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1、第六章 生 物 氧 化Biological Oxidation生物化学教研室 李淑玲Email:lishuling3092163.COM QQ:978099159糖原 三酯酰甘油 葡萄糖 脂酸+甘油 乙酰CoA 蛋白质 氨基酸 呼吸链 HH2 2O O ADP+Pi ATP 生生 物物 氧氧 化化 的的 一一 般般 过过 程程TAC TAC COCO2 2 2H 2H ? ?糖、脂肪的主要糖、脂肪的主要 功能及氧化过程功能及氧化过程Course Content1.The Oxidative Phosphorylation System with ATP Producing Oxidation
2、respiratory chain oxidative oxidative phosphorylationphosphorylation NADH transporter -glycerophosphate shuttlemalate-asparate shuttle 2.The Others Oxidation Enzyme Systems without ATP Producing糖 脂肪 蛋白质 CO2 和 H2O O2能量ADP+PiATP热能l生物氧化的概念：营养物在生物体内营养物在生物体内 进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂 肪、蛋白质等在体内分解时逐
3、步释放肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放 能量，最终生成能量，最终生成COCO2 2 和和H H2 2O O的过程。的过程。uu生物氧化生物氧化的特点：的特点：3737、近于中性水环境、近于中性水环境 、酶催化、逐步释放出能量、相当一部分、酶催化、逐步释放出能量、相当一部分 能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系The Oxidative Phosphorylation System with ATP Producing一、氧化呼吸链一、氧化呼吸链（ Oxidation respiratory chain）uu在在线粒体内膜线粒体内
4、膜上，由若干上，由若干递氢体递氢体或或递递 电子体电子体按一定顺序排列组成的，与细胞按一定顺序排列组成的，与细胞 呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸呼吸 链（链（respiratory chainrespiratory chain）；又称电子传又称电子传 递链递链（electron transfer chainelectron transfer chain） 。 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧 基质侧 + + + + + + + + +
5、+ - - - - - - - - - （一）呼吸链的组成:复合体复合体、1 1复合体复合体（NADH-NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶）：）：NADHNADHFMNFMN （Fe-SFe-S）CoQCoQNAD+和NADP+的结构R = H: NAD+; R = H2PO3: NADP+NADHNADH还原酶还原酶-NAD-NAD+ +/NADH/NADH黄素蛋白黄素蛋白-FMN-FMN、FAD/FADHFAD/FADH2 2铁硫蛋白的分子结构铁硫蛋白的分子结构u铁硫蛋白分子中含有 由半胱氨酸残基硫原 子与铁离子形成的铁 硫中心，一次可传递 一个电子uFe4S4SSSS FeFeFeFeFe3
6、+Fe2+-e+e泛醌的分子结构泛醌的分子结构NADH+H+ NAD+ FMN 氧化型Fe-S FMNH2 还原型Fe-SQQH22复合体（琥珀酸-泛醌还原酶）： 琥珀酸脱氢酶 + 2FAD（Fe-S）+2（Cyt b560）细胞色素类细胞色素类( (Cytochrome ) )：u以铁卟啉为辅基的蛋白质-单电子传递体u可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体:存在于线粒体内膜的细胞色素有Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1；而存在于微粒体的细胞色素有CytP450和Cytb5 琥珀酸CoQ细胞色素细胞色素C(C(Cytochrome C ) )3 3复合体
7、复合体（泛醌泛醌- -细胞色素细胞色素c c还原酶）：还原酶）： 2Cytb + Cytc1 +（Fe-S） CoQ Cyt b Fe-S Cyt C1 Cyt C4 4复合体复合体（细胞色素（细胞色素c c氧化酶）：氧化酶）： CytaaCytaa3 3CytaCyta + Cyta + Cyta3 3（铜离子）铜离子） CytcCytcCytaaCytaa3 3OO2 2确定呼吸链排列顺序的实验 标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧（二）氧化呼吸链成分的排列顺序：组成电子传递体的酶复合物的排列顺序组成电子传递体的酶复合物的排列顺序琥珀酸琥珀酸- -CoQCo
