第五章 生物氧化
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Ⓢ 表-示wenku.baidu.com 无机硫
【作用】将FMN或FAD 中 的电子传递给泛醌。 【传递机制】单电子传递
--
泛醌
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。
︱
C︱H2
α-酮戊二酸
CH2 -—- COOH
生物氧化记忆:
氧化分解在机体, 底物酶链氧分子. 生成CO2 、H2O能量, 能量转化ATP.
--
三、参与生物氧化的酶类
1、氧化酶类
直接利用氧，产物为水，辅基含铜离子。 [例]细胞色素氧化酶，抗坏血酸氧化酶等。
2H+
H2O
+
2e
SH2
2Cu2+
O2-
O
NADH+H+
CO2
CH3 —C～SCoA 乙酰CoA
--
β ︱CH2 —COOH 草酰乙酸 α COCOOH
丙酮酸脱羧酶
O
CO2
CH3 —C—COOH
--
丙酮酸
HO—α CH—COOH ︱
β CH—COOH ︱ CH2 —COOH
异柠檬酸
NAD+
异柠檬酸脱氢酶
NADH+H+
CO2
O C—COOH
--
第一节
概述
introduction
--
❖ 维持生命活动的能量，主要有两个来源： ❖ 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合
作用将光能转变成生物能。 ❖ 化学能：动物和大多数的微生物，通过生物氧
化作用将有机物质（主要是各种光合作用产物） 存储的化学能释放出来，并转变成生物能。
--
* 生物氧化的概念
FMN或 FAD
S
NADH+H+或
S
NADPH+H+
4、其它酶类
FMNH2或 FADH2
加单氧酶、加双氧酶、过氧化氢酶过氧化 --
物酶等。
第二节
生成ATP的氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
--
呼吸链
➢定义 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)。
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。
--
产生的CO2、H2O由物质中 的碳和氢直接与氧结合 生成。
* 生物氧化的一般过程
糖原
三脂酰甘油
葡萄糖
脂肪酸+甘油
乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
TAC
CO2
2H
--
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
* 生物氧化过程中CO2的生成
* α-单纯脱羧 * α-氧化脱羧 * β-单纯脱羧 * β-氧化脱羧
--
α
R—CH—COOH ︱ NH2
氨基酸
氨基酸脱羧酶 CO2
R—CH2NH2
胺
--
O
CH3
—C—COOH
α
HSCoA
NAD+
丙酮酸
丙酮酸脱氢酶系
➢组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）
--
一、呼吸链的组成
1. 以NAD+和NADP+为辅酶的脱氢酶类 2. 黄素蛋白 3. 铁硫蛋白 4. 泛醌 5. 细胞色素
--
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
--
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
--
3、脱电子反应
从底物上脱下一个电子.
Fe2+
Fe3+ +e
--
* 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 酶催化下逐步进行，能量逐步 释放, 便于机体以高能磷酸化 合物的形式贮存和利用能量.
--
❖ 琥珀酸脱氢
COOH CH2 CH2 COOH
COOH
CH
+
CH
COOH
2H+ + 2e-
--
❖ 乳酸脱氢酶
OH
CH3CHCOOH NAD+
O CH3CCOOH NADH
--
（2）加水脱氢
❖ 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这 一类。
H
H
H 2O
酶
RCO
R C OH
OH
O R C O H + 2H + + 2e -
S
2Cu+
2e 1/2O2
--
2、需氧脱氢酶类
以氧为受氢体，产物为H2O2, 辅基为FMN、 FAD。
2H
SH2
FMN或 FAD
H2O2
S
FMNH2或 FADH2
2H O2
--
3、不需氧脱氢酶类
代谢物脱氢，氧不是直接受氢体， 而是经过一系列传递交给氧，生 成H2O.
SH2
NAD或 NADP+
SH2
--
1、加氧反应
❖ 这类反应包括：加氧酶催化的加氧反应和氧化 酶催化的生成水的反应。 能够使氧分子直接加入到有机分子中。例如： 【甲烷】
CH4 + NADH + O2 CH3-OH + NAD+ + H2O
--
2、脱氢反应
（1）脱氢 ❖ 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地
位。它是许多有机物质生物氧化的重 要步骤。催化脱氢反应的是各种类型 的脱氢酶。
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。
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
能量
--
ADP+Pi
ATP
热能
* 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。
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
【作用】辅酶接受代谢物脱下的2H， 传递给黄素蛋白。
--
黄素蛋白 FMN和FAD结构中含核黄素，发挥功能的部
位是异咯嗪环，异咯嗪的第1、10位N上可加氢 氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN• 。
【作用】进行可逆的脱氢加氢反应。
--
铁硫蛋白
铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁 原 子 和 硫 原 子 ， 其 中 铁 原 子 可 进 行 Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。
第五章
生物氧化
Biological Oxidation
--
教学目的及要求
1·描述生物氧化的概念、特点
2·了解CO2的生成
3·熟悉呼吸链的组成及两条重要呼吸链
4·熟悉ATP的生成、转移、利用
5·掌握氧化磷酸化的概念、偶联部位、影响因素
6·了解穿梭
重难点：生物氧化的概念 呼吸链的组成及两条重 要呼吸链 ATP的生成 氧化磷酸化的概念 偶联部 位
【作用】将FMN或FAD 中 的电子传递给泛醌。 【传递机制】单电子传递
--
泛醌
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。
︱
C︱H2
α-酮戊二酸
CH2 -—- COOH
生物氧化记忆:
氧化分解在机体, 底物酶链氧分子. 生成CO2 、H2O能量, 能量转化ATP.
