生物化学--生物氧化

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1、第六章生物氧化Biological Oxidation 生物氧化的概念、方式、特点 ATP 第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系第二节 不生成ATP的氧化体系 氧化呼吸链 氧化磷酸化 氧化磷酸化的影响因素 线粒体内膜的物质转运生物氧化概述生物氧化概述生物氧化概述Introduction to Biological oxidationIntroduction to Biological oxidationCatalase 过氧化氢酶 Cytochrome 细胞色素 Electron transfer chain 电子传递链 Flavoprotein 黄素蛋白 Glycerophosphate sh

2、uttle 磷酸甘油穿梭 Iron-sulfur protein 铁硫蛋白 Malate-aspartate shuttle 苹果酸天冬氨酸穿梭 Monooxygenase 加单氧酶 Oxidative phosphorylation 氧化磷酸化 Perioxidase 过氧化物酶 Superoxide dismutase 超氧化物歧化酶 Ubiquinone 泛醌Chapter Biologic Oxidation 第 章 生物氧化营养物质在生物体内进行的氧化称生物氧化，主要指 糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成 CO2 和 H2O的过程。 此过程需耗氧、排出CO2，又在活

3、细胞内进行，故又称 细胞呼吸(cellular respiration)。 一、生物氧化（biological oxidation）的概念 糖 脂肪 蛋白质 CO2和H2O O2能量ADP+PiATP热能糖原 三酯酰甘油 蛋白质 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA TAC TAC 2H 2H 呼吸链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 * 生物氧化的一般过程 脱氢 COOH COOHHO CH C=O + 2HCH3 CH3 (2H+ + 2e) 加氧 RCHO + 1/2 O2 RCOOH生物氧化中物质氧化方式 脱电子 Fe2+ Fe3+ + e生物氧化中的中的CO

4、CO2 2的生成的生成w 绝大部分有机物生物氧化中的CO2生成是经 ？ 中的脱羧作用产生的。 w 答案：三羧酸循环 w 其他一些CO2产生途径如： w 糖异生草酰乙酸 + GTP PEP +GDP + CO2 w 氨基酸脱羧脱羧酶 -单纯脱羧：-氧化脱羧：生物氧化中CO2生成方式氨基酸脱羧酶RCHCOOHNH2a-氨基酸RCH2NH2 + CO2胺CH3CCOOHOCH3COSCoA +CO2丙酮酸脱氢酶系HSCoA NAD+NADH+H+-单纯脱羧： -氧化脱羧： 生物氧化中CO2生成方式+ CO2CH2COOHCOCOOHCH2COCOOHP磷酸烯醇式丙酮 酸羧激酶GTPGDP+CO2异柠

5、檬酸脱氢酶NAD+NADH+H+CHOHCOOHCHCOOHCH2COOHCOCOOHCH2CH2COOH氧化酶氧化酶2e2e2H+HH2 2OOOO2-2-1/2 O1/2 O2 2电子传递体电子传递体递氢体递氢体脱氢辅酶脱氢辅酶-2HMHMH2 2w 真核生物线粒体内膜上的电子传递链作用下产生生物氧化中生物氧化中HH2 2OO的生成的生成生物氧化体外氧化 (燃烧烧)反应应性质质相 同（氧化还原反应）产产 物 相 同（ CO2、H2O ）耗氧量 相 同 环环 境细细胞内体外条 件体温，需酶高温，不需酶能量释释放方式 逐步释释放骤骤然释释放产产物生成方式 水由代谢谢物脱下 的氢氢与氧结结合产产

6、 生，CO2由有机 酸脱羧产羧产 生水和CO2由物质质 中的碳和氢氢直接 与氧结结合产产生w w COCO2 2、HH2 2OO、能量能量的产生位置的产生位置线粒体线粒体真核细胞基质中脱氢、产生基质中脱氢、产生COCO2 2产产HH2 2OO产能产能线粒体w 主要功能：氧化营养物，生成ATP。 结构：n外膜：通透性较高n内膜：对物质的通 过有 严格选择 性l内膜高度折 叠形成嵴n膜间腔n基质线粒体结构模式图线粒体结构线粒体嵴的分子组成二、二、ATPATP高能磷酸键与高能磷酸化合物 u高能磷酸键 水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷 酸酯键，常表示为 P。u高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化

7、合物化合物E0kJ/mol(kcal/mol) 磷酸烯醇式丙酮酸61.9(14.8)氨基甲酰磷酸51.4(12.3)1，3-二磷酸甘油酸49.3(11.8)磷酸肌酸43.1(10.3)ATP ADPPi30.5(7.3)乙酰辅酶A31.5(7.5)ADP AMPPi27.6(6.6)焦磷酸27.6(6.6)1-磷酸葡萄糖20.9(5.0)一些重要有机磷酸化合物水解释放的标准自由能 核苷二磷酸激酶的作用ATP + UDP ADP + UTPATP + CDP ADP + CTPATP + GDP ADP + GTP腺苷酸激酶的作用 ADP + ADP ATP + AMP磷酸肌酸磷酸肌酸作为肌肉和

