生物化学及分子生物学 人卫第九版 节生物氧化48页PPT

本章小结
氧化过程：线粒体基质的NADH和FADH2通过电子传递链进行氧化，产生 CO2、H2O 磷酸化过程：是产生ATP的主要机制，电子传递链在氧化电子的过程中、 泵出质子储存能量、至膜间隙侧而产生跨膜质子电化学梯度，储存电子氧 化释放的能量，形成质子驱动力，促使质子回流至基质释能而产成ATP
一、体内能量状态可调节氧化磷酸化速率
氧化磷酸化是机体合成能量载体ATP的最主要的途径
机体根据能量需求调节氧化磷酸化速率，从而调节ATP的生成量 细胞内ADP的浓度以及ATP/ADP的比值感应机体能量状态的变化 耗能代谢反应活跃时，ATP分解为ADP和Pi的速率增加，使ATP/ADP的比值降 低、ADP的浓度增加，氧化磷酸化速率加快 ATP和ADP也同时调节糖酵解、柠檬酸循环途径，调节NADH和FADH2的生成
抗氧化
抗氧化体系清除ROS
超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）
催化2分子·O2-分别进行氧化和还原，生成O2和H2O2
活性强，是人体防御超氧离子损伤的重要酶
哺乳动物细胞有3 种SOD 同工酶：

Cu/Zn-SOD：胞外、胞质
Mn-SOD：线粒体
过氧化氢酶(catalase)
二羧酸转运蛋白
α -酮戊二酸转运蛋白 天冬氨酸-谷氨酸转运蛋白 单羧酸转运蛋白 三羧酸转运蛋白 碱性氨基酸转运蛋白 肉碱转运蛋白
HPO42苹果酸 谷氨酸 丙酮酸 苹果酸 鸟氨酸 脂酰肉碱
苹果酸
α -酮戊二酸 天冬氨酸 OH柠檬酸 瓜氨酸 肉碱
胞浆NADH的跨膜转运
胞浆NADH需转运至线粒体基质进行氧化
为何生物氧化主要的能量 代谢产物是ATP？
ATP合酶的作用 ATP的作用

t NHGRI于2003年9月启动了DNA元件百科全书（ENCyclopedia Of DNA Elements，ENCODE）计划；该计划旨在解析人类基因组中的所有功能性元 件，内容包括编码基因、非编码基因、调控区域、染色体结构维持和调节染色 体复制动力的DNA元件等 。
（一） ENCODE 是HGP的延续与深入
了解 糖组学、脂组学的研究内容；系统生物医学在现代医学研究 中的应用
第一节
基因组学
基因组学是阐明整个基因组的结构、结构与功能的关系 以及基因之间相互作用的科学
t 结构基因组学（structural genomics） t 比较基因组学（comparative genomics） t 功能基因组学（functional genomics）
t 研究内容
? 种间比较基因组学阐明物种间基因组结构的异同 ? 种内比较基因组学阐明群体内基因组结构的变异和多态性
三、功能基因组学系统探讨基因的活动规律
? 基因组的表达 ? 基因组功能注释 ? 基因组表达调控网络及机制
EJIFCC. 2008; 19(1): 22–30.
四、ENCODE识别人类基因组所有功能元件
ENCODE的研究内容与策略
基因图谱中的序列标签位点（STS）和表达 序列标签（EST）分布示意
（三）通过 BAC克隆系、比较基因组学鉴别基因组的相似性和差异性
t 比较基因组学是在基因组序列的基础上，通过与已知生物基因组的比较， 鉴别基因组的相似性和差异性，一方面可为阐明物种进化关系提供依据， 另一方面可根据基因的同源性预测相DNA图或表达图（expression map），是一种以 表达序列标签（expressed sequence tag，EST）为标记，根据转 录顺序的位置和距离绘制的分子遗DNA的5'-或3'-末端序列，每个EST长度一般在300~500bp之间就 可以包含已表达的该基因的信息。

