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1、第六章 生物氧化 （biological oxidation),概念：体内糖、脂肪、蛋白质等营养物质彻底氧化分解产生CO2、H2O及能量ATP的过程。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,生物氧化的概念,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,生物氧化的一般过程,第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系,一、呼吸链（oxitative respiratory chain) （一）概念：在线立体内膜上由一些递H体及递e体（酶或辅酶）按照一严格规律排列组成的氧化还原连锁反应体系，它能将作用物上脱下的H（以还原当量形式存在）通过氧化还原连锁反应逐步传递给
2、O2生成H2O，并逐步释放能量生成ATP。这一过程与细胞摄取O2呼吸过程有关，称此氧化还原连锁反应体系为呼吸链。,（二）呼吸链的组成,1、递H体及递e体 （1）NAD+：大多数代谢物上脱下的2H，都由NAD+ 接受生成还原当量NADH+H+。它起传递H的作用。 2H NAD+ NADH+H+ （NADP+） （ NADPH+H+ ） 2H,（2）FMN、FAD：,它们是黄素蛋白类及某些脱氢酶（如琥珀酸脱氢酶等）的辅基。在呼吸链中起传递H（也包括传e）的作用。 2H +2 e FMN FMNH2 FAD FADH2 2H +2 e,（3）铁硫蛋白,是结合蛋白质，其辅基含有等量的Fe及S(如Fe2
3、S2等)，称铁硫中心（ Fe -S）。起传递e 作用。（单e 传递体）。 e Fe3 + Fe2 +,e,（4）CoQ,也称泛醌。其分子结构的侧链上含有多个异戊二烯（P163），人类为10个，故称CoQ10。它起传递H（e）的作用。 2H +2 e CoQ CoQH2 2H +2 e,（5）细胞色素（cytochrome, Cyt）, Cyt 是一类以血红素（铁卟啉）为辅基的结合蛋白质（P164），包括Cyt a、a3， Cyt bL(b566)、bH(b562)， Cyt c、C。 Cyt 起传e作用，由其中的Fe来完成。 e Cyt Fe3+ Cyt Fe2+ e e在Cyt 间的传递顺序
4、为： e Cyt b C1 C a a3 O2, Cyt aa3最后将e O2，生成O2 - ， 再与2H+结合生成H2O（P165），常称之为细胞色素氧化酶。此过程需要Cu2+，包括CuA及CuB。（P165） 2、呼吸链中的复合体 上述所有上述五类递H体及递e体，共有二十多种成分，其中除了NAD+ CoQ、 CytC 而外，其它的都参与组成了四种复合体：复合体、（用胆酸处理线粒体内膜可得到）。这四种复合体的名称，组成及功用见P161表。,复合体 酶名称 功用 功能辅基 复合体 NADH- 将e从NADH COQ FMN，Fe-S 泛醌还原酶 NADH FMN （Fe-s） CoQ 复合体
5、琥珀酸- 将e从琥珀酸 CoQ FAD，Fe-S 泛醌还原酶 琥珀酸 FADH2 (Fe-s) CoQ 复合体 泛醌-细胞色 将 e从CoQ CytC 血红素bL, bH, c1, 素C还原酶 CoQ (Fe-s) b C1 CytC Fe-S 复合体 细胞色素C 将e 从CytC O2 血红素a，a3， 氧化酶 CuA, CuB CytC CuA Cyta Cyta3 CuB O2,（三）呼吸链组成成分的排列顺序 （按氧化还原电位由低到高排列）,1、NADH氧化呼吸链： NADH 复合体 CoQ 复合体 Cyt C 复合体 O2 这是体内最主要最重要的呼吸链 2、琥珀酸氧化呼吸链（FADH2
6、氧化呼链） 琥珀酸.脂酰CoA 复合体 CoQ 复合体 Cyt C 复合体 O2,二，氧化磷酸化（oxitative phosphorylation),（一）体内生成ATP的方式 1、底物水平磷酸化（前述），共有三个反应： 2、氧化磷酸化：代谢物上脱下的2 H，沿呼吸链传递给O2生成H2O的过程中，逐步释放能量，同时偶联驱动ADP磷酸化生成ATP，将能量储存在ATP分子上，这种氧化（传H传e)释放能量伴随ADP磷酸化成ATP储存能量同时发生的偶联过程，称氧化磷酸化。它是机体内生成ATP的主要方式。,（二）氧化磷酸化的偶联部位,1、P/O比值：氧化磷酸化时，每消耗 mol O2（即1 mol 氧
7、原子）所要 耗无机磷的 摩尔数，称P/O比值。 P/O比值的数值正好等于呼吸链氧 化磷酸时产生ATP的数值。,2、偶联部位,根据P/O比值，通过实验确定有三个偶联部位： （1）NADH CoQ 之间，即复合体。 （2） CoQ CytC 之间，即复合。 （3） CytC O2 之间，即复合体。,氧化磷酸化偶联部位,这三个部位释放的能量由ATP合成酶催化生成ATP ADP + Pi + ATP NADH氧化呼吸链，其P/O=2.5 琥珀酸氧化呼吸链，其P/O=1.5 （三）氧化磷酸化的偶联机理（略）,ATP合成酶,（四）影响氧化磷酸化的因素,1、ADP/ATP的影响：氧化磷酸化 ADP/ATP