8、Q 还原酶还原酶琥珀酸琥珀酸NADHNADHNADH-NADH-CoQCoQ 还原酶还原酶CoQ-CytCCoQ-CytC 还原酶还原酶CoQCoQCytCCytC O O2 2 CytCyt 氧化酶氧化酶1NADH氧化呼吸链：2 2琥珀酸氧化呼吸链：琥珀酸氧化呼吸链：NADHNADHFMNFMN (Fe-S)(Fe-S)CoQCoQb Cb C1 1C O C O2 2aa aa3 3琥珀酸琥珀酸FADFAD (Fe-S)(Fe-S)CoQCoQb Cb C1 1 C O C O2 2aaaa3 3NADHNADH +H+H+ +NADNAD+ +FMNFMN (Fe-S)(Fe-S)FMN
9、HFMNH2 2(Fe-S)(Fe-S)CoQCoQCoQHCoQH2 2aa aa3 3CuCu2CytFe2CytFe3+3+2CytFe2CytFe2+2+1/2O1/2O2 2OO2-2-2CytFe2CytFe3+3+2CytFe2CytFe2+2+b Cb C1 1C C 2H2H+ +HH2 2OONADH氧化呼吸链：二、氧化磷酸化uu在线粒体中，底物分子脱下的氢原子在线粒体中，底物分子脱下的氢原子 经递氢体系传递给氧，在此过程中释经递氢体系传递给氧，在此过程中释 放能量使放能量使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP，这种能这种能 量的生成方式就称为量的生成方式就称为氧化
10、磷酸化氧化磷酸化 (oxidative (oxidative phosphorylationphosphorylation) )。uu直接将底物分子中的高能键转变为直接将底物分子中的高能键转变为 ATPATP分子中的末端高能磷酸键的过程分子中的末端高能磷酸键的过程 称为称为底物水平磷酸化底物水平磷酸化(substrate (substrate level level phosphorylationphosphorylation) )。 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸uu 底物水平磷酸化：底物水平磷酸化：3-3-磷酸磷酸 甘油酸激酶甘油酸激酶3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸
11、磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸琥珀酰琥珀酰CoACoA琥珀酰硫激酶琥珀酰硫激酶 琥珀酸琥珀酸ADPATPGDP + PiGTP（一）氧化磷酸化的偶联部位u每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩 尔数称为P/O比值。在氧化磷酸化过程中，氧的消耗与无 机磷酸消耗之间的比例关系，反映底物脱 氢氧化与ATP生成之间的比例关系。 uG=-nFE 合成1molATP时，需要提供的能量 至少为G0=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原 电位差E0=0.2V。根据自由能变化和P/O比值确定实验证明，以NADH作为电子供 体时，测得的P/O比值大于2；以琥珀 酸作为电子供体时，侧
12、得的P/O比值 大于1。-羟丁酸经过NADH途径的P/O 比值为2.42.6，产生的ATP数目为 2.5；而琥珀酸经过FADH2的P/O比值 为1.7，产生的ATP数目为1.5。 NADHNADHFMN (Fe-S)CoQb C1 C O2aa3琥珀酸琥珀酸FAD (Fe-S)ATP氧化磷酸化的偶联部位氧化磷酸化的偶联部位ATPATP（二）氧化磷酸化的偶联机制u英国生物化学家 Peter D Mitchell在 1961年提出化学渗 透假说，并且Peter Mitchell因提出该假 说而获得了1978年 的诺贝尔化学奖。化学渗透假说化学渗透假说（chemiosmoticchemiosmoti
13、c hypothesis hypothesis）: :NADH+H+NAD+胞液线粒体内膜线粒体 基质FeSFeS2eFMNH2QH2QH2FeS C1 Caa3 CuCu1/2O2+2H+H2O2H+2H+2H+b566b5622e2H+2H+化 学 渗 透 假 说4H+4H+ F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ 4H+ 胞液侧 基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - uu基本要点：氧化呼吸链存在于线粒基本要点：氧化呼吸链存在于线粒 体内膜上
14、，当氧化反应进行时，体内膜上，当氧化反应进行时，HH+ +通过氢泵作用被泵到线粒体内膜外通过氢泵作用被泵到线粒体内膜外 侧，从而侧，从而形成跨膜形成跨膜pHpH梯度和跨膜电梯度和跨膜电 位差位差。这种形式的。这种形式的“ “势能势能” ”，可以被，可以被 存在于线粒体内膜上的存在于线粒体内膜上的ATPATP合酶合酶 (ATP (ATP synthasesynthase) )利用，生成高能磷酸利用，生成高能磷酸 基团，并与基团，并与ADPADP结合而合成结合而合成ATPATP。（三）ATP合酶(ATP synthase)当质子从膜间 腔返回基质中 时，这种“势 能”可被位于 线粒体内膜上 的ATP合酶利 用以合成ATP 。 当H+顺浓度递度经F0中回流时， 亚基发生旋转，3个亚基的构象 发生改变。ATP合酶的工作机制1 1呼吸链的抑制剂呼吸链的抑制剂阻断剂：阻断剂： 抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为呼吸链抑制剂。 抑制复合体的有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮等； 抑制复合体的有抗霉素A和二
