第 六 章

1. 第 六章 生 物 氧 化 Biological Oxidation

2. 学习要点 • 掌握呼吸链的概念、组成成分及排列顺序；底物水平磷酸化和氧化磷酸化的概念；氧化磷酸化偶联部位。 • 熟悉生物氧化的概念、特点、生物氧化的方式；影响氧化磷酸化的因素；高能化合物的储存和利用；胞液中NADH的氧化。 • 了解生物氧化的酶类； CO2的生成；氧化磷酸化的偶联机制和其他氧化体系。

3. 主要内容 第一节 概述 第二节 生成ATP的氧化体系 第三节 其他氧化体系

4. 第一节概 述

5. 糖 脂肪 蛋白质 一、生物氧化的方式与特点 * 生物氧化的概念 物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和H2O的过程。 O2 CO2和H2O ADP+Pi 能量 ATP 热能

6. （一）生物氧化的方式 1. 失电子 2. 脱氢(最主要) 3. 加氧

7. 生物氧化 体外燃烧 （二）生物氧化的特点生物氧化与体外燃烧的比较 反应条件温 和 剧 烈 反应过程逐步进行的酶促反应 一步完成 能量释放逐步进行 瞬间释放 CO2生成方式有机酸脱羧 碳和氧结合 H2O 需 要 不需要 速率 受体内多种因素调节

8. 糖原 三酯酰甘油 蛋白质 氨基酸 脂酸+甘油 葡萄糖 * 生物氧化的一般过程 乙酰CoA TAC CO2 ADP+Pi ATP 2H H2O 呼吸链

9. 二、生物氧化有关的酶类 1. 氧化酶类 2. 需氧脱氢酶 3.不需氧脱氢酶（最重要）

10. 三、生物氧化过程中CO２的生成 • 基本方式：有机酸脱羧 • 分类： α-脱羧 β-脱羧 单纯脱羧 氧化脱羧

11. （一）单纯脱羧 1. α-单纯脱羧 O ‖ CH3 C COOH O ‖ CH3 C H + CO2 2. β-单纯脱羧 COOH C =O CH2 COOH COOH C =O + CO2 CH3 α β

12. COOH CH-OH CH2 COOH COOH C=O CH3 α β （二）氧化脱羧 1. α-氧化脱羧 CoASH CO2 O ‖ CH3－C－COOH O ‖ CH3－C～SCoA NAD+ NADH+H+ 2. β-氧化脱羧 CO2 NAD+ NADH+H+

13. 第 二 节 生成ATP的氧化体系

14. 呼吸链的概念 代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶构成的连锁反应体系称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。

15. 一、呼吸链的组分及其作用 • （一）以NAD+ 、NADP+为辅酶的脱氢酶类 （尼克酰胺核苷酸类） NAD+ 、NADP+递氢体 • （二）黄素蛋白 （FMN 、FAD）递氢体 • （三）铁硫蛋白单电子传递体 • （四）泛醌（辅酶Q）递氢体 • （五）细胞色素体系单电子传递体

16. 构成呼吸链的酶复合体 四种具有传递电子功能的酶复合体 人线粒体呼吸链复合体 * 泛醌 和 Cyt c均不包含在上述四种复合体中。

17. 呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置

18. +e +H+ +H +H+ +2H NAD(P)+NAD(P)H+H+ -2H （一）尼克酰胺核苷酸

19. （二）黄素蛋白类 黄素单核苷酸的结构

20. 黄素腺嘌呤二核苷酸的结构

21. 还原型 核黄素 +2H (无色) -2H 核黄素(黄色) +2H FAD/FMNFADH2/FMNH2 -2H 黄素核苷酸的作用原理

22. （b）4Fe-4S （a）2Fe-2S （三）铁硫蛋白 铁硫蛋白的结构

23. 半胱氨酸硫 S S 无机硫 铁硫蛋白

24. OH O CH3 CH3 H3CO H3CO H3CO H3CO +2H R R -2H O OH （四）泛醌 辅酶Q的结构及作用原理 O CH3 CH3 H3CO H3CO （CH2CH=C CH2）n H O

25. a组：a、a1、a2、 a3 … 30多种 b组：b、b1～7、P450 … c组：c、c1、c2、 c3 … （五）细胞色素体系（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。 1. Cyt的本质 细胞色素 = 酶蛋白 + 血红素 2. Cyt的分类

26. Cytaa3（细胞色素氧化酶）： Cyta 与 Cyta3 结合紧密，很难分开，故将Cyta 和 Cyta3 合称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。

27. 2Cyt-Fe3++2e 2Cyt-Fe2+ 3. Cyt在呼吸链中的作用 2Cytaa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2-

