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第5章 生物氧化 ppt课件

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生物化学教学课件-第五章 生物氧化、

生物化学教学课件-第五章 生物氧化、

真核细胞中，生物氧化主要在线粒体内 进行，而在不含线粒体的原核生物细胞中， 生物氧化则在细胞膜上进行。
第二节 生物氧化中CO2的生成
生物氧化过程中产生的CO2并非由代谢 物质中的碳原子直接与氧结合而成的。
它来源于由糖、脂和蛋白质等有机物转 变生成的含羧基化合物——有机酸，这些 有机酸在酶的作用下脱羧基即可生成CO2。
它实质上也是由一系列载体组成的电子 传递系统，也叫电子传递链。
氢载体和电子载体也统称为传递体。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(二) 呼吸链的种类
根据代谢物上脱下的氢的初始受体而分类。
若代谢物上脱下的氢直接由NAD+接受而生成 NADH + H+，从而将质子、电子传入呼吸链，则 此呼吸链为NADH 呼吸链。
同样道理，便会有FADH2 呼吸链。
FADH2—＞FeS—＞CoQ—＞Cytb
—＞Cytc1—＞Cytc—＞Cytaa3—＞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QH2Cyt . c还原酶、Cyt. c和Cyt. c氧化酶将电子传递 到O2。
还需要经Cu+ = Cu2＋ + e 的化合价 变化来传递电子。
电子最终经Cyta3传给氧使氧变为活化氧 O2-而与2H+结合形成水。
Cytaa3的作用机制目前尚未彻底弄清
其可能的机制：
Cyta的血红素从Cytc处获得电子，再 将由电子传给Cyta3的血红素，再由该血红 素经Cu+ = Cu2＋ + e的价态变化而将 电子传给氧。
NADHQ还原酶 NADH + Q + H+ ========= NAD+ + QH2

生物化学生物氧化ppt课件

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第五章 生物氧化
一.生物氧化
第一节 生物氧化概述
(一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机
物质在活细胞内氧化分解，产生CO O并放出能量的
作用称生物氧化。
22
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。
反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α脱羧和β脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
第三节 其他生物氧化体系
非线粒体氧化体系，与ATP的生成无关
一、需氧脱氢酶
氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以FMN 或FAD为辅酶。儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。 马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。
图5-36 多酚氧化酶系统
图5-1几种物质脱羧反应
? 2.水的生成 ? H 脱氢酶 传递体和氧化酶
O2 生成H2O
图5-2 生物氧化体系
二.能量守恒与转化
(一)自由能的概念 自由能(free energy)：在一个体系中，能够用来做有用功的
那部份能量，又称Gibbs自由能，用符号G来表示。 (二)氧化还原电位
通常用氧化还原电极电位(氧化还原电势)来相对表示各化合 物对电子亲和力的大小。
电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方 程为:
E′=Eo′+
RT nF
In
C氧化态 C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系 △Go'=-nF △Eo'
三. 高能磷酸化合物

第五章 生物氧化

第五章 生物氧化
FMN和FAD发挥功能的部位是核黄素
结构中的异咯嗪环，在该环上可 以进行可逆地加氢或脱氢反应。
NADH脱氢酶
酶蛋白 FMN
琥珀酸脱氢酶 酶蛋白 FAD 脂肪酰COA 酶蛋白 FAD
特点
1、FMN与FAD的异咯嗪环第1位、第10位 两个N原子能够可逆的进行加氢还原， 脱氢氧化。 2、呼吸链中第二个递氢体。 3、传递了两个 氢原子。
A
BH2还原型
（二）生物氧化的特点
体内的生物氧化与体外的物质燃烧，在本 质上都属于氧化过程，都消耗O2，产生CO2 同时放出能量。但由于生物氧化是在生物 体内进行，氧化还原反应进行的环境、条 件、方式等都具有与体外燃烧不同的特点。
物
体内的生物氧化有H2O参加
（1）提供生物氧化的环境
琥珀酸- 泛醌还原酶
该复合物是将电子从琥珀酸
铁硫蛋白
FAD
泛醌
NADH-泛醌还原酶
复合体Ⅱ的功能
琥珀酸- 泛醌还原酶

