第五章 生物氧化

1. 第五章 生物氧化 Biological Oxidation

2. 学习目标 • 掌握线粒体内两条呼吸链的组成及功能 • 掌握生物氧化、氧化磷酸化、呼吸链的概念 • 熟悉ATP生成方式及影响氧化磷酸化的因素 • 了解生物氧化的特点及酶类

3. 第一节 概 述 一、生物氧化 1、概念：物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要是糖、脂肪、蛋白质等在生物体内的氧化分解生成CO2 和 H2O并释放能量的过程。 2、部位： （1）线粒体 （2）内质网、微粒体、过氧化物酶体等。 3、意义：供给机体能量；转化有害废物。

4. 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

6. 二、生物氧化的特点 体外氧化（燃烧） 常见的两类氧化反应： 生物氧化 1、生物氧化与体外氧化的共性 （1）氧化方式相同：都有加氧、脱氢、失电子。 （2）本质相同：即消耗的氧、生成的终产物（CO2和H2O）、释放的总能量均相同。

7. 生物氧化 体外氧化 2、生物氧化与体外氧化的区别 反应条件 温 和 剧 烈 (体温、pH近中性) (高温、高压) 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 （化学能、热能） （热能） CO2生成方式有机酸脱羧 碳和氧结合 H2O 需 要 不需要

8. 三、参与生物氧化的酶类 1、氧化酶类：催化底物脱氢后，以O2为直接 受氢体， 生成H2O。 例：细胞色素氧化酶；黄嘌呤氧化酶等。

9. 2、脱氢酶类： （1）需氧脱氢酶类：催化底物脱氢后，以O2为直接 受氢体，生成H2O2。 （2）不需氧脱氢酶类（最重要） 催化底物脱氢后，不能以O2为直接受氢体 A、以NAD +或NADP +为直接受氢体，如乳酸脱氢酶等。 B、以FMN或FAD为直接受氢体，如琥珀酸脱氢酶等。 3、其他酶类: 如：加氧酶，过氧化氢酶等。

10. 第二节 生物氧化中二氧化碳的生成 一、基本方式： 有机酸脱羧 二、分类 （一）根据羧基位置分为 α-脱羧 β-脱羧 （二）根据是否伴有氧化分为 直接脱羧：不伴氧化 氧化脱羧：伴氧化

11. 氨基酸脱羧酶  R-CH2-NH2 + CO2 R-CH-COOH NH2 氨基酸 胺 1. –直接脱羧： • 见于氨基酸的脱羧作用。 

12.  CH3 CH2-COOH 草酰乙酸脱羧酶 │ │ + CO2 CO-COOH CO-COOH 草酰乙酸 丙酮酸 2. –直接脱羧： • 见于草酰乙酸的脱羧作用。  

13. 丙酮酸脱氢酶系  CH3CO~SCoA + CO2 CH3-CO-COOH + HSCoA 乙酰CoA 丙酮酸 NAD+ NADH + H+ 3. -氧化脱羧： • 见于丙酮酸的脱氢与脱羧作用。 

14.  CH2-COOH 苹果酸酶 CH3 CH-COOH CO-COOH + CO2 OH NADP+ NADPH + H+ 丙酮酸 苹果酸 4. –氧化脱羧： • 见于苹果酸的脱氢与脱羧作用。

15. 第三节 线粒体氧化体系 1、呼吸链的定义： 在线粒体内膜上，由递氢体和递电子体按一定顺序组成的连锁体系，与细胞利用氧的呼吸过程有关，通常称为呼吸链，又称电子传递链。 2、呼吸链的功能：将代谢物脱的氢传递给氧生成水，逐步放能，将ADP磷酸化生成ATP。

16. 一、呼吸链的组成 （一）递氢体 1、 以NAD+和NADP +为辅酶的脱氢酶 作用： 辅酶接受2H，传递给黄素蛋白。

17. NAD+和NADP+的结构 R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+

18. NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。

19. + e + H+ + H + H+ H +2H NAD(P)+ NAD(P)H+H+ e -2H H H H+ 作用原理 2H

20. 2、以FMN或FAD为辅基的脱氢酶 • 作用： 进行可逆的脱氢加氢反应。

21. 黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 含核黄素(Vit B2 ) 异咯嗪结构

22. 黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 含核黄素(Vit B2 ) 异咯嗪结构

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

24. O CH3 CH3 H3CO H3CO （CH2CH=C CH2）n H O OH CH3 CH3 H3CO H3CO H3CO H3CO R R O OH 3、泛醌 （辅酶Q）的结构及作用原理 O +2H -2H

25. -e Fe 2+Fe 3+ +e （二）单电子传递体 • 1、铁硫蛋白类 • 作用：将FMN或FAD中的电子传递给泛 醌。

26. 半胱氨酸硫 S S 无机硫 铁硫蛋白

27. 2、细胞色素体系（Cyt） 1） Cyt的本质 细胞色素 = 酶蛋白 + 血红素 2） Cyt的分类 a组：a、a1、a2、 a3… b组：b、b1～7、P450 … 30多种 c组：c、c1、c2、 c3 …

