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06.第六章 生物氧化

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第六章 新陈代谢总论与生物氧化

第六章 新陈代谢总论与生物氧化

第六章新陈代谢总论与生物氧化一、解释名词1．生物氧化：2．有氧呼吸与无氧呼吸：3．呼吸链4．氧化磷酸化5. P/O比6.末端氧化酶二、是非题:1．物质在空气中燃烧和在体内的生物氧化的化学本质是完全相同的。

2．生物界NADH呼吸链应用最广。

3．当一个体系的熵值减少到最小时该体系处于热力学平衡状态。

4．在生物氧化体系内，电子受体不一定是氧，只要它具有比电子供体较正的E0′时呼吸作用就能进行。

5．各种细胞色素组分，在电子传递体系中都有相同的功能。

6．呼吸链中氧化还原电位跨度最大的一步是在细胞色素aa3-O2之间。

7．呼吸链细胞色素氧化酶的血红素辅基Fe原子只形成5个配位键，另一个配位键的功能是与O2结合。

8．解偶联剂的作用是解开电子传递和磷酸化的偶联关系，并不影响ATP的形成。

9．鱼藤酮不阻止苹果酸氧化过程中形成的NADH+H+通过呼吸链生成ATP10．寡霉素对氧消耗的抑制作用可被2，4-二硝基苯酚解除。

11．6—磷酸葡萄糖含有高能磷酸基团，所以它是高能化合物。

12．从低等单细胞生物到最高等的人类，能量的释放、贮存和利用都以ATP为中心。

13．ATP虽然含有大量的自由能，但它并不是能量的贮存形式。

14．ATP在高能化合物中占有特殊地位，它起着共同的中间体的作用。

15．有机物的自由能决定于其本身所含基团的能量，一般是越稳定越不活泼的化学键常具有较高的自由能。

16．磷酸肌酸是ATP高能磷酸基的贮存库，因为磷酸肌酸只能通过这唯一的形式转移其磷酸基团。

三、填空题1．生物体内形成ATP的方式有:⑴__________________、⑵___________________和⑶________________________。

2．代谢物在细胞内的生物氧化与在体外燃烧的主要区别是、和。

3．生物氧化主要通过代谢物的反应实现的，H2O是通过形成的。

4．化学反应过程中，自由能的变化与平衡常数有密切的关系，ΔG0′＝。

6．在氧化还原反应中，自由能的变化与氧化还原势有密切的关系，ΔG0＝。

人民卫生出版社《生物化学》第六章 生物氧化

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- - -
第六章 生物氧化1

第六章 生物氧化1


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。 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-Q还原酶
琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生的中 间产物，它在琥珀酸-Q还原酶（复合物II）催化下， 将两个高能电子传递给Q。再通过QH2-cyt, c还原酶、 cyt.c和cyt氧化酶将电子传递到O2。 琥珀酸-Q还原酶也是存在于线粒体内膜上的蛋白复 合物, 它比NADH-Q还原酶的结构简单，由4个不同 的多肽亚基组成。其活性部分含有辅基FAD和铁硫 蛋白。 琥珀酸-Q还原酶的作用是催化琥珀酸的脱氢氧化和 Q的还原。
NADH：还原型
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
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。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
离子载体抑制剂
一类脂溶性物质，位于脂双层中，能结合 质子之外的其他一价阳离子（K＋/Na＋）等， 从而破坏膜两侧的电位梯度，最终破坏氧 化磷酸化。
氧化磷酸化抑制剂
这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑 制作用。例如，寡霉素（oligomycin）可与ATP合 酶F1和F0之间柄部的寡霉素敏感蛋白结合，阻止 质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成。此时由 于线粒体内膜两侧电化学梯度增高影响呼吸链质 子泵的功能，继而抑制电子传递和分子氧的消耗。
第六章 生物氧化

