07 第六章 生物氧化.ppt

第1页：第六章 生物氧化章节目录

第六章 生物氧化章节目录

• 第六章生物氧化概述第一节生成ATP的氧化体系

第2页：第六章生物化学教学要求

第六章生物化学教学要求

第六章生物化学教学要求

掌握生物氧化的概念、特点；掌握线粒体呼吸链概念、组成及作用机制；氧化磷酸化的概念、作用机制；了解非线粒体氧化体系。

第3页：第六章生物化学教学要求（续）

第六章生物化学教学要求（续）

• 概述
• 生物氧化的基本概念
• 生物氧化的特点

第4页：生物氧化的基本概念

生物氧化的基本概念

• 生物氧化(biological oxidation)：物质在生物体内进行的氧化称之。概述线粒体内的氧化线粒体外的氧化产能伴有ATP的生成,有细胞内氧的消耗和CO2的释放，又称细胞呼吸。内质网、微粒体等的氧化不伴有ATP的生成,主要与生物转化有关。

第5页：三羧酸循环氧化磷酸化乙酰CoACoA2

三羧酸循环氧化磷酸化乙酰CoACoA2

• 三羧酸循环氧化磷酸化乙酰CoACoA2HCO2ADP+PiATPO2H2O有机物CO2+ H2O+ ATPO2线粒体

第6页：营养物分解代谢的三个阶段Ⅰ糖原脂肪蛋白质

营养物分解代谢的三个阶段Ⅰ糖原脂肪蛋白质

• 营养物分解代谢的三个阶段Ⅰ糖原脂肪蛋白质葡萄糖脂肪酸+甘油氨基酸Ⅱ乙酰CoAⅢ三羧酸循环CoA2H++2eO2ADP+PiATP

第7页：生物氧化的特点

生物氧化的特点

1. 反应条件温和
2. 生物氧化并非代谢物与氧直接结合，而是以脱氢为主的逐步反应。

生物氧化

逐步进行的，能量释放也是逐步的。

1. 终产物CO2为有机物氧化成有机酸进而脱羧生成。概述

第8页：第一节生成ATP的氧化体系

第一节生成ATP的氧化体系

• 呼吸链
• 氧化磷酸化
• 影响氧化磷酸化的因素
• ATP
• 通过线粒体内膜的物质转运

第9页：呼吸链代谢物脱下的氢由递氢（电子）体传递

呼吸链代谢物脱下的氢由递氢（电子）体传递

• 呼吸链代谢物脱下的氢由递氢（电子）体传递给氧生成水，这种按一定顺序排列的反应链，与摄取氧的呼吸过程有关，称为呼吸链。AH2CO2H2O2HBDEFG

第10页：呼吸链也称电子传递链

呼吸链也称电子传递链

• 呼吸链也称电子传递链，是由许多蛋白质按一定顺序组成的传递氢或电子的体系。

第11页：图生物氧化体系示意图氧化型还原型一个或几

图生物氧化体系示意图氧化型还原型一个或几

• 图生物氧化体系示意图氧化型还原型一个或几个中间传递体MH2MH2O1/2O2脱氢酶氧化酶

第12页：乳酸等第一节生成ATP的氧化体系

乳酸等第一节生成ATP的氧化体系

第13页：线粒体呼吸链第一节生成ATP的氧化体系

线粒体呼吸链第一节生成ATP的氧化体系

第14页：

第15页：呼吸链组分的排列顺序

呼吸链组分的排列顺序

1. NADH氧化呼吸链
2. FADH2氧化呼吸链（组成、顺序、作用、汇合点）

• 呼吸链的组成

1. NAD+
2. FAD、FMN（黄素蛋白的辅酶）
3. CoQ4、铁硫蛋白
4. 细胞色素体系（b、c1、c、aa3）递氢体递电子体（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）及其作用（泛醌）

