1、第八章 生物氧化（biological oxidation,第一节 概述,一、生物氧化的基本概念 生物氧化biological oxidation：物质在生物体内进行氧化，生成CO2+H2O+能量。糖、脂肪、蛋白质等 能量+CO2+H2O,乙酰CoA,二、生物氧化的特点:物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物（CO2，H2O)和释放能量均相同。,第二节 线粒体氧化系统,内,内,呼吸链（respiratory chain）定义：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。参与这一电子传递过程的酶系，（与细胞呼吸有关），称为呼吸链。部位：线粒体内
2、膜,酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上。其中：传递氢的酶或辅酶称之为递氢体；传递电子的酶或辅酶称之为电子传递体。作用：传递电子（2H 2H+2e）呼吸链又称电子传递链(electron transfer chain),一、呼吸链的主要组分,1.尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+，辅酶I，CoI）尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADP+，辅酶II，CoII）作用：NAD+和NADP+是多种脱氢酶的辅酶；可逆的加氢和脱氢。,NAD+H+H+e=N
3、ADH+H+NADP+2H=NADPH+H+,NAD+和NADP+都含有尼克酰胺（VitPP),NAD+是连接代谢物与呼吸链的重要环节，接收从代谢物脱下的2H(2H+2e),传给黄素蛋白；胞液中NADH：进入线粒体内氧化。胞液中NADPH：1.是为合成代谢或羟化反应提供氢。2.转变为NADH。NADPH+H+NAD+NADP+NADH+H+,2.黄素蛋白（flavoproteins,FP)黄素蛋白的辅基（含VitB2)有两种：黄素单核苷酸（flavin mononucleotide,FMN)FMN+H2=FMNH2黄素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide,FA
4、D)FAN+H2=FADH2,FMN或FAD的功能基团是：异咯嗪环 异咯嗪环可以进行可逆的加氢和脱氢反应。,3.铁硫蛋白（递e体）,铁和硫构成活性中心（铁硫中心），各种铁硫pr所含Fe,S数目不同。,Fe2+Fe3+e,作用：传递电子(单电子传递体),铁硫蛋白,4.泛醌（ubiquinone,UQ)(辅酶Q,coenzyme Q,CoQ）,脂溶性醌类化合物脂溶性苯醌，带较长的多个“异戊间二烯”构成的侧链。CoQ+2 H+2e CoQH2*作用：传递2个H,5.细胞色素类(cytochromes.cyt),*作用：催化电子传递（依靠铁原子传递e)根据它们吸收光谱不同，参与呼吸链组成的细胞色素：细
5、胞色素a、bc三类（a，a3，b562，b566，c1，c）线粒体中多数Cyt与内膜结合紧密，但Cyt c结合疏松；Cyt a和a3形成寡聚体，含2个铜原子，可依靠铜化合价的变化，把e从a3传递氧。,由以下实验确定 标准氧化还原电位 拆开和重组 特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧,二、呼吸链中传递体的排列顺序,四种具有传递电子功能的酶复合体(complex),*泛醌 脂溶性，游离 Cyt c 水溶性，在内膜外侧。,*四种复合体在线粒体内膜上。,三、主要的呼吸链,1.NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）,NADH FMN CoQ Cytb 562,b566(Fe-S)(
6、Fe-S)Cytc1 Cytc Cytaa3 O2(Cu),1.*NADH氧化呼吸链：,*琥珀酸 FAD CoQ Cytb 562,b566(Fe-S)(Fe-S)Cytc1 Cytc Cytaa3 O2(Cu)琥珀酸脱氢酶-磷酸甘油脱氢酶脂酰CoA脱氢酶,2.*FADH2 呼吸链,NADH FMN(FeS)CoQ b562,b566 C1 C(FeS)aa3 O2,FAD(FeS)b560,琥珀酸,NADH氧化呼吸链,FADH2氧化呼吸链,四、ATP的生成、利用、储存生物氧化过程中释放的能量大约有40以化学能的形式储存于一些特殊的磷酸化合物中。(一)高能化合物与高能磷酸化合物高能磷酸键:磷酸
7、酯键水解时释放能量较多（21KJ/mol）,常用“P”符号表示。高能磷酸化合物:含有高能磷酸键的化合物。,ATP循环：ADP能通过底物水平磷酸化和氧化磷酸化过程生成ATP；ATP水解释放出一个磷酸基团又变成ADP，同时释放能量用于合成代谢和其它需能的生理活动，称之。ATP循环是生物体内能量转换的基本方式,（二）ATP 的生成,体内ATP形成的主要方式：底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation）氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）,底物水平磷酸化：物质代谢过程形成的高能磷酸基团转移给ADP形成ATP,这种合成ATP的方式称为底物磷
8、酸化。1,3 二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸琥珀酰CoA 琥珀酸,氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水时，释放能量，使ADP磷酸化生成ATP。叫氧化磷酸化。细胞内ATP形成的主要方式：需氧生物体内约95%的ATP来自氧化磷酸化。,(1)氧化磷酸化偶联部位-ATP生成的部位,PO比值指生物氧化过程中，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。,氧化磷酸化偶联部位,电子传递链自由能变化,（2）氧化磷酸化的偶联机理(略),化学渗透假说(chemiosmotic hypothes
9、is)电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。,(3)氧化磷酸化的抑制,a*电子传递抑制剂（呼吸链抑制剂）阻断呼吸链中某些部位电子传递，使氧化受阻，磷酸化无法进行。,鱼藤酮粉蝶霉素A异戊巴比妥,抗霉素A二巯基丙醇,CO、CN-、N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,b.解偶联剂（uncoupler）使氧化与磷酸化偶联过程脱离，即呼吸链的氧化作用正常进行，但ADP不能磷酸化形成ATP。二硝基苯酚、解偶联蛋白（棕色脂肪组织、骨胳肌、心肌线粒体内膜存在）,解偶联蛋白作用机制（棕色
10、脂肪组织线粒体）,Q,胞液侧,基质侧,解偶联 蛋白,c.氧化磷酸化抑制剂：对电子传递、ADP磷酸化均有抑制作用。寡霉素（oligomycin)与ATP合酶的F0亚基结合，阻止质子回流，抑制ATP产生，也抑制了电子传递。,（三）ATP的利用和储存,1ATP水解释放的能量：ATP ADP+Pi+能量ATP+AA AAAMP+PPi+能量,2ATP能量转移,（1）二磷酸核苷激酶的催化 ATP+UDP ADP+UTP ATP+CDP ADP+CTP ATP+GDP ADP+GTP（2）体内ATP消耗过多，ADP累积时，腺苷激酶 ADP+ADP ATP+AMP,3.储存形式 肌酸激酶肌酸+ATP 磷酸肌
11、酸+ADP（C）（CP）CP：是肌肉、脑组织中能量的一种储存形式。,五、线粒体外NADH的氧化 线粒体内生成的NADH,胞液中生成的NADH,胞浆中NADH的氧化,胞浆中NADH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-磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparate shuttle),1.-磷酸甘油穿梭机制,2.苹果酸-天冬氨酸穿梭机制,第三节 非线粒体氧化体系 The Others Oxidation Enzyme Systems,部位：过氧化物酶体、微粒体特点：在氧化过程中不偶联磷酸化，不生成ATP。,小结,两条呼吸链 ATP的产生部位、抑制剂阻断部位ATP的生成胞液NADH的氧化,