生物氧化
生物化学 第8章 生物氧化
天冬 氨酸
①苹果酸脱氢酶
②天冬氨酸氨基转移酶
存在部位：肝脏、心肌组织
两种穿梭系统的比较
α-磷酸甘油穿梭 穿梭 物质 进入线粒 体后转变 成的物质 进入 呼吸链 α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 苹果酸-天冬氨酸穿梭 苹果酸、 谷氨酸 天冬aa、α-酮戊二酸
FADH2
琥珀酸 氧化呼吸链
NADH+ H+
NADH 氧化呼吸链
琥珀酸由琥珀酸脱氢酶催化脱下的2H经复合 体Ⅱ（FAD，Fe—S）使COQ形成COQH2， 再往下传递与NADH氧化呼吸链相同。（见 上图）
NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼 吸链总图
FADH2
NADH
FMN
CoQ
Cyt-b c1
c
aa3
O2 H2O
3、分别进入两条呼吸链的底物
苹果酸 异柠檬酸 β -羟丁酸 谷氨酸 NAD+ FMN 琥珀酸 FAD（Fe-S） CoQ b c1 c aa3 O2
10
血红素b、c1 Fe-S 血红素c 血红素a 血红素a3 Cu2+ O2
Q
Cytc
13
1
Cytc Cyta
Ⅳ
细胞色素C氧化酶
13
(一)尼克酰胺核苷酸类(NAD+)
NAD+ 和NADP+的结构
NAD+：R=H NADP+：R=PO32-
尼克酰胺核苷酸的作用原理
H
H H CONH 2
C CONH2 N R
AH2 2H(2H++2e)
吸 链
1 2 O2
H2O
氧化
A
ADP+Pi
能量 ATP 磷酸化
第八章生物氧化
27
2.黄素蛋白（flavin protein，FP）
黄素蛋白的辅基有两种：FMN和FAD， 其分 子中的异咯嗪环可以进行可逆的加氢和脱氢反应， 故黄素蛋白在呼吸链中属于递氢体，在加氢反应 时接收2个氢原子。
28
H3C H3C
N
CH 2 O H C OH H C OH H C OH
O PO O-
36
37
细胞色素c （Cytochrome C）
➢13kD球形蛋白 ➢唯一能溶于水的细胞色素 ➢流动电子载体，可在线粒 体内膜外侧移动
38
呼吸链中常见的几种蛋白质或酶
名称
特点
主要功能
黄素蛋白
以FAD或FMN为辅基 传递H和电子
铁硫蛋白
辅基为铁硫中心（Fe-S） 传递单个电子
泛醌（CoQ）
脂溶性，能在内膜中自 由扩散
ATP、热能
10ion and storage of ATP
ATP在能量代谢中的核心作用 ATP的生成
底物水平磷酸化 氧化磷酸化 ATP的储存和利用
11
一、 ATP在能量代谢中的核心作用
生物体能量代谢的特点：
1. 生物体不能承受能量大量增加、能量大量 释放的化学过程，所以代谢反应都是依序 进行，能量逐步得失的反应
⊿G′
(kcal/mol) (－14.8) (－12.3) (－11.8) (－10.3) (－7.3) (－7.5) (－6.6) (－6.6) (－5.0)
14
二、 ATP的生成 （一）底物水平磷酸化 定义：代谢物在氧化分解过程中，因脱氢或
脱水而引起分子内能量重新分布，产 生高能键，然后将高能键转移给ADP （或GDP）生成ATP（或GTP）的过 程，称为底物水平磷酸化(substrate phosphorylation)。
生物化学 第八章 生物氧化
第二节 线粒体氧化体系
一、呼吸链（respiratory chain） 二、呼吸链的组成成分和作用 三、呼吸链的蛋白质复合体 四、呼吸链中各组分的排列顺序
Go on~
一、呼吸链（respiratory chain）
• 呼吸链是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活 脱落后，经过一系列的传递体，最后传递 给被激活的氧原子，而生成水的全部体系。 • 在真核生物细胞内，它位于线粒体内膜上， 原核生物中，它位于细胞膜上。
功能：将底物上的氢激活
并脱下。
辅酶：NAD+或NADP+
NAD+ 和NADP+的结构
OR
NAD+：R=H NADP+：R=PO32-
尼克酰胺核苷酸的作用原理：
H
H H CONH 2
C CONH2 N R
+
+ H + e + H+
N R
+ H+
H
2H
H
e
H+
NAD(P)+
+2H
-2H
NAD(P)H+H+
Cys Cys
S S
Fe3+
S S
Fe3+S S来自Cys Cys+e-