跨学科研究的融合
生物技术与医学
随着生物技术的不断发展，未来将更加深入地探索生命现象的本质，为医学领域 提供新的治疗手段和药物。
生物信息学与计算机科学
生物信息学与计算机科学的结合将加速数据处理和分析的进程，为生物化学与分 子生物学的研究提供强大的技术支持。
对人类健康和生活的影响
疾病预防与治疗
随着生化学与分子生物学的发展， 未来将更加深入地了解疾病的发病机 制，为预防和治疗提供更加精准和有 效的方案。
广泛应用于电力、热力、交通等领域，可替代化石能源，减少温室气 体排放。
生物环保
生物环保概述
生物环保是指利用生物学原理和技术，解决环境问题、保护生态 环境的学科和技术领域。
生物环保的主要技术
包括生物净化、生物修复、生态恢复等。
生物环保的应用场景
广泛应用于水体治理、土壤修复、生态恢复等领域，对于保护生态 环境具有重要意义。
生物安全与伦理
生物安全与伦理概述
生物安全与伦理是指在生命科学研究、应用和实践中，遵 循科学道德、保护受试者和公众利益的原则和规范。
生物安全与伦理的主要原则
包括尊重人权、保护受试者权益、防止滥用科学技术等。
生物安全与伦理的实践意义
保障生命科学研究和应用活动的合法性、合理性和公正性 ，促进人类社会的可持续发展。
05
展望未来生物化学与 分子生物学的发展
新技术与新方法的出现
基因编辑技术
随着CRISPR-Cas9等基因编辑技术 的不断完善，未来将更加精准地实现 对基因的修改和调控，为遗传病治疗 和生物育种等领域带来突破。
人工智能与生物信息学
人工智能和生物信息学在生物化学与 分子生物学中的应用将更加广泛，有 助于高效解析生命现象、发现新药靶 点以及优化实验设计等。

目录
(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。
目录
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。
目录
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。
目录
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+

学科
杂志总数 >10
平均引用指数
>30杂志数
总论 化学 物理 数学 生物
3 2 5 1 38
17.8 11.8 22.0 18.2 19.1
0 0 2 0 7
• 下面让我们来看一看从1910年到现在分子生物学史上的一 些情况。
1910年，德国科学家Kossel获得了诺贝尔生理医学奖， 他首先分离出腺嘌呤、 胸腺嘧啶、和组氨酸。 1959年，Uchoa发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶，成 功地合成了核糖核酸，研究并重建了将基因内的遗传信息 通过RNA中间体翻译成蛋白质的过程。而Kornberg则实现 了DNA分子在细菌细胞和试管内的复制。他们共同分享了 当年的诺贝尔生理医 学奖。 1962年，Watson和Crick因为在1953年提出了DNA 的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共享诺贝尔生理医学奖， 后者通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了Watson和 Crick 的DNA模型。
PCR、转基因(transgene)、基
因剔除（gene knock out）等

核酶(ribozyme)的发现 人类基因组计划(human genome project) 后基因组研究（蛋白质组学proteomics）
• 1985年5月，加州大学校长Robert提出测定人
类基因组全序列 • 1986年3月，诺贝尔奖获得者Dulbecco首次提 出人类基因组计划的概念 • 1990年10月，正式启动人类基因组计划 • 1999年7月，中国科学院遗传研究所承担了1%
1993年，Roberts和Sharp由于在断裂基因方面的工 作而荣获诺贝尔生理医学奖。 Mullis由于发明PCR仪而与 第一个设计基因定点突变的Smith共享诺贝尔化学奖。

生物氧化是指生物体内有机物氧化分解的过程，释放出能量供生命活动需要。能量转换是指生物体内能量的形式 转换，包括光合作用、呼吸作用等过程。
03
分子生物学基础
DNA、RNA和蛋白质的结构与功能
01
DNA双螺旋结构
DNA是由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴盘绕而成的双螺
旋结构，碱基位于内侧，通过氢键相互配对，磷酸和脱氧糖在外侧构成
基本骨架。
02
RNA种类与结构
RNA是单链结构，根据功能不同分为mRNA、tRNA和rRNA。mRNA
是蛋白质合成的直接模板；tRNA具有携带氨基酸进入核糖体的功能；
rRNA是核糖体的主要成分，参与蛋白质合成。
03
蛋白质结构与功能
蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子，具有复杂的空间构
象和多样的生物学功能。
生物催化剂与代谢途径
总结词
介绍生物催化剂和代谢途径的基本概 念和作用。
详细描述
生物催化剂是指酶，具有高效性和专 一性，能够加速生物体内的代谢反应 。代谢途径是指一系列相互关联的生 化反应序列，是生物体内物质转化和 能量转化的基础。
生物氧化与能量转换
总结词
介绍生物氧化和能量转换的过程和作用。
详细描述
对人类社会的影响与意义
医领域
生物化学与分子生物学的发展将有助于疾病的早期诊断、 预防和治疗，提高人类的健康水平和生活质量。
工业领域
利用生物化学与分子生物学的原理和技术，开发新的工业 生产技术和工艺，降低能耗和环境污染，促进可持续发展 。
农业领域
通过分子生物学和基因工程技术的应用，培育出抗逆、抗 病、优质、高产的农作物新品种，提高农业生产效率和粮 食安全水平。

