生物化学ppt第六章生物氧化优秀课件
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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- - -
生物化学：第六章 生物氧化和生物能(10周4节)
第六章生物氧化和生物能Biological Oxidation and Bioenergy虫荧光素腺苷酸荧光素酶虫荧光素氧合虫荧光素本章主要内容一．生物氧化的方式和特点1. 生物氧化的方式2. 生物氧化的特点二．生物能及其存在形式（重点）1. 生物能和ATP 2. 生物体系中的高能化合物三．线粒体呼吸链和ATP 合成（重点）1. 线粒体膜的结构特点2. 线粒体呼吸链的组成3. 线粒体呼吸链的电子传递4. ATP 合成√√√√√√Where is the bioenergy come from?⏹维持生命活动的能量，主要有两个来源：⏹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：动物和大多数的微生物，通过生物氧化作用将有机物质（主要是各种光合作用产物）存储的化学能释放出来，并转变成生物能。
Where is the bioenergy come from?Biological Oxidation⏹定义：指有机物质在生物体内氧化分解成CO 2和H 2O ，并释放出能量形成ATP 的过程。
生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用(respiration)。
⏹有机物质CO 2+H 2O +energyBiological Oxidation生物氧化O 2What is Biological Transformation(or Metabolic Transformation)?生物转化或代谢转化外源有机物（药物、毒物等）进入机体后，在微粒体氧化酶系的作用下，发生一系列化学变化并形成一些分解产物或衍生物的过程。
一、生物氧化的方式和特点1. 生物氧化的方式⏹细胞内一系列氧还酶催化下分步进行。
⏹每一步反应，都由特定的酶催化。
⏹其物质氧化及CO2和H2O生成的方式与一般氧化不同。
1. 生物氧化的方式C 6H 12O 6CO 2H 2O +物质氧化方式脱氢氧化加氧氧化H 2O 生成方式NADH →O 2琥珀酸→O 2CO 2生成方式直接脱羧氧化脱羧彻底氧化生物氧化的方式1.1.1 脱氢氧化反应(1) 脱氢⏹是许多有机物质生物氧化的重要步骤。
生物化学 生物氧化课件
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FMN ，Fe-S 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。
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
Cytc
e-
胞液侧
e-
Q e-
Ⅰ
Ⅱ e-
Ⅲ
e- 线粒体内膜
Ⅳ
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
基质侧 H2O 1/2O2+2H+
The Oxidation System of ATP Producing
一、呼吸链
?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) 。
ATP
H+
ATP 合酶
由亲水部分 F1 （α3β3γδε 亚基 ）
和 疏 水 部 分 F0 （ a1b2c9 ～ 12 亚 基 ） 组成。
ATP 合酶结构模式图
当H+顺浓度递度经 F0中a亚基和 c亚基之间 回流时， γ亚基发生旋转， 3个β亚基的构象发生 改变。
ATP 合酶的工作机制
1. 复合体Ⅰ: NADH- 泛醌还原酶
? 功能: 将电子从NADH 传递给泛醌 (ubiquinone)
复合体Ⅰ NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b ; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ
铁硫蛋白
S 无机硫 S 半胱氨酸硫
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接
生物化学第六章生物氧化
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 。
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细胞色素的结构
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生物化学教研室
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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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14
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。
在微粒体中主要为细胞色素b5、p450。p450作用 与aa3类似 。
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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。
生物化学第六章生物氧化
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CHOPO3H2 CH2OH 2-磷 酸 甘 油 酸
37
底物水平磷酸化举例
O
O
COH
~ C OPPOO33HH2 2
CH2 磷酸烯醇式丙酮酸
Mg2 + 烯 醇 化 酶
H2O
O
丙酮酸激酶 ADP M2g+ ATATPP
COH
CHOH
CH2 烯醇式丙酮酸
COH
COOH
CHOPO3H2
CH2OH 2-磷 酸 甘 油 酸
2020/7/10
生物化学教研室
45
第五节 通过线粒体内膜的物质转运
一、胞浆中NADH的氧化 1.-磷酸甘油穿梭 2.苹果酸-天冬氨酸穿梭 二、腺苷酸转运蛋白 三、线粒体蛋白质的跨膜转运