29. 二、呼吸链成分的排列 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氧化还原电位数值的测定（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。

30. 电子传递链

32. SH2 NAD+ FMNH2 CoQ 2Cyt-Fe2+ 1/2O2 （Fe-S） S NADH FMN CoQH2 2Cyt-Fe3+ O2- （Fe-S） 体内两条重要的呼吸链 1. NADH氧化呼吸链 每2H通过此呼吸链可生成2.5分子ATP。

33. 1 2 2. 琥珀酸氧化呼吸链 FAD （Fe-S）b FADH2 （Fe-S）b CoQH2 CoQ O2- 2Cyt-Fe3+ 2Cyt-Fe2+ 琥珀酸 延胡索酸 O2 (b、 c1、 c、 aa3) 每2H通过此呼吸链可生成1.5分子ATP。

34. 三、胞液中NADH的氧化 （一）α-磷酸甘油穿梭 （二）苹果酸-天冬氨酸穿梭

35. （一）α-磷酸甘油穿梭 脑、骨骼肌

36. （二）苹果酸-天冬氨酸穿梭 肝脏、心肌组织

37. 四、高能化合物 • 高能磷酸键 水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，常表示为 P。 • 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物

38. ~ ATP是最主要的直接供能物质 ATP的结构： 可用A－P～P～P表示 末端有2个高能磷酸键

40. 五、ATP的生成 • 生成方式 底物水平磷酸化 氧化磷酸化(最主要)

41. （一）底物水平磷酸化 • 概念：代谢物在氧化分解过程中，有少数反应因脱氢或脱水而引起分子内能量重新分布，产生高能键，然后将高能键直接转移给 ADP（或GDP）而生成ATP（或GTP）的反应，称为底物水平磷酸化。

42. AH2 2H NADH+H+H2O 或FADH2 电子传递链 氧化过程 NAD+ 或FAD½O2 释放能量 ADP+Pi ATP A ATP合酶 磷酸化过程 （二）氧化磷酸化 1. 概念：代谢物脱下的氢，经呼吸链氧化为水时释放的能量，在ATP合酶的催化下，使ADP磷酸化成ATP的过程，由于代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联进行，故称为氧化磷酸化。 氧化磷酸化

43. 2. 氧化磷酸化的偶联部位 P/O值：是指氧化磷酸化过程中，无机磷原子消耗的摩尔数与氧原子消耗的摩尔数之比。 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。

44. 底物 呼吸链的组成 P/O值 生成ATP部位 β-羟丁酸NAD+→FMN→CoQ→Cyt→O22.4～2.83 琥珀酸FAD→CoQ→Cyt→O21.7 2 抗坏血酸Cytc→Cytaa3→O2 0.881 Cytc(Fe2+)Cytaa3→O20.61～0.681 1. 2. 3. 4. 离体线粒体实验中测得一些底物的P/O值 比较1、2，第一个偶联部位NAD+ → CoQ之间 比较2、3，第二个偶联部位CoQ→ Cytc之间 比较3、4，第三个偶联部位Cytaa3 → O2之间

45. 氧化磷酸化偶联部位 琥珀酸 FAD NADH FMN CoQ Cyt b c aa3 O2 c1 ~p ADP+Pi ATP ~p ~p ATP ADP+Pi ATP ADP+Pi

46. 1 2 H+ 胞液 内膜 H+ 线粒体 e O ADP+Pi ATP 2- 3. 氧化磷酸化的偶联机制 化学渗透假说 • 电子传递给氧释出的能量推动质子泵 • 将H+泵至內膜胞液侧，形成化学梯度（势能） • 当H+顺梯度回到基质面时，释出的能量使ADP磷 酸化为ATP

47. 嵴 ATP合酶 内膜 外膜 内、外膜间隔 ATP生成的结构基础 嵴放大示意图

48. ATP生成的结构基础 ATP合酶结构示意图

49. 4. 影响氧化磷酸化的因素 (1) ADP与ATP的调节作用 (2) 甲状腺素的作用 (3) 氧化磷酸化抑制剂的作用 ①呼吸链抑制剂 ②解偶联剂 ③磷酸化抑制剂

50. O2 1 2 氧化磷酸化 NADH + H+ + (1) ADP与ATP的调节作用 H2O + NAD+ ATP ADP+Pi ADP/ATP↓： 抑制氧化磷酸化，ATP生成↓ ADP/ATP↑： 促进氧化磷酸化，ATP生成↑