生物氧化提金技术17页PPT

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(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的 两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
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2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH2。
质子泵（proton pump） 氧化呼吸链中在传递电子的同时能
把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递 复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。
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哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能
酶复合体
复合体Ⅰ (NADH-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅱ (琥珀酸-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅲ (泛醌-细胞色素
氧化还原酶)
分子(kD) 亚基
↓
氧化磷酸化减慢
呼吸控制
呼吸控制（respiratory control）： 由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应 ，
称呼吸控制 ，调控的关键物质是ADP。
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1000
>40
140
4
250
11
辅酶/辅基
主要功能
FMN、Fe-S 传递NADH+H+中2个e到Q，并 由基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子 到Q
血红素bH、 bL、c1 Fe-S
通过Q循环传递QH2中2个e到细 胞色素C，并把4H+ 由基质 泵出到膜间隙
细胞色素C* 13
A
B
H+ H+

β-氧化脱羧
OO== O=
O= O=
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二、生物氧化中物质的氧化方式
• 加氧
RCHO + 1/2O2
RCOOH
• 脱氢
RCH2OH -2H RCHO
• 加水脱氢 • 失电子
+H2O
OH
CH3CHO
CH3CH
OH
Fe2+ -e Fe3+
-2H CH3COOH
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第三节 线粒体氧化体系
☺高能磷酸化合物
=
COOH C-O～P CH2
ATP ADP
☺高能硫脂化合物 CH3CO～SCoA
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二、A高T能P 磷与酸高化能合物磷AT酸P的键形成
O
-
Oγ
P O
～ -
O
O P
～β
O
O Pα
O - O-
NH2 NN
NN O
CH2 O
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OH OH AMP ADP ATP
第八章 生物氧化
biological oxidation
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本章主要内容
概述 生物氧化方式 线粒体氧化体系 生物氧化与能量代谢 非线粒体氧化体系
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第一节 生物氧化概述
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一、生物氧化概念、意义
营养物
[O]
（糖、脂、蛋白质） 生物体
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泛醌 （CoQ） (Ubiquinone)
递氢体
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由上面的化学反应方程式可知，氧化槽中硫化物氧化血药大量的O2 ， 同时氧化的高速度导致消耗氧也是高速度。生产过程中，如果矿浆中冲入气 体含氧浓度低于8%，细菌的生长就会受到限制，因此进坑能保重氧化通风， 保持溶液中含氧为4mg/ L，保证生物反应器空气均匀弥散。一级氧化同福 尤为重要。
• 酸碱度 • PH值是氧化工艺的重要参数，参与氧化的 化能自养型细菌非常喜欢酸性环境，最适 宜的PH值为1.5左右。这时细菌活性最高， 一级氧化有时PH值会超过2.0达到2.5，坑 能生存硬模造成铁、砷化物或硫酸盐的沉 淀析出，这时需要添加硫酸予以调整。
4 FeSO4+2 H2SO4 + O2 2 Fe2（SO4）3+2 H2O 4FeS2 +2H2O+15 O2 2 Fe2（SO4）3 +2 H2SO4 FeS2+ Fe2（SO4）3 3FeSO4+2S 2FeAsS+ H2SO4 +2H2O+7 O2 Fe2（SO4）3+H2AsO4 2FeAsS+ Fe2（SO4）3 +H2O+6 O2 4 Fe2（SO4） 3+H2SO4+2H2AsO4
三分器进矿
•
• • • •
2 3 6
1 4 5 7
•
氧化渣
影响因素
磨矿细度 氧化过程取决于矿物粒度，细菌主要以附着形式存在。供生物氧化 处理的难浸金精矿，氧化速度与颗粒表面积总和成正比，即颗粒径 越小，作用在矿物表面细菌数目相对越多，氧化速度越快。生产时 间表明，并不是细度越细，氧化效果就越好。本厂现在细度控制在 -400网目含量90%左右。 矿浆浓度 一般的，硫化物含量高的物料的氧化速率、谷底浓度在20%时最 大。高矿浆浓度干扰了氧气或二氧化碳与细菌的有效接触，会 As3+的积累，导致细菌繁殖停止，氧化速率降低。现场生产浓度 要控制在一定范围内，本厂基本控制在一级氧化16%-18%；二级 氧化18%-20%。