• 主要的呼吸链返回
• 呼吸链

第16页：呼吸链组分的排列顺序

呼吸链组分的排列顺序

1. 电子传递链中各组分标准还原电位
2. 电子传递链中电子从还原电位低的组分向还原电位高的传递。Ｅ°'低的化合物失电子能力强，处于呼吸链前端；Ｅ°'高的化合物得电子能力强，处于呼吸链后端。而分子氧Ｅ°’数值最大, 处于末端。

• 呼吸链

第17页：CoQc1caa3O2O2-

CoQc1caa3O2O2-

• CoQc1caa3O2O2-FMNNADH（2H）（2H）2e2H+Cyt-bH2ONADHCyt-bc1caa3H2OFADHFMNCoQO2（Fe-S-Pr）（Fe-S-Pr）FADH（Fe-S-Pr）功能上相关的传递体结合成四种脂溶性复合体，按一定顺序排列于线粒体内膜复合体Ⅰ：NADH-泛醌还原酶复合体Ⅱ：琥珀酸-泛醌还原酶复合体Ⅲ：泛醌-细胞色素c还原酶复合体Ⅳ：细胞色素c氧化酶（2H）（2e）

第18页：主要的呼吸链NADH呼吸链FAD呼吸链

主要的呼吸链NADH呼吸链FAD呼吸链

• 呼吸链返回呼吸链电子的传递

第19页：氧化磷酸化

氧化磷酸化

• 概述
• 氧化磷酸化偶联机制
• 氧化磷酸化偶联部位

第20页：高能磷酸化合物ATP的形成ATP形成的两

高能磷酸化合物ATP的形成ATP形成的两

• 高能磷酸化合物ATP的形成ATP形成的两种方式：氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)底物水平磷酸化(substrate phosphorylation)概述二.氧化磷酸化

第21页：3-磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸+

3-磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸+

• 3-磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸+ADP3-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琥珀酸硫激酶琥珀酰辅酶A+Pi+GDP 琥珀酸+辅酶A+GTP1.底物水平磷酸化──底物分子内部能量重新分布形成高能键伴有ADP磷酸化生成ATP的作用。二.氧化磷酸化

第22页：氧化磷酸化代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧

氧化磷酸化代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧

1. 氧化磷酸化代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水(放能)的同时，AH2C D E F GO2H2OADP + PiATPADP + PiATP能量能量即氢的氧化与ADP的磷酸化反应偶联发生，称氧化磷酸化释放能量用以使ADP磷酸化生成ATP（吸能），2HB二.氧化磷酸化

第23页：P/O比

P/O比

• 氧化磷酸化的偶联部位

1. 自由能变化△Ｇ°'=-ｎＦ△Ｅ°'电子转移数目标准电位差法拉弟常数96,478库伦(或96.556 kJ/mol)
2. ATP形成部位二.氧化磷酸化

第24页：P/O比消耗氧与无机磷形成有机磷的比值称

P/O比消耗氧与无机磷形成有机磷的比值称

1. P/O比消耗氧与无机磷形成有机磷的比值称为P/O比值，即P/O比值为每消耗1克原子氧所消耗的无机磷的克原子数。代谢物脱氢以NAD+作为受氢体时，P/O比值为3，即生成3个ATP；而代谢物以FAD作为受氢体时，P/O比值为2，即生成2个ATP。二.氧化磷酸化

第25页：ADP+Pi→ATPFADH2ADP+

ADP+Pi→ATPFADH2ADP+

• ADP+Pi→ATPFADH2ADP+Pi→ATP0.33v-63.7kJ/mol0.58v-110kJ/molNADH→FMN→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O20.31v-59.8kJ/molADP+Pi→ATP+H2O3.ATP形成部位NADH至泛醌细胞色素b至细胞色素c细胞色素a3至分子氧琥珀酸等脱氢时不经NAD传递，绕过了NADH →CoQ一步，所以只形成2 分子ATP。二.氧化磷酸化

