hydroperoxidases）
氧 结 合 生 成 CO2 和 H2O 。
有机酸脱羧产生CO2。
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生物氧化的一般过程
糖原
三酯酰甘油
葡萄糖
脂酸+甘油
乙酰CoA
蛋白质
氨基酸
TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
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* 生物体内的氧化还原反应类型
氧化还原酶类促进的氧化反应，包括失电子、 脱氢和加氧不同反应方式，参与产生能量或催 化物质代谢变化。
（3）通过催化可逆的反应促进还原当量在细胞内 的自由运转或穿梭。
13
（一）以尼克酰胺腺嘌呤核苷酸为受氢体的需氧脱氢酶
R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
NAD+和NADP+的结构 14
NAD+（NADP+）的加氢和脱氢反应
氧化还原反应的变化发生在五价氮和三价氮之间。
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（二）某些不需氧脱氢酶以黄素核苷酸为受氢体 琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶等以黄素单
➢ 组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）
21
（一） 电子传递体是酶复合体的辅酶或辅基
电子传递体：就是组成呼吸链的几种酶复合体的 辅酶或辅基，有的传递氢，有的传递电子。电子传 递 体 具 有 不 同 的 氧 化 还 原 电 位 （ redox potential），决定了它们在呼吸链中的排列次序。
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一、体内进行的氧化还原反应就是生物氧化
* 生物氧化（biological oxidation）
物质在生物体内进行氧化称生物氧化 (biological oxidation)，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 。 故 又 称 细 胞 呼 吸 (cellular respiration)。
核苷酸（flavin mononucleotide，FMN）、黄素 腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide， FAD为辅酶。
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FMN的加氢和脱氢反应
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O
H3C
5
N
10
4 NH
FAD
8
9
1
H3C
N NO
NH2
HCH
H C OH H C OH
N
N
H C OH O
O
特点：存在于不同亚细胞结构，多数催化物质转化， 与ATP的生成无关。
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（一）某些氧化酶辅基含铜或铁卟啉
以O2为直接受氢体，产物为H2O。辅基主要是 Cu2+或铁卟啉，存在于线粒体。如细胞色素C氧化 酶。
（二）需氧脱氢酶直接还原氧生成过氧化氢
属于黄素酶(flavoenzyme)，辅基为FAD或 FMN，如黄嘌呤氧化酶等。以O2为直接受氢体，产 物为H2 O2。
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一、呼吸链由电子传递体组成的氧化还原体系
➢ 呼吸链概念 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，通过氧化还原体系将代 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)。
➢ 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。
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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 ➢ 能量突然释放。
进行，能量逐步释放，能量容
易捕获，ATP生成效率高。
➢ 通过加水脱氢反应使物质能间 ➢ 物质中的碳和氢直接
接获得氧，并增加脱氢的机会； 脱下的氢与氧结合产生H2O，
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（三）直接涉及氧反应的酶还有加氧酶和过氧化酶 各种加氧酶以及氢过氧化物酶【包括过氧化氢 酶(catalase)、过氧化物酶(peroxidase)】 存在于微粒体，参与某些代谢物、药物、毒物 的转化或清除。
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三、不需氧脱氢酶不能直接以氧为受氢体
不需氧脱氢酶（anaerobic dehydrogenases）： 指催化底物脱氢而又不以氧为直接受氢体的酶。
N
N
CH2 O P O P O CH2 O
OH OH
HH
H
H
OH OH
（三）某些氧化还原酶以血红素为电子载体
Q-细胞色素c氧化还原酶以血红素bH、bL及c1
为辅基，传递电子。
H3C OOC CH2 CH2
CH3 CH3 HC S CH2 protein
N N Fe N
N
CH2 CH2 COO
CH3
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* 生物氧化的一般过程
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP 热能
* 生物氧化特点：生物分子在体内的反应条件温和， 逐步反应，逐步释能，常伴有分解释能反应与需能 反应偶联，或能量形式的转换。
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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。
第八章
生物氧化 与氧化磷酸化
Biological oxidation and oxidative phosphorylation
第一节 生物氧化反应及氧化还原酶
基本类型
Reactions and Oxidative-Reductive Enzymes in Biological Oxidation
此类酶不是将氢（H+ + e-）直接传递给O2，而是 使H活化并由辅酶或辅基接受，产生还原型辅酶或 辅基。
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主要功能：
（1）作为呼吸链/电子传递链中氢或电子载体， 间接将氢或电子传递给O2，生成H2O，与产生 ATP相关。
（2）催化不涉及呼吸链/电子传递链偶联的氧化 还原反应，促进代谢物之间氢的交换。
CH3
CH S CH2 protein CH3
O HC
OOC CH2 CH2
CH2 CH2 CH CH3 HC OH
CH3 C CH2 3 H
N N Fe N
N
CH3 CH CH2
CH2 CH3 CH2 COO
血红素 C
血红素 b
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第二节
线粒体氧化体系与氧化磷酸化
Mitochondrial oxidative system and oxidative phosphorylation