2020/7/10
生物化学教研室
46
-磷酸甘油穿梭
2020/7/10
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47
苹果酸-天冬氨酸穿梭
2020/7/10
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10
二、呼吸链的组成和作用机理
呼吸链的基本组成成分分为五大类： 1.烟酰胺脱氢酶类（其辅酶为NAD+、NADP+或CoⅠ、
CoⅡ） 2.黄素酶类（其辅基为FMN、FAD） 3.铁硫蛋白（Fe-S） 4.泛醌 5.细胞色素体系
上述5大成分分别形成四个复合体：即复合体Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ。
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4
（二）生物氧化的特点
特点
生物氧化
体外燃烧
场所 条件 速度
主要在活细胞的线粒体中
温和：37C，pH 7.4，有 水 缓慢，步骤多，逐步氧化
空气中 剧烈：高温，干燥，高压 快
CHOPO3H2 CH2OH 2-磷 酸 甘 油 酸
37
底物水平磷酸化举例
O
O
COH
~ C OPPOO33HH2 2
CH2 磷酸烯醇式丙酮酸
Mg2 + 烯 醇 化 酶
H2O
O
丙酮酸激酶 ADP M2g+ ATATPP
COH
CHOH
CH2 烯醇式丙酮酸
COH
COOH
CHOPO3H2
CH2OH 2-磷 酸 甘 油 酸
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45
第五节 通过线粒体内膜的物质转运
一、胞浆中NADH的氧化 1.-磷酸甘油穿梭 2.苹果酸-天冬氨酸穿梭 二、腺苷酸转运蛋白 三、线粒体蛋白质的跨膜转运
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-磷酸甘油穿梭
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苹果酸-天冬氨酸穿梭
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10
二、呼吸链的组成和作用机理
呼吸链的基本组成成分分为五大类： 1.烟酰胺脱氢酶类（其辅酶为NAD+、NADP+或CoⅠ、
CoⅡ） 2.黄素酶类（其辅基为FMN、FAD） 3.铁硫蛋白（Fe-S） 4.泛醌 5.细胞色素体系
上述5大成分分别形成四个复合体：即复合体Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ。
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4
（二）生物氧化的特点
特点
生物氧化
体外燃烧
场所 条件 速度
主要在活细胞的线粒体中
温和：37C，pH 7.4，有 水 缓慢，步骤多，逐步氧化
空气中 剧烈：高温，干燥，高压 快
生物化学--第六章 生物氧化(3-4节)
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化学渗透假说的内容★★
1.呼吸链中传氢体和电子传递体是间隔交替排列的，且
在线粒体内膜都有特定的位置，催化反应是定向的。
2.内膜对H＋不能自由通过，泵出膜外侧的H＋不能自由
返回膜内侧，造成电化学梯度
3.复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ都有质子泵的作用
4.ATP合酶存在于线粒体内膜上，H＋梯度是ATP合成的 驱动力
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ATP
四 线粒体 ATP合酶（mitochondrial ATPase） 形成ATP的机理
F1
柄
F0
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ATP合酶
Hale Waihona Puke ATP合成酶由 疏水的 F0(a1b2c1012) 和亲水的 F1(33)组 成. 质子穿过a时, 推动c环象水 车一样转动, 连带F1转动.
（二）质子梯度的形成
（三）线粒体 ATP合酶（mitochondrial ATPase）
（四）ATP合成的机制
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（一）能量偶联假说 1953年 Edward Slater 化学偶联假说
1964年 Paul Boyer 构象偶联假说 1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说
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七、有关氧化磷酸化物质的运输
• 胞液中的3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油或乳 酸脱氢，均可产生NADH。 • 这些NADH可经穿梭系统而进入线粒体氧 化磷酸化，产生H2O和ATP。
2019/1/4 46
-磷酸甘油穿梭示意图
呼吸链
杨荣武生物化学原理-南京大学-生物氧化ppt课件
化学渗透学说图解
支持化学渗透学说的主要的证据
（1）氧化磷酸化的进行需要完整的线粒体内膜的存在。 （2）使用精确的pH计可以检测到跨线粒体内膜的质子梯
度存在。据测定，一个呼吸活跃的线粒体的膜间隙的 pH要比其基质的pH低0.75个单位。 （3）破坏质子驱动力的化学试剂能够抑制ATP的合成。 （4）从线粒体内膜纯化得到一种酶能够直接利用质子梯 度合成ATP，此酶称为F1F0-ATP合酶。 （5）人工建立的跨线粒体内膜的质子梯度也可驱动ATP 的合成
✓ 根据在有氧环境下氧化反应达到平衡时各电子传递体的 还原程度来确定
✓ 使用特异性呼吸链抑制剂和人工电子受体 ✓ 呼吸链的拆分和重组
呼吸链各组分的标准氧化还原电位
在有氧条件下，线粒体中TCA循环反应达到平衡时，呼吸链中 各组分的还原程度
电子传递体 还原程度(%)
辅酶I 53
黄素蛋白 细胞色素b
20
氧化磷酸化
