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1、第六章,生物氧化,生化学习的点滴体会,如何学习生化中的循环反应,为什么要有这个反应（反应的生理意义）？ 反应发生的部位？ 大到脏器，小到细胞器 抓住几个关键点： 起始反应物和终末产物 耗能步骤往往是关键步骤 多多关注受调控步骤 反复记忆，加深印象，跳出小圈，着眼大局。,其余12种氨基酸体内可以合成，称为营养非必需 氨基酸。,Met、Trp、Lys、Val、 Ile、Leu、Phe、Thr。 (甲硫)(色) (赖) (缬)(异亮) (亮) (苯丙) (苏) 假 设 来 借 一 两 本 书。,如何记忆,记忆 : 生酮+生糖兼生酮=“一两色素本来老”,生物化学原理(中文版)(第3版) (国外优秀生命
2、科学教材译丛),归纳 总结: 异同点, 代谢通路之间(交集) 选择合适的参考书 平时积累专业英语,第六章,生物氧化,Biological oxidation,我们整体行为单个细胞的能量从何而来的问题?,食物的摄入 ATP的获得,机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温),核心问题,糖代谢和脂代谢产生的还原当量如何产生ATP?,呼吸链学习的关键点,营养物氧化 电子传递 质子泵流 ATP合成,系统 主线 位置,琥珀酰CoA,延胡索酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,柠檬酸,乙酰CoA,丙酮酸,PEP,磷酸丙糖,葡萄糖或糖原,糖,-磷酸甘油,脂肪酸,脂肪,
3、甘油三酯,乙酰乙酰CoA,酮体,CO2,CO2,氨基酸、糖及脂肪代谢的联系,T A C,目 录,NADH , FADH,呼吸链和三大代谢的联系,脱氢,加水,再脱氢,硫解,脂酰CoA分解产生乙酰CoA、FADH2和NADH,氧化磷酸化,氧化磷酸化,营养物氧化 电子传递 质子泵流 ATP合成,系统 主线 位置,呼吸链和三大代谢的联系,第1节 ATP 能量 第2节 电子传递链 第3节 氧化磷酸化 第4节 细胞抗氧化体系和非线粒体氧化-还原反应体系,第一节 生物氧化反应 Reactions and Oxidative-Reductive Enzymes in Biological Oxidation,
4、一、体内进行的氧化还原反应就是生物氧化,泛指在生物体内发生的任何氧化还原反应，也包括营养物和生物分子在生物体（细胞）内进行的氧化还原作用。营养物和生物分子经历氧化还原反应被彻底分解，产生H2O、CO2，并伴有ATP的生成，或转化为其它分子, 此过程需耗氧、排出CO2，又在活细胞内进行，故又称细胞呼吸(cellular respiration)。,* 生物氧化（biological oxidation）,一般来说，呼吸就是一种缓慢 的碳和氢的燃烧作用，这完全类似在 一盏煤油灯和蜡烛中发生的事，从这 个角度看，呼吸着的动物是真正的可 燃体，它们燃烧并消耗他们自己 一个人因此可以说，从降生到这个世
5、界并开始呼吸开始，生命的火炬的点 亮了他自己，直到死亡火炬才会熄灭,法国大革命,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,* 生物氧化的一般过程,* 生物氧化特点：生物分子在体内的反应条件温和，逐步反应，逐步释能，常伴有分解释能反应与需能反应偶联，或能量形式的转换。,三、ATP在能量捕获、转移、储存和利用过程中起核心作用,一般将G大于ATP（包括ATP），或G大于21 kJ/mol的磷酸化合物称为高能磷酸化合物。 用符号P表示高能磷酸键。,（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解时释放出大量自由能,高能磷酸化合物:,一些生物学重要的有机磷酸化合物水解时释放的标准自由能,（二）ATP是最重
6、要的高能磷酸化合物,体内许多代谢物的“活化” 反应（吸能）大多直接或间接地与ATP酸酐键的水解放能反应相偶联，使“活化”反应能顺利进行。,ATP,ADP,机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温),生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心,人体内ATP的来源和去路:,（三）ATP是生物能转换、储存和利用的核心,ATP+UDPADP+UTP ATP+CDPADP+CTP ATP+GDPADP+GTP,核苷二磷酸激酶催化UTP、CTP、GTP生成,UTP、CTP、GTP: 糖原蛋白等合成提供能量,但不能从生物氧化过程直接生成.,磷酸肌酸作为肌和
7、脑中能量的一种储存形式,ATP充足,ATP不足,ATP,ADP,机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温),生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心,氧化磷酸化和底物水平磷酸化 的异同点?,ATP 在能量捕获、转移、储存和利用过程中起核心作用,ATP: 能量货币,ATP： 生物化学实验,第二节 氧化磷酸化 Oxidative Phosphorylation,真核细胞ATP的生成主要发生在线粒体中。营养物质经脱氢酶催化脱下的成对氢原子（NADH+H+，FADH2），再通过位于线粒体内膜上多种酶和辅酶催化的氧化还原连锁反应逐步传递，最终与氧结合
8、生成水。氧化反应逐步释放的能量可同时驱动质子跨膜转移到内膜外侧，形成跨线粒体内膜的质子梯度，该梯度势能再促进ATP的生成。 营养物氧化、电子传递、质子泵流和ATP合成等过程结合偶联成一个整体, 高效完成线粒体的呼吸作用。,总 述,呼吸链学习的关键点,营养物氧化 电子传递 质子泵流 ATP合成,系统 二条主线 位置,呼吸链的定义 在线粒体内膜中，由一系列具有氢和/或电子传递功能的酶复合体按一定顺序排列，组成的氧化还原体系称为呼吸链（respiratory chain）。因为传递氢相当于传递质子和电子（2H 2H+ + 2e-），所以呼吸链又称电子传递链(electron transport ch