3、复合体Ⅲ 泛醌细胞色素C还原酶 该复合物是将电子从 泛醌 Cytb Cytc1 Cytc 4、复合体Ⅳ 细胞色素氧化酶
该复合物是将电子从 Cytc Cytaa3
（3）不需氧脱氢酶 以NAD或NADP为辅酶脱氢酶
以FMN或FAD为辅基脱氢酶 以NAD或NADP为辅酶脱氢酶 乳酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶 柠檬酸脱氢酶 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶
以FMN或FAD为辅基脱氢酶
琥珀酸脱氢酶 NADH脱氢酶
2、作用方式：SH2
2H (四）其它酶类 1、加氧酶 加单氧酶 加双氧酶 2、过氧化氢酶 3、过氧化物酶
生物氧化的场所 线粒体 生物氧化 微粒体 生物氧化

第五章生物氧化优秀课件

第五章生物氧化优秀课件

铁硫蛋白（铁硫中心）
铁硫蛋白在电子传递链中，虽然起到传电子的作 用，但不是传递链中一个单独的组分，往往是与 其它组分结合在一起共同起传递电子的作用。
辅酶Q（Coenzyme Q，CoQ）
• 脂溶性醌类化合物，有一个长的异戊二烯侧链， 因广泛存在得名，又称泛醌(Ubiquinone) 。位于 线粒体内膜。
[功能] 为生命活动提供能源与碳源。 生物氧化主要在线粒体中完成。
5.1 生物氧化的特点和方式 5.2 线粒体生物氧化体系 5.3 生物氧化过程中能量的转变 5.4 非线粒体生物氧化体系
5.1 生物氧化的特点和方式
生物氧化的特点 二氧化碳的生成方式 生物氧化过程中水的生成 参与生物氧化的酶类 同化作用与异化作用
返回
线粒体呼吸链的主要功能
线粒体的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，最后与氧结合生成水。包括代 谢物的脱氢、氢及电子的传递以及受氢体的激活。 由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶系统所组成的这 种代谢途径一般称为生物氧化还原链。如果受氢体是氧， 则称为呼吸链（respiratatory chain） 。
同化作用
生物体从环境中获取相对小分子的物质，转化为体内的各种 生物高分子，是耗能过程。
异化作用
由生物高分子降解为低分子化合物，从而使营养物质被代谢， 这一过程产生能量。
返回
放能和吸能反应偶联的两种形式：
A.氢载体循环
B.磷酸循环
节首
章首
5.2 线粒体生物氧化体系
线粒体的膜相结构
线粒体的结构 线粒体的功能
直接脱羧基作用（oxidative decarboxylation） α-直接脱羧：氨基酸的脱羧 β-直接脱羧：草酰乙酸脱羧

第五章 生物氧化

第五章 生物氧化
生物细胞将糖、脂肪和蛋白质等有机 物质进行氧化分解最终生成CO2和H2O 并释放出能量的作用称为生物氧化。
生物氧化的特点：
- 细胞内，酶催化进行 -逐步氧化，分次放能 -ATP是能量转运站
生物氧化主要包括三方面的内容
（1）细胞如何在酶的催化下将有机化合物中的 C变成CO2—CO2如何形成？ （2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机 化合物中的H氧化成H2O—H2O如何形成？ （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？
二、呼吸链的组成
四种蛋白质复合体（I－IV）
呼吸链
( four large membrane-integrated multiprotein complexes)
两种游离成分：CoQ、CytC
(two mobile electron carriers)
Complex Ⅰ- Ⅳ
膜间质
线粒体基质
原电池示意图
1. 氧还电势 (E°A+/A)：表示一种物质得失电子能力大 小 (电子转移的潜势) (1) E0: 标准状态下，[red] 、[ox] =1mol/L, pH=0 E0’：pH = 7 的标准氧化还原电势 (2) E0 数值愈负，失电力能力愈强，强还原剂。 E0 数值愈正，获得电力能力愈强，强氧化剂
辅酶Q类 （CoQ, 泛醌，UQ类 ）CoQ是脂溶性辅酶。
作用：处于呼吸链 的中心位置, 递H体.
+2H -2H
Q
QH2
辅酶Q不止接受NADH - Q还原酶脱下的 氢和电子还可以接受黄素辅酶脱下的电 子和氢。可以说CoQ在电子传递链中处 于中心地位。
图5-2 电子从 NADH、琥珀酸、 脂酰辅酶A和3－ 磷酸甘油到泛醌的 途径

