生物氧化课件讲义

α
β
β
α βα
εγ δ
F0
F1
基质侧 线粒体 内膜
胞液侧
ATP合酶构造方式图
F1〔偶联因子〕中 还含有F1抑制蛋白，防 止ATP无效水解。F1主 要功能是催化ADP和Pi 发生磷酸化而生成ATP， 同时有水解ATP的功能， 所以又称为F1- ATP酶。
F0具有质子通道的 功能，可传送质子经过 膜到达催化部位。
琥珀酸 - 泛醌复原酶
4
泛醌- 细胞色素 c 复原酶 11
细胞色素 c 氧化酶
13
FAD ，Fe-S 铁卟啉， Fe-S 铁卟啉， Cu
泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
线粒体呼吸链复合体
FMN,Fe-S 复合体Ⅰ
FAD,
Fe-S,Cytb 复合体Ⅱ
Cytb,
Cytaa3,Cu
Fe-S,Cytc1 复合体Ⅳ 复合体Ⅲ
NH - H N
O
HO
FMN(或FAD)
氧化型或醌型
FMNH(或FADH),即FMN•
半醌型
RH
NN
H3C
O
H3C
NH
N
HO
FMNH2(或FADH2)
复原型或氢醌型
黄素蛋白(flavoprotein)类〔FMN、 FAD〕
递氢体
(3)铁硫蛋白
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，其中铁原子可进展Fe2+ Fe3++e 反响
Q 10/Q 10H 2 C yt c1 Fe3+/ Fe2+ C yt c Fe3+/Fe2+ C yt a Fe3+ / Fe2+ C yt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O 2/ H 2O

CO2的生成： 有机物
CH3CCOOH O COOH CHOH CH2 COOH
CO2 RCOOH 丙酮酸脱羧酶 RH
CH3CHO + CO2
NADP+
NADPH + H+
COOH C＝ O
+ CO2
苹果酸酶
CH3
H2O的生成
脱氢酶
生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶 组成生物氧化体系，以促进水的生成。 氧化酶
生物氧化：有机物（糖、脂、蛋白质）在生物细胞内
进行氧化分解，最终生成CO2和H2O 并释 放能量的过程。
又称为细胞氧化或细胞呼吸
2. 主要内容
酶
有机化合物中的 C 有机化合物中的 H 有机物释放的能量
CO2 H2O ATP
3. 生物氧化的特点
（1）生物氧化与体外氧化的相同点

都包含有氧化和还原反应，遵循氧化还原反应的一 般规律。
－31.4kJ／mol
④甲硫键型 －41.8kJ／mol
2. ATP的结构特点及其在能量转换中的作用
反应物不稳定 ★ ATP含有2个高能酸酐键，易于水解放能
O 酸酐键 O O
腺苷 －O－P－O～P－O～P－O－
O－ O－ O－
△G0’=-30.5kJ/mol
产物稳定
O
★ ATP水解产生的Pi是共振杂化物，稳定。
化学本质相同，即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。
C6H12O6 + 6O2

6CO2+6H2O + 2867.5 kJ / mol
（2）生物氧化的特点
★ 反应条件温和（常温、常压、接近中性pH、多水的环境） ★ 酶催化（在一系列酶、辅酶和中间传递体作用下逐步进行） ★ 逐步放能，释放的能量储存在ATP中 ★ CO2是代谢物经脱羧作用产生

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+

葡（萄G-糖6-P-6）-磷形酸成高较能低磷能酸量化的-合磷1物酸3.8有脂2p转。pt课移AT件其P是磷磷酰酰基基的的倾传向递，体。
7
α-磷酸甘油
-9.21
2.3 ATP以偶联反应的方式推动非自发的反应
例如，细胞中合成脂肪酸时有以下反应：
乙酰CoA + CO2
丙二酸单酰CoA
ΔG = 剧烈燃烧，伴随着大量 热能的释放，生物氧化在温和的条件下进行，能量缓 慢的释放。
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3
动物机体能量的产生与转移与利用
营养物质经过生物氧化生成二氧化碳和水，在此过程中 释放能量。其中一部分以热的形式释放，另一部分被“截获” 并储存到ATP分子中（使ADP+Pi ATP, 即磷酸化），可 以作为有用功在各种生理活动，如肌肉收缩（机械能）、神 经传导（电能）、生物合成（化学能）、分泌吸收（渗透能） 中利用。
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14
Fe-S 复合物
含硫的非血红素铁蛋白，也称铁硫中心，借助Fe化学价的 变化（Fe++/Fe+++）传递电子。
Fe与4个Cys 的S相连
2FeS，2Fe分别与2S 和4个 Cys 的S相连
4FeS，4Fe分别与4S 和4个 Cys 的S相连
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15
复合物 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
呼吸链含有4种复合体
第9章 生物氧化
Biological Oxidation
ppt课件
1
本章主要内容
生物氧化概述 ATP 氧化磷酸化 其他生物氧化系统
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2
1 生物氧化( Biological oxidation)
营养物质在动物机体内氧化，生成二氧化碳和水， 并有能量释放。这个过程在细胞中进行，宏观上表现 为呼吸作用，因此也将生物氧化称为组织氧化或细胞 氧化、组织呼吸或细胞呼吸。

