第八章生物氧化.ppt

第八章生物氧化第一节第一节 生物氧化概念及特点生物氧化概念及特点一、生物氧化概念一、生物氧化概念•物质在生物体内的氧化分解物质在生物体内的氧化分解•有机物在生物体内彻底氧化生成有机物在生物体内彻底氧化生成CO2和和H2O，，并放出能量的过程并放出能量的过程•线粒体内线粒体内的氧化伴有的氧化伴有ATP的生成，也称细胞的生成，也称细胞呼吸•线粒体外线粒体外如内质网、过氧化物酶体等的氧如内质网、过氧化物酶体等的氧化不伴有化不伴有ATP的生成，主要与生物转化有关的生成，主要与生物转化有关糖、脂肪、蛋白质氧化放能的三个阶段糖、脂肪、蛋白质氧化放能的三个阶段糖、脂肪、蛋白质氧化放能的三个阶段糖、脂肪、蛋白质氧化放能的三个阶段二、生物氧化的特点二、生物氧化的特点 1.1.条件温和：条件温和： 2.2.水的水的生成生成: 3.CO 3.CO2 2的的生成生成: 4. 4.能量的生成能量的生成: :      在细胞内进行，是在体温、在细胞内进行，是在体温、近中性近中性pH和有水的温和环境和有水的温和环境中，在一系列酶、辅酶和传中，在一系列酶、辅酶和传递体的作用下逐步进行递体的作用下逐步进行        由底物脱氢，经一系列由底物脱氢，经一系列氢或电子传递反应，最终与氢或电子传递反应，最终与氧结合生成水。

氧结合生成水       代谢物中的碳原子先被代谢物中的碳原子先被氧化成羧基，生成有机酸脱氧化成羧基，生成有机酸脱羧生成羧生成CO2        能量是逐步释放出来的能量是逐步释放出来的生成的能量先贮存在高能磷生成的能量先贮存在高能磷酸化合物，如酸化合物，如ATP中，需要中，需要的时候再释放出来的时候再释放出来生物氧化中了解生物氧化中了解生物氧化中了解生物氧化中了解2 2个问题：个问题：个问题：个问题： 1. 1.代谢物怎样脱氢代谢物怎样脱氢代谢物怎样脱氢代谢物怎样脱氢 2. 2.脱下的脱下的脱下的脱下的HH怎样与怎样与怎样与怎样与OO2 2→H→H2 2OO第二节第二节  线粒体氧化体系线粒体氧化体系生物氧化体系：生物氧化体系：生物氧化体系：生物氧化体系： 代谢物的氢代谢物的氢代谢物的氢代谢物的氢→→脱氢酶激活脱氢酶激活脱氢酶激活脱氢酶激活→→脱出脱出脱出脱出→→1 1或几个或几个或几个或几个中间传递体按一定顺序被传递中间传递体按一定顺序被传递中间传递体按一定顺序被传递中间传递体按一定顺序被传递→→与与与与OO2 2 →→ HH2 2OO一、相关一、相关概念概念 在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为在生物氧化体系中，传递氢的酶或辅酶称为递氢体递氢体递氢体递氢体，，，，传递电子的酶或辅酶称为传递电子的酶或辅酶称为传递电子的酶或辅酶称为传递电子的酶或辅酶称为电子传递体电子传递体电子传递体电子传递体，它们按一定的顺序，它们按一定的顺序，它们按一定的顺序，它们按一定的顺序排列在排列在排列在排列粒体内膜上线粒体内膜上线粒体内膜上线粒体内膜上，组成递氢或递电子体系，统称为，组成递氢或递电子体系，统称为，组成递氢或递电子体系，统称为，组成递氢或递电子体系，统称为电电电电子传递链子传递链子传递链子传递链。