9、ain)。 组成 电子传递体,呼吸链就是由电子传递体组成的氧化还原体系,呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置,人线粒体呼吸链酶复合体,注细胞色素c不参与酶复合体组成，而是作为可溶性蛋白在复合体和之间自由移动。,1. 复合体将NADH+H+中的两个质子/电子传递给泛醌（ubiquinone）,复合体又称NADH-泛醌氧化还原酶,以FMN、Fe-S为辅基 复合体电子传递：NADHFMNFe-S CoQ 每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到胞浆侧，复合体有质子泵功能,FMN: 黄素单核苷酸,FeS: 铁硫中心，铁硫簇,CoQ：泛醌,NAD+（NADP+） 的加氢和脱氢反应,氧化还原反应的变化发生
10、在五价氮和三价氮之间。,NAD+: 氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸,FMN的加氢和脱氢反应,FMN结构中含核黄素，功能部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN 。,FMN: 黄素单核苷酸,还原型FMN,FMNH.,氧化型,铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3+e 反应传递电子。, 表示无机硫,铁硫簇(iron-sulfur cluster )的结构,铁硫蛋白 (iron-sulfur protein ),泛醌（Coenzyme Q , CoQ, Q）由10个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），在线粒体中能够自由扩散.氧化还
11、原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。,泛醌的加氢和脱氢反应,NADH FMN N1a （N3, N1b, N4） N2 QP-N Q,（Fe2S2） （Fe4S4）（Fe2S2） （Fe4S4）,目前推测复合体中电子传递顺序如下：,FMN: 黄素单核苷酸,FeS: 铁硫中心，铁硫簇,CoQ：泛醌,QP-N：泛醌结合蛋白,NADH+H+ NAD+QH2,复合体是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，又称琥珀酸-泛醌还原酶, 4个亚基组成，以FAD、Fe-S为辅基 电子传递：琥珀酸FAD几种Fe-S CoQ 释放的自由能小, 复合体没有H+泵的功能,2. 复合体将质子/电子从琥珀酸传递到泛醌。,FAD: 黄素
12、腺嘌呤二核苷酸,FAD: 黄素腺嘌呤二核苷酸,复合体,泛醌的结合位点: QP, QN,复合体又叫泛醌-细胞 色素C还原酶或细胞色素 b-c1复合体，主要含有 (1)带有2个血红素的细胞 色素b(b562, b566); (2)带有血红素的细胞色 素c1; (3) 带有2Fe-2S中心的可 移动的铁硫蛋白(Rieske protein),3. 复合体将电子从泛醌传递给细胞色素c,泛醌-细胞色素C 还原酶同二聚体结构,泛醌-细胞色素C 还原酶同二聚体结构,血红素bH b562,电位较高,血红素bL b566,电位较低,血红素c1,铁硫中心,泛醌从复合体、募集还原当量和电子并穿梭传递到复合体 电子传
13、递过程：CoQH2(Cyt bLCyt bH) Fe-S Cytc1Cytc,细 胞 色 素（Cytochrome，Cyt）,细胞色素是一类以血红素（heme）为辅基的电子传递蛋白，根据它们吸收光谱不同而分类。,各种还原型细胞色素的主要光吸收峰,乙烯基聚异戊二烯长链,甲基被甲酰基取代,硫醚键,铁-原卟啉环：血红蛋白的血红素相同,复合体的电子传递通过“Q循环”实现。 复合体每传递2个电子向内膜胞浆侧释放4个H+，复合体也有质子泵作用。 Cyt c是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。,4. 复合体将电子从细胞色素C传递给氧,复合体又称细胞色素c氧化酶,由13个亚
14、基组成。起主要作用的是亚基I，II , III, 其余起调节作用,亚基II含有2个Cu离子,与半胱氨酸 的巯基结合,组成双核中心,称为CuA中心,亚基I 含有2个血红素,为a, a3,亚基I 含有1个Cu离子, 细胞色素 a3与CuB形成a3-CuB中心,其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。,复合体IV有质子泵功能,细胞色素C氧化酶CuA中心,细胞色素氧化酶a3-CuB中心,（三）体内有两条重要的呼吸链,呼吸链组分的顺序是根据呼吸链各组分的标准氧化还原电位（E0）、由低到高排列的，即电子总是从低电位组分向高电位组分传递 。,标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 还原
15、状态呼吸链缓慢给氧,由以下实验确定,呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位,1. NADH氧化呼吸链 NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2 2. 琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2,氧化呼吸链可分为两条途径:,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,电子传递链,电子传递链中酶复合体电子传递示意图,二、呼吸链释能与ADP磷酸化生成ATP的过程偶联进行,* 定义 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。,底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。,（一）复合体、和是氧化磷酸化偶联部位,根据P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位 每消耗1/2摩尔O2生成ATP 的摩尔数: 也就是在氧化磷酸化过程中,一对电子通过呼吸链传递给氧原子所生成的确ATP分子数.,2.根据电子传递时自由能变化确定偶联部位,G=-nFE,电子传递链自由能变化,氧化磷酸化偶联部位,（二）氧化磷酸化偶联的机制是跨线粒体内膜质子梯度偶联ATP生成,化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis) 电子经呼吸链传递时，驱动