电子传递链中各中间体的顺序
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Cytc
Q
NADH+H+
NAD+
延胡索酸
琥珀酸
1/2O2+2H+
H2O
胞液侧
基质侧
线粒体内膜
e-
e-
e-
e-
e-
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide) ，又叫CoⅠ，主要作为呼吸氢酶
功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone)
复合体Ⅰ NADH→ →CoQ
* 生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
能量是突然释放的。 产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。
3、生物氧化中CO2和H2O的生成
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。 类型：α-脱羧和β-脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧
02
03
04
05
氮磷键型
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
01
酰基辅酶A
02
硫酯键型
甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
ATP的特点
在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-），具有较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩尔）。
第六章 生物氧化与氧化磷酸化
1
2
生物氧化概述
电子传递链
3
4
氧化磷酸化

脊椎动物所有的磷酸肌酸（存在于肌肉，神经组织 中），无脊椎动物的磷酸精氨酸，才是真正意义的能量 贮存物质。
磷酸肌酸只有以下唯一的磷酸基团转移途径。所以， 具有体内磷酸库、能量库的意义。以下反应使细胞中ATP 含量维持在相对恒定水平，保证生物新陈代谢的稳定。
§11.2 呼吸链
11.2.1 呼吸链的定义：
在不同的生物中，以及细胞的不同部位，存在不同的物 氧化体系，本课程讨论线粒体中的生物氧化体系，也就是呼 吸链。
§11.2 呼吸链
11.2.2 呼吸链的组成：
呼吸链的组成在不同的生物中存在差异。如，细菌没 有线粒体，生物氧化发生在细胞质中，有较少组分的呼吸 链，产生的ATP数量也较少。
最为典型，普遍的呼吸链是以下两种：
生物氧化（教学要求）
内容及要求：
了解能量代谢和生物氧化的关系,掌握生物氧 化的基本概念，过程，特点和意义。理解生物氧 化过程中能量的释放、 转移和利用。
重点：
要求掌握的部分。
难点：
呼吸链、氧化磷酸化的概念。
生物氧化（教学内容）（3学时）
§11.1概述: §11.2呼吸链 §11.3高能磷酸化合物的生成
§11.2 呼吸链
11.2.3 呼吸链上生成ATP的偶联部位：
从呼吸链各组分的氧还电位差值分析，差值大的部位 电子能量释放较多，可生成ATP。
从图中可 以看出，以NAD 为脱氢酶辅酶 的呼吸链有三 处可偶联生成 ATP。以FAD为 脱氢酶辅酶的 呼吸链只有两 处可偶联生成 ATP。
§11.2 呼吸链
思考题
（1）1mol丙酮酸彻底氧化为CO2和H2O，净生成多少ATP？ 当鱼藤酮存在时，理论上1mol丙酮酸又将生成多少ATP？
（2）理解下列概念： 生物氧化 高能化合物 磷酸原 呼吸链 氧化磷酸化 底物磷酸化 呼吸链抑制剂 氧化磷酸化解偶联剂

RCH2NH2 +CO2
（2） -氧化脱羧 ：
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12
CO2的生成方式
（3） -单纯脱羧：
O
O
HOOC CH2CCOOH 草酰乙酸脱羧酶 CH3CCOOH +CO2
（4）-氧化脱羧 ：
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返回13
H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体 （NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再 通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。例：
特点
含有容易断裂的“活泼键”，水解时可 释放大于21KJ/mol的能量，常用符号表示。
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7
高能化合物的类型
高能磷酸化合物：含有高能磷酸键 高能硫酯化合物：含有高能硫酯键
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8
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
ATP
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16
底物水平磷酸化
在生物氧化过程中，底物因脱氢、脱水等反应而使 能量在分子内重新分布，形成高能化合物，然后将高 能化合物中的能量转移给ADP（或GDP），生成ATP （或GTP）的过程。
CHO NAD+ NADH+H+ COO～P ADP
CH2OH CH2O-P
H3PO4
CH2OH CH2O-P
ATP COOH CH2OH CH2O-P
9
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸
OO CH3 C O P O-

原则氧化还原电势、原则电势、原则还原电势 正值越大，越易得电子 负值越大，越易失电子
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) 以上自由能旳化合物称为高能化合物。 G’< -20.9 kJ / mol 以：“~”表达
高能基团旳传递
高能磷酸键
• 多种高能化合物旳△Go`有高下之分
ATP酶复合体
• 线粒体内膜表面有一层规则地间隔排列着旳球状颗 粒，称为ATP酶复合体，是ATP合成旳场合。
• 构造： 头部：ATP合酶（偶联因子F1）
柄基部底：部棒：状疏水PrP，r对，寡与霉内素膜敏连感接（OSCP）（FO）
线粒体偶联因子F1-F0 F1-F0-ATPase复合物 ATP合酶
化学渗透假说旳要点是：
• 氧链化传磷递酸到化分—子— 氧电形子成从水N，A同D步H偶或联FAADDHP2磷经酸电化子生传成递 ATP旳过程。
• 底物水平磷酸化——在底物氧化过程中，形成了某 些高能中间代谢物，再经过酶促磷酸基团转移反应， 直接偶联ATP旳形成过程。
OH C O ⑩产能
CO P
CH2
磷酸烯醇 式丙酮酸
OH CO CO
一、线粒体
• 真核细胞内旳线粒体是生物氧化旳 主要场合；
线粒体分为外膜和内膜，之间为膜间 空隙
外膜：光滑
内膜：有许多向内折叠旳突起， 称嵴
基质：存在内膜以内，胶体， 含 50% 以上蛋白质（酶）
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 旳酶
内膜与嵴：脱氢酶、电子传递体系、 偶联磷酸化旳酶类
aa3 Cu
复合物I NADH脱氢酶
复合物III 细胞色素b、C1复合体