第6章--代谢总论与生物氧化

种还原酶。
还 氧 原 化
（2） 黄素脱氢酶类－－以FMN或FAD为辅基的 脱氢酶类 该类酶也属不需氧脱氢酶，催化代谢物脱下 一对H原子，使FMN或FAD还原为FMNH2或 FADH2。 FMN和FAD是比NAD+或NADP+ 更强的 氧化剂。
R N N
1
R + 2H CH3 CH3 N H N C O
1. 活体内(in vivo)与活体外实验(in vitro) 2. 同位素示踪法 3. 代谢途径阻断法 4. 遗传缺欠症及动物模型等方法
三、 生物体内能量代谢的基本规律 自由能：生物体（或恒温恒压）用以作功的能 量。在没有作功条件时，自由能转变为热能丧 失。
熵：混乱度或无序性，是一种无用的能。
ΔG = ΔH - TΔS 对于 A + B ←→ C + D ΔG°= - 2.303 RT lgK K = [C][D] / [A][B]
电子传递链各组份的排列顺序
膜间隙（外）
琥珀酸
基质（内）
延胡 索酸
外膜
膜间隙
琥珀 延胡索 酸 酸
基质
化学势差 质子驱动力 推动ATP合 成
电势差 内负
内碱
内 膜
1）NADH泛醌还原酶 简写为NADHQ还原酶, 即复合物I，其作用是 催化NADH的氧化脱氢以及Q的还原。所以它既 是一种脱氢酶，也是一种还原酶。
第五章
第一节
第二节
新陈代谢总论与生物氧化
新陈代谢总论
生物氧化
第一节
一、
新陈代谢总论
生物小分子合成为 生物大分子
新陈代谢的概念
合成代谢 （同化作用）
需要能量 新陈代谢 释放能量 分解代谢 （异化作用） 生物大分子分解为 生物小分子 能量 代谢 物质代谢
新陈代谢的共同特点： 1. 由酶催化，反应条件温和。 2. 诸多反应有严格的顺序，彼此协调。 3. 对周围环境高度适应。 二、 新陈代谢的研究方法
氧化酶 还原型
递电子体 Cyt b, c1, c, aa3
½ O2
M
还原型(2H) 2e 2H+
氧化型
O2-
H2O
（一）呼吸链 1、概念 代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后， 经一系列传递体，最后（将质子和电子）传 递给氧而生成水的全部体系，称呼吸链 (respiratory chain)。此体系也称电子传递 体系或电子传递链(electron transfer chain)。 由于参与这一系列催化作用的酶和辅酶 及中间传递体在膜（原核细胞膜、真核线粒 体内膜）上一个接一个地构成了链状反应， 故常将这种形式的氧化过程称为呼吸链。
3、呼吸链的组成 （1）烟（尼克）酰胺脱氢酶类－－以NAD+或 NADP+为辅酶的脱氢酶，已知的有200多种
该类酶均为不需氧脱氢酶，即不以氧为直接 受氢体。在这类酶的作用下，代谢物脱下的氢被 其辅酶接受而转变为NADH或NADPH；当有受H 体存在时， NADH或NADPH上的H可被脱下而氧 化为NAD+或NADP+。所以它既是一种脱氢酶，也是一
ATP ＋ H2O → ADP ＋ Pi 其ΔG0′= - 30.51kJ／mo1； 当ADP ＋ Pi → ATP时， 也需吸收30.51kJ／mol的自由能 磷酸肌酸（脊椎动物）和磷酸精氨酸（无脊椎动 物）是能量的贮存形式
肌酸磷酸 激酶
第二节
生物氧化
——有机物质在细胞内的氧化作用。又称组织呼 吸或细胞呼吸。
ATP合成酶
外膜
膜间隙
琥珀 延胡索 酸 酸
基质
化学势差 质子驱动力 推动ATP合 成
电势差 内负
内碱
内 膜
在电子传递过程中释放出大量的自由能， 使ADP磷酸化生成ATP，这是生物合成ATP的 基本途径之一。
实际上，生物体中能量获得的本质正是氢 的氧化。 2、呼吸链种类 根据代谢物上脱下的氢的初始受体不同， 在具有线粒体的生物中，典型的呼吸链有2种： NADH呼吸链：绝大部分分解代谢的脱氢 氧化反应通过此呼吸链完成 FADH2呼吸链：只能催化某些代谢物脱 氢， 不能使NADH或NADPH脱氢

