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第七章 生 物 氧 化

第七章 生 物 氧 化. 一、生物氧化概述. （一）生物氧化的概念： 物质在生物体内氧化分解并释放出能量的过程称为生物氧化。. （二）生物氧化的特点：. 1 、 在细胞内温和的环境中（体温、 pH 近于中性 ) 进行 2 、 酶促反应。 3 、 逐步释放出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。 4 、 生物氧化中生成的二氧化碳是由有机酸脱羧产生，生物氧化中生成的水是代谢物脱下的氢和氧结合形成的。. 伴随有 ATP 的生成，在能量代谢中有重 要意义。. 线粒体内生物氧化. 生物氧化. 不 伴随有 ATP 的生成， 参与体内代谢物、药物、毒物的生物转化。.

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第七章 生 物 氧 化

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  1. 第七章 生 物 氧 化 一、生物氧化概述 （一）生物氧化的概念：物质在生物体内氧化分解并释放出能量的过程称为生物氧化。

  2. （二）生物氧化的特点： 1、在细胞内温和的环境中（体温、pH近于中性)进行 2、酶促反应。 3、逐步释放出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。 4、生物氧化中生成的二氧化碳是由有机酸脱羧产生，生物氧化中生成的水是代谢物脱下的氢和氧结合形成的。

  3. 伴随有ATP的生成，在能量代谢中有重 要意义。 线粒体内生物氧化 生物氧化 不伴随有ATP的生成，参与体内代谢物、药物、毒物的生物转化。 线粒体外生物氧化 过氧化物酶体、 微粒体及胞液中 二、生物氧化的发生位置作用意义

  4. 三、线粒体生物氧化体系 1、呼吸链概念 • 在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的，与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链。 • 这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于线粒体内膜上。

  5. 线粒体的结构

  6. 呼吸链成分的排列顺序：

  7. 线粒体呼吸链

  8. 四种复合体:复合体Ⅰ～Ⅳ 呼吸链 两种游离成分: CoQ、Cytc 2、呼吸链组成

  9. 组成：含有16个多肽亚基。 • 其活性部分:含有FMN + 2（Fe-S）。 • 功能：催化NADH脱氢并把电子传递给CoQ ①复合体Ⅰ（NADH-泛醌还原酶）： NADHQ还原酶 NADH + Q + H+ ========= NAD+ + QH2

  10. 铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。 铁硫蛋白

  11. 铁硫蛋白 • 它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+变化起传递电子的作用

  12. 泛醌的分子结构 呼吸链中唯一和蛋白质结合不紧的传递体, 可在疏水相中快速扩散或结合于内膜上.

  13. ②复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶）： • 组成：由4个不同的多肽亚基组成。 • 其活性部分:含有FAD + 2（Fe-S）。 • 功能：催化琥珀酸脱氢并把电子传递给CoQ

  14. ③复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素c 还原酶）： • 活性部分:包括 2Cytb +（ 2Fe-2S ） + Cytc1 • 功能：催化电子由CoQ传递给Cytc QH2-cyt. c 还原酶 QH2 + 2 cyt. c (Fe3+) ==== Q + 2 cyt. c (Fe2+) + 2H+

  15. 细胞色素类： • 这是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质。 • 细胞色素通过三价铁与两价铁的互变作为单电子传递体。 • 细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体。 • 存在于线粒体内膜的细胞色素有： Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1； • 存在于微粒体的细胞色素有： • CytP450和Cytb5。

  16. 细胞色素b的分子结构

  17. 细胞色素c（cyt.c） • 它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体 • 位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与细胞色素c1含有相同的辅基，但是蛋白组成则有所不同。 • 电子传递过程中，cyt. c通过Fe3+ Fe2+的互变起电子传递中间体作用。

  18. 由于QH2是一个双电子载体，而参与上述反应过程的其它组分(如cyt.c)都是单电子传递体，所以，实际反应情况比较复杂。QH2所携带的一个高能电子通过铁硫蛋白，传递给cyt.c，本身形成半醌自由基（QH）；另一个电子则传递给cyt.b。还原型cyt.b可以将QH还原成QH2。其结果是通过一个循环，QH2将其中的一个电子传递给cyt.c。由于QH2是一个双电子载体，而参与上述反应过程的其它组分(如cyt.c)都是单电子传递体，所以，实际反应情况比较复杂。QH2所携带的一个高能电子通过铁硫蛋白，传递给cyt.c，本身形成半醌自由基（QH）；另一个电子则传递给cyt.b。还原型cyt.b可以将QH还原成QH2。其结果是通过一个循环，QH2将其中的一个电子传递给cyt.c。

  19. ④复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）： • 组成：由12个多肽亚基组成。 • 活性部分主要包括：Cyta、Cyta3、（Cu) • 功能：分子中的铜离子可以发生Cu+ Cu2+的互变,将cyt.c所携带的电子传递给O2。

  20. 细胞色素c氧化酶

  21. 呼吸链成分的排列顺序：

  22. 线粒体呼吸链

  23. 琥珀酸 复合体Ⅱ FAD ，Fe-S, Cyt b560 NADH+H+ FMN, Fe-S CoQ Cyt b562, b566, c1 Cyt c Cyt aa3 1/2 02 复合体Ⅰ 复合体Ⅳ 复合体Ⅲ ⒊呼吸链排列顺序：