--
三、参与生物氧化的酶类
1、氧化酶类
直接利用氧，产物为水，辅基含铜离子。 [例]细胞色素氧化酶，抗坏血酸氧化酶等。
2H+
H2O
+
2e
SH2
2Cu2+
O2-
O
NADH+H+
CO2
CH3 —C～SCoA 乙酰CoA
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β ︱CH2 —COOH 草酰乙酸 α COCOOH
丙酮酸脱羧酶
O
CO2
CH3 —C—COOH
--
丙酮酸
HO—α CH—COOH ︱
β CH—COOH ︱ CH2 —COOH
异柠檬酸
NAD+
异柠檬酸脱氢酶
NADH+H+
CO2
O C—COOH
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第一节
概述
introduction
--
❖ 维持生命活动的能量，主要有两个来源： ❖ 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合
作用将光能转变成生物能。 ❖ 化学能：动物和大多数的微生物，通过生物氧
化作用将有机物质（主要是各种光合作用产物） 存储的化学能释放出来，并转变成生物能。
--
* 生物氧化的概念
FMN或 FAD
S
NADH+H+或
S
NADPH+H+
4、其它酶类
FMNH2或 FADH2
加单氧酶、加双氧酶、过氧化氢酶过氧化 --
物酶等。
第二节
生成ATP的氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
--
呼吸链
➢定义 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)。
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。
--
产生的CO2、H2O由物质中 的碳和氢直接与氧结合 生成。
* 生物氧化的一般过程
糖原
三脂酰甘油
葡萄糖
脂肪酸+甘油
乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
TAC
CO2
2H
--
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
* 生物氧化过程中CO2的生成
* α-单纯脱羧 * α-氧化脱羧 * β-单纯脱羧 * β-氧化脱羧
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α
R—CH—COOH ︱ NH2
氨基酸
氨基酸脱羧酶 CO2
R—CH2NH2
胺
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O
CH3
—C—COOH
α
HSCoA
NAD+
丙酮酸
丙酮酸脱氢酶系
➢组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）
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一、呼吸链的组成
1. 以NAD+和NADP+为辅酶的脱氢酶类 2. 黄素蛋白 3. 铁硫蛋白 4. 泛醌 5. 细胞色素
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NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
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NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
--
3、脱电子反应
从底物上脱下一个电子.
Fe2+
Fe3+ +e
--
* 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 酶催化下逐步进行，能量逐步 释放, 便于机体以高能磷酸化 合物的形式贮存和利用能量.
--
❖ 琥珀酸脱氢
COOH CH2 CH2 COOH
COOH
CH
+
CH
COOH
2H+ + 2e-
--
❖ 乳酸脱氢酶
OH
CH3CHCOOH NAD+
O CH3CCOOH NADH
--
（2）加水脱氢
❖ 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这 一类。
H
H
H 2O
酶
RCO
R C OH
OH
O R C O H + 2H + + 2e -
S
2Cu+
2e 1/2O2
--
2、需氧脱氢酶类
以氧为受氢体，产物为H2O2, 辅基为FMN、 FAD。
2H
SH2
FMN或 FAD
H2O2
S
FMNH2或 FADH2
2H O2
--
3、不需氧脱氢酶类
代谢物脱氢，氧不是直接受氢体， 而是经过一系列传递交给氧，生 成H2O.
SH2
NAD或 NADP+
SH2
--
1、加氧反应
❖ 这类反应包括：加氧酶催化的加氧反应和氧化 酶催化的生成水的反应。 能够使氧分子直接加入到有机分子中。例如： 【甲烷】
CH4 + NADH + O2 CH3-OH + NAD+ + H2O
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2、脱氢反应
（1）脱氢 ❖ 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地
位。它是许多有机物质生物氧化的重 要步骤。催化脱氢反应的是各种类型 的脱氢酶。
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。
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
能量
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ADP+Pi
ATP
热能
* 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。
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
【作用】辅酶接受代谢物脱下的2H， 传递给黄素蛋白。
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黄素蛋白 FMN和FAD结构中含核黄素，发挥功能的部
位是异咯嗪环，异咯嗪的第1、10位N上可加氢 氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN• 。
【作用】进行可逆的脱氢加氢反应。
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铁硫蛋白
铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁 原 子 和 硫 原 子 ， 其 中 铁 原 子 可 进 行 Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。
第五章
生物氧化
Biological Oxidation
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教学目的及要求
1·描述生物氧化的概念、特点
2·了解CO2的生成
3·熟悉呼吸链的组成及两条重要呼吸链
4·熟悉ATP的生成、转移、利用
5·掌握氧化磷酸化的概念、偶联部位、影响因素
6·了解穿梭
重难点：生物氧化的概念 呼吸链的组成及两条重 要呼吸链 ATP的生成 氧化磷酸化的概念 偶联部 位