QH2 + 2 Cyt c (Fe3+)
[ FeS ]
[ 2Fe – 2S ]
[ 4Fe – 4S ]
（4）辅酶Q类 是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。为一种 脂溶性醌类化合物，又名泛醌，简写为CoQ或Q。
O CH3O CH3O O CH3 (CH2CH C CH2)nH CH3
n=6-10
CoQ分子中的苯醌结构能可逆地加氢还原而形成 对苯二酚衍生物，故属于递氢体。但它不能从底 物接受氢，而是一种中间传递体。
( H ↔ H+ + e )
RH + O2 + 2H+ + 2e ↔ ROH + H2O （二）生物氧化的特点 1. 在细胞内，于体温、近于中性的含水环境中 由酶催化。
2. 能量逐步释放，部分存于ATP中。
3. 分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。
二、 生物氧化中CO2的生成 生物体内CO2的生成来源于有机物转变为含 羧基化合物的脱羧作用。 (1) 直接脱羧
Q (氧化型)
半醌式中间体 QH•
CoQ也是呼吸链中 唯一一个和蛋白质结合 不紧的传递体（辅酶）， 这使它在黄素蛋白类和 细胞色素类之间能够作 为一种特殊灵活的电子 载体起作用。
QH2 还原型
（5）细胞色素类－－一类含有血红素辅基的电子 传递蛋白的总称 细胞色素主要是通过Fe3+ + e Fe2+ 的互变 起传递电子的作用。 线粒体电子传递链至少含有5种细胞色素：a 、 a3 、b、c、c1。 各种细胞色素的辅基结构略有不同。 a a3 、 b、c1中卟啉Fe与蛋白质非共价结合， c 的辅基与 蛋白质以硫醚键共价结合。
CH3 CH3
10
N
C O - 2H NH C O
N H
C NH O
FMNH2或FADH2可进一步将电子转移给辅酶Q。
(3)铁硫蛋白类（简写为Fe-S ）
铁硫蛋白(Fe-S)是一类与电子传递有关的非血 红素铁蛋白，其作用是借铁的变价互变进行电子 传递: Fe3+ + e Fe2+ 因铁硫蛋白的活性部分含有活泼的硫和铁原子， 故称铁硫中心。 铁硫蛋白在生物界广泛存在。在线粒体内膜 上常与黄素酶或细胞色素结合成复合物而存在。 在从NADH到氧的呼吸链中，有多个不同的铁硫中 心，有的在NADH脱氢酶中，有的与细胞色素 b及 c1有关。 铁硫蛋白有几种不同的类型，可概括为3类：
典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的顺序是： b → c1 → c → aa3 → O2。
Cyt a和a3组成一个复合体，二者无法分开，除 了含有铁卟啉外，还含有铜原子。Cyt a a3可以 直接以O2为电子受体，所以a a3又称细胞色素c 氧化酶。 a与a3之间的两个铜离子，起电子传递作用：发 生Cu+ Cu2+ 的互变，将Cyt c所携带的电子传 递给O2。 b、 c1 、 c、a －－卟啉Fe与环及蛋白形成6个配 位键：4个与Fe，1个与His，1个与蛋白链中Met 形成。 a3－－卟啉Fe与环及蛋白形成5个配位键（不与 Met形成）, 空一个配位键与O2，CO，CN等结 合，其正常功能是与O2结合。

4H+
CoQH2
复合物Ⅱ
2e
复合物 Ⅲ
复合物 Ⅲ
复合物Ⅱ
膜间隙 （正）
基质 (负)
琥珀酸
延胡索酸
3）泛醌细胞色素c还原酶

简写为QH2-Cyt c还原酶, 即复合物III, 它是线 粒体内膜上的一种跨膜蛋白复合物，其作用是 催化还原型QH2的氧化和细胞色素c（Cyt c） 的还原。
QH2-Cyt c 还原酶

NADH + Q + H+
NADHQ还原酶
NAD+ + QH2

NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体 之一。 NADHQ还原酶是线粒体内膜上最大的一个蛋白质复 合物。最少含有34条多肽链，分别由核和线立体两个基 因组编码。它的活性部分含有辅基FMN和铁硫中心。 FMN的作用是接受脱氢酶脱下的电子和质子，形成还 原型FMNH2。还原型FMNH2可通过铁硫中心进一步将 电子转移给Q。
MH2 NADH -0.32 FMN -0.30 FAD -0.18
c1 aa3 c CoQ b +0.10 +0.07 +0.22 +0.25 +0.29
O2 +0.816
抑制剂：
鱼藤酮 安密妥
抗霉素A
氰化物，CO, 叠氮化合物
电子传递抑制剂:能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质。 各组分Eº ： ′ 低 高 ∆ Gº ′：逐步降低 放能 电子迁移方向：低电位 高电位
乙酰辅酶A – 31.4 kJ/mol
(2) 甲硫型高能化合物 （例）
– 41.8 kJ/mol
ATP的特殊作用 NH2

-

O O -P - O
~

N
N N H
O O-P - O
~
O HN O-P-O-CH2 O - O OH
-H
OH
ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂 作用：是能量的携带者或传递者，而非贮存者， 是能量货币
血红素B
血红素C
血红素A
NADH呼吸链顺序：
NADH-FMN-CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O2
FADH2呼吸链顺序：
FADH2 -CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O2或 琥珀酸-FAD -CoQ-Cytb-c1-c-aa3- 1/2O2