生物化学课件(杨洋)6-生物氧化-lg

生物化学课件(杨洋)6-生物氧化-lg
➢复合体Ⅰ有质子泵功能。
包括跨膜区和 延伸到基质中的长 臂。NADH在臂中 被氧化，电子传递 给膜中的CoQ。
14
1、NAD+和NADP+的结构 R=H: NAD+; R=H2PO3: NADP+
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。
• 一对电子经琥珀酸氧化呼吸链传递，P/O比值约 为，即生成分子的ATP。
（2）自由能变化
根据热力学公式，时标准自由能变化(△G0′)与 还原电位变化(△E0′)之间有以下关系：
△G0′ = -nF△E0′ n为传递电子数；F为法拉第常数(96.5kJ/mol·V)
电子传递链自由能变化
①在NADH和CoQ之间： ②在CoQ和Cyt c之间： ③在Cyt aa3和O2之间：
0.21 V 40.5
0.53 V 102.3 kJ/mol
G 0’ = -nF E 0’ n: 传递电子数 F: 法拉第常数 = 96.5 kJ/mol•V = 23 kcal/mol •V ATP高能键 = 30.5 kJ/mol = 7.3 、利用和储存
第一节 概述
• 一、生物氧化的概念和意义
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP
热能
概念：物质在生物体内氧化成二氧化碳和 水并逐步释放能量的过程称为生物氧化 （biological oxidation）。
意义: 为机体提供生命活动所需的能量。
产能
1%
多糖
葡萄糖
1/3
2H
2/3
2H
13
FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu

第五章 生物氧化

1、酶促氧化过程、反应条件温和 2、质子和电子由载体传递到氧生成水 3、分步进行：有利于提高能量利用率 4、氧化磷酸化，形成ATP 5、CO2的生成方式——脱羧作用
第二节
氧化还原酶类
1、脱氢酶 使代谢物的氢活化、脱落 Nhomakorabea 传递给受氢体或中间传递体 显著特点：体外实验中以甲烯蓝为受氢体 氧化型甲烯蓝：兰色 还原型甲烯蓝：无色
高能基团的传递
高能化合物的种类
烯醇式磷酸化合物 △Go Kcal/mol (-C=C-O~P(O)) -14.8 酰基磷酸化合物 (-C-O~P(O)) -10.1 O 焦磷酸化合物 ((O)P-O~P(O)) -7.3
磷氧型 -O~P 磷酸化合物
磷氮型 HN =C-N~P(O)
O
-10.3 -7.5
磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)
CH2OH
2-磷酸甘油酸
二、呼吸链生成水
（1）代谢脱下的氢原子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； （2）酶和辅酶有序排列在线粒体内膜； 传递氢的酶和辅酶——递氢体 传递电子的酶和辅酶——递电子体 （3）与细胞呼吸有关，此传递链称为呼吸链。 递氢体、递电子体都起传递电子的作用，称 电子传递链。
乙酰CoA
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-ATP。
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
• 生物氧化主要的内容 • （1） CO2如何生成？脱羧反应
• （2） H2O如何生成?电子传递链 • (3)能量如何生成?ATP的生成
生物氧化的特点
O R C O～ P O O
CH2

生物氧化PPT教学课件


琥珀酸等
黄素蛋白 （F AD）
铁硫蛋白 （Fe-S）
NADH
黄素蛋白 （FMN） 铁硫蛋白 （Fe-S）
辅酶Q （CoQ）
Cyt b
Fe-S 细胞色素类 Cyt c1
Cyt c
Cyt aa3 O2
烟酰胺脱氢酶类
特点：以NAD+ 或NADP+为辅酶，存 在于线粒体、基质或细胞质基质中。
能够可逆的加氢还原、脱氢氧化，可作为递氢体。 只能接受一个氢原子和一个电子。
Ⅳ
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
基质侧 H2O 1/2O2+2H+
四、人体内两条主要呼吸链
FADH2 呼吸链
琥珀酸等 FAD
Fe-S
复合物 II
琥珀酸-辅酶Q 还原酶
NADH
FMN Fe-S CoQ
复合体 I
NADH 脱氢酶
Cyt b Fe-S Cyt c1
复合物 III
细胞色素 还原酶
二、电子呼吸链的概念
➢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)。
➢组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）
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
生物氧化的三个阶段