第六章 生物氧化


转运机制不同！ 转运机制不同！
转运机制 ：
α-磷酸甘油穿梭（脑、骨骼肌） 磷酸甘油穿梭（ 磷酸甘油穿梭 骨骼肌）
FADH2 2 ATP 分子葡萄糖氧化生成36分子 （1酸-天冬氨酸穿梭 肝 心肌) 苹果酸 天冬氨酸穿梭 (肝、心肌
NADH+H+ 3 ATP
O2 CO2和H2O ADP+Pi
能量
ATP
热能
二、生物氧化的一般过程
糖原 三酯酰甘油 蛋白质 氨基酸
葡萄糖
脂酸+甘油 脂酸 甘油
乙酰CoA 乙酰CoA
呼吸链 ATP
CO2
TAC
2H
H2O
氧化 磷酸化
ADP+Pi
三、生物氧化特点
一般规律：加氧、脱氢、失电子等； 一般规律：加氧、脱氢、失电子等； 最终产物： 最终产物：CO2，H2O和释放能量 和释放能量 反应：温和，释能：逐步； 反应：温和，释能：逐步； 加水脱氢反应：物质间接获氧，增加脱氢。 加水脱氢反应：物质间接获氧，增加脱氢。
ADP
~P
生物体内能量的储存和利 用都以ATP为中心。 为中心。 用都以 为中心
思考题：
呼吸链概念？ 呼吸链概念？ 氧化磷酸化概念？ 氧化磷酸化概念？ 氧化磷酸化抑制剂有哪些？作用部位？ 氧化磷酸化抑制剂有哪些？作用部位？
谷氨酸
H
谷草转 氨酶
O -OOC-CH2-CH2-C-COO-
NADH +H+
α-酮戊二酸 酮戊二酸
OH
NAD+
苹果酸
胞液
苹果酸-α苹果酸 酮 戊二酸 转运体
-OOC-CH 2-C-COO H
基质
ATP的生成和利用 ATP
第6章 生物氧化

第6章 生物氧化

包括细胞色素a 包括细胞色素a、a3及以铜离子为辅基的酶将电子从 传递给1/2 激活氧生成O Cyt c 传递给1/2 O2，激活氧生成O2- 。最后再与线粒 体基质中的2H+结合生成H2O。（递电子） 体基质中的2H 结合生成H 。（递电子） 递电子
功能：将电子从细胞色素 传递给 传递给O 功能：将电子从细胞色素C传递给 2
1 ADP和ATP的调节作用 和 的调节作用 ADP增高 增高/ATP降低 增高 降低 ADP降低 降低/ATP升高 降低 升高 2 甲状腺激素（促进） 甲状腺激素（促进） 甲亢病人基础代谢率高（活化 甲亢病人基础代谢率高（活化ATP酶） 酶 促进氧化磷酸化 抑制氧化磷酸化
46
3 氧化磷酸化的抑制剂
52
磷酸甘油脱氢酶
磷酸甘油穿梭 肌肉，神经） （肌肉，神经）
苹果酸-天冬氨酸甘油穿梭（肝脏，心脏） 苹果酸 天冬氨酸甘油穿梭（肝脏，心脏） 天冬氨酸甘油穿梭
苹果酸
1分子葡萄糖有氧氧化 分子葡萄糖有氧氧化 肌肉和神经组织中生成36ATP 肌肉和神经组织中生成 心脏和肝脏中生成38ATP 心脏和肝脏中生成
4
生物氧化的特点
生物氧化与体外燃烧的比较
生物氧化 反应条件 反应过程 能量释放 CO2生成方式 温 和 (体温、pH近中性) 体温、pH近中性) 逐步进行的酶促反应 逐步进行 （化学能、热能） 化学能、热能） 有机酸脱羧 体外燃烧 剧 烈 (高温、高压) 高温、高压) 一步完成 瞬间释放 （热能） 热能） 碳和氧结合
29
生物氧化产物2 生物氧化产物
第一条呼吸链： 第一条呼吸链： NADH氧化呼吸链 氧化呼吸链
CytC
复合体Ⅰ 复合体Ⅰ
复合体Ⅲ 复合体Ⅲ
复合体Ⅳ 复合体Ⅳ
第六章 生物氧化