氧化酶，而其它均为不需氧脱氢酶。其中a与 a3很难分开，常写为aa3。
在微粒体中主要为细胞色素b5、p450。p450作用 与aa3类似 。
2020/11/14
生物化学教研室
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细胞色素的结构
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呼吸链复合体
人线粒体呼吸链通过上述5大类成分形成4个复合体。
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在还原状态时吸收峰的波长不同，可分为a(a、 a1~3)、b(b、b1~7、p450)、c(c、c1~5)三类，又因 最大吸收峰有微小差别而又有几种亚类，如 b562和b566。
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(五)细胞色素体系
哺乳动物中细胞色素主要由b、c1、c、a、a3组 成，其中只有a3是线粒体中能直接被氧分子氧 化，即把电子直接传递给氧，故叫做细胞色素
CHOH
CH2OPO3H2 1,3-二 磷 酸 甘 油 酸
磷酸甘油酸激酶
Mg
ADP
AATTPP
COH CHOH CH2OPO3H2 3-磷 酸 甘 油 酸
NADH + H+
3-磷酸甘油醛脱氢酶
N AD +
H3PO4
CHO
磷 磷酸酸甘甘油油酸酸变变位位酶酶 O
COH
CHOH
CH2OPO3H2 3－ 磷 酸 甘 油 醛
通过异咯嗪环上N1和N10可以反复加氢和脱氢而 作为递氢体。
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FMN、FAD的递氢作用机理
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（三）铁硫蛋白
其辅基为铁硫中心，铁硫中心的铁可以是3+或 2+，因此可以作为递电子体而传递电子。

芳香族氨基酸的紫外吸收
.
27
目录
（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝 紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。
由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正 比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
.
28
目录
四、氨基酸通过肽键连接而形成蛋白 质或活性肽
（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽
.
21
目录
几种特殊氨基酸
• 脯氨酸
（亚氨基酸）
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
.
22
目录
半胱氨酸
பைடு நூலகம்
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
+NH3
+NH3
二硫键
•胱氨酸
.
23
目录
➢ 在蛋白质翻译后的修饰过程中，脯氨酸和赖氨酸 可分别被羟化为羟脯氨酸和羟赖氨酸。
两性解离及等电点 氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所
处溶液的酸碱度。
等电点(isoelectric point, pI) 在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和
阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电 中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。
.
25
目录
R CH COOH NH2
R CH COOH +OH-
.
9
目录
蛋白质元素组成的特点
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。
由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此， 只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以 下公式推算出蛋白质的大致含量：

合成生物学研究内容
主要涉及基因编辑、基因组重构、人工细胞和人工生命等方面的研究，以及设计和构建具有特定功能的生物系统。
合成生物学应用
合成生物学在医疗、能源、环保和工业等领域有广泛的应用，例如在基因治疗、生物燃料开发和生物制 药等方面发挥重要作用。同时，合成生物学也在伦理和社会方面面临一些挑战和问题，需要引起关注和 思考。
历史回顾
生物化学与分子生物学的发展可以追溯到20世纪初，当时科学家开始研究生物大 分子的结构和功能。随着技术的不断进步，人们对生物大分子的认识也越来越深 入。
发展趋势
未来，生物化学与分子生物学的发展将更加注重跨学科的研究，涉及的领域也将 更加广泛。同时，随着技术的不断创新，如基因编辑、蛋白质组学等新技术的发 展，生物化学与分子生物学将在医学、农业等领域发挥更加重要的作用。
02
生物化学基础
糖类化学
总结词
糖类是生物体中重要的能量来 源和物质构成成分，具有多种
结构和功能。
单糖
单糖是构成糖类的基本单位， 包括五碳糖和六碳糖等，具有 醛基或酮基。
双糖
双糖是由两个单糖通过脱水缩 合形成的，如蔗糖、麦芽糖等 ，具有甜味。
多糖
多糖是由多个单糖聚合而成， 如淀粉、纤维素等，在生物体 中具有储存能量和构成细胞壁
基因组学与蛋白质组学
基因组学
01
研究生物体基因组的组成、结构、功能和进化等方面的学科。
蛋白质组学
02
研究生物体内蛋白质的组成、结构、功能和相互作用等方面的
学科。
基因组学与蛋白质组学的意义
03
揭示生命活动的本质和规律，为疾病诊断和治疗提供新的思路
和方法。
基因编辑技术
基因编辑技术