28. 2Cyt-Fe3++2e2Cyt-Fe2+ 3）Cyt的作用 2Cytaa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2- Cyt aa3 （细胞色素氧化酶）： 呼吸链中直接将e传递给O2

31. 二、呼吸链的类型 1、NADH氧化呼吸链 SH2 NAD+ FMNH2 CoQ 2Cyt-Fe2+ 1/2O2 （Fe-S） S NADH FMN CoQH2 2Cyt-Fe3+ O2- （Fe-S） (b、 c1、 c 、 aa3) 每2H通过此呼吸链可生成3分子ATP。

32. 1 2 2、琥珀酸氧化呼吸链 FAD （Fe-S）b FADH2 （Fe-S）b 琥珀酸 延胡索酸 O2- CoQH2 CoQ 2Cyt-Fe3+ 2Cyt-Fe2+ O2 (b、 c1、 c、 aa3) 每2H通过此呼吸链可生成2分子ATP。

33. NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链

34. 三、呼吸链的作用 （一）H2O的生成 （二）ATP的生成

35. 高能键与高能化合物 • 高能键:化学键水解时放出的能量＞21KJ/mol者, 用～表示 • 高能键包括高能磷酸键和高能硫酯键 高能化合物:含高能键的化合物

36. ~ • ATP的结构： 可表示为 A－P～P～P 末端有2个高能磷酸键 • ATP是最主要的高能化合物能直接供能

37. ATP的生成方式 A－P～P → A－P～P～P (ADP) (ATP) 底物水平磷酸化 氧化磷酸化(最主要)

38. 1. 底物水平磷酸化： • 由底物分子内部能量重排产生的高能键直接转移给 ADP（或GDP）而生成ATP（或GTP）的反应，称为底物水平磷酸化。

39. ⑴ 3-磷酸甘油酸激酶 3-磷酸甘油酸+ATP 1,3-二磷酸甘油酸+ADP ⑵ 丙酮酸激酶 丙酮酸+ATP 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP ⑶ 琥珀酰CoA合成酶 琥珀酸+CoA+GTP 琥珀酰CoA+H3PO4+GDP • 底物水平磷酸化见于下列三个反应：

40. 1 2 O2 AH2 2H(2H++2e) A ATP ADP+Pi 2.氧化磷酸化 代谢物脱下的氢经呼吸链传递给氧生成水 的氧化途径中释放的能量使ADP磷酸化生成ATP 的过程称为氧化磷酸化。它是体内合成ATP的 主要方式。 呼 吸 链 H2O 氧化 能 偶 联 磷酸化

41. 3、氧化磷酸化的偶联部位 （1）P/O比值：每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩尔数称为P/O比值。 实质：每消耗1mol氧原子所产生的ATP的mol数。

42. 线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值

43. （2）氧化磷酸化偶联部位（ATP的生成部位） • 在NADH氧化呼吸链中有3处可以生成ATP，而在琥珀酸氧化呼吸链中，只有2处可以生成ATP。

44. ATP ATP 氧化磷酸化偶联部位 ATP

45. 4.影响氧化磷酸化的因素 • ADP与ATP的调节作用 (2) 甲状腺素的作用 (3) 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

46. O2 1 2 氧化磷酸化 NADH + H++ (1) ADP与ATP的调节作用：主要作用 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↑

47. （2）甲状腺激素 • 可间接影响氧化磷酸化的速度。 • 甲状腺激素可以激活细胞膜上的Na+、K+-ATP酶，使ATP分解↑ → ADP/ATP↑→氧化磷酸化速度↑→ ATP合成↑。

48. (3) 抑制剂的作用 • 1） 呼吸链抑制剂 • 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 • 2） 解偶联剂 • 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 • 如：解偶联蛋白 , 2,4-二硝基酚 • 3） 氧化磷酸化抑制剂 • 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。 • 如：寡霉素

49. 各种呼吸链抑制剂的阻断位点 CO、CN-、 N3-及H2S 抗霉素A 二巯基丙醇 × × × 鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥

50. 四、能量的储存与利用 （一） 能量的转换与储存 1、ATP是直接能源A－P～P～P 多数 ATP ADP+Pi 少数 ATP AMP+PPi 2、其它核苷三磷酸为直接能源的情况 ATP+UDP → ADP+UTP (糖原合成) ATP+CDP → ADP+CTP (磷脂合成) ATP+GDP → ADP+GTP (蛋白质合成)