Cys Cys
S S Fe3+
S S Fe2+
S S
Cys Cys
（4）泛醌（CoQ）
一种脂溶性的醌类化合物，其分子中的苯醌 结构能进行可逆的加氢反应，是氢传递体。
CoQ + 2H
CoQH2
（5）细胞色素（cytochrome,Cyt）
名词解释 生物氧化
名词解释生物氧化
生物氧化是生物体内利用氧气对食物中的有机物质进行能量代
谢的过程。
在此过程中，食物中的有机物质被分解为较小的分子，释放出能量并产生二氧化碳和水。
生物氧化包括三个主要的步骤：糖类的酵解、三羧酸循环和呼吸链。
糖类的酵解将糖分解为较小的分子，产生一定量的ATP。
三羧酸循环将这些小分子进一步分解，产生更多的ATP。
呼吸链将ATP的能量转化为化学能，最终产生水和二氧化碳。
生物氧化是生命维持的重要基础，对于维持生命和完成各种生物活动都至关重要。
- 1 -。
生物化学__生物氧化
生物氧化（一）名词解释1．生物氧化2．呼吸链3．底物水平磷酸化（一）名词解释1．生物氧化：生物体内有机物质氧化而产生大量能量的过程称为生物氧化。
生物氧化在细胞内进行，氧化过程消耗氧放出二氧化碳和水，所以有时也称之为“细胞呼吸”或“细胞氧化”。
生物氧化包括：有机碳氧化变成CO2；底物氧化脱氢、氢及电子通过呼吸链传递、分子氧与传递的氢结成水；在有机物被氧化成CO2和H2O的同时，释放的能量使ADP转变成ATP。
2．呼吸链：有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子，经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终与氧结合生成水，这样的电子或氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。
电子在逐步的传递过程中释放出能量被用于合成ATP，以作为生物体的能量来源。
3．氧化磷酸化：在底物脱氢被氧化时，电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP 磷酸化生成ATP的作用，称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解合成ATP的主要方式。
5．底物水平磷酸化：在底物被氧化的过程中，底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键（或高能硫酯键），由此高能键提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成A TP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。
此过程与呼吸链的作用无关，以底物水平磷酸化方式只产生少量ATP。
(二) 填空题1．生物氧化有3种方式：____脱氢_____、_脱电子__________和_____与氧结合_____ 。
2．生物氧化是氧化还原过程，在此过程中有___酶；______、______辅酶；___和_____电子传递体___ 参与。
7．生物体内高能化合物有___焦磷酸化合物；；；______、___酰基磷酸化合物______、____烯醇磷酸化合物；_____、__胍基磷酸化合物；_______、____硫酯化合物_____、______甲硫键化合物___等类。
8．细胞色素a的辅基是____血红素A；_____与蛋白质以_____非共价____键结合。
基础生物化学-生物氧化
内膜约含 80％的蛋白质，包括电子传递链和氧 化磷酸化的有关组分，是线粒体功能的主要 担负者 。 线粒体 的内腔 充满半流动的基质 （衬质），其中包含大量的酶类以及线粒体 DNA和核糖体。 线粒体基质酶类包括 TCA酶类、脂肪酸-氧化 酶类和氨基酸分解代谢酶类。
哺乳动物线粒体 DNA 为环状分子，编码包括 细胞色素氧化酶、细胞色素 b 和 F0 疏水亚基 在内的10多种蛋白质，约占内膜总蛋白质的 20％，其余的蛋白质均由核基因编码，在细 胞质中合成后运入线粒体。 线粒体内膜的内表面有一层排列规则的球形颗 粒，通过一个细柄与构成嵴的内膜相连接， 这就是ATP合酶(偶联因子F1-F0)。
6.1.1.3 生物氧化中CO2和H2O的生成 ① CO2的生成 代谢底物在酶的作用下经一系列脱氢、加水等 反应，转变为含羧基的化合物，经脱羧反应 生成CO2，包括直接脱羧和氧化脱羧。
