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第六章 生物氧化. 释放能量，部分合成 ATP. 生物氧化（ biological oxidation ）： 生物氧化是指物质在生物体内氧化的过程。（细胞呼吸）. O 2. CO 2 、 H 2 O. 糖、脂肪、蛋白质. 生物氧化与体外氧化的异同： 终末产物、释放总能量相同； 氧化方式与条件、能量释放方式不同。 生物氧化的方式： 加氧、脱氢、脱电子。 CO 2 的生成 —— 有机酸脱羧； H 2 O 的生成 —— 代谢物氧化脱下的氢和电子经呼吸链传递给氧结合生成。 线粒体氧化伴有 ATP 生成。.
E N D
释放能量，部分合成ATP • 生物氧化（biological oxidation）： 生物氧化是指物质在生物体内氧化的过程。（细胞呼吸） O2 CO2、H2O 糖、脂肪、蛋白质
生物氧化与体外氧化的异同： 终末产物、释放总能量相同； 氧化方式与条件、能量释放方式不同。 • 生物氧化的方式： 加氧、脱氢、脱电子。 • CO2的生成——有机酸脱羧； • H2O的生成——代谢物氧化脱下的氢和电子经呼吸链传递给氧结合生成。 • 线粒体氧化伴有ATP生成。
* 生物氧化的一般过程 糖原 三酯酰甘油 蛋白质 氨基酸 脂酸+甘油 葡萄糖 乙酰CoA TAC CO2 ADP+Pi ATP 2H H2O 呼吸链
第一节 生成ATP的氧化体系 一、呼吸链（respiratory chain）：各种递氢体和递电子体按照一定的顺序排列在线粒体内膜，通过一系列连锁进行的氧化还原反应将代谢物氧化脱下的氢和电子传递给氧生成水的过程。 • 递氢体和递电子体一般是线粒体内膜的一些传递氢和电子的酶或辅酶。
SH2 S ½ O2 2H++2e 2e O2-- 2H+ 呼 吸 链 能 量 H2O ADP ATP Pi
（一）呼吸链的组成： • 四个线粒体内膜电子传递的酶复合体：
人线粒体呼吸链复合体 复合体 酶 名 称 多肽数 组 成 Ⅰ NADH-泛醌 39 黄素蛋白（ FMN） 还原酶 铁硫蛋白（Fe-S） Ⅱ 琥珀酸—泛醌 4 黄素蛋白（ FAD） 还原酶 铁硫蛋白（Fe-S） Cyt b560（铁卟啉） Ⅲ 泛醌—Cyt C 10 Cyt b562、b566、c1 还原酶 （铁卟啉） 铁硫蛋白（Fe-S） Ⅳ CytC氧化酶 13 Cytaa3（铁卟啉、Cu）
e- e- e- e- e- 延胡索酸 NADH+H+ H2O 1/2O2+2H+ 琥珀酸 NAD+ Cytc 胞液侧 Ⅲ Q 线粒体内膜 Ⅳ Ⅱ Ⅰ 基质侧
还原型Fe-S NADH+H+ FMN Q NAD+ FMNH2 氧化型Fe-S QH2 ☆复合体Ⅰ（ NADH-泛醌还原酶） ： • 组成：黄素蛋白（辅基FMN）和铁硫蛋白 • 活性：
S NADH+H+（ NADPH+H+） 还原型 1、辅酶Ⅰ（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NAD+）和辅酶Ⅱ（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP+）。 • 脱氢酶辅酶。 NAD+（ NADP+） 氧化型 SH2
H 磷酸化为NADP+
FMNH2 (还原型) S 2、黄素蛋白辅基FMN（黄素单核苷酸）： • 脱氢酶辅基。 FMN (氧化型) SH2
H 1 异咯嗪 H 2
3、铁硫蛋白： • 辅基铁硫簇（iron-sulfur cluster，Fe-S） 含等量的Fe和S， S S S Fe Fe S S S Fe2S2
S Fe —S-CH2 S CH2-S— Fe S Fe CH2-S— S Fe —S-CH2 铁硫族（Fe4S4)
Fe-S的作用：传递电子 Fe2+ Fe3++e • 在呼吸链中铁硫蛋白与黄素蛋白或细胞色素b形成复合体存在。
4、泛醌（ubiquinone，UQ，Q） • 又称辅酶Q，为脂溶性醌类化合物，侧链由多个异戊间二烯组成，人类为Q10，可在线粒体内膜移动。 • 作用：递氢体。
☆复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶） • 组成：黄素蛋白（辅基FAD）、铁硫蛋白、细胞色素b560， • 活性： 琥珀酸 Q 延胡索酸 QH2 FAD、 Fe-S、Cyt 、b560 FANH2
FADH2 （还原型） S 5、FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）： FAD （氧化型） SH2
H FADH2 H