第六章 生物氧化

❖ 6．ATP产生的最主要方式是氧化磷酸化。 ()
化学渗透假说简单示意图
线粒体内膜
线粒体基质
ADP
H2O
ATP
化 学 渗 透 假 说
化学渗透假说详细示意图
胞液侧 H+
H+ H+ Cyt c
+
+++++ +
++
+
线粒体内膜
Q
F
Ⅰ
Ⅱ
-
-
Ⅳ
0
- Ⅲ---
--
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
H2O 1/2O2+2H+
基质侧
ADP+Pi
-
F1
ATP
H+
ATP合酶的分子结构
线粒体膜间隙 线粒体内膜
线粒体基粒
第六章 生物氧化
一、概述
生物氧化－有机物质在生物体内的氧化分解。
生物氧化的两大体系： 线粒体生物氧化体系：产能 非线粒体生物氧化体系：生物转化 主要解毒,参与代谢物、药物及 毒物的清除、排泄
非线粒体生物氧化：生物转化 主要功能：解毒 超氧化物歧化酶（SOD ）
清除体内的超氧离子(O2﹣)
2O2﹣+ 2H+ SOD H2O2 + O2 过氧化氢酶 H2O + O2
1．以下有关生物氧化的叙述有误的是 ( )。
A．生物氧化是有机物质在生物体内的氧 化分解过程；
B．生物氧化的两大体系是：线粒体生物 氧化体系及非线粒体生物氧化体系；
C．生物氧化过程ATP在人体内的生成方式 有底物磷酸化和氧化磷酸化；
生物化学第六章 生物氧化(共77张PPT)

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
基础生化第六章生物氧化与氧化磷酸化

基础生化第六章生物氧化与氧化磷酸化


自发过程示意图
自由能和化学反应的关系
与反应途径、反应机理无关。任何反应， ΔG与反应途径、反应机理无关。任何反应，当： 反应可自发进行，为放能反应； Δ G＜ 0 反应可自发进行，为放能反应； 反应不能自发进行，为吸能反应； ΔG ＞0 反应不能自发进行，为吸能反应； 体系处于平衡状态，反应可逆。 ΔG ＝0 体系处于平衡状态，反应可逆。
ATP的生成方式 ATP的生成方式 1.氧化磷酸化： 1.氧化磷酸化：代谢物脱下的氢经电子传递链与氧 氧化磷酸化 结合成水的同时逐步释放出能量， ADP磷酸化为 结合成水的同时逐步释放出能量，使ADP磷酸化为 ATP的过程 的过程。 ATP的过程。 2.底物水平磷酸化 2.底物水平磷酸化 3.光合磷酸化：由光驱动的电子传递过程与ADP ADP的磷 3.光合磷酸化：由光驱动的电子传递过程与ADP的磷 光合磷酸化 酸化相偶联， 酸化相偶联，使电子传递过程中释放出的能量用 ATP的生成 的生成。 于ATP的生成。
NADH/NAD: E0’ ＝－ ＝－0.32V， 丙酮酸 乳酸: E0’ ＝－ ＝－0.185V ， 丙酮酸/乳酸 乳酸
G0’＝－ ×96.496×〖－0.185－ (－0.32) 〗 ＝－2× ＝－ × － － ＝ －25.1kJ/mol
4.高能化合物 高能化合物： 高能化合物： 在标准条件下(pH7，25℃，1mol/L)发生水解时，可 在标准条件下(pH7 25℃ mol/L)发生水解时， (pH 发生水解时 释放出大量自由能( 20.92KJ/mol以上）的化合物。 释放出大量自由能(即20.92KJ/mol以上）的化合物。 KJ/mol以上 高能磷酸化合物： 高能磷酸化合物： 分子中含磷酸基团，它被水解下来时释放出大量的 分子中含磷酸基团 ， 自由能( 20.92KJ/mol以上) KJ/mol以上 自由能(即20.92KJ/mol以上)，这类高能化合物叫高能磷 酸化合物。 酸化合物。 高能键： 高能键： 在高能化合物分子中， 在高能化合物分子中 ， 被水解断裂时释放出大量自 由能的活泼共价键叫高能键。 高能键常用符号“ 由能的活泼共价键叫高能键。 高能键常用符号“ 示。
第6章 生物氧化

