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1、第七章 新陈代谢与生物氧化（ metabolisim Fe-SN-1a/b; Fe-SN-2; Fe-SN-3; Fe-SN-4 NADHCoQNADH还还原酶nNADH还原酶催化（NADH+H+）的脱氢反应，从而将2H传递给其辅基FMN，生成FMNH2。铁铁硫蛋白n铁硫蛋白(Fe-S)共有9种同工蛋白；分子中含有由半胱氨酸残基硫原子及无机硫原子与铁离子形成的铁硫中心(铁硫簇)，一次可传递一个电子至CoQ。铁铁硫中心的结结构S SS S无机硫半胱氨酸硫泛醌醌（CoQ）泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）是游离存在于线粒体内膜中的脂溶性有机化合物，由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），
2、氧化还原反应时可在醌型与氢醌型之间相互转变。2复合体（琥珀酸-泛醌还原酶）： 琥珀酸脱氢氢酶+3(Fe-S)+Cyt b560FAD;Fe-S1; b560; Fe-S2 ; Fe-S3 琥珀酸CoQn这是一类以铁卟啉为辅基的酶。在生物氧化反应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可为+3价高铁离子，通过这种转变而传递电子。细胞色素为单电子传递体。n细胞色素根据其铁卟啉辅基的结构以及吸收光谱的不同而分类。细细胞色素类类铁卟铁卟 啉辅辅基的分子结结构n细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体。n存在于线粒体内膜的细胞色素有Cyt aa3，Cyt b（b560，b562，b566），Cyt c，C
3、yt c1；n存在于微粒体的细胞色素有Cyt P450和Cyt b5。细胞色素b的分子结构细胞色素c的分子结构3复合体（泛醌-细胞色素c还原酶）：2Cyt b + Cyt c1 +(Fe-S)b562; b566; Fe-S; c1QH2 Cyt c Cyt a + Cyt a3 4复合体（细胞色素c氧化酶）：CuAaa3CuB 还还原型Cyt c O2（二）呼吸链组分的排列顺序n 通过四个方面的实验可确定呼吸链各组分的排列顺序： 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氧化呼吸链链的组组成 NADH氧化呼吸链NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2 琥珀酸
4、氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2胞液侧侧 基质侧质侧 线线粒体内膜 氧化呼吸链链的排列顺顺序Q 1/2O2+2H+ H2O 延胡索酸 琥珀酸 e-Cytc e-e-e-e-NADH+H+ NAD+ 1NADH氧化呼吸链：NAD+ FMN (Fe-S)CoQb(Fe-S)c1caa3 丙酮酮酸 -酮酮戊二酸 硫辛酸 FAD 1/2O2 H2O 异柠柠檬酸苹果酸谷氨酸 -羟羟丁酸 -羟羟脂酰酰CoA 2e 2H 2H+ 2. 琥珀酸氧化呼吸链：琥珀酸CoQb(Fe-S)c1caa31/2O2FAD (Fe-S) Cytb -磷酸甘油脂肪酰酰CoAFAD(FP)H2O 2
5、e 2H+ 两条电电子传递链传递链 的关 系上节小结：n两个概念：n 生物氧化和呼吸链n两个氧化体系：n 线粒体氧化体系、其他氧化体系n两条电电子传递链传递链 ：n NADH和琥珀酸一、生物氧化的概念物质质在体内的氧化分解过过程，主要是糖、 脂、蛋白质质等在体内分解时时逐步释释放能量、 最终终生成二氧化碳和水的过过程。摄摄氧 产产产产能（能（ATP+ATP+热热热热能能 ） 产产产产生生HH2 2O+ COO+ CO2 2生物氧化特点生物氧化特点需需OO2 2 释释释释放能量放能量 产产产产生生HH2 2O+ COO+ CO2 2概念： （1）代谢谢脱下的成对氢对氢 原子（2H）通过过多种酶和