8、脑组织中能量的一种贮存形式。Q：下列哪些化合物属于高能磷酸键化合物？A：1,6-二磷酸果糖 B： 三磷酸肌醇 C： 磷酸烯醇式丙酮酸 D：磷酸肌酸 E：UTP (CDE)ATP的生成和利用ATP ADP 肌酸 磷酸 肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 P P P P 机械能机械能( (肌肉收缩肌肉收缩) ) 渗透能渗透能( (物质主动转运物质主动转运) ) 化学能化学能( (合成代谢合成代谢) ) 电能电能( (生物电生物电) ) 热能热能( (维持体温维持体温) )生物体内能量 的储存和利用都以 ATP为中心。第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系The Oxidative Phosphoryla

9、tion System with ATP Producing一、氧化呼吸链（电子传递链） 概念 组成 电子传递体的排列顺序 呼吸链顺序的实验依据 概念在线粒体内膜上具有氧化还原功能的酶和 辅酶按一定顺序排列组成，能传递氢和电子的 链式反应体系称为电子传递链（electron transfer chain）。 由于电子传递过程与细胞呼吸有关，又称 呼吸链（respiratory chain） 。 组成递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e） 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-氧化呼吸链由4种具

10、有传递电子能力的复合体组成人线粒体呼吸链复合体 复合体酶名称质量(kD)多肽 链数功能辅基含结合位点复合体NADH-泛醌 还原酶85039FMN，Fe-SNADH（基质侧） CoQ（脂质核心） 复合体琥珀酸-泛醌还原酶1404FAD，Fe-S琥珀酸（基质侧） CoQ（脂质核心） 复合体泛醌-细胞色素C还原酶25011血红素bL, bH, c1, Fe-SCyt c（膜间隙侧）复合体细胞色素C氧化酶16213血红素a，a3， CuA, CuBCyt c（膜间隙侧） 泛 醌 不包含在上述四种复合体中。（一）呼吸链的组成细胞色素c131血红素cCyt c1， Cyt a呼吸链各复合体在线粒体内膜中的

11、位置1. 复合体: NADH-泛醌还原酶u功能: 将电子从NADH传递给泛醌u组成：黄素蛋白、铁硫蛋白u电子传递：NADFMN Fe-S CoQ NADH+H+ FMN NAD+ FMNH2还原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH2NAD+和NADP+的结构R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+辅辅酶I，Co I 辅辅酶II，Co IINAD+（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。结构：含核黄素（维生素B2）； 功能部位：异咯嗪环上N1和N5 功能： FMN + 2H FMNH2FMNH HFMN结构：铁硫中心(Fe-S)，含有等量铁

12、原子和硫原子 作用：参与复合体I 、II、 III的组成传递单电子：Fe2+ Fe3+ + e 表示无机硫 铁硫蛋白铁硫中心 S SS S无机硫半胱氨酸硫化学本质：化学本质：脂溶性醌类化合物，辅酶Q, CoQ, Q结构：结构：由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链作用：作用：传递双电子， CoQ +2H CoQH2 泛 醌 电子传递次序：NADHFMNFe-S CoQ Fe-S CoQ 具有质子泵功能：每传递2个电子可将4个H+ 从内膜基质侧泵到胞浆侧复合体的功能 u 功能: : 将电子从琥珀酸传递给泛醌uu 组成：黄素蛋白、铁硫蛋白组成：黄素蛋白、铁硫蛋白uu电子传递电子传递: : 琥珀酸琥珀

13、酸FAD FAD Fe-S Fe-S CoQCoQ琥珀酸 FAD 延胡索酸 FADH2还原型Fe-S 氧化型Fe-S QQH22. 复合体: 琥珀酸-泛醌还原酶 复合体没有H+泵的功能3. 复合体: 泛醌-细胞色素c还原酶 又称细胞色素b-c1复合体：细胞色素b(b562, b566)细胞色素c1一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。562566泛醌-细胞色素C 还原酶同二聚体结构 b bHH ：b562 C C1 1b bL L：b566Fe-S 是一类催化电子传递的酶类，辅基：血红素 分类：根据吸收光谱 Cyt aCyt b Cyt c 作用：传递单电子Fe3+ + e F

14、e2+细细 胞胞 色色 素（素（CytochromeCytochrome，CytCyt）各种细胞色素的差别在于卟啉环的取代基团卟啉环的取代基团及 铁卟啉与蛋白部分连接的方式铁卟啉与蛋白部分连接的方式血红素血红素b b血红素血红素a a血红素血红素c c血红素血红素b b血红素中的铁原子可进行Fe2+ Fe3+e反应传 递电子, 属单电子传递体。 l 区别卟啉环上基团种类及与铁连接的氨基酸种类w 共性以卟啉铁为辅基细胞色素复合体的功能： 将电子从泛醌传递给细胞色素c电子传递过程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cyt c1Cyt c 具有质子泵作用：每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+ 电子传递过程：“Q循环” 具有质子泵作用：每传 递2个电子向内膜胞浆 侧释放4个H+ Cyt c：呼吸链唯一水 溶性球状蛋白，不包含 在复合体中。将获得的 电子传递到复合体。复合体复合体传递电子的过程传递电子的过程: Q: Q循环循环(Q (Q cycle)cycle)（1）第一分子QH2氧化过程（2）第二分子QH2氧化过程 QH2QH2Fe2S22H+ Q QQe e c1e e e e e e bL bHQ0Qie e QH2QH2Fe2S22H+ Q QQe e c1e