第6章 生物氧化

其作用是催化电子从琥珀酸转至泛醌，但不转 移质子。 至少由4条肽链组成，含有黄素蛋白（FAD）， 铁硫蛋白和细胞色素（cytochrome,Cyt)b560。 电子传递的方向为：琥珀酸→FAD→Fe-S→Q。 反应结果为：琥珀酸+Q→延胡索酸+QH2
生物化学与分子生物学教研室
FMN的结构
黄素蛋白中的FAD的结构
1、复合体Ⅰ—— NADH脱氢酶
其作用是催化NADH的2H传递至泛醌（辅酶Q）， 同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜 间隙（C侧）。 动物的复合物Ⅰ由42条肽链组成，呈L型，含有 黄素蛋白（FMN为辅酶）和铁硫蛋白（铁硫簇为 辅酶），分子量接近1MD，以二聚体形式存在。 电子传递的方向为：NADH→FMN→Fe-S→Q，总 的反应结果为：NADH + 5H+M + Q→NAD+ + QH2 + 4H+C
生物化学与分子生物学教研室
线粒体结构
生物化学与分子生物学教研室
（一） 呼吸链的组成
用胆酸、脱氧胆酸处理线粒体内膜，可以得到 四个具有电子传递功能的酶复合体和1个ATP合酶。
辅酶Q和细胞色素C 不属于任何一种复合物。辅 酶Q溶于内膜、细胞色素C位于线粒体内膜的外侧， 属于膜的外周蛋白。
生物化学与分子生物学教研室
(Fe-S)
O2
-
NDP
-
ATP
寡霉素
生物化学与分子生物学教研室
2、ADP的调节作用：ADP增多，促进磷酸化。 3、甲状腺激素：促进氧化磷酸化；使偶联蛋白 基因表达增加，引起耗氧和产热增加。 4、线粒体DNA突变
生物化学与分子生物学教研室
四、ATP
（一）高能化合物与ATP
[生化]生物氧化

[生化]生物氧化

S→ CoQ→ Fe-S→ CoQ 每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧
泵到胞浆侧，复合体Ⅰ有质子泵功能。
组成
第六章 生物氧化
黄素蛋白，辅基为FMN或FAD; 铁硫蛋白，辅基为Fe-S。
1.NADH
复合体Ⅰ
2.FMN
3.Fe-S 4.CoQ
第六章 生物氧化
（1）NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
• •
FMNH•
第六章 生物氧化
复合体Ⅰ成分2 Fe-S：单电子传递体
铁硫簇(Fe-S)是铁硫蛋白(酶)中辅基，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。
第六章 生物氧化
铁 硫 蛋 白 中 辅 基 铁 硫 中 心 (Fe-S) 含 有 等 量 铁 原 子 和 硫 原 子 ， 其 中 一 个 铁 原 子 可 进 行 Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。属于单电子传递体。
第六章 生物氧化
第六章 生物氧化
Biological Oxidation
第六章 生物氧化
目
概述
生成ATP的氧化磷酸化体系
录
其他不生成ATP的氧化体系
第目六的章要生求物氧化
（一）掌握氧化磷酸化的概念及偶联部位。熟悉氧 化磷酸偶联部位确定的实验及数据，P/O比值的定义 及意义。了解氧化磷酸化的偶联机制。熟悉ATP合酶 组成及作用
（1） Cyt的本质
细胞色素 = 酶蛋白 + 血红素
（2） Cyt的功能
血红素中的铁原子可进行Fe2+ 传递电子, 属单电子传递体。
生物化学 第六章 生物氧化

生物化学 第六章 生物氧化


电子传递链(呼吸链)
琥珀酸 复 合 体 Ⅰ
2H
复合体Ⅱ FAD.H2 (Fe-S)
2H 2H 2e
2H NAD+
复 合 体 琥珀酸氧化呼吸链 Ⅳ
2e
FMN (Fe-S)
Q10
2H+
Cytb Cytc1 2e (Fe-S) 复合体Ⅲ H2O
Cytc
2e
aa3
2e
NADH氧化呼吸链
O2-
1 2 O2
第三节 ATP的生成
（二）呼吸链成分的排列
由以下实验确定 ① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位 氧化还原对 NAD+/NADH+H+ FMN/ FMNH2 FAD/ FADH2 Cyt b Fe3+/Fe2+ Q10/Q10H2 Cyt c1 Fe3+/ Fe2+ Cyt c Fe3+/Fe2+ Cyt a Fe3+ / Fe2+ Cyt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O2/ H2O Eº (V) ' -0.32 -0.30 -0.06 0.04（或0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase) 或羟化酶(hydroxylase)。 上述反应需要细胞色素P450 (Cyt P450)参与。
微粒体氧代谢的意义
参与体内正常物质代谢，如羟化、合成等
参与体内生理活性物质的灭活及药物、毒
物解毒转化和代谢清除反应、保护机体