代谢物上的氢原子经过一系列的传递体，最后传递给代谢物上的氢原子经过一系列的传递体，最后传递给代谢物上的氢原子经过一系列的传递体，最后传递给代谢物上的氢原子经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧原子而生成水该一系列连锁反应与细胞摄取被激活的氧原子而生成水该一系列连锁反应与细胞摄取被激活的氧原子而生成水该一系列连锁反应与细胞摄取被激活的氧原子而生成水该一系列连锁反应与细胞摄取氧的呼吸过程相关，故又称为氧的呼吸过程相关，故又称为氧的呼吸过程相关，故又称为氧的呼吸过程相关，故又称为呼吸链呼吸链呼吸链呼吸链二、呼吸链的组成成分二、呼吸链的组成成分NADH-NADH-泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌还原酶黄素蛋白黄素蛋白铁硫蛋白铁硫蛋白琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸- -泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌还原酶泛醌还原酶黄素蛋白黄素蛋白铁硫蛋白铁硫蛋白细胞色素细胞色素b泛醌泛醌泛醌泛醌- -细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素C C还原酶还原酶还原酶还原酶细胞色素细胞色素b细胞色素细胞色素C1铁硫蛋白铁硫蛋白细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素C C氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶细胞色素细胞色素a细胞色素细胞色素a3（一）NAD+（CoⅠ）NAD+的功能的功能接受从代谢物上脱下的接受从代谢物上脱下的接受从代谢物上脱下的接受从代谢物上脱下的2H2H，然后传递给黄素蛋白。

然后传递给黄素蛋白然后传递给黄素蛋白然后传递给黄素蛋白NAD+ + H + H+ + e →NADH + H+NADP+NADPH  +  H+   +   NAD+                                       NADP+    +    NADH  +  H+吡啶核苷酸转氢酶吡啶核苷酸转氢酶吡啶核苷酸转氢酶吡啶核苷酸转氢酶CoⅡⅡNAD+NAD+ 和和NADP+均为均为递氢体递氢体•黄素蛋白黄素蛋白（（flavoproteins，，FP））是由一条多是由一条多肽结合肽结合1个辅基组成的酶类个辅基组成的酶类•结合的辅基可以是结合的辅基可以是FAD或或FMN,它们是维生它们是维生素素B2的衍生物，每个辅基能够接受和提供的衍生物，每个辅基能够接受和提供两个质子和电子两个质子和电子•线粒体线粒体中的黄素蛋白主要是中的黄素蛋白主要是电子传递链电子传递链中中NADH脱氢酶脱氢酶和和TCA循环中的循环中的琥珀酸脱氢琥珀酸脱氢酶酶 （（二）黄素蛋白（递氢体）二）黄素蛋白（递氢体）•黄素蛋白辅基有两种：黄素蛋白辅基有两种：FMN、、FADFMN/FADFMN/FAD分子中异咯嗪部分可进行可逆的分子中异咯嗪部分可进行可逆的分子中异咯嗪部分可进行可逆的分子中异咯嗪部分可进行可逆的脱氢加氢脱氢加氢脱氢加氢脱氢加氢反应反应反应反应（三）铁硫蛋白（三）铁硫蛋白•铁硫蛋白（铁硫蛋白（iron-sulfur proteinsiron-sulfur proteins，，Fe-Fe-S S）又称铁硫中心，其特点是含铁原子和硫）又称铁硫中心，其特点是含铁原子和硫原子，铁是与无机硫原子或是与蛋白质肽原子，铁是与无机硫原子或是与蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合。

链上半胱氨酸残基的硫相结合Fe2+                       Fe3+-e+eFe-S在呼吸链中多与黄素蛋白或细胞色素在呼吸链中多与黄素蛋白或细胞色素b结合成复合物存在结合成复合物存在单电子传递体单电子传递体单电子传递体单电子传递体（四）泛醌（四）泛醌•泛醌（泛醌（ubiquinoneubiquinone，，UQUQ）亦称辅酶）亦称辅酶Q Q（（coenzyme Qcoenzyme Q），为一脂溶性苯醌，带有），为一脂溶性苯醌，带有很长的侧链，是由多个异戊二烯很长的侧链，是由多个异戊二烯（（isopreneisoprene）单位构成的单位构成的•它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体它是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体（五）细胞色素体系（五）细胞色素体系•细胞色素（细胞色素（cytochromes，，Cyt）是位于线粒体内膜的含铁）是位于线粒体内膜的含铁电子传递体，主要含有细胞色素电子传递体，主要含有细胞色素a, b, c 和和c1.•其辅基为铁卟啉衍生物，铁原子处于卟啉环的中心，构成其辅基为铁卟啉衍生物，铁原子处于卟啉环的中心，构成血红素组成它们的辅基分别为血红素血红素。