第26页：氧化磷酸化偶联机制来自中间代谢物的还原当

氧化磷酸化偶联机制来自中间代谢物的还原当

• 氧化磷酸化偶联机制来自中间代谢物的还原当量经电子传递链传递给氧生成水时，释放大量能量，这些能量推动ADP磷酸化成ATP。

1. 化学渗透学说
2. ATP合酶二.氧化磷酸化

第27页：化学渗透学说呼吸链的电子传递体系是一个主

化学渗透学说呼吸链的电子传递体系是一个主

化学渗透学说呼吸链的电子传递体系

一个主动转移H+体系，使形成一个跨膜的H+梯度。这个电化学质子梯度中就蕴藏着能量，通过ATP酶可用以合成ATP。图5-9图二.氧化磷酸化

第28页：ATP合酶(ATP Synthase)

ATP合酶(ATP Synthase)

1. ATP合酶(ATP Synthase)ATP合酶又称复合体Ⅴ，有合成ATP的功能。

• ATP合酶的结构
• ATP合酶工作机制
• 氧化磷酸化偶联机制

第29页：抑制剂

抑制剂

• ADP的调节作用
• 甲状腺激素
• 线粒体DNA突变

1. 呼吸链抑制剂
2. 解偶联剂
3. 氧化磷酸化抑制剂

• 影响氧化磷酸化的因素

第30页：抑制剂

抑制剂

• 呼吸链抑制剂
• 解偶联剂
• 氧化磷酸化抑制剂2,4－二硝基酚（DNP）三.影响氧化磷酸化的因素寡霉素

第31页：解偶联剂

解偶联剂

解偶联剂

2,4－二硝基酚（DNP）使氧化与磷酸化偶联过程脱离，电子传递照常进行，但ADP不能磷酸化成ATP。机制：呼吸链传递电子时泵出的H+不经ATP合酶的F0质子通道回流，而通过线粒体内膜中其他途径返回，破坏了跨膜H+梯度的形成。

• 抑制剂三.影响氧化磷酸化的因素

第32页：

第33页：解偶联动画

解偶联动画

第34页：氧化磷酸化抑制剂既抑制氧的利用又抑制

氧化磷酸化抑制剂既抑制氧的利用又抑制

1. 氧化磷酸化抑制剂既抑制氧的利用又抑制ATP的形成，但不直接抑制电子传递链上载体的作用。

• 抑制剂三.影响氧化磷酸化的因素

第35页：ADP的调节作用

ADP的调节作用

• 甲状腺激素（T3）
• 线粒体DNA突变三.影响氧化磷酸化的因素返回[ ADP]增高，氧化磷酸化加快。T3诱导Na+,K+-ATP酶生成→ADP↑→氧化磷酸化↑T3→使解偶联蛋白基因表达增加→耗氧及产热↑ mtDNA突变→影响呼吸链有关的基因及其表达→影响氧化磷酸化

第36页：ATP1．高能化合物和高能磷酸键

ATP1．高能化合物和高能磷酸键

1. 高磷磷酸化合物的转化
2. 磷酸肌酸的生成
3. ATP循环

第37页：高能化合物和高能磷酸键化合物进行标准代谢

高能化合物和高能磷酸键化合物进行标准代谢

1. 高能化合物和高能磷酸键化合物进行标准代谢反应时伴随的标准自由能变化(△G°’) ≧ATP水解成ADP的标准自由能变化的化合物称为高能化合物。pH7.0条件下，ATP水解为ADP和磷酸时，其△G°’ =30.5kJ/molATP

第38页：

第39页：自由能指一个反应体系中能够做功的那一部分

自由能指一个反应体系中能够做功的那一部分

• 自由能指一个反应体系中能够做功的那一部分能量。化学反应中自由能的变化决定了反应是释能还是吸能。△G<0的反应才能自发进行，为放能反应。△G>0时，反应不能自发进行，须吸能进行。25℃、1个大气压、反应物浓度为1M的反应系统的自由能变化称为标准自由能变化（△G°），生化中常采用pH=7.0时的标准自由能变化△G°'。

第40页：⑴提供物质代谢和生命活动时所需的能量

⑴提供物质代谢和生命活动时所需的能量

1. 高能磷酸化合物的转化⑵转移生成其它三磷酸核苷UDP UTPGDP GTPATP ADP～PCDP CTP⑶转移生成第二信使(cAMP)参与Gn合成参与磷脂合成参与Pr合成ATP cAMP

