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1、1,( Biological oxidation),第九章 生物氧化,2,主 要 内 容,概述 线粒体氧化体系 生物氧化与能量代谢 非线粒体氧化体系,3,第一节 概述,一、生物氧化概念,H2O+CO2+能量,生物体内,营养物 （糖、脂、蛋白质）,O,意义：提供各种生命活动所需能量, 及 维持体温。,4,二、生物氧化的特点 生物氧化 体外燃烧 温和环境（37C近中性） 条件剧烈，高温、高压 需酶催化 不需酶催化 CO2是有机酸脱羧生成的 碳和氧直接化合生成CO2 有机物脱下的氢,经呼吸链生成H2O 氢和氧直接反应形成H2O 逐步释放能量并形成ATP 能量以光和热形式骤然放出,5,乙酰CoA,TA
2、C,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,* 生物氧化的一般过程,6,三、 生物氧化的方式,（一） CO2的生成(体内CO2是有机酸在酶的催化下脱羧产生 的),1. -单纯脱羧,7,2. 氧化脱羧,8,3. 单纯脱羧,9,4. 氧化脱羧,10,（二） H20的生成,代谢物（AH2） 2H,(酶与辅酶),一系列中间传递体, O2,H2O,11,第二节 线粒体氧化体系,一、 呼吸链,是定位在线粒体内膜上的一组排列有序的递氢体和递电子体(酶与辅酶)构成的链状传递体系, 也称电子传递链。,（respiratory chain）,12,(一) 呼吸链主要成员及其作用,烟酰胺脱氢酶类及其辅酶
3、（NAD+、NADP+） 黄素蛋白类及其辅基 （FMN、FAD）铁硫蛋白（Fe-S）泛醌（Q，CoQ）细胞色素类（Cyt.）,13,烟酰胺脱氢酶类NAD+烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 辅酶NADP+烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（不参与呼吸链）作用: 递氢体,14,呼吸链2H + NAD+ NADH + H+ 传递给 FMN NADPH+ H+ 不直接与呼吸链偶联，参与物质还原,(3) 递氢机理递氢部位 吡啶环,15,黄素蛋白酶类 (Flavoprotein, FP)FMN-黄素单核苷酸 在呼吸链中, FMN作为NADH脱氢酶的辅基; (1) 辅基 FAD-黄素腺嘌呤二核苷酸作为琥珀酸脱氢酶的辅基;作用:
4、递氢体,（FP1）,(FP2),16,（3）递氢机理功能部位 异咯嗪环的N1和N10,NADH + H+ FMNH2均可传递给COQ琥珀酸脱氢 FADH2,呼吸链,（Fe-S）,1,10,17,18,3. 铁硫蛋白类,19,CH2-S,Fe,S,Fe,S,Fe,S,Fe,S,CH2-S,S-CH2,S-CH2,常见铁硫族: Fe4-S4 或 Fe2-S2,铁硫中心：,20,FMN(Fe-S)存在形式FAD(Fe-S).b(2) 作用: 递电子体递电子机理Fe3+ Fe2+,and,Cyt.b. C1(Fe-S),等复合物形式,e,e,在呼吸链中：,21,4. 泛醌（ CoQ10 , Q10）,
5、结构醌类化合物，由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），作用:递氢体,22,(3) 递氢机理,FMNH2,CoQ2H,2e,2H+,传递给其后的 一系列递电子体,在呼吸链中,（Fe-S）,FADH2,（Fe-S）,23,5. 细胞色素类( Cytochromes, Cyt. )是位于线粒体内的一类电子传递体，其辅基为铁卟啉，有特殊的吸收光谱，故命名细胞色素。基本结构 （以细胞色素C为例）,24,N,N,N,N,Fe3+,H3C-,-CH3,-CH-CH3,H3C,CH2 CH2 COO-,CH2 CH2 COO-,细胞色素c,H3C-,CysS H3C-CH,CysS,多肽链,蛋
6、白质部分,铁卟啉,25,Cyt. 主要类型根据吸收光谱特征，Cyt.类分为a、b和c三大类：* Cyt.b、c1、c、a和a3 存在于线粒体内膜,作为呼吸链成员；Cyt.b5和Cyt.p450 主要存在于肝细胞微粒体，参与生物转化。,26,(2) 作用递电子体 (3) 递电子机理Fe3+ Fe2+,e,e,(4) 递电子顺序( E0值小大 )Cyt.b c1 c a a3 O2,27,在呼吸链中细胞色素类递电子顺序,2Fe2+,2Fe3+,2Fe3+,2Fe2+,2Fe3+,2Fe2+,2Fe3+,2Fe2+, O2,O2- H2O,2e,2e,2e,2e,2e,b,c1,c,a.a3,CoQ
7、2H 2H+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -,2e,2H+,28,Cyt b、 c1、 c 、 a 、 Cyt a3 不能与O2、 CO和CN-等结合， 可与O2 结合也可与CO和CN结合 使呼吸链中断 Cyt aa3： Cyt a与a3不易分开，常写在一起 Cyt aa3 : 通过与氧结合，可将电子直接传递给氧，Cyt a3 被称为细胞色素氧化酶。,29,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,30,呼吸链各成分在线粒体内膜上的分布与定位,复合体NADH脱氢酶,复合体琥珀酸脱氢酶,复合体 泛醌CytC还原酶,复合体 细胞
8、色素氧化酶,FMN (Fe-S),a. a3,Cyt. b. (Fe-S).c1,FAD(Fe - S),CoQ游离存在，CytC 与线粒体内膜疏松结合易分离，故二者包含在上述复合体中。,31,二、 体内重要呼吸链的排列顺序,NADH+H+氧化呼吸链(组成成员,排列顺序,产生ATP数)2. FADH2氧化（或称琥珀酸氧化）呼吸链(组成成员, 排列顺序, 产生ATP数),32,呼吸链的排列顺序由以下实验确定：, 标准氧化还原电位（E0） 低（易失电子） 高 拆开和重组 还原状态呼吸链缓慢给氧 特异抑制剂阻断,33,1、 NADH+H+氧化呼吸链,NADH FMN CoQ Cyt.bc1 c a.