第五章 生物氧化


这一系列酶和辅酶都具有传递电子的作
用，所以呼吸链也称为电子传递链。
第五章
人体线粒体内重要的呼吸链有两条
NADH氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链
第五章
（一）呼吸的链组成成分 1.尼克酰胺类（NAD+和NADP+） ➢ 是体内多种不需氧脱氢酶的辅酶 ➢ 作用：传递一个H和一个电子（e）
第五章
NAD+和NADP+的结构
NTP可作为不同有机物合成过程的能量载体。 如UTP用于糖原的合成，CTP用于磷脂合成，GTP用于 蛋白质合成等。
第五章
第二节 其他氧化体系
胞质中的NADH必 须通过某种转运机制 才能进入线粒体，体 内某些物质脱氢也可 直接以氧作为受氢体， 除呼吸链外体内还有 其他氧化体系。
第五章
一、胞质中的NADH氧化
Ｐ/Ｏ比值是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消 耗无机磷的摩尔数，即生成ＡＴＰ的摩尔数。
第五章
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值
β-羟丁酸 琥珀酸 抗坏血酸
பைடு நூலகம்
NADH →FMN[Fe-S] →Q→ Cytb → Cytc1 → Cytc → Cytaa3 → O2 FADH2→Q→ Cytb → Cytc1 → Cytc → Cytaa3 → O2 Cytc → Cytaa3 → O2
第二节 其他氧化体系 一、胞质中的NADH氧化 二、微粒体中的氧化酶 三、过氧化物酶体中的氧化
酶类 四、超氧化物歧化酶
第五章
学习目标
1.掌握线粒体呼吸链的组成和氧化磷酸化及影响氧化磷酸化 的因素。 2.熟悉生物氧化的概念和特点，ATP的生成方式与能量代谢 及胞质中NADH的氧化。 3.了解体内其他氧化体系。 4. 运用影响氧化磷酸化因素的知识解释临床相关疾病发生现 象。 5.具有理论联系实际的工作作风，具有宣传和防范风险的职 业素质
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• △G小于0只提示的是反应的方向而不是速率
氧化—还原电势
e
提供电子 （还原剂）
得到电子 （氧化剂）
锌片溶解 Zn2+进入溶液
铜沉积 Cu2+得电子
失电子、被氧化、化合价增加 得电子、被还原、化合价减少
• 还原剂失电子的倾向 • 氧化剂得电子的倾向 氧化-还原电势
标准氧化还原电势、标准电势、标准还原电势 正值越大，越易得电子 负值越大，越易失电子
有机物质在生物体内细胞中氧化成二 氧化碳 和水并释放能量的过程。
细胞如何利用分子氧把代谢物分子中的氢氧 化为水? 细胞如何在酶的催化下把代谢物分子中的碳 氧化为二氧化碳? 细胞如何把氧化时产生的能量收集和储存起 来?
2020/10/28
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（一）生物氧化的特点
• １.在常温、常压、接近中性的pH和多水环境中 进行。
第五章 生物氧化与氧化磷酸化
维持生命活动的能量来源
• 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：动物和多数微生物，通过生物氧 化作用将有机物质存储的化学能释放出来， 并转变成生物能。
精品资料
代谢
• 合成代谢一般是指将简单的小分子物质转变成复杂的大分子 物质的过程。
O
NH
PO
C NH O
N HC H 3 N H 2
C H2C H2C H2C HC O O H
磷酸肌酸 （哺乳类）
磷酸精氨酸（虾、蟹）
第２节 电子传递链（呼吸链）
一、线粒体
• 真核细胞内的线粒体是生物氧化的 主要场所；
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线粒体分为外膜和内膜，之间为膜间 空隙 外膜：光滑 内膜：有许多向内折叠的突起， 称嵴 基质：存在内膜以内，胶体， 含 50% 以上蛋白质（酶）
• 分解代谢则是将复杂的大分子物质转变成小分子物质的过程。
• 糖、脂和蛋白质的合成代谢途径各不相同，但是它们的分
解代谢途径则有共同之处，即糖、脂和蛋白质经过一系列分
解反应后都生成了酮酸并进入三羧酸循环，最后被氧化
成CO2和H2O。
第1节 生物氧化概述
2020/10/28
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一、什么是生物氧化????
化还原链，当受氢体是氧时，称为呼吸链。
（一）电子传递链的组成
➢烟酰胺脱氢酶类 ➢黄素脱氢酶类 ➢铁硫蛋白类 ➢泛 醌 ➢细胞色素类
1. 烟酰胺脱氢酶类
NAD+ + 2e + 2H+ NADP+ + 2e + 2H+
NADH+H+ NADPH+H+
