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1、第六章,生物氧化,湖北中医药高等专科学校 韩昌洪,主要内容,生物 氧化,学习要点,掌握生物氧化的概念和特点。 掌握呼吸链的概念、组成和排列顺序，氧化磷酸化的概念、偶联部位，能量储存和利用。 熟悉影响氧化磷酸化的因素，胞液中NADH的氧化。,生物氧化的概念,营养物质在生物体内氧化分解,生成CO2 和H20并释放能量的过程称为生物氧化。又称组织呼吸或细胞呼吸。,生物氧化的过程,第一节 概 述,生物氧化的方式,1. 失电子反应,2. 脱氢反应,3. 加氧反应,生物氧化的特点,物质氧化方式相同加氧、脱氢、失电子 物质氧化时消耗的氧量、终产物和释放的能 量相同。,与体外燃烧的相同点：,反应条件 温和 剧
2、烈 能量释放 逐步释放 骤然释放 并储存于ATP中 热能 CO2的生成 有机酸脱羧 碳和氢直接与氧 H2O的生成 代谢物脱下的氢与 结合生成 氧结合产生,不同点：,第二节 呼吸链,一、呼吸链的概念,在线粒体内膜上，由一系列递氢体和递电子体按一定顺序排列构成的，能将代谢物脱下的氢传递给氧生成水的连锁反应体系称电子传递链。由于此反应体系与细胞呼吸有关，故又称为呼吸链。,二、呼吸链的组成,NAD+、NADP+ 递氢体,黄素蛋白（FMN、FAD）递氢体,铁硫蛋白 单电子传递体,泛醌（CoQ） 递氢体,细胞色素体系 单电子传递体,呼吸链主要由以下5类递氢体和递电子体组成：,NAD+ 和NADP+,R=H
3、: NAD+; R=H2PO3:NADP+,NAD+和NADP+的结构,NAD+和NADP+的递氢机制, 黄素蛋白辅基为FMN和FAD,FMN的结构,FAD的结构,FMN和FAD递氢机制, 铁硫蛋白(Iron-sulfur protein, Fe-S),Fe-S的结构, 泛醌 (coenzyme Q, CoQ ),CoQ的结构及作用机制,细胞色素体系（Cyt）,Cyta与 Cyta3 结合紧密，很难分开，故称之为 Cytaa3。Cytaa3 可以直接将电子传递给氧，使氧被激活为氧离子，故亦称为细胞色素氧化酶。,Cyt的分类： 根据其吸收光谱不同而分为Cyta、Cytb、Cytc 三类。,Cyt
4、的本质： 细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。,Cyt的存在部位： 线粒体（ a、a3 、b、 c、c1） 微粒体（ b5、P450 ）,Cyt在呼吸链中的作用： 通过辅基中 Fe2+ Fe3+ e- 的可逆改变而传递电子 。,Cyt在呼吸链中的作用,三、呼吸链的排列顺序,由以下实验确定： 标准电极电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 呼吸链中氢和电子的传递顺序和方向主要是根据各种递氢体和电子传递体的标准电极电位数值的测定（电子总是从低氧化还原电位向高氧化还原电位流动）而确定的。,呼,吸,链,中,各,种,氧,化,还,原,对,的,标,准,电极,电,位,1. NADH氧化呼吸链,两条重要
5、的呼吸链,2. 琥珀酸氧化呼吸链,琥珀酸 延胡索酸,FAD （Fe-S）b FADH2 （Fe-S）b,CoQH2 CoQ,2Cyt-Fe3+ 2Cyt-Fe2+,O2,O2-,(b、 c1、 c 、 aa3),呼吸链的组成,NADH氧化呼吸链,琥珀酸氧化呼吸链,3. 分别进入两条呼吸链的底物,第三节 能量的生成、储存和利用,水解时释放出的能量大于21kJ/mol,的化学键。用表示。,含高能键的化合物。,ATP是体内生命活动所需能量的直接供应体,高能键,高能 化合物,ATP,高能键与高能化合物,ATP的结构,可用APPP表示末端有2个高能磷酸键,二、ATP的生成,底物水平磷酸化,概念：代谢物在
6、氧化分解过程中，因脱氢、脱水等作用而使分子内部能量重新分布，产生高能磷酸键，直接将底物分子中的高能磷酸键转移给ADP（或GDP）生成ATP（或GTP）的过程，称为底物水平磷酸化。,3-磷酸甘油酸,这是糖酵解 中第一次 底物水平 磷酸化反应,反应：,丙酮酸激酶 (Mg2+, K+ ),糖酵解中第二次底物 水平磷酸化反应,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酰CoA,（二）氧化磷酸化,概念： 是指在电子传递过程中，释放的能量使ADP磷酸化生成ATP 的过程。,呼吸链,能量,氧化,磷酸化,偶 联,H2O,2. 氧化磷酸化的偶联部位,P/O值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP
7、的摩尔数。,从P/O值可了解物质氧化时每消耗1摩尔原子氧所产生的ATP的摩尔数。,离体线粒体实验中测得一些底物的P/O值,第一个偶联部位 NAD+ CoQ 之间,第二个偶联部位 CoQ Cytc 之间,第三个偶联部位 Cytaa3 O2 之间,氧化磷酸化偶联部位,NADH,FMN,CoQ,Cyt b,c1,c,aa3,O2,琥珀酸,FAD,ADP+Pi,ATP,ADP+Pi,ATP,ADP+Pi,ATP,p,p,p,氧化磷酸化的偶联机制,化学渗透学说,呼吸链在传递电子的过程中释放能量，不断驱动质子（H+）从线粒体内膜的基质侧转移到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度，并储存能量。,当质子顺浓度
