Biological oxidationa 第8章　生物氧化 Biological oxidationa 主讲老师：王玉

8.1 概述 8.1.1 生物氧化的概念 糖 脂肪 ADP+Pi 蛋白质 能量 ATP 热能 8.1　概述 　8.1.1　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、蛋白质等在体内氧化分解最终生成CO2 和 H2O，并释放能量的过程。 糖 脂肪 蛋白质 CO2和H2O O2 能量 ADP+Pi ATP 热能

* 生物氧化的一般过程 乙酰CoA 氧化磷酸化 糖原 三酯酰甘油 蛋白质 葡萄糖 脂酸+甘油 氨基酸 CO2 ADP+Pi ATP 2H 三羧酸循环 CO2 ADP+Pi ATP 2H H2O 呼吸链

8.1.2 生物氧化的特点 生物氧化与体外氧化之相同点 生物氧化遵循氧化还原反应的一般规律； 8.1.2　生物氧化的特点 生物氧化与体外氧化之相同点 生物氧化遵循氧化还原反应的一般规律； 物质在体内外氧化时耗氧量、终产物（CO2, H2O）和释放总能量均相同

生物氧化与体外氧化之不同点 生物氧化 体外氧化 是在细胞内温和的环境中（体温，近中性pH，有水），在一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放； 底物脱氢，经一系列反应与氧结合生成H2O，有机酸脱羧生成CO2。 能量突然释放。 产生的CO2、H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。

8.2 线粒体氧化体系 呼吸链（respiratory chain） 8.2　线粒体氧化体系 呼吸链（respiratory chain） 代谢物脱下的氢经在线粒体内膜上按一定顺序排列的递氢体或电子传递体传递，与O2 结合生成H2O的完整体系，也称电子传递链（electron transfer chain）。 组 成：递氢体、电子传递体

* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。 呼吸链复合体 四种酶复合体 复合体 酶名称 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 * 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。

呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置 胞液侧 基质侧 线粒体内膜 Cytc Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅳ Q

8.2.1 呼吸链的主要组分 构成呼吸链的递氢体和电子传递体主要分为五类： 1．尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）或称辅酶I（CoI） 8.2.1　呼吸链的主要组分 构成呼吸链的递氢体和电子传递体主要分为五类： 1．尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）或称辅酶I（CoI） 　　为体内很多脱氢酶的辅酶，是连接代谢物与呼吸链的重要环节；分子中含尼克酰胺（即维生素PP） ,参与递氢作用。

2．黄素蛋白 　　黄素蛋白辅基有两种，一种为黄素单核苷酸（FMN），另一种为黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），两者均含核黄素（即维生素B2），在FAD、FMN分子中的异咯嗪环部分可以进行可逆的脱氢加氢反应。 FMN FMNH FMNH2

3． 铁硫蛋白 　　是存在于线粒体内膜上的一类与传递电子有关的蛋白质，其特点是铁硫蛋白中辅基铁硫簇（Fe-S）含有铁原子和硫原子。 铁硫蛋白由于铁的氧化、还原而达到传递电子作用。 Fe2+ Fe3+ +e -e

4．泛醌（ubiquinone,UQ或Q）亦称辅酶Q 　　为一脂溶性醌类化合物，带有一很长的侧链，是由多个异戊二烯（isoprene）单位构成的。 泛醌 泛醌H· 二氢泛醌

5． 细胞色素体系（cytochromes，cyt） 特 点：是一类含有铁卟啉辅基的蛋白，属于递电子体， 均有特殊吸收光谱而呈现颜色。 分 类：根据吸收光谱不同，参与呼吸链组成的细胞色素有 Cyta、 Cytb、Cytc三类。 线粒体内膜中有细胞色素b、c1、c、aa3。 　　细胞色素的铁卟啉辅基所含铁原子可有Fe2+←→Fe3++e的互变，因此起到传递电子的作用。

8.2.2　呼吸链中传递体的排列顺序 FADH2氧化呼吸链 NADH氧化呼吸链

1．根据呼吸链各组分的氧化还原电位，由低到高的排列顺序（电位低，容易失去电子）。 2．利用呼吸链各组分特有的吸收光谱。 3．利用特异的抑制剂阻断某一组分的电子传递，在阻断部位以前的组分处于还原状态，后面组分处于氧化状态。 4．体外重组呼吸链，鉴定四种复合体的组成和排列。

8.2.3 主要的呼吸链 1．两条氧化呼吸链 NADH氧化呼吸链： 由复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成。 琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）: 8.2.3　主要的呼吸链 1．两条氧化呼吸链 NADH氧化呼吸链： 　　　由复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ组成。 琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）: 　　　由复合体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成。