6、辅辅酶所催化的连锁连锁 反应应逐步传递传递 ，最终终与氧结结合生成水； （2）酶和辅辅酶按一定顺顺序排列在线线粒体内膜；传递氢传递氢 的酶和辅辅酶递氢递氢 体传递电传递电 子的酶和辅辅酶递电递电 子体 （3）此过过程与细细胞呼吸有关，此传递链传递链 称为为呼吸链链。递氢递氢 体、递电递电 子体都起传递电传递电 子的作用，又称电电子传递传递 体。二、 呼吸链链（respiratory chain线线线线粒体的粒体的结结结结构构呼吸呼吸链链链链呼吸链主要成分和作用递氢体 递电子体 烟酰胺(nicotinamide)脱氢酶（NAD+、NADP+） 黄素蛋白(flavoprotein)（FMN、FAD
7、） 铁硫蛋白(iron-sulfur cluster)（Fe-S） 泛醌(Ubiquinone)（CoQ） 细胞色素类(Cytochrome)（Cyt）1、呼吸链链中的组组成复合体 复合体 复合体 复合体 复合体酶名称 NADH-Q 还还原酶 琥珀酸-Q还还原酶 Q-CytC 还还原酶 CytC 氧化酶辅辅基FMN，Fe-SFAD， Fe-S铁铁卜啉，Fe-S铁铁卜啉，CuNADH 氧化呼吸 链链琥珀酸氧化呼吸链链NADH FMNNADH FMN，Fe-S QFe-S Q复合体复合体的的电电电电子子传递传递传递传递复合物 NADH-Q 还还原酶n泛醌醌（ubiquinone , Q）亦称辅辅酶
8、Q（Coenzyme Q , CoQ）人体中： CoQ10 A、结结构 1.含有很多异戊二烯侧链烯侧链 的醌类醌类 化合物 2.脂溶性 3.是电电子传递传递 体中唯一可游离存在的电电子 载载 体（无蛋白）B、作用：递氢递氢 体 C、递氢递氢 机制：是多种底物进进入呼吸链链的中心点（2）复合物 琥珀酸-泛醌还醌还 原酶琥珀酸琥珀酸 FADFAD，Fe-SFe-S，CytbCytb560 560 CoQCoQ复合体复合体的的电电电电子子传递传递传递传递（2）复合物 （琥珀酸-泛醌还醌还 原酶）细细细细胞色素胞色素b b560560（细胞色素cytochrome,Cyt）A、结结构：一类类含铁铁卜啉
9、辅辅基的色素蛋白 B、分类类: Cyta: Cytaa3 Cytb: Cytb562 、Cytb566、 Cytb560Cytc: Cytc 、 c1C、区别别： 铁铁卜啉辅辅基侧链侧链 不同 铁铁卜啉辅辅基与酶蛋白连连接方式不同 D.作用： Cytb,c -单电单电 子传递传递 Fe2+ Fe3+e Cytaa3-以O2为电为电 子受体（3） 复合物 Q-cytc还还原酶QHQH2 2CytbCytb562 562 CytbCytb566 566 ，Fe-SFe-S，CytcCytc1 1 CytcCytc复合体复合体的的电电电电子子传递传递传递传递nCytcn呈水溶性n与线线粒体内膜外表面
10、结结合不紧紧密n易与线线粒体内膜分离（3 3） 复合物复合物 Q- Q-cytccytc还还还还原原酶酶（4）复合物 Cytc 氧化酶还还还还原型原型CytcCytc CuCuA A CytaaCytaa3 3 CuCuB B OO2 2复合体复合体的的电电电电子子传递传递传递传递呼呼 吸吸 链链链链 简简简简 图图图图NADH FMN Q10 Cytb Cytc1 Cytc aa3(Fe-S) (Fe-S) FAD.H2(Fe-S)琥珀酸2H2H2H2H2H+2e2e2e2eO21 22eO2-H2ONADH 氧化呼吸 链链琥珀酸氧化呼吸链链体内两条重要的呼吸链链： （1）NADH 氧化呼吸