基因改造。
基因编辑技术
基因编辑技术是指通过人工手段对生物体 基因进行精确编辑和修改的技术，如 CRISPR-Cas9技术等。
基因组学
基因组学是指研究生物体基因组的学科， 包括基因组测序、基因组功能和基因组演 化等方面的研究。
生物信息学
生物信息学是指利用计算机科学和数学的 方法和手段，研究生物系统的信息性质、 信息过程和信息规律的科学。
蛋白质的合成是通过mRNA的 翻译实现的，核糖体是蛋白质 合成的场所。
核酸代谢
01
02
03
04
核酸是生物体内重要的遗传物 质，通过核酸代谢，生物体可
以合成和降解核酸。
DNA的复制是核酸代谢的重 要途径，它通过一系列酶促反 应将DNA复制成精确的副本
。
DNA的转录是另一种核酸代 谢途径，它通过一系列反应将
合成生物学定义
合成生物学是一门通过设计和构建人 工生物系统来探索生命现象的科学。
合成生物学研究内容
合成生物学主要研究如何设计和构建 人工生物系统，包括基因线路、细胞 工厂和人工组织等。
合成生物学应用
合成生物学在药物研发、生物能源、 生物安全和环境保护等领域具有广泛 的应用价值。
跨学科研究与应用
01
系统生物学与合成生物学
系统生物学定义
系统生物学是一门研究生物系统中所 有组成成分的相互关系的科学。
系统生物学研究内容
通过研究生物系统中各个组分之间的 相互作用和相互调控，揭示生物系统 的整体行为和功能。
系统生物学应用
系统生物学在药物研发、疾病诊断和 治疗、生物工程和环境保护等领域具 有广泛的应用价值。
领域具有广泛的应用价值。
感谢您的观看
THANKS

随堂测试1
1、TCA循环的脱氢及脱羧反应过程 2、有氧氧化能量的计算步骤 3、磷酸戊糖途径中间产物及最终产物 4、糖原合成和分解反应的关键酶、主要反应部位 5、糖异生的概念、主要原料和主要合成器官 6、在糖酵解途径中三个不可逆反应在糖异生过程中 所对应过程及酶 7、血糖的来源和去路
第六章 生物氧化 Biological Oxidation
➢ 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
复合体Ⅲ QH2→ bL566; bH562; Fe-S; c1 →Cyt c
➢ 复合体Ⅲ的电子传递通过 “Q循环”实现。
➢ 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。
ATP合酶结构组成
F1 ： 亲 水 部 分 （ 动 物 ： α3β3γδε 亚 基 复 合 体 ， OSCP、IF1 亚基），线粒体内膜的基质侧颗 粒状突起，催化ATP合成。
F0：疏水部分（ab2c9~12亚基，动物还有其他辅助 亚基），镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质 子通道 。
ATP合酶结构模式图
复合体Ⅳ 细胞色素C氧化酶 162 13
血红素a，a3，
Cyt c（膜间隙侧）
CuA, CuB
* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
NAD+和NADP+的结构
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。
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• 。

e
（2）苹果酸一天冬氨酸穿梭系统
1 NADH
3 ATP
NADH
NADH
e
在电子传递的过程中，会产生大量的能量， 形成ATP。
电子传递体：一系列氧化还原酶体系
呼吸链的位置：
原核细胞：细胞膜 真核细胞：线粒体的内膜
生物体两条典型的呼吸链
NADH呼吸链：生物体中应用最广，氧化还原 反应脱下的H通过NADH进入呼吸链。 FADH2呼吸链：琥珀酸脱H通过FADH2进入呼吸链。
2. 黄酶（黄素蛋白）
电子传递部位：FMN、FAD
3．铁硫蛋白类
Fe3+ + e
Fe2+
4. CoQ（泛醌） 与蛋白质的结合不牢固
5．细胞色素类（cytochromes）
Cyt是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质
Fe3+ + e
Fe2+
Fe-S
Cytb
Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2
I：NADH脱氢酶（NADH-Q还原酶） III: CoQ-细胞色素还原酶 Ⅳ :细胞色素氧化酶
II：琥珀酸脱氢酶（琥珀酸-Q还原酶）
氧化磷酸化
电子传递过程释放的能量以ATP的形式得以贮存， 即ATP的形成与电子传递相偶联。
氧化磷酸化的偶联机制：化学渗透学说。
（1）电子传递过程中，线粒体内膜内外产生
呼吸链的组成
呼吸链的组成：膜结合的蛋白质复合体
氧化还原酶、铁－硫蛋白、细胞色素c、 FMN、FAD、辅酶Q
呼吸链在线粒体内形成4个复合物： ComplexⅠ、 Complex Ⅱ、 Complex III和 Complex Ⅳ。
电子传递的过程
各传递体的位置专一，不可逆