8、梯度回流时释放能量驱动ADP与Pi生成ATP。,化学渗透假说简单示意图,复合体、均有质子泵作用, ATP合酶,即复合体。位于线粒体内膜的基质侧。,ATP合酶,F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。 F1：为亲水蛋白质，由33亚基组成，功能是催化生成ATP。当H+顺浓度梯度经F0回流时， F1催化ADP和Pi生成ATP。 OSCP：寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与F1之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生成ATP。,ATP合酶结构模式图,ATP4-,ADP3-,H2PO4-,每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需4个H回流进入线粒体基质中,影响氧化磷酸化的因素,抑制剂,ADP的 调
9、节作用,甲状腺激素,1.抑制剂,呼吸链抑制剂,鱼藤酮 阿米妥,抗霉素A,作用：阻断电子传递,NADH,FMN,CoQ,b,c1,aa3,c,O2,琥珀酸,FAD,解偶联剂: 作用：使氧化与磷酸化脱离 举例：2，4-二硝基苯酚 磷酸化抑制剂： 作用：同时抑制电子传递及ADP的磷酸化 举例：寡霉素,解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）,Q,胞液侧,基质侧,解偶联 蛋白,寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,2.ADP的调节作用,ADP/ATP： 抑制氧化磷酸化，ATP生成 ADP/ATP： 促进氧化磷酸化，ATP生成,H2O + NAD+,ADP
10、+Pi,ATP,氧化磷酸化,3.甲状腺素的作用,Na+,K+ATP酶基因表达增加。 ATP分解 产热量 ATP合成 耗氧量,三、胞浆中NADH的氧化,胞浆中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。 转运机制主要有 -磷酸甘油穿梭 ( -glycerophosphate shuttle) 苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle),NAD+,NADH + H+,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,-磷酸甘油,磷酸二羟丙酮,FADH2,FAD,胞液,线粒体基质,胞液中-磷酸甘油脱氢酶(辅酶为NAD+),线粒体内-磷酸甘油脱氢酶(辅基为FAD),（一）-磷
11、酸甘油穿梭,脑、骨骼肌,（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭,肝、心肌组织,内膜,谷氨 酸,-酮 戊二酸,天冬 氨酸,苹果酸,NAD+,谷氨 酸,天冬 氨酸,胞液,线粒体,苹果酸脱氢酶 天冬氨酸氨基转移酶,两种穿梭系统的比较,-磷酸甘油穿梭,苹果酸-天冬氨酸穿梭,穿梭物质,-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮,苹果酸、 谷氨酸 天冬氨酸、-酮戊二酸,进入线粒 体后转变 成的物质,FADH2,NADH+ H+,进入 呼吸链,琥珀酸 氧化呼吸链,NADH 氧化呼吸链,生成ATP数,2,3,存在组织,脑、骨骼肌,心肌和肝,ATP的生成与利用,底物水平 磷酸化,氧化 磷酸化,P,P,机械能 渗透能 化学能 电能 热能,CK
12、,C,CP,四、能量的储存与利用,核苷二磷酸激酶的作用 ATP + UDP ADP + UTP ATP + CDP ADP + CTP ATP + GDP ADP + GTP,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。,第四节 其它氧化体系,一、微粒体中的氧化酶类,1.单加氧酶（混合功能氧化酶、羟化酶）,RH + NADPH + H+ + O2,单加氧酶,P450 与CO结合后在450nm有最大吸收峰,ROH + NADP+ + H2O,2.加双氧酶,色氨酸,甲酰犬尿氨酸,1. 过氧化氢酶,2. 过氧化物酶,二 、过氧化物酶体中的氧化酶类,三、超氧化物歧化酶,思考题,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,呼吸链,生物氧化,名词解释,6,1,5,3,4,说出呼吸链 的组成成分,试述影响氧化磷酸化的主要因素。,氧化磷酸化 的偶联部位,NADH氧化呼吸链的排列顺序,生物氧化有何特点？,琥珀酸氧化呼 吸链的排列顺序,2,思考题,问答题,Thank You!,