第41页：磷酸肌酸的生成ATP+C(肌酸）C

磷酸肌酸的生成ATP+C(肌酸）C

1. 磷酸肌酸的生成ATP+C(肌酸）C KADP+C～P

第42页：ATP循环物质氧化分解时释放能量使

ATP循环物质氧化分解时释放能量使

1. ATP循环物质氧化分解时释放能量使ADP磷酸化生成ATP；而ATP水解释能并放出一个磷酸基团后又变回ADP的不断循环反应过程。ATP循环是生物体内能量转换的基本方式

第43页：营养物分解H++e1/2O2氧化磷酸化

营养物分解H++e1/2O2氧化磷酸化

• 营养物分解H++e1/2O2氧化磷酸化PiATPADPPi生物合成肌肉收缩信息传递离子转运图ATP循环

第44页：生物体内能量的储存和利用

生物体内能量的储存和利用

生物体内能量的储存和利用

以ATP为中心ADPATP氧化磷酸化底物水平磷酸化～P机械能（肌肉收缩等）渗透能（物质运输）化学能（合成代谢）电能（生物电）热能（维持体温）～P肌酸磷酸肌酸

第45页：通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性

通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性

• 通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性较高，而内膜对物质的通过则有严格的选择性。
• 胞液中NADH的氧化１．α-磷酸甘油穿梭作用（脑和骨骼肌）通过这个穿梭机制，一对氢原子只能生成2个ATP。２．苹果酸－天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌）
• 腺苷酸转运蛋白图7-11
• 线粒体蛋白质的跨膜转运

第46页：第二节其他氧化体系

第二节其他氧化体系

• 需氧脱氢酶和氧化酶
• 过氧化物酶体中的氧化酶类
• 超氧化物歧化酶
• 微粒体中的氧化酶类

第47页：氧化酶类催化代谢物脱氢氧化

氧化酶类催化代谢物脱氢氧化

• 氧化酶类催化代谢物脱氢氧化，并以氧分子为受氢体生成H2O。其辅基中常含有金属离子如铁或铜。
• 需氧脱氢酶和氧化酶

第48页：脱氢酶类

脱氢酶类

1. 需氧脱氢酶催化代谢物脱氢并以氧为受氢体，产物为H2O2。辅基为FMN或FAD。
2. 不需氧脱氢酶催化代谢物脱氢但不以氧为受氢体，而以其辅基作为直接受氢体。辅基可为NAD+、NADP+、FMN、FAD。

• 需氧脱氢酶和氧化酶

第49页：过氧化物酶体中的氧化酶类过氧化氢的生成需

过氧化物酶体中的氧化酶类过氧化氢的生成需

• 过氧化物酶体中的氧化酶类过氧化氢的生成需氧脱氢酶可催化产物之一为H2O2。O2 O2-H2O2 HO· H2O+e +e +e +e+2H++H+超氧化阴离子H2O2对机体有双重作用：参与杀菌；参与生物合成；是强氧化剂，对细胞有毒害作用

第50页：过氧化氢酶（触酶）过氧化氢酶2H2O2

过氧化氢酶（触酶）过氧化氢酶2H2O2

• 过氧化氢酶（触酶）过氧化氢酶2H2O2 2H2O+ O2过氧化物酶R + H2O2 RO + H2O过氧化物酶RH2+ H2O2 R + 2H2O
• 过氧化物酶体中的氧化酶类
• 过氧化物酶

第51页：O2-+ O2-+ 2H+H2O2+

O2-+ O2-+ 2H+H2O2+

• O2-+ O2-+ 2H+H2O2+ O2(SOD)
• 超氧化物歧化酶H2O22GSH或ROOHH2O或ROH+H2O G-S-S-G谷胱甘肽过氧化物酶谷胱甘肽还原酶NADP+NADPH+H+