11、链链 （2）琥珀酸氧化呼吸链链二、氧化磷酸化 1. 底物水平磷酸化：n直接将底物分子中的高能键转变为ATP分子中的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。 （一）生物体内ATP的生成方式n底物水平磷酸化见于下列三个反应：1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-磷酸甘油酸+ATP3-磷酸甘油酸激酶 丙酮酮酸激酶 磷酸烯烯醇式丙酮酮酸+ADP丙酮酮酸+ATP琥珀酰酰CoA合成酶 琥珀酰酰CoA+H3PO4+GDP琥珀酸+CoA+GTP2. 氧化磷酸化：n在线粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸化生成
12、ATP，这种能量的生成方式就称为氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)。（二）氧化磷酸化的偶联部位1. P/O比值：n通过测定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，可以反映底物脱氢氧化与ATP生成之间的比例关系。 n每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩尔数称为P/O比值。 线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值n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。n因此，在NADH氧化呼吸链中有三处可以生成ATP，而在琥珀酸氧化呼吸链中，只有两处可以生成ATP。2. 自由能变化与ATP的
13、生成部位：氧化磷酸化的偶联部位（三）氧化磷酸化的偶联机制1. 化学渗透假说：n目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是1961年由Peter Mitchell提出的化学渗透学说(chemios-motic hypothesis)。生物氧化过过程中CO2的生成和H2O的生成(一)CO2的生成方式方式：糖、脂、蛋白质质等有机物转变转变 成含 羧羧基的中间间化合物，然后在酶催化下脱羧羧而 生成CO2。类类类类型型：直接脱羧羧氧化脱羧羧 n在生物体内，CO2是通过有机酸的脱羧作用生成的。n按照羧基所连接的位置不同，可将有机酸的脱羧作用分为 -脱羧和 -脱羧。n按照脱羧时是否伴有氧化作用，可将有机酸的脱羧作用分
14、为单纯脱羧和氧化脱羧。1. 单纯脱羧：n见于氨基酸的脱羧作用。R-CH-COOHNH2氨基酸脱羧羧酶 R-CH2-NH2 + CO2氨基酸胺2. 单纯脱羧：n见于草酰乙酸的脱羧作用。+ CO2CH2-COOH CO-COOHCH3 CO-COOH草酰酰乙酸脱羧羧酶草酰酰乙酸丙酮酮酸3. -氧化脱羧：n见于丙酮酸的脱氢与脱羧作用。丙酮酮酸脱氢氢酶系 CH3-CO-COOH + HSCoACH3COSCoA + CO2NADNAD+ +NADNADH H + + H H+ +丙丙酮酮酮酮酸酸乙乙酰酰酰酰CoACoA4. 氧化脱羧：n见于苹果酸的脱氢与脱羧作用。CO-COOH + CO2CH3CH2
15、-COOHOHCH-COOHNADP+ NADPH + H+苹果酸丙酮酮酸苹果酸酶参与生物氧化的酶类n脱氢酶(Dehydrogenase);使代谢谢物的氢氢活化、脱落，并将之传递给传递给 其他受氢氢体或传递传递 体 。n氧化酶(Oxidase);在生物氧化中，以氧直接为为受氢氢体的氧化还还原酶类类称为为氧化酶。n加氧酶(Oxigendase);催化加氧反应应的酶。n传递体(Carrier).生物氧化过过程中起着中间传递氢间传递氢 或电电子作用的物质质，它们们既不 能使代谢谢物脱氢氢，也不能使氢氢活化。n（一）.脱氢酶n1.以黄素核苷酸为辅基的脱氢酶n（1）需氧黄酶n（2）不需氧黄酶n2.以尼克酰胺核苷酸为辅基的脱氢酶n（二）氧