组成它们的辅基分别为血红素A、、B和和C•细胞色素主要是通过细胞色素主要是通过Fe3+  Fe2+ 的互变起传递电子的的互变起传递电子的作用的细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素aaaa3 3是唯一能将电子传递给氧的细胞色素，是唯一能将电子传递给氧的细胞色素，是唯一能将电子传递给氧的细胞色素，是唯一能将电子传递给氧的细胞色素，又称细胞色素氧化酶又称细胞色素氧化酶又称细胞色素氧化酶又称细胞色素氧化酶三、呼吸链中传递体的排列顺序三、呼吸链中传递体的排列顺序电子流动趋向：还原电位低电子流动趋向：还原电位低电子流动趋向：还原电位低电子流动趋向：还原电位低 → →还原电位高还原电位高还原电位高还原电位高四、主要的呼吸链四、主要的呼吸链•线粒体内主要有两条：线粒体内主要有两条：   NADH氧化呼吸链氧化呼吸链   FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链五、五、ATP的生成、利用与储存的生成、利用与储存•生物氧化过程中释放的能量大约有生物氧化过程中释放的能量大约有40%以以化学能的形式储存于一些特殊的有机磷化化学能的形式储存于一些特殊的有机磷化合物中，形成磷酸酯这些磷酸酯键水解合物中，形成磷酸酯。

这些磷酸酯键水解时释放能量较多（大于时释放能量较多（大于21kJ/mol），一般），一般称之为称之为高能磷酸键高能磷酸键，常用，常用“~p”符号表示符号表示•含有高能磷酸键的化合物称之为含有高能磷酸键的化合物称之为高能磷酸高能磷酸化合物（一）（一）ATP的生成的生成•有两种方式：有两种方式：   底物水平磷酸化底物水平磷酸化   氧化磷酸化氧化磷酸化1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）•底物分子内部能量重新分布形成高能磷酸底物分子内部能量重新分布形成高能磷酸键并伴有键并伴有ADPADP磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的作用称为底的作用称为底物水平磷酸化，与呼吸链的电子传递无关物水平磷酸化，与呼吸链的电子传递无关COO-C-O~PCH2ADP          ATPCOO-C=OCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸丙酮酸2、氧化磷酸化、氧化磷酸化（（oxidative phosphorylation））•代谢物脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同代谢物脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释放能量用以使时，释放能量用以使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP，由于是代谢物的氧化反应与，由于是代谢物的氧化反应与ADP的磷酸的磷酸化反应偶联发生，故称为化反应偶联发生，故称为氧化磷酸化氧化磷酸化。

•如只有代谢物的氧化过程，而不伴随有如只有代谢物的氧化过程，而不伴随有ADP磷酸化的过程，则称为氧化磷酸化磷酸化的过程，则称为氧化磷酸化解解偶联(1)氧化磷酸化的偶联部位氧化磷酸化的偶联部位P/O比值比值        每消耗每消耗1mol原子氧所消耗的无机磷酸的原子氧所消耗的无机磷酸的mol数（即生成数（即生成ATP的的mol数）作用物作用物           呼吸链的组成呼吸链的组成         P/O比值比值         ATP数数(实验数实验数)β-羟羟丁酸丁酸       NADH       1/2O2         接近接近3              3琥珀酸琥珀酸            FAD         1/2O2          接近接近2              2抗坏血酸抗坏血酸        cytC         1/2O2          接近接近1              1cytC               cytaa3          1/2O2         接近接近1              1        若代谢物脱下的一对氢，经若代谢物脱下的一对氢，经NADH进入呼吸链，生成水，可生成进入呼吸链，生成水，可生成3分子分子ATP；；若代谢物脱下的一对氢，经若代谢物脱下的一对氢，经FADH2进入呼吸链，生成水，只产生进入呼吸链，生成水，只产生2分子分子ATP；；(2) 氧化磷酸化的偶联机制氧化磷酸化的偶联机制化化化化学学学学渗渗渗渗透透透透学学学学说说说说(3) 氧化磷酸化的抑制氧化磷酸化的抑制•抑制剂分为两大类：抑制剂分为两大类：•电子传递抑制剂电子传递抑制剂：氧化受阻则偶联的磷酸：氧化受阻则偶联的磷酸化无法进行。