• 呼吸链的主要功能是产生能量货币ATP。当电子沿着 呼吸链向下游传递的时候总伴随着自由能的释放，释 放的自由能有很大一部分用来驱动ATP的合成，这种 与电子传递偶联在一起的合成ATP方式（ADP被磷酸 化）被称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化的偶联机制
☻ 化学偶联假说 ☻ 构象偶联假说 ☺ 化学渗透学说
OH ∣
CuB+
H+
e-
H2O
目录
复合体
细胞色素 血红素
aa3
a
b
b
c
c
c1
c
几种细胞色素的性质比较
线粒体内膜上的定位
辅基与蛋白质的连接方式
跨膜蛋白 跨膜蛋白 水溶性的外周蛋白 （膜间隙一侧） 跨膜蛋白
中职生物化学课件第6章
子，使氧激活成为氧
离子，故又被称为细 胞色素氧化酶。
Cyta与Cyta3结合紧密很难分开，常被称为 细胞色素aa3（Cytaa3）
一、呼吸链的组成
❖在呼吸链组成成分中，除了少数游离存在 外，大部分以复合体的形式存在。线粒体 内膜中含有四种具有传递电子功能的酶复 合体，这些复合体主要通过上述酶和辅酶 组分发挥其传递氢或电子的功能。
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
ATP的生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
1. 底物水平磷酸化 代谢过程中，代谢物由于脱氢或脱水引起分
子内部能量重新排布，形成高能键，然后把高能 键的能量转移给ADP形成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。如：
❖（二）脱氢酶 需氧脱氢酶： 如黄嘌呤氧化酶 不需氧脱氢酶：如乳酸脱氢酶
三、生物氧化过程中CO2的生成
❖ 体内二氧化碳的生成来自于有机酸的脱羧作用， 而不是碳和氧的直接化合。根据有机酸脱去羧基 的位置不同可分为-脱羧和-脱羧，又根据脱羧 是否伴随氧化，分为氧化脱羧和单纯脱羧。
三、生物氧化过程中CO2的生成
一、呼吸链的组成
表6-1 四种人线粒体呼吸链复合体
复合体 复合体Ⅰ
酶名称 NADH-泛醌还原酶
辅基 FMN, Fe-S
复合体Ⅱ
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD, Fe-S
复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶
铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
二、呼吸链中氢和电子的传递顺序
❖ 实验证实，线粒体呼吸链有两条：一条是NADH 氧化呼吸链；另一条是琥珀酸氧化呼吸链。
离子，故又被称为细 胞色素氧化酶。
Cyta与Cyta3结合紧密很难分开，常被称为 细胞色素aa3（Cytaa3）
一、呼吸链的组成
❖在呼吸链组成成分中，除了少数游离存在 外，大部分以复合体的形式存在。线粒体 内膜中含有四种具有传递电子功能的酶复 合体，这些复合体主要通过上述酶和辅酶 组分发挥其传递氢或电子的功能。
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
ATP的生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
1. 底物水平磷酸化 代谢过程中，代谢物由于脱氢或脱水引起分
子内部能量重新排布，形成高能键，然后把高能 键的能量转移给ADP形成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。如：
❖（二）脱氢酶 需氧脱氢酶： 如黄嘌呤氧化酶 不需氧脱氢酶：如乳酸脱氢酶
三、生物氧化过程中CO2的生成
❖ 体内二氧化碳的生成来自于有机酸的脱羧作用， 而不是碳和氧的直接化合。根据有机酸脱去羧基 的位置不同可分为-脱羧和-脱羧，又根据脱羧 是否伴随氧化，分为氧化脱羧和单纯脱羧。
三、生物氧化过程中CO2的生成
一、呼吸链的组成
表6-1 四种人线粒体呼吸链复合体
复合体 复合体Ⅰ
酶名称 NADH-泛醌还原酶
辅基 FMN, Fe-S
复合体Ⅱ
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD, Fe-S
复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶
铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
二、呼吸链中氢和电子的传递顺序
❖ 实验证实，线粒体呼吸链有两条：一条是NADH 氧化呼吸链；另一条是琥珀酸氧化呼吸链。
生物氧化教学优秀课件
30
线粒体的电子传递链至少含有五种不同的 细胞色素
传递电子的顺序： QH2 → b → c1 → c → aa3→ O2
科学出版社案例式教材《生物化学》
31
课件
Cyt a与a 3是最后的一个载体，很难分开，二者以复 合物形式存在，又称细胞色素氧化酶。Cyt aa3还含 有两个必需的铜原子。Cyt a从Cyt c接受电子后，即 传递给a3，由还原型Cyt a3将电子直接传递给氧分子。 在 a和a3间传递电子的是两个铜原子，铜在氧化-还 原反应中也发生价态变化（Cu+←→Cu2+）。
13
（1）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+） 或称辅酶Ⅰ（CoⅠ）
科学出版社案例式教材《生物化学》
14
课件
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+） 又称辅酶Ⅱ（CoⅡ）
科学出版社案例式教材《生物化学》
15
课件
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH） 相互转变
主要功能是接受从代谢物上脱下的2H（2H++2e）
w产生的CO2、H2O由物质 中的碳和氢直接与氧结 合生成。
5
葡萄糖
脂酸+甘油
氨基酸
体
乙酰CoA
内
生
物
氧 化
TAC
CO2
ADP+Pi ATP
2H
呼吸链
O2
科学出版社案例式教材《生物化学》 课件
H2O
6
科学出版社案例式教材《生物化学》
7
课件
1、外膜：通透性较高 含40%的脂类和60%的蛋白，具有porin构成
化的酶类。 线粒体DNA（mtDNA），及线粒体特有的核
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