生物化学-第六章生物氧化-精选文档

线粒体呼吸链
二.呼吸链分组成成分
1.烟酰胺脱氢酶类
S-2H NAD/NADP S NADH/NADPH
2.黄素脱氢酶类
NADH FMN NAD FMN2H
S-2H FAD S FAD2H
3.铁硫蛋白类 Fe3+ Fe2+
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－ S Fe S S S Fe S S
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－
4.细胞色素类
细胞色素（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, a3,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。 细胞色素a, b, c 和c1是通过Fe3+ Fe2+ 的互 变起传递电子的作用的。 a3是通过Cu2+ Cu+ 的互 变起传递电子的作用的。
5.辅酶Q---泛醌 泛醌（简写为Q）或辅酶-Q（CoQ）：它是电子传递链中 唯一的非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类化合物。
O CH3O CH3O O CH3 (CH2CH C CH2)nH CH3
n=6-10
NADH泛醌还原酶
NADHCoQ 还原酶 复合体
CoQ2H-CytC 还原酶复合体
1.呼吸链的组成成分 2.氧化磷酸化的机制
难点:
第一节、生物氧化概念及特点
一.生物氧化概念
有机物在生物体内彻底氧化生成CO2和H2O， 并放出能量的作用。也称细胞呼吸/组织呼吸。 包括物质分解和产能
O2 呼吸作用
细胞呼吸（微生物）

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。

第六章 生物氧化


E0‘(V)
－0.32 －0.219 －0.219
氧化还原对
Cyt c1 Fe3+ /Fe2+ Cyt c Fe3+ /Fe2+ Cyt a Fe3+ /Fe2+
E0‘(V)
0.22 0.254 0.29
Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+
Q10 /Q10H2
0.05(0.10)
0.06
Cyt a3 Fe3+ /Fe2+
FMN(FAD)的结构：
CH2OPO32H H H C C C CH2 H3C N N O OH OH OH
N H3C N
异 咯 嗪
O
异咯嗪环的作用：
FMN/FAD
FMNH /FADH
FMNH 2/FADH
2
（氧化型）
（还原型）
铁硫蛋白 铁硫蛋白（Fe-S）共有
9种同工蛋白；分子中
含有由半胱氨酸残基硫
目录
泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿 梭传递到复合体Ⅲ。
电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH)
→Fe-S →Cytc1→Cytc
目录
细胞色素类：
这是一类以铁卟啉为辅基的酶。在生物氧 化反应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可 为+3价高铁离子，通过这种转变而传递电子。
R=H: NAD+;
R=H2PO3: NADP+
目录
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
目录
FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异 咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是 FMNH· 。在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状 态，属于单、双电子传递体。

大学生物化学第六章生物氧化笔记划重点

第六章生物氧化第一节名解：生物氧化：化学物质在生物体内的氧化分解。

能够传递氢离子、电子.称为递氢体eg. NAD+/NADP+线粒体内膜上能够传递电子. 称为递电子体eg.铁硫蛋白NAD+或NADP+和NADH或NADPH的转变：氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。

NAD+/NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸递氢体：FAD/FMN：发挥功能部位是异咯嗪环泛醌（辅酶Q）：脂溶性.由10个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链递电子体：铁硫蛋白和细胞色素蛋白：Fe2+ →Fe3+ +e-铁原子和硫原子等量：Fe2S2或Fe4S4以铁卟啉（血红素）为辅基根据吸收光谱不同分类名解：电子传递体（呼吸链）：线粒体内膜上按一定顺序排列的多种酶（蛋白复合体）通过催化连续的氧化还原反应将代谢物脱下的电子、氢（以NADH和FADH2形式）传递给O2，O2接受电子变为O2-并和H+结合成H2O.分布：线粒体内膜组成：递氢体和递电子体（一）呼吸链的组成1、复合体Ⅰ：NADH-泛醌还原酶功能：接受来自NADH + H+的电子并将其传递给泛醌电子传递：NADH→FMN→Fe-S→泛醌质子泵出：复合体Ⅰ具有质子泵功能，每传递2个e-可将4个H+从内膜基质到胞液侧2、复合体Ⅱ：没有质子泵功能功能：将e-从琥珀酸传递给泛醌3、复合体Ⅲ：具有质子泵功能.2个电子将4H+从内膜基质侧泵到胞液侧QH2→b562→b566→Fe-S→Cyt c1→Cyt c（呼吸链中唯一溶于水的球状蛋白）方法：Q循环（实现了双电子传递体泛醌与单电子传递体细胞色素之间的电子传递）4、复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶功能：有质子泵功能，每传递2个e-可使2个H+向胞液侧转移Cyt c→O2三、呼吸链类型1、NADH氧化呼吸链NADH→复合体Ⅰ→Q→复合体Ⅲ→Cyt c→复合体Ⅳ→O22、琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸→复合体Ⅱ→Q→复合体Ⅲ→Cyt c→复合体Ⅳ→O2呼吸链各组分排列顺序由以下实验确定（略）第二节氧化磷酸化和ATP生成名解：氧化磷酸化（机体产生ATP的主要方式）：代谢物脱下的氢生成NADH和FADH2,经电子传递链传递逐步失去电子被氧化生成H2O，并释放能量驱动ADP磷酸化生成ATP的过程，又称欧联磷酸化。