② H2O的生成 生物氧化中底物脱下的氢与氧结合生成水。
6.1.2 生物氧化的自由能变化 6.1.2.1 自由能概念 生物体不能直接利用热能做动，在生命活动过 程中所需的能量都来自体内生化反应释放的 自由能。 自由能(free energy) ：在恒温、恒压条件下一 个体系可用于做有用功的能量。又称Gibbs自 由能，以G表示。
②黄素蛋白(flavoproteins) 与电子传递链有关的黄素蛋白有两种，分别以 FMN和FAD为辅基。
在FAD、FMN分子中的异咯嗪部分可进行可逆 的脱氢加氢反应。氧化型黄素辅基从NADH接 受两个电子和一个质子，或从底物(如琥珀酸) 接受两个电子和两个质子而还原： NADH+H++FMN=NAD++FMNH2 琥珀酸+FAD=延胡索酸+FADH2
第五章 生物氧化
结构中的异咯嗪环，在该环上可 以进行可逆地加氢或脱氢反应。
NADH脱氢酶
酶蛋白 FMN
琥珀酸脱氢酶 酶蛋白 FAD 脂肪酰COA 酶蛋白 FAD
特点
1、FMN与FAD的异咯嗪环第1位、第10位 两个N原子能够可逆的进行加氢还原， 脱氢氧化。 2、呼吸链中第二个递氢体。 3、传递了两个 氢原子。
A
BH2还原型
（二）生物氧化的特点
体内的生物氧化与体外的物质燃烧，在本 质上都属于氧化过程，都消耗O2，产生CO2 同时放出能量。但由于生物氧化是在生物 体内进行，氧化还原反应进行的环境、条 件、方式等都具有与体外燃烧不同的特点。
物
体内的生物氧化有H2O参加
（1）提供生物氧化的环境
琥珀酸- 泛醌还原酶
该复合物是将电子从琥珀酸
铁硫蛋白
FAD
泛醌
NADH-泛醌还原酶
复合体Ⅱ的功能
琥珀酸- 泛醌还原酶
3、复合体Ⅲ 泛醌细胞色素C还原酶 该复合物是将电子从 泛醌 Cytb Cytc1 Cytc 4、复合体Ⅳ 细胞色素氧化酶
该复合物是将电子从 Cytc Cytaa3
（3）不需氧脱氢酶 以NAD或NADP为辅酶脱氢酶
以FMN或FAD为辅基脱氢酶 以NAD或NADP为辅酶脱氢酶 乳酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶 柠檬酸脱氢酶 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶
以FMN或FAD为辅基脱氢酶
琥珀酸脱氢酶 NADH脱氢酶
2、作用方式：SH2
2H (四）其它酶类 1、加氧酶 加单氧酶 加双氧酶 2、过氧化氢酶 3、过氧化物酶
生物氧化的场所 线粒体 生物氧化 微粒体 生物氧化
生物氧化
2H+
2CytFe3+ 2CytFe2+
O2½ O2
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第三节 生物氧化和能量代谢
一 高能化合物和高能磷酸化和物 1. 高能化合物 体内的ATP等有机化合物在水解时可释放 出大量自由能，通常称为高能化合物或富含能量 的物质。换言之，所谓高能化合物是指化合物进 行水解反应时伴随的标准自由能变化（ΔG0’）等 于或大于ATP水解成ADP的标准自由能变化的化 合物。在PH7.0条件下，ATP水解为ADP和磷酸时， 其ΔG0’为-30.5KJ/mol。
22
5. 细胞色素体系（cytochromes,Cyt）
根据吸收光谱的不同可分为三类,即细胞色 素a,b,c（Cyta,Cytb，Cytc）。 线粒体的电子传递至少含有五种不同的细胞 色素：称为细胞色素b、c、c1、a、a3。 细胞色素b、c、c1辅基为血红素。 细胞色素a、a3不易分开，统称为细胞色素 aa3，其辅基为修饰过的血红素，称为血红素A， 唯一可将电子直接传递给氧的细胞色素，因此 又称为细胞色素氧化酶。
44
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2.氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）
氧化是底物脱氢或失电子的过程，电子 沿呼吸链向氧传递的过程中，逐步释放能 量——氧化放能；而磷酸化是ADP与Pi合成 ATP的过程——磷酸化吸能；这种氧化与磷酸 化两个过程紧密地偶联在一起形成ATP的过程 就是氧化磷酸化。氧化是磷酸化的基础，而 磷酸化是氧化的结果。如果只有代谢物的氧 化过程，而不伴随有ADP的磷酸化过程，则 称为氧化磷酸化的解偶联（uncoupling）.