第52页：微粒体中的氧化酶类主要催化许多脂溶性药物

微粒体中的氧化酶类主要催化许多脂溶性药物

• 微粒体中的氧化酶类主要催化许多脂溶性药物和毒物的氧化，与体内正常代谢物的氧化也有密切关系。
• 单加氧酶
• 双加氧酶催化直接将氧加到底物分子上的反应。

第53页：微粒体中的氧化酶类

微粒体中的氧化酶类

• 单加氧酶催化在底物分子中加1个氧原子的反应。又称羟化酶或混合功能氧化酶。其反应通式为：RH + NADPH+H+ + O2ROH + NADP+ + H20

第54页：

第55页：双加氧酶催化2个氧原子直接加到底物分子特

双加氧酶催化2个氧原子直接加到底物分子特

• 双加氧酶催化2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。其反应通式为：R=R’ + O2R=O + R’=O
• 微粒体中的氧化酶类

第56页：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）HH＋

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）HH＋

1. 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）HH＋返回

• 呼吸链的组成

第57页：黄素蛋白的递氢作用是通过其辅基中的异咯嗪

黄素蛋白的递氢作用是通过其辅基中的异咯嗪

黄素蛋白的递氢作用

通过其辅基中的异咯嗪基环的氧化还原过程进行的。

黄素蛋白黄素蛋白的辅基有两种

FMN：黄素单核苷酸FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸返回

• 呼吸链的组成

第58页：CH2OPO32-CH2OPO32-

CH2OPO32-CH2OPO32-

• CH2OPO32-CH2OPO32-HH+2H-2HFMN醌型或氧化型FMNH2氢醌型或还原型黄素蛋白的递氢作用是通过其辅基中的异咯嗪基环的氧化还原过程进行的。HHHH

第59页：CoQ又称泛醌

CoQ又称泛醌

1. CoQ又称泛醌，可在膜内流动，是线粒体中唯一不与蛋白结合的电子载体。由于分子中苯醌结构能可逆地加氢和脱氢,所以起到传递氢的作用。返回

• 呼吸链的组成

第60页：铁硫蛋白的辅基是铁硫簇

铁硫蛋白的辅基是铁硫簇

铁硫蛋白的辅基

铁硫簇，其中的铁原子可以接受或失去电子，其功能是将FMN或FAD的电子传递给泛醌。Fe3++ e Fe2+

1. 铁硫蛋白返回

• 呼吸链的组成

第61页：细胞色素是呼吸链中一类传递电子的色素蛋白

细胞色素是呼吸链中一类传递电子的色素蛋白

细胞色素

呼吸链中一类传递电子的色素蛋白，其色素辅基含铁卟啉。细胞色素的递电子作用是通过其辅基铁卟啉中的铁可逆地进行氧化还原实现的。Cyt-Fe3++eCyt-Fe2+每分子细胞色素每次传递一个电子。电子传递链中的细胞色素传递电子顺序为b→c1→c→a→a35.细胞色素体系返回

• 呼吸链的组成

第62页：

第63页：

第64页：呼吸链复合体和两条呼吸链返回

呼吸链复合体和两条呼吸链返回

• 呼吸链

第65页：复合体Ⅰ

复合体Ⅰ

1. 复合体Ⅰ，NADH-泛醌还原酶：将电子从NADH传递给泛醌。其辅基成分FMN起递氢作用铁硫蛋白传递电子辅酶Q不固定在膜中，在复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅱ、Ⅲ之间传递氢

第66页：复合体Ⅱ

复合体Ⅱ

1. 复合体Ⅱ，琥珀酸-泛醌还原酶催化电子从琥珀酸传递给泛醌。其辅基包括FAD铁硫蛋白

第67页：复合体Ⅲ

复合体Ⅲ

1. 复合体Ⅲ，泛醌-细胞色素c还原酶将电子由泛醌传递给细胞色素c其辅基包括细胞色素b和c1铁硫蛋白

第68页：复合体Ⅳ

复合体Ⅳ

复合体Ⅳ

细胞色素c氧化酶将电子由细胞色素c传给分子氧。由Cyta、a3及2个铜原子组成其氧化还原的中心。aa3合称为细胞色素氧化酶。

第69页：图5-9 电子传递与ATP合成概图电子传

图5-9 电子传递与ATP合成概图电子传

• 图5-9 电子传递与ATP合成概图电子传递给氧时释出的能量，推动质子转运至内膜胞液面，形成电化学梯度，当H+顺梯度回至内膜基质面时，释出的能量供ADP磷酸化成为ATP。内膜胞液基质电子传递链eO2-H+H+ADP+PiATP