化无法进行•解偶联剂解偶联剂：使氧化与磷酸化脱离，虽氧化：使氧化与磷酸化脱离，虽氧化照常进行，但不能生成照常进行，但不能生成ATP解偶联剂解偶联剂：最常见：最常见2,4-二硝基苯酚二硝基苯酚 2,4-2,4-二硝基苯酚可粒体内膜中自二硝基苯酚可粒体内膜中自由移动，其进入基质后可释出由移动，其进入基质后可释出H H+ +，而返回，而返回胞液后可再结合胞液后可再结合H H+ +，从而破坏了，从而破坏了H H+ +梯度，故梯度，故不能生成不能生成ATPATP，导致氧化磷酸化呈现解偶联导致氧化磷酸化呈现解偶联•寡霉素寡霉素：：•可与可与ATP合酶的合酶的OSCP亚基结合，阻止亚基结合，阻止H+回回流，磷酸化无法完成，阻断完整线粒体的流，磷酸化无法完成，阻断完整线粒体的氧化磷酸化氧化磷酸化（二）（二）ATP的利用和储存的利用和储存六、胞液中六、胞液中NADH的氧化的氧化•胞液中的胞液中的NADHNADH不能自由透过线粒体内膜，不能自由透过线粒体内膜，故需某种转运机制进入线粒体，经呼吸链故需某种转运机制进入线粒体，经呼吸链进行氧化磷酸化进行氧化磷酸化磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶磷酸甘油脱氢酶主要存在于脑及骨骼肌中主要存在于脑及骨骼肌中主要存在于脑及骨骼肌中主要存在于脑及骨骼肌中苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶主要存在于肝和心肌等组织中主要存在于肝和心肌等组织中主要存在于肝和心肌等组织中主要存在于肝和心肌等组织中第三节第三节   非线粒体氧化体系非线粒体氧化体系一、微粒体氧化体系一、微粒体氧化体系（一）双加氧酶（一）双加氧酶•双加氧酶（双加氧酶（dioxygenase）又叫转氧酶。

催）又叫转氧酶催化化2个氧原子直接加到底物分子特定的双键个氧原子直接加到底物分子特定的双键上，使该底物分子分解成两部分上，使该底物分子分解成两部分（二）单加氧酶（二）单加氧酶•单加氧酶（单加氧酶（monooxygenase）催化在底物分）催化在底物分子中加子中加1个氧原子的反应单加氧酶又是称个氧原子的反应单加氧酶又是称为羟化酶（为羟化酶（hydroxylase），或称混合功能），或称混合功能氧化酶（氧化酶（mixed function oxidase）•催化分子氧中催化分子氧中2个氧原子进行不同的反应，个氧原子进行不同的反应，一个氧原子加到底物分子上，另一个氧原一个氧原子加到底物分子上，另一个氧原子则与子则与NADPH+H+上的两个质子作用生成上的两个质子作用生成水                单加氧酶单加氧酶单加氧酶单加氧酶（细胞色素（细胞色素（细胞色素（细胞色素P P450450酶系）酶系）酶系）酶系）细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素P P450450NADPH-NADPH-细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素P P450450还原酶还原酶还原酶还原酶位于电子传递链的终端部位，能位于电子传递链的终端部位，能位于电子传递链的终端部位，能位于电子传递链的终端部位，能与氧直接反应。

其作用类似于与氧直接反应其作用类似于与氧直接反应其作用类似于与氧直接反应其作用类似于CytaaCytaa3 3以以以以FADFAD为辅基，催化为辅基，催化为辅基，催化为辅基，催化NADPHNADPH和和和和细胞色素细胞色素细胞色素细胞色素P P450450之间的电子传递之间的电子传递之间的电子传递之间的电子传递二、过氧化物酶体氧化体系二、过氧化物酶体氧化体系（一）过氧化氢及超氧离子的生成（一）过氧化氢及超氧离子的生成( (二二) )过氧化氢及超氧离子的作用和毒性过氧化氢及超氧离子的作用和毒性•O2-、、H2O2及及ᆞᆞOH等统称为活性氧，性质等统称为活性氧，性质活泼，氧化作用极为强烈对机体危害很大活泼，氧化作用极为强烈对机体危害很大•可使可使DNA氧化、修饰、断裂；可氧化蛋白氧化、修饰、断裂；可氧化蛋白质的巯基改变蛋白质功能质的巯基改变蛋白质功能（三）过氧化氢的清除（三）过氧化氢的清除•1、过氧化氢酶、过氧化氢酶                    过氧化氢酶过氧化氢酶         2H2O2                   2H2O + O2•2、过氧化物酶、过氧化物酶                         过氧化物酶过氧化物酶         R + H2O2                 RO + H2O                          过氧化物酶过氧化物酶        RH2+ H2O2                 R + 2H2O•红细胞等组织中还有一种含硒的红细胞等组织中还有一种含硒的谷胱甘肽谷胱甘肽过氧化物酶过氧化物酶，利用还原型谷胱甘肽（，利用还原型谷胱甘肽（GSH））催化催化破坏过氧化氢破坏过氧化氢脂质，具有保护脂质，具有保护生物膜生物膜及及血红蛋白血红蛋白免遭损伤的作用。