6、细胞色素（cytochrome Cyt） • 细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。 • 细胞色素的作用：单电子传递体。 Cyt-Fe3+ + e Cyt-Fe2+ • 根据吸收光谱的不同进行分类：
☆Cyt a：a、a3，二者结合紧密，难以分开，称作Cyt aa3，是唯一能将电子传递给氧的细胞色素，含两个铁卟啉和两个Cu，Cu也参与电子传递。 Cu+ Cu2++e ☆Cyt b：呼吸链 Cyt b包括b562、b566和b560 。
☆Cyt c：包括Cyt c和Cyt c1。 Cyt c1存在于复合体Ⅲ。 Cyt c 分子量小，与线粒体内膜结合疏松，易于分离，不包括在复合体中。 • Cyt的辅基铁卟啉： 不同细胞色素的差别主要是铁卟啉的侧链和铁卟啉与蛋白质的连接方式不同
乙烯基被多聚异戊烯取代 甲基被 甲酰基 取代
☆复合体Ⅲ（泛醌-Cyt c还原酶） 构成：Cytb562、b566、Cyt c1、铁硫蛋白 作用： QH2 2Cyt c-Fe3+ Q 2Cyt c-Fe2+ 2H+ 2e Cytb562、b566、 Fe-S 、 Cyt c1
☆复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶） 组成：Cyta、a3，Cu 作用： CytC-Fe2+ O2- CytC-Fe3+ 1/2O2 CuA Cyta Cyta3 CuB
（二）呼吸链成分的排列顺序 • 两条氧化呼吸链： 琥珀酸、3-磷酸甘油、脂酰CoA FAD Fe-S，b560 NADH→FMN→Fe-S→Q→b562、b 566、Fe-S、C1→C →aa3 →O2 苹果酸、异柠檬酸、β-羟丁酸等 琥珀酸氧化呼吸链 NADH氧化呼吸链 Cu
呼吸链成分排列顺序的依据： ⑴根据递氢体、递电子体的标准氧化还原电位（E0‘）的大小。 E0'越小，给出电子的倾向越大，在呼吸链中的位置越是远离氧， E0'越大，接受电子的倾向越大，在呼吸链中越接近氧。
⑵体外将呼吸链拆开和重组可鉴定呼吸链 四种复合体的组成和排列顺序。 ⑶利用呼吸链特异抑制剂部分阻断电子传递。 鱼藤酮、异戊巴比妥 抗霉素A CO、CN-、 N3-、H2S NADH→FMN→Fe-S→Q→b562→b 566→Fe-S→C1 →C →aa3→O2 ★阻断的上游递氢（e）体为还原型；下游为氧化型。
⑷利用呼吸链各组分特有的吸收光谱：离体线粒体，无氧而有过量底物（还原状态），缓慢给氧，观察各组分被氧化的顺序。⑷利用呼吸链各组分特有的吸收光谱：离体线粒体，无氧而有过量底物（还原状态），缓慢给氧，观察各组分被氧化的顺序。 呼吸链各组分特有的吸收光谱 NAD+ 260nm NADH 340nm 氧化型FP 370和450nm 还原型 370nm 氧化型cyt 消失 还原型cyt 各有特殊 吸收光谱
二、氧化磷酸化（oxidative phosphrylation） • 体内ATP的生成有两种方式： ★底物水平磷酸化：代谢物分子的能量直接转移给ADP（GDP）使之磷酸化为ATP（GTP）的过程。 ★氧化磷酸化：呼吸链传递电子的过程（氧化）中释放的能量使ADP磷酸化为ATP的过程。偶联磷酸化。
（一）氧化磷酸化偶联部位： • 确定偶联部位的方法： 1、P/O比值： ★ P/O比值是指物质氧化时每消耗1mol氧原子所消耗的无机磷的mol数。 ★ P/O比值也就是ATP生成的mol数。 2H+1/2 O2（O）→H2O ADP+H3PO4 →ATP
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值 底物 呼吸链的组成 P/O ATP 比值 生成数 β-羟丁酸 NAD→FMN→Q→cyt→O2 2.4～2.8 3 琥珀酸 FAD→Q→cyt→ O2 1.7 2 抗坏血酸 cyt c →cytaa3→ O2 0.88 1 CytC-Fe2+ cytaa3 → O2 0.61～0.68 1
2、计算标准自由能变化（⊿G0'）： ★⊿G0'= -nF ⊿E0' n：传递电子数； F：法拉第常数（96.5kJ/mol.V）； ⊿E0'：半反应的标准电位变化 ★ADP+Pi→ATP ⊿G0'= 30.5kJ/mol 呼吸链传递电子，⊿G0‘﹥ 30.5kJ/mol的部位有氧化磷酸化的偶联，其余部位释放的能量以热形式散失。
Ⅱ ⊿G0'=102.3 Ⅲ ⊿G0'=69.5 ⊿G0'=40.5 • 氧化磷酸化的偶联部位：
（二）氧化磷酸化的机制： 1、化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis）： ★呼吸链兼有H+泵作用（由内向外）； ★线粒体内膜跨膜【H+】梯度（内低外高）和跨膜电位差（内负外正）形成并储存了能量； ★H+经ATP合酶的H+通道顺浓度梯度回流驱动ATP的合成。