8、这种调节能使体内ATP生成水平正好到合适。 2、甲状腺素的影响：增强氧化磷酸化 ATP ADP + Pi + ATP酶 甲状腺素 氧化磷酸化 过多甲状腺素 产热比率,（ 因 变）,3、氧化磷酸化抑制剂,（1）呼吸链传e抑制剂： 鱼藤酮、异戊巴比妥抑制复合体中 （Fe-S） CoQ CN 、CO 、N3 (叠氮)：抑制复合体中 Cyt a3 O2,（2）解偶联剂：它不抑制 e 的传递，而是使氧化（传e ）与磷酸化的偶联相互分离，于是，氧化时释放的能量不能用于合成ATP。结果ATP生成减少，释放的能量则以热的形式散发。如2，4二硝基酚（ 2，4 DNP）,（3）ATP合成酶抑制剂：它既抑制 e 的
9、传递，同时还抑制ATP合成酶的活性，使ATP合成减少，如寡毒素。 4、线粒体DNA（mtDNA ）突变的影响： mtDNA 在某些因素影响下发生突变，使呼吸链蛋白质的表达产生异常，从而影响氧化磷酸化功能。如帕金森氏症、老年性痴呆等。可能是随年岁增大， mtDNA 突变累积增多所致。,三、能量的储存、转移和利用,1、ATP是体内储能供能的中心物质：物质氧化产生的能量以ATP形式储存起来， ADP + Pi + ATP 当机体需要时，ATP又可分解供能。其供能方式有两种： ATP ADP + Pi + ATP AMP + PPi + ,2，UTP、CTP、GTP也是高能物质，它们分别在糖原合成、磷
10、脂合成、蛋白质生物合成中供能。但它们不能直接在物质氧化分解中产生，也来自ATP中的高能磷酸键。 UDP UTP CDP + ATP CTP + ADP GDP GTP,3、磷酸肌酸（CP）分子中含有高能磷酸键，它也来自ATP。CP只是一种储能物质， 但不是直接的供能物质。它能将高能磷酸键转给ADP ATP。 肌酸（C）+ ATP CP+ADP 肌酸激酶 （P173）,肌酸激酶的作用,磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。,四、线粒体内膜对物质的选择性转运：,线粒体内膜只允许某些物质通过，并且是由内膜上的转运蛋白来完成。主要有： （一）胞液中 NADH 进入线粒体氧化磷酸化： 呼吸链在线
11、粒体内，胞液中 NADH 不能直接通过线粒体内膜进入线粒体内，而是通过两种穿梭进入：,1、-磷酸甘油穿梭,过程见P174：胞液中的NADH还原当量通过这种穿梭进入线粒体后转变成FADH2还原当量。经呼吸链氧化后生成1.5分子ATP。这种穿梭作用发生在骨骼肌及神经组织。因此，这些组织中一分子 G 彻底氧化分解后净生成30分子ATP。,1、-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中,NADH+H+,FADH2,NAD+,FAD,线粒体 内膜,线粒体 外膜,膜间隙,线粒体 基质,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,2、苹果酸-天冬氨酸穿梭,过程见P175：胞液中的NADH还原当量通过这种穿梭进入线粒体后，仍然是NA
12、DH 还原当量，它经呼吸链氧化后生成 2.5分子。这种穿梭作用发生在肝脏和心肌中，因此，这些组织一分子G彻底氧化分解后净生成32分子ATP。,苹果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中,NADH +H+,NAD+,谷氨酸- 天冬氨酸 转运体,苹果酸-酮 戊二酸转运体,苹果酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,谷氨酸,胞液,线 粒 体 内 膜,基质,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,苹果酸,草酰乙酸,天冬氨酸,（二）ADP进入和ATP转出线粒体： 是由ATP-ADP转位酶（蛋白）来完成，它能保证线粒体内外腺苷酸水平的平衡，保证氧化磷酸化时需要的ADP及时进入线粒内，同时使生成的ATP及时转出线粒体外。,第二节 其
13、他不生成ATP的氧化体系,一.反应活性氧类(reactive oxygen species,ROS ) （一）概念：反应活性氧类是指带有不成对电子的带氧的原子团或原子。如O2（超氧阴离子） OH（羟基自由基）等以及H2O2。 表示法：用“”表示,（二）生成,1、呼吸链传电子不完全而产生 O2 ，这 是最主要的。 2、体内代谢产生的H2O2，如氨基酸氧化酶 （189）等 3、由H2O2进一步还原生成 OH H2O2 + H H2O + OH 4、细菌感染，组织缺氧，环境污染等也能 产生ROS,(三)毒性：,由于反应活性氧类有强烈夺取电子的趋势，使存在它周围部位的蛋白质、酶、DNA、生物膜受到氧化损伤，进而改变这些物质的结构和功能，引起疾病以及衰老的发生。 但是，也有一定的好处： H2O2: 杀菌作用 参与甲状腺素生成：H2O2能使 2I I2（H2O2 + 2I + 2H+ 2H2O + I2 ） ， I2 用于酪氨酸典化生成甲状腺素,（四）清除：,1、O2 的清除 2O2 + 2H H2O2 + O2 2、H2O2清除 （1）2H2O2 2H2O + O2 （2）H2O2 + 2GSH 2H2O + 2GS （3）VitC、VitE、VitA也有清除作用,