免遭损伤的作用三、超氧化物歧化酶三、超氧化物歧化酶掌掌  握握 1. 氧化磷酸化、呼吸链的基本概念氧化磷酸化、呼吸链的基本概念 2.呼吸链四种复合体结构及功能呼吸链四种复合体结构及功能  3.呼吸链各组分及排列顺序呼吸链各组分及排列顺序 4. 生物体内产生生物体内产生ATP的方式                              熟熟  悉悉•NADH进入线粒体的两种穿梭机制进入线粒体的两种穿梭机制                                                          了了  解解•微粒体、过氧化酶体及其他部位的氧化体微粒体、过氧化酶体及其他部位的氧化体系及其特点系及其特点自自  测测  题题一、单项选择题一、单项选择题1.  下列物质中，不属于高能化合物的是（下列物质中，不属于高能化合物的是（    ）     A. CTP         B. AMP         C.磷酸肌酸磷酸肌酸       D.乙酰乙酰CoA2.  下列关于细胞色素的叙述中，正确的是（下列关于细胞色素的叙述中，正确的是（    ）    A.全部存在于线粒体中全部存在于线粒体中      B.都是递氢体都是递氢体    C.都是递电子体都是递电子体                 D.都是小分子有机化合物都是小分子有机化合物3.  能直接将电子传递给氧的细胞色素是（能直接将电子传递给氧的细胞色素是（    ）。

   A. Cyt c        B. Cyt c1        C. Cyt b          D. Cyt aa34.  呼吸链存在于（呼吸链存在于（    ）   A.胞液胞液       B.线粒体外膜线粒体外膜    C.线粒体内膜线粒体内膜     D.线粒体基质线粒体基质二、多项选择题二、多项选择题1.  电子传递链中氧化与磷酸化偶联的部位是（电子传递链中氧化与磷酸化偶联的部位是（    ）   A. NADH→CoQ                B. FADH2→CoQ   C. CoQ→Cyt c                 D. Cyt aa3→O22.  胞液中的胞液中的NADH通过何种机制进入线粒体？（通过何种机制进入线粒体？（    ）   A.α-磷酸甘油穿梭作用磷酸甘油穿梭作用         B.苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭作用天冬氨酸穿梭作用   C.柠檬酸柠檬酸-丙酮酸穿梭作用丙酮酸穿梭作用      D.草酰乙酸草酰乙酸-丙酮酸穿梭作丙酮酸穿梭作用用3.  下列属于高能磷酸化合物的是（下列属于高能磷酸化合物的是（    ））   A.磷酸肌酸磷酸肌酸    B. 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸       C.氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸    D.磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸三、名词解释三、名词解释    1.  生物氧化生物氧化                      2.  呼吸链呼吸链    3.  氧化磷酸化氧化磷酸化                  4.  底物水平磷酸化底物水平磷酸化四、填空题四、填空题1.  物质的氧化方式包括物质的氧化方式包括     、、     和和      。

2.  线粒体内存在的两条呼吸链是线粒体内存在的两条呼吸链是     和和      3.  代谢物脱下的氢通过代谢物脱下的氢通过NADH氧化呼吸链氧化时，氧化呼吸链氧化时，其其P/O比值是比值是      五、简答题五、简答题1.  简述生物氧化中水和简述生物氧化中水和CO2的生成方式的生成方式六、论述题六、论述题1.  试述影响氧化磷酸化的主要因素试述影响氧化磷酸化的主要因素。