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当 H+ 回 流 时 ， γ 亚基发生旋转， 3个β亚基的构象 改变，释放能量， 使 ADP 生 成 ATP 。
β α ε β
β α
F1
基质侧
γ
δ
F0
线粒体 内膜
胞液侧
ATP合酶结构模式图
四、影响氧化磷酸化的因素
(一)抑制剂（炉子）
1. 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传 递。如鱼藤酮、氰化物、CO等。 2. 解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如 解偶联蛋白、2，4-二硝基酚。 3. ATP合酶抑制剂 对电子传递及ATP合酶均有 抑制作用。如寡霉素。
① NADH+H
+
线粒体 内膜
基质侧
CHOHCOOH NAD+ ① CH2COOH 苹果酸
+
CHOHCOOH CH2COOH 苹果酸 COCOOH ③
COCOOH
COCOOH (CH2) 2COOH α-酮戊二酸
② CHNH2COOH
COCOOH CH2COOH 草酰乙酸 NADH+H+
CH2COOH 草酰乙酸
FMNH2(或FADH2)
氧化型或醌型
半醌型
还原型或氢醌型
(3)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。
Ⓢ
CH2
Fe
Fe
S
CH2
S
Ⓢ
CH2
S
Fe
Ⓢ Ⓢ
Fe S
CH2
Ⓢ 表示无机硫
(4)辅酶Q
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
(2)FMN (FAD) FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是 异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是 FMN• 。
R N R R N O NH N H O +H -H N H3C H3C N H O
H
N O NH
N
O +H NH H3C H3C
N
H3C
H3C N O
-H
FMN(或FAD)
FMNH(或FADH),即FMN•
(二)ATP的生成和利用
ATP
肌酸 磷酸 肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化
~P
~P
ADP
生物体内能量的储存和利 用都以ATP为中心。
机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温)
1.氧化磷酸化偶联部位 复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。 2.偶联部位的确定 根据P/O比值和自由能变 化（⊿Gº =-nF⊿Eº ）。
(二)甲状腺激素
使 ATP 分解加速， Na+,K+–ATP 酶和解偶联蛋 白基因表达均增加。
(三)ADP/ATP比值的调节
1. 比值增大，氧化加快， ATP 生成增加；比值 减小氧化减慢，ATP生成减少。调节氧化磷酸化的 主要因素。 2.呼吸控制率(respiratory control ratio, RCR) 指离体线粒体实验中，底物量很大时，加入ADP后 的耗氧速率与加入前的耗氧速率之比。
Cyt c
Cyt aa3 O2
三、ATP的生成方式 P105
氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 代谢物脱下的氢经过呼吸链传递给氧生成水，这 个过程中释放出来的能量驱动ADP磷酸化生成ATP的 过程。 底物水平磷酸(substrate level phosphorylat是底 物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷 酸化生成ATP的过程。
NADH FADH2
O2
(一) 复合体Ⅰ : NADH-泛醌还原酶
NADH→ FMN; Fe-S →CoQ N-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
1.复合体Ⅰ的组成
(1)NAD+和NADP+
H H C CONH 2 + N R H
H 2H H e
H+
+H + e + H+
N
CONH2
+ H+
+2H - 2H
R
NAD(P)+
NAD(P)H+H+
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
尼克酰胺
CONH2 N+ H HO O N H OH N N NH2 N
OH
OH O CH2 O
H2C O P O P
O
O
NAD+：R为 H NADP+：R为
OH P O
OH
OR
OH
(二)反应活性氧类的清除
1.过氧化物酶体中的酶类
(1)过氧化氢酶(catalase) 又称触酶，其辅基含4个血红素。