第70页：

第71页：化学渗透学说（电子传递与质子转移）

化学渗透学说（电子传递与质子转移）

• 化学渗透学说（电子传递与质子转移）A、B为电子传递链组分；S为底物膜间隙线粒体内膜基质SH2ASAH22B2H+2B-1/2O2+2H+H2O

第72页：图7－12 化学渗透学说质子梯度模式图膜

图7－12 化学渗透学说质子梯度模式图膜

• 图7－12 化学渗透学说质子梯度模式图膜间隙线粒体内膜基质NADH+H+NAD+aCuQH2b5622e b566QH21/2O2+2H+H2O2H+2H+FeS2e FeS2H+2H+2eFeS2H+FMNH2a3Cuc1c

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第81页：图7-6 ATP合酶的工作机制β亚基有结

图7-6 ATP合酶的工作机制β亚基有结

• 图7-6 ATP合酶的工作机制β亚基有结合ADP和Pi的位点。利用H+回流时释出的能量，β亚基变构并将ADP与Pi合成ATP。ATP的释放也需能量，释出ATP后β亚基恢复原来构象。H+HOH第一步第二步H+ATPH+ADP+Pi第三步

第82页：线粒体内膜的载体转运系统A-

线粒体内膜的载体转运系统A-

• 线粒体内膜的载体转运系统A-、B-为带负电荷的化合物外（胞液）线粒体内膜内（基质）A-B-载体

第83页：表7-5 线粒体内膜的主要转运载体载体功

表7-5 线粒体内膜的主要转运载体载体功

• 表7-5 线粒体内膜的主要转运载体载体功能胞液线粒体基质α-酮戊二酸苹果酸α-酮戊二酸酸性氨基酸载体谷氨酸天冬氨酸腺苷酸载体ADP ATP磷酸盐载体H2PO4-H+ H2PO4-H+丙酮酸载体丙酮酸OH-三羧酸循环苹果酸柠檬酸碱性氨基酸载体鸟氨酸瓜氨酸肉毒碱载体脂酰肉碱肉碱

第84页：CH2OHC=ONADH+H+CH2O-

CH2OHC=ONADH+H+CH2O-

• CH2OHC=ONADH+H+CH2O-QH21/2O2磷酸二羟丙酮FADFeS2～PCH2OHNAD+CHOHQH2OCH2O-α-磷酸甘油胞液线粒体膜基质图7-9α-磷酸甘油穿梭PP

第85页：图7-10 苹果酸-天冬氨酸穿梭胞液内膜

图7-10 苹果酸-天冬氨酸穿梭胞液内膜

• 图7-10 苹果酸-天冬氨酸穿梭胞液内膜基质NADH+H+NAD+草酰乙酸苹果酸苹果酸载体α-酮戊二酸α-酮戊二酸NAD+NADH+H+草酰乙酸谷氨酸天冬氨酸1/2O2H2O载体天冬氨酸谷氨酸

第86页：图7-11

图7-11

• 图7-11 ATP、ADP、Pi的转运磷酸盐载体腺苷酸载体H2PO4-H+ADP3-ATP4-H2PO4-H+ADP3-ATP4-胞液线粒体内膜基质H2O

第87页：复习思考题叙述呼吸链的组成及递氢递电子顺

复习思考题叙述呼吸链的组成及递氢递电子顺

• 复习思考题叙述呼吸链的组成及递氢递电子顺序、氧化磷酸化偶联部位。

第88页：再见！

再见！