2. 黄素蛋白
FMN + 2e + 2H+ FAD + 2e + 2H+
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2．生物氧化中H2O的生成
（1）脱氢 • 催化脱氢反应的是各种类型的脱氢酶。
(２)氧化酶催化水的生成
• 氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应，反 应产物为水。
• ½ O2 + 2 H+ + 2 e- H2O
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二、 生物化学反应的自由能变化
当体系恒温、恒压下发生变化时
4.细胞色素类(Cyt)
• 是含铁的Pr • 以血红素为辅基 • 电子传递蛋白
• 通过Fe3+ Fe2+ 互变起传递电子的作用
• Cyta：辅基是血红素A • Cytb：------------------B • Cytc： ------------------C ——卟啉的侧链基团不同
2． 2
9． 2
ATP断裂成AMP 和焦磷酸
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
O O- P
O-
O O P O-
O-
H
H
OH OH
焦磷酸 7.7千卡/摩尔
磷酸肌酸和磷酸精氨酸 ——在生物体内起储存能量的作用
O NH P O C NH O N CH3 C H 2C O O H
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三、高能化合物
定义：一般将水解时能够释放20.9kJ/mol（5千卡 /mol) 以上自由能的化合物称为高能化合物。 G’< -20.9 kJ / mol 以：“~”表示
高能基团的传递
高能磷酸键
• 各种高能化合物的△Go`有高低之分
ATP “能量中间体”
化合物
磷酸烯醇式丙酮酸 3-磷 酸 甘 油 酸 磷 酸 磷酸肌酸 乙酰磷酸 磷酸精氨酸 AT P（ → A D P+Pi） A D P（ → A M P+Pi） A M P （ → 腺 苷 + Pi） 葡 萄 糖 -1-磷 酸 果 糖 -6-磷 酸 葡 萄 糖 -6-磷 酸 甘 油 -1-磷 酸
磷酸基团转移势能
△ G o` （ 千 卡 /摩 尔 ）
△ G o` （ 千 焦 /摩 尔 ）
14． 8
61． 9
11． 8
49． 3
10． 3
43． 1
10． 1 7． 7
42． 3 32． 3
7． 3
30． 57．ຫໍສະໝຸດ 330． 53． 4
14． 2
5． 0
20． 9
3． 8
15． 9
3． 3
13． 8
FMNH2 FADH2
3.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，它与其 它蛋白质组分 结合成复合物 形式存在。
铁硫蛋白
• (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
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线粒体基质：三羧酸循环、脂肪酸氧 化、氨基酸分解、蛋白质合成等有关 的酶 内膜与嵴：脱氢酶、电子传递体系、 偶联磷酸化的酶类
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一、电子传递链
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。
线粒体内膜
由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶催 化系统组成的这种代谢途径一般称为生物氧
• ２.在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐 步进行。
• ３.物质氧化分阶段进行，能量逐步释放。 • ４.生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶
联，实现能量的转移与利用。
（二）生物氧化的方式 1．生物氧化中CO2的生成 （1）直接脱羧作用 • 例如丙酮酸的脱羧 （2）氧化脱羧作用 • 例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸
① △G＜0时，W＞0，体系对外作功，该反应可自发 进行，放能反应
② △G = 0时，W =0，该反应处于平衡 ③ △G＞0时，W＜0，该反应不可自发进行，必须吸
收外来能量才能进行（吸能反应），同时，该反应 的逆过程可以自发进行。
偶联化学反应标准自由能变化的可加性
• 热力学上不利的反应可以由热力学上有利的 反应所驱动