9、a3 O2+H+ (Fe-S) (Fe-S) (Cu2+),组成成员 排列顺序 产生ATP: 2.5分子,34,2、 FADH2氧化呼吸链,FAD H2 CoQ Cyt.bc1 c a.a3 O2(Fe-S) (Fe-S) (Cu2+),组成成员 排列顺序 产生ATP： 1.5分子,35,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,体内两条重要呼吸链的相互联系,36,CH2OH C=O CH2O- P,磷酸二羟丙酮,CH2OH CHOH CH2O- P,甘油-3-磷酸,NADH+H+,NAD+,QH2,Q,1/2O2,H2O,2P,FAD Fe-S,线粒体内膜,基质,胞质,甘油-3-磷酸脱氢酶,
10、甘油-3-磷酸穿梭 （肌肉、脑）,三、 胞质中NADHH+的氧化,37,苹果酸天冬氨酸穿梭（心肌、肝）,苹果酸脱氢酶,苹果酸脱氢酶,38,小结（胞质中NADHH+的氧化）,胞液NADH+H+ 线粒体FADH2 产生1.5分子ATP 2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭作用 胞液NADH+H+ 线粒体NADH+H+ 产生2.5分子ATP,呼吸链,呼吸链,1. 甘油-3-磷酸穿梭作用,39,第三节 生物氧化与能量代谢,约60%以热能形式散失 糖 维持体温； 脂类 蛋白质 约40%以化学能形式形成高能化合物（ATP)，以驱动各种生命活动。* 高能化合物 （21kJ/mol）,o,能量,40,一. 高能化合物的
11、种类,高能键符号： “ ”,41,二、ATP的生成 （一）底物水平磷酸化,42,1. 1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,ADP,ATP,3-磷酸甘油酸激酶,2. 磷酸烯醇式丙酮酸,ADP,ATP,丙酮酸,丙酮酸激酶,3. 琥珀酸单酰CoA 琥珀酸 + CoASH,GDP H3PO4,GTP,ADP ATP,糖的氧化分解过程中三次底物水平磷酸化,琥珀酰CoA合成酶,43,（二） 氧化磷酸化1. 氧化磷酸化及其偶联,44,2. 氧化磷酸化的偶联部位,（1） 磷氧（P/O）比值 每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷摩尔数，即合成ATP的摩尔数。,通过加入不同底物，分别测定P/O比值， 推测ATP生成
12、数（偶联部位）。,45,呼吸链形成ATP的偶联部位,NADH氧化呼吸链：P/O 2.5， 有3个偶联部位， 生成2.5分子ATP；FADH2氧化呼吸链：P/O 1.5， 有2个偶联部位， 生成1.5分子ATP。,苹果酸,抗坏血酸,46,NADH FMN CoQ Cytb c1c aa3 O2(Fe-S),FADH2(Fe-S),52.1 kj/mol 40.5 kj/mol 102.3 kj/mol,（2） 自由能变化,呼吸链偶联部位：NAD+ CoQ ; Cyt.b c ; Cyta.a3O2,47,三、影响氧化磷酸化的因素,抑制剂ADP的调节甲状腺激素的调节线粒体DNA突变,48,（一）抑制剂 1. 呼吸链抑制剂FAD.H2 (Fe-S)NADH FMN CoQ Cyt.b C1 C aa3 O2(Fe-S)阿米妥 鱼藤酮,(-),(-),(-),抗霉素A,CN-CO,49,2. 解偶联剂,二硝基苯酚（DNP）,DNP 解除氧化与磷酸化的偶联作用 耗O2量、耗Pi 量 P/O 比值 ATP生成 ,