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三.ATP在呼吸链中形成的部位
即氧化磷酸化的偶联部位，确定方法有： 1.P/O比值测定 P/O比值指在一定时间内，氧化磷 酸化过程中消耗一摩尔氧所消耗的无机 磷的摩尔数，或者说消耗一摩尔氧所生 成的ATP的摩尔数。
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For
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study and
research;
not for
commerci
al use
授课教师
授课班级授课章节第五章生物氧化
授课题目第一节线粒体氧化体系
第二节A TP的生成与能量的利用
第三节二氧化碳的生成
教学地点
第七教室
授课方式（请打√）理论课√讨论课□
实训课□其他□
课时
安排
2
授课
时间
教学分析生物化学是一门基础医学必修课程，是研究生物体内化学分子与化学反应的科学，主要采用化学的原理和方法从分子水平探讨生命现象的本质。
教学目标认知目标：（知识）
1、生物氧化、底物水平磷酸化、氧化磷酸化的概念
2、理解A TP的生成方式与流程
能力目标：（专业能
力、方法能力、社
会能力）
通过生物氧化中能量的变化，训练学生分析、理解、综
合解决问题的能力。
素质目标：联系生活实际，激发学习兴趣，养成良好的生活习惯。
教学重点：1、呼吸链
2、ATP的生成方式。
教学难点1、呼吸链中电子与氢的传递
2、A TP的生成方式
教学设计
利用讲授、讨论、多媒体课件、提问、测试、等教学手段给学生进行全方位分析本节课内容。
学法设计
将生活中的实际情况引入课堂，引起学生兴趣，并用讨论法激发学生学习热情，积极思考问题。
教学准备
人民卫生出版社《生物化学》第二版教材
教案、PPT、讨论话题
教学内容（任务）及过程设计教学组织、教学方法或采取的措施与手段和时间分配
导入:什么是生物氧化？
1.概念：营养物质在生物体内彻底氧化生成二氧化碳和水，并释放能量的过程称为生物氧化，也称为组织呼吸。
2、特点：
（1）反应条件温和，温度为37℃，pH近中性，有水参加，在酶
10min 导入新课讨论
5min
板书讲解
的催化下逐步进行
（2）逐步释放能量
（3）有机酸脱羧生成二氧化碳
（4）代谢物脱下的氢主要通过氧化呼吸链传递给氧生成水。
第一节线粒体氧化体系
一、呼吸链
1、概念
线粒体内膜中按一定顺序排列的一系列具有电子传递功能的酶复合体，可通过链锁的氧化还原将代谢物脱下的电子最终传递给氧生成水。
这一系列酶和辅酶称为呼吸链，又称电子传递链。
2、组成
氧化呼吸链由4种具有传递电子能力的复合体组成
酶复合体是线粒体内膜氧化呼吸链的天然存在形式，所含各组分具体完成电子传递过程。
电子传递过程释放的能量驱动H+移出线粒体内膜，转变为跨内膜H+梯度的能量，再用于ATP的生物合成。
复合体酶名称功能辅基
复合体ⅠNADH-泛醌还原酶FMN，Fe-S
复合体Ⅱ琥珀酸-泛醌还原酶FAD，Fe-S
复合体Ⅲ泛醌-细胞色素C还原酶血红素bL, bH, c1,
Fe-S
细胞色素c ? 血红素c
复合体Ⅳ细胞色素C氧化酶血红素a，a3，
CuA, CuB
二、呼吸链中氢和电子的传递
（1）NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
（2）琥珀酸氧化呼吸链
琥珀酸→复合体Ⅱ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
第二节 ATP的生成与能量的利用和转移
一、高能化合物
1.高能键
能释放大于 21 KJ/mol 能量的化学键，如高能硫酯键和高能磷酸键，以“ ”表示。
2.高能化合物：
含有高能键的化合物，如ATP、辅酶A、磷酸肌酸等。
二、ATP的生成方式20min
多媒体展示讨论
10min
多媒体展示板书
讨论
20min
多媒体
板书
讨论
15min
讨论
10min
(一)氧化磷酸化
是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP 磷酸化，生成ATP ，又称为偶联磷酸化。
(二)底物水平磷酸化
是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP 磷酸化生成ATP 的过程。
三、影响氧化磷酸化的因素 (一)抑制剂
1. 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。
如鱼藤酮、氰化物、CO 等。
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. ATP 合酶抑制剂 对电子传递及ATP 合酶均有抑制作用。
如寡霉素。
(二)甲状腺激素
使ATP 分解加速，Na+,K+–ATP 酶和解偶联蛋白基因表达均增加。
(三)ADP/ATP 比值的调节
1.比值增大，氧化加快，ATP 生成增加；比值减小氧化减慢，ATP 生成减少。
2.呼吸控制率：指离体线粒体实验中，底物量很大时，加入ADP 后的耗氧速率与加入前的耗氧速率之比。
四、ATP 的生成和利用 第三节 二氧化碳的生成
人体内CO2的生成来源于有机酸的脱羧反应。
根据脱去的羧基在有机酸分子中的位置不同，分为α-脱羧和β-脱羧两种；又根据脱羧是否伴有氧化，可分为单纯脱羧和氧化脱羧两种类型。
课堂小结：
本节主要学习了生物氧化的概念、特点，ATP 的生成方式。
课后作业及预习：
作业：1、课后习题
板书设计
本节课为多媒体教学，板书作为辅助。
主要分为三部分：一、书写标题和课程目标；二、书写本节课重难点；三、作为草稿板。
（教 学 反 思）
教
后
记
仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。
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Nur für den persönlichen für Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.
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以下无正文。