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第三节 线粒体电子传递体系
一、线粒体结构特点 二、电子传递链的概念 三、呼吸链的组成和顺序 四、 胞浆中NADH的氧化 五、电子传递抑制剂
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一、线粒体结构特点
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二、电子传递链的概念
（1）代谢脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所 催化的氧化还原反应逐步从高能向低能传递，最终 与氧结合生成水，其中释放的能量被用于合成ATP；
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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。
☆都服从热力学规律。 ☆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。
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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
是 在 细 胞 内 温 和 的 环 境 中 （ 体 温，pH接近中性），在一系列 酶促反应逐步进行，能量逐步 释放有利于有利于机体捕获能 量，提高ATP生成的效率。
二、自由能的概念及化学反应中自由能的计算
三、高能化合物
2
生 物 能 的 转 换 及 生 物 系 统 中 的 能 流
3
二、自由能的概念及化学反应中自由能 的计算
１.自由能（free energy）的概念
自由能(G)：指一个反应体系中能够做有用功的 那部分能量。
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行， 即：
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
Cyt aa3 细胞色素氧化酶
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O2
２.呼吸链成分的排列顺序
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

C NH O
这些植物在用KCN、NaN3、CO处理时，呼吸作用并末被完全抑制，表现为仍有一定程度的氧吸收，这是因为电子传递不经过细胞色素
氧化酶系统，而是通过对氰化物不敏感的抗氰氧化系统传给氧。
N CH3 通过加水脱氢作用直接参予了氧化反应。
NADH氧化呼吸链
N CH3 NH2
CH COOH NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。
这种由一系列电子载体按对电子亲和力逐渐升高 的顺序组成的电子传递系统称电子传递链（ eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用 直接相关，亦称为呼吸链。
三、呼吸链的组成
1. 黄素蛋白酶类 （flavoproteins, FP） 2. 铁-硫蛋白类 （iron—sulfur proteins) 3. 辅酶Ｑ （ubiquinone,亦写作CoQ） 4. 细胞色素类 （cytochromes）
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
大分子降解 成基本结构 单位
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。
释放出大量自由能（>21千焦/摩尔）的化合物称
为高能化合物。
生物化学中的高能键与普通化学中的高能键含义不同： 普通化学中的高能键指形成或打断一个键要释放或消
耗较多的能量，这里的高能键通常表示稳定的键； 生物化学中的高能键是指具有高的磷酸基团转移势

例：
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
2H+
1\2 O2 O=
H2O
一、 呼吸链（respiratory chain) 概念：
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 一系列的酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain) 又称电子传递链(electron transfer chain)。
生物氧化
主要内容:
（1）细胞如何在酶的催化下将有机物中的C变成CO2—
CO2如何脱形羧成反？应
（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机物中的H
氧化成H2O—H2O如何形成？ 电子传递链 （3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎样 转化成ATP—能量如何产生？
底物水平磷酸化 氧化磷酸化
一、ATP (P252)
化合物水解时放出的能量＞20.9 KJ/mol者,称高能 化合物。其所含键称高能键。
高能磷酸键: ～ P 或 ～P
ATP是最主要的直接供能物质
其他高能化合物 如：磷酸肌酸（肌肉中的储存形式）
ATP的特殊作用
★作用：是能量的携带者或传递者，而非贮存者，是能量货币 ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂（是细胞内磷酸基团转移 的中间载体）
③传递体——中间传递氢或电子的物质。
④氧化酶——以氧为直接受氢体的氧化还原酶类---将来自传递体的氢传给 氧生成水。
第二节 生物氧化中水的生成
一、呼吸链的概念 二、呼吸链的组成 三、呼吸链的排列顺序
线粒体结构

3>ATP产生的部位--即氧化与磷酸化的偶联部位 ADP+Pi ATP △G0′= 30.5 kJ/mol
呼吸链电子传递时△G0′的变化
部位
△G0′ (kJ/mol)
NADH - FMN Cytb - Cyt c Cyt aa3 - O2
-55.6 -34.7 -102.1
琥珀酸
ADP+Pi
FAD
OH
乳酸脱氢酶
O
CH3CHCOOH
CH3CCOOH
NAD+ NADH
〔3〕失去电子〔直接脱下电子〕
〔4〕加水脱氢 如： 醛氧化为酸
4.生物氧化的特点
C6H12O6 + 6O2
6CO2+6H2O + 能量 (2840kJ/mol)
生物氧化
反应条件
温和
(体温、pH近中性)
反应过程
多歩酶促反应
能量释放 CO2生成方式
能可逆地进行C加H3O氢和脱氢(C反H应2CH,是C 递CH氢2)n体H.
O
CH3
结构〔CoQ〕
n=6-10
5．细胞色素类〔Cyt〕——电子传递体
是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质,因有颜色而得 名.主要有细胞色素b、c1、c、a、a3等.主要通 过辅基中Fe3+ Fe2+ 的互变而传递电子.
2Cyt·Fe3+ +2e - ↔ 2Cyt·Fe2+
主要存在于肝、心肌组织中.
3.异柠檬酸穿梭作用
NADPH + H+
α-酮戊二酸
线 α-酮戊二酸
粒
体
内 膜
NADH + H+
NADP+