2H2O2
过氧化氢酶 2H2O + O2
(2)过氧化物酶(perioxidase) 以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化 酚类或胺类化合物。
还原型Cyt c → CuA→a→a3→CuB → O2
功能：将电子从细胞色素c传递给氧，其中Cyt a3 和Cu B形成的活性部位将电子交给O2。
(五) 呼吸链成分的排列顺序
① 标准氧化还原电位
1.排列顺序确 定的实验依据
② 拆开和重组
③ 特异抑制剂阻断
2. NADH氧化呼吸链 3. 琥珀酸氧化呼吸链
蛋
白
质
1.细胞色素的结构
Cys S CH-CH3 H 3C N N CH3 Cys S CH-CH3
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。
Fe3+
N H 3C CH2 CH2 CH2 COOH
N CH3
CH2
COOH
细胞色素c的结构
(四) 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
电子传递链
CH2OH
NADH+H+ C=O CH2O P
磷酸二羟丙酮
CH2OH C=O CH2O P
FADH2
CH2OH
NAD+ CH-OH CH2O
CH2OH CH-OH
FAD P 线粒体 内膜 线粒体 基质
P
线粒体 外膜
CH2O
α-磷酸甘油
胞 浆
膜间隙
2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制
胞浆侧
NAD
(二)加双氧酶
此酶催化氧分子中的2个氧原子加到底 物中带双键的2个碳原子上。例如：
OH O NH2
O 色氨酸吡咯酶
N H NH2
COOH
NH CHO
(O2)
色氨酸
甲酰犬尿酸原
二、抗氧化酶体系与反应活性氧类的清除
(一)反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)
包括氧自由基及其活性衍生物。 － 1.氧自由基主要有超氧阴离子（O2•）、羟自由基 （• HO）、烷自由基（脂质自由基，L• ）、烷氧自由 基（脂氧自由基，LO• ）和烷过氧自由基（脂过氧自 由基，LOO• ）等。 2. 氧自由基衍生物，如过氧化氢（H2O2）、单线 态氧（1O2）、脂质过氧化物（LOOH）等。 3. ROS可使脂肪酸氧化成过氧化脂质，损伤生物 膜，形成脂褐素即老年斑。
2+
1.7 0.88 0.61 ～ 0.68
c (Fe ) 细胞色素
复合体Ⅳ→O2
(四)氧化磷酸化偶联部位
琥珀酸 氧化磷酸化偶联部位
FAD (Fe－S) NADH FMN (Fe－S)
ATP
CoQ
Cyt b
Cyt c1
Cyt c
Cyt aa3 O2
ATP
ATP
(五) 氧化磷酸化的偶联机理
1. 化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底 物 β-羟丁酸 琥珀酸 抗坏血酸
+
呼吸链的组成
P/O比值
可能生成的ATP数 2.5 1.5 1 1
NAD →复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 2.4～2.8
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2 CoQ→复合体Ⅲ 复合体Ⅱ→ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 Cyt c→复合体Ⅳ→O2
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体Ⅳ→O2 琥珀酸 (FADH2)→复合体Ⅱ →Q →复合体 Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
4.两条呼吸链的排列顺序
NADH氧化呼吸链 琥珀酸
FAD (Fe－S) NADH FMN (Fe－S)
FADH2氧化呼吸链
CoQ
Cyt b
Cyt c1
线粒体的内膜上存在一系列具有氧化还原 活性的酶和辅酶，它们按照一定的顺序排列， 促进物质代谢脱下来的H传递至O2生成H2O 的多 酶体系。
四种具有传递氢和电子功能的酶复合体。 人线粒体呼吸链复合体
复合体
复合体 Ⅰ 复合体 Ⅱ
酶名称
NADH - 泛醌还原酶 琥珀酸 - 泛醌还原酶
多肽链数
39 4 11 13
(CH2) 2COOH α-酮戊二酸
② CHNH2COOH CHNH2COOH (CH2)2COOH 谷氨酸
CHNH2COOH (CH2)2COOH 谷氨酸
CH2COOH 天冬氨酸
④
CH2COOH 天冬氨酸
①苹果酸脱氢酶 ③α-酮戊二酸转运蛋白
②谷草转氨酶 ④酸性氨基酸转运蛋白
第三节 其他氧化酶
除生成ATP的线粒体氧化体系外，还 有微粒体、过氧化物酶体等氧化体系。部位：线粒体Fra bibliotek思 考