FADH2氧化呼吸链 NADH氧化呼吸链

8.2.4　ATP的生成、利用与储存

体内化合物的高能键形式主要有二类： 高能磷酸键：如三磷酸腺苷―ATP ~ 高能硫酯键：如乙酰CoA CH3−C~SCoA O =

高能磷酸键与高能磷酸化合物 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

生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心 糖 脂肪 蛋白质 CO2和H2O O2 能量 ADP+Pi ATP 热能

ATP ADP ATP的生成和利用（ATP循环） 肌酸 磷酸 ~P 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 ~P 机械能（肌肉收缩） 渗透能（物质主动转运） 化学能（合成代谢） 电能（生物电） 热能（维持体温） ADP 氧化磷酸化 底物水平磷酸化

（oxidative phosphorylation） ATP生成的方式 底物水平磷酸化（substrate-level phosphorylation） 定义： 　　底物分子内部能量重新分布，形成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。 氧化磷酸化 1，3-二磷酸甘油酸 + ADP 3-磷酸甘油酸 + ATP 磷酸烯醇式丙酮酸+ ADP 丙酮酸+ ATP 琥珀酰CoA + GDP + Pi 琥珀酸+ HS-CoA + GTP （oxidative phosphorylation） 定义： 代谢物脱下的氢经呼吸链传递生成水，同时逐步释放能量使ADP磷酸化生成ATP的过程称氧化磷酸化。

（一）电子传递链中产生ATP的部位 　　　（氧化磷酸化的耦联部位） 1） P/O 比值测定：物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP的摩尔数。 β-羟丁酸 抗坏血酸 细胞色素C（Fe2+） P/O=2.4~2.8 生成3ATP P/O=1.7 生成2ATP P/O=0.88 生成1ATP

氧化磷酸化偶联部位 2）计算各阶段所释放的自由能 NAD+~CoQ 0.33V 63.7KJ/mol 能 自由能变化 能否生成ATP ⊿G°′=-nF⊿E°′ 能否生成ATP （⊿G°′是否大于30.5KJ） 电位变化 （⊿E°′） 区段 NAD+~CoQ 　　　　0.33V　　　　63.7KJ/mol　　　　　　能 CoQ~Cytc　　　　0.31V　　　　59.8KJ/mol　　　　　　能 Cytaa3~O2　　　　　　0.58V　　　　110KJ/mol　　　　　　能 ATP 氧化磷酸化偶联部位

（二）氧化磷酸化的机制 化学渗透学说（chemiosmotic theory） 　　电子经呼吸链传递时，释放的能量可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧，产生膜内外电化学梯度（H+浓度梯度和跨膜电位差）。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP 。

外膜 内膜

ATP合酶 F1（亲水部分） 由α3 β3 γδε组成 催化生成ATP F0（疏水部分） 由3~￥个亚基组成。主要构成质子通道.

呼吸链抑制剂:阻断呼吸链中某些部位电子传递 （三）氧化磷酸化的抑制 呼吸链抑制剂:阻断呼吸链中某些部位电子传递 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

解偶联剂 　　　　—— 使氧化与磷酸化偶联过程脱离 特点：电子传递过程不受抑制； 　　　ADP的磷酸化受到抑制。 　　　由电化学梯度储存的能量以热能形式释放。 举例: 　　　二硝基苯酚　　解偶联蛋白

氧化磷酸化抑制剂： 　　对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用 例：寡霉素（oligomycin） 结合于ATP合酶F0亚基 的寡霉素敏感蛋（OSCP） 寡霉素

（四）胞液中NADH的转运 　　胞液中生成的NADH（如3-磷酸甘油醛脱氢反应，乳酸脱氢反应等）必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化 转运机制主要有： 　　α-磷酸甘油穿梭（glycerophosphate shuttle） 　　苹果酸-天冬氨酸穿梭（malate-asparate shuttle）

α-磷酸甘油穿梭

苹果酸-天冬氨酸穿梭

小结 2H 氢是如何氧化的 ATP是如何生成的 A AH2 脱氢酶 NADH+H+ （或FADH2 ） NAD+ （或FAD ） 呼吸链 ADP+Pi ATP 1/2O2 H2O 氧化过程 磷酸化过程 氧化磷酸化

8.3　非线粒体氧化体系

　　线粒体外（如内质网、微粒体等）的氧化不伴有ATP的生成，主要与药物、毒物或代谢物的生物转化有关