  24. 电子传递链的类型 NADH电子传递链 FADH2电子传递链

  25. NADH FMN C0Q b c1 c aa3 02 -0.32 -0.30 +0.1 +0.07 +0.22 +0.25 +0.29 +0. 81 FAD -0.18 电子转移方向 高 E0 低 ●呼吸链电子传递的推动力--氧化还原电势的变化

  26. 4、氧化磷酸化 • ⑴氧化磷酸化的概念： • 生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分用于维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用转移至高能磷酸化合物ATP中。些种伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化称之氧化磷酸化。

  27. X～P+ADP ATP+X ⑵氧化磷酸化的方式 ①底物水平磷酸化：直接将底物分子中的高能键转变为ATP分子中的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化。

  28. 3-磷酸甘油酸激酶 • 1,3-二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸+ATP • 丙酮酸激酶 • 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP 烯醇式丙酮酸+ATP • 琥珀酰硫激酶 • 琥珀酰CoA+H3PO4+GDP 琥珀酸+CoA+GTP 底物水平磷酸化仅见于下列三个反应：

  29. ②电子传递体系磷酸化： • 代谢物脱下的氢经呼吸链传递给氧生成水，同时伴有ADP磷酸化为ATP，此过程称电子传递体系磷酸化。

  30. ⑶氧化磷酸化的偶联部位： ①P/O比值可以反映底物脱氢氧化与ATP生成之间的比例关系。每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数称为P/O比值。 ②自由能变化可以确定氧化磷酸化的偶联部位。G’ = - nF×E0

  31. 合成1molATP时，需要提供的能量至少为ΔG0'=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原电位差ΔE0'=0.2V。合成1molATP时，需要提供的能量至少为ΔG0'=-30.5kJ/mol，相当于氧化还原电位差ΔE0'=0.2V。 FAD ↓ NAD+→[ FMN (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S) → c1→c →aa3→1/2O2 -0.32 -0.30 +0.04+0.07 +0.22 +0.25+0.29 +0.82 ↓↓↓ ATP ATP ATP • NADH氧化呼吸链:3处可生成ATP. • FADH2氧化呼吸链:2处可生成ATP。

  32. ⑷氧化磷酸化的偶联机制： 目前公认的氧化磷酸化的偶联机制是1961年由Mitchell提出的化学渗透学说。 • 这一学说认为电子沿呼吸链传递时，可将质子H+从 • 线粒体内膜上基质侧泵到线粒体内膜外侧（膜间腔）。 • 在膜间隙中， H+的浓度相对高于线粒体基质。从而 • 形成膜内外pH梯度和跨膜电位差，以此储存“势能”。 • 当内膜外侧的质子H+顺浓度差梯度经ATP合酶 Fo质子通道回流时，F1催化ADP和Pi生成ATP。

  33. 外膜 内膜 NADH High[H+] 电子传递体系 Low[H+] NAD H+ H H+ H H O2-+H+ H+ H2O ADP + Pi ATPase H+ ATP 质子移动的氧化磷酸化机理

  34. 质子梯度的形成机制 • 质子的转移主要通过氧化呼吸链在递氢或递电子过程中所形成的氧化还原泵来完成。 • 每传递两个氢原子，就可向膜间腔释放10个质子。

  35. ATP合酶的分子结构 • 由F0和F1组成。 • F0为一个疏水蛋白，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。 • F1由3 3 亚基组成。其亚基可催化ADP磷酸化为ADP。

  36. ATP合酶F1段的结构

  37. ATP合酶的作用机制(脂质体重建实验)

  38. 电子传递链各组分的定位 电子传递链各组分的定位

  39. 3、氧化磷酸化的影响因素 （1）ATP/ADP比值： • ATP/ADP比值是调节氧化磷酸化速度的重要因素。 • ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快； • 当ATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。

  40. （2）甲状腺激素： • 甲状腺激素可以激活细胞膜上Na+,K+-ATP酶，使ATP水解增加，ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加快； • 增加解偶联蛋白的基因表达，导致耗氧、产能均增加。

  41. （3）药物和毒物：

  42. ①．呼吸链的抑制剂： • 能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为氧化磷酸化的抑制剂。 • 能够抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮等； • 能够抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇； • 能够抑制第三位点的有CO、H2S和CN-、N3-。 • 其中，CN-和N3-主要抑制氧化型Cytaa3-Fe3+， • 而CO和H2S主要抑制还原型Cytaa3-Fe2+。

  43. ②．解偶联剂： • 不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于ADP磷酸化的药物或毒物称为解偶联剂。 • 主要的解偶联剂有2,4-二硝基酚。

  44. ③．氧化磷酸化的抑制剂： • 对电子传递和ADP磷酸化均有抑制作用的药物和毒物称为氧化磷酸化的抑制剂，如寡霉素。

  45. 4、高能化合物 （1）高能化合物的概念： • 生物化学中将水解时释放的能>21kJ/mol的化合物称为高能化合物。 （2）高能化合物的类型： ①磷氧键型：

  46. 乙酰磷酸 3-磷酸甘油酸磷酸 11.8千卡/摩尔 10.1千卡/摩尔 A.酰基磷酸化合物

  47. 酰基腺苷酸 氨甲酰磷酸 氨酰基腺苷酸

  48. 焦磷酸 ATP（三磷酸腺苷） 7.3千卡/摩尔 B.焦磷酸化合物 ATP是最重要的高能化合物，是生命活动的直接能量供应者。

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