第8章 生物氧化

CH2CHCOOH
NH2
OH
酪氨酸
四、参与生物氧化的酶类
1、氧化酶类 例：L-氨基酸氧化酶，黄嘌呤氧化酶 2、脱氢酶类 以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶 以FMN或FAD为辅基的脱氢酶 脱氢酶的功能： ①在氧还反应中，催化氢和电子从一种底物转 移到另一种底物上；②是呼吸链的组分。


3、过氧化物氧化酶类
二、呼吸链的组分
COOH
2H
CH2CH2COOH 2H
SH 2 NAD
+
FMNH 2 2H CoQ Fe S
FAD Fe*S 复合物II Cytb - （琥珀酸脱氢酶） 2e
2+ 2C yt-Fe
2e
1 －O2 2
S
FMN NADH + H 2H Fe S
3+ 2C yt-Fe 2e 2H+ 复合物I （NADH-泛醌还原酶）
偶联机制


（1）线粒体内膜的电子传 递链是一个质子泵； （2）在电子传递链中，电 子由高能状态传递到低能状 态时释放出来的能量，用于 驱动膜内侧的H + 迁移到膜外 侧（膜对H + 是不通透的）。 这样，在膜的内侧与外侧就 产生了跨膜质子梯度 (pH) 和电位梯度（）；

（3）在膜内外势能差（pH 和）的驱动下，膜外高能 质子沿着一个特殊通道（ATP 酶的组成部分），跨膜回到膜 内侧。质子跨膜过程中释放的 能量，直接驱动ADP和磷酸合 成ATP。

3、用电子传递的抑制剂阻断电子传递某 一部位，检测每一种电子载体的氧化或 还原状态，从而确定电子传递体的顺序。
电子传递抑制剂： （呼吸链阻断剂） 选择性地阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质。
常见的呼吸链抑制剂的作用环节
FAD （Fe-S） NADH
FMN CoQ （Fe-S） ~P ADP→ATP
2、P/O和ADP形成ATP的部位
偶联部位：
NADH → CoQ Cyt b → Cyt c Cyt aa3 → O2
FAD （Fe-S） NADH
FMN CoQ （Fe-S） ~P ADP→ATP
Cyt b
Cyt c1
Cyt c
Cyt aa3
O2
~P ADP→ATP
~P ADP→ATP
(2) P/O比值
-
CoQH 2
O2-
H2O
2+ C yt-Fe Fe -S b Fe -S 3+ CoQH2 e - C yt-Fe 2
CoQ
2e
-
3+ C yt-Fe
2+ 2 e C yt-Fe
-
3+ C yt-Fe
2+ C yt-Fe
2e
1 －O2 2
c1
c
a
-
a3 O2- H2O
2+ C yt-Fe 2 e - C yt-Fe 3+
四、呼吸链组分顺序的研究

1、测定呼吸链各组分的标准氧还电位E0’

2、灵敏、快速分光光度测定法检测电子传递 体的氧化还原状态。
离体的线粒体在有氧条件下TCA反应达到平衡时，呼吸链 中各组分的还原程度
电子传 递体 NAD+ 黄素蛋 白 20 Cytb 16 Cytc 6 Cytaa3 1
53 还原程 度（%）
(3)离子载体抑制剂

缬氨霉素、短杆菌肽 作用：转运一价阳离子进入线粒体内膜 基质侧，中和基质侧负电荷，降低内膜 内外的电势差及离子浓度，减弱推动ATP 形成的质子推动力，从而抑制氧化磷酸 化。
（4）常见的呼吸链抑制剂
FAD （Fe-S） NADH
FMN CoQ （Fe-S） ~P ADP→ATP
(1)解偶联剂



如2.4一二硝基苯酚 作用：使电子传递和ATP形成两过程分离。 机理：作为一种质子载体，破坏跨膜的 H+梯度形成，ATP不能生成。
(2)氧化磷酸化抑制剂


如寡霉素 作用：既抑制氧的利用 又抑制ATP的生成，但 不直接抑制任何电子传 递体的作用。 解偶联剂可解除寡霉素 对氧利用的抑制t c1
Cyt c
Cyt aa3
O2
~P ADP→ATP 抗霉素A
~P ADP→ATP CO 氰化物
二硝基苯酚
六、氧化磷酸化的偶联机制

⑴化学偶联学说
⑵结构偶联学说
⑶化学渗透学说
化学渗透学说
英国P.Mitchell （1961年）

主要论点：呼吸链存在于线 粒体内膜之上，当氧化进行 时，呼吸链起质子泵作用， 质子被泵出线粒体内膜之外 侧，造成了膜内外两侧间跨 膜的化学电位差，后者被膜 上ATP合酶所利用，使ADP 与Pi合成ATP。
2、黄素脱氢酶类
NADH脱氢酶（FMN） NADH+H++E-FMN → NAD++ E-FMNH2 琥珀酸脱氢酶（FAD） 琥珀酸+ FAD → 延胡索酸+ FADH2
脂肪酰CoA脱氢酶 甘油-3-磷酸脱氢酶（线粒体内）
黄素单核苷酸 (FMN)
黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD)
FMN 和 FAD 都能传递氢，是递氢体。 如：FMN是NADH脱氢酶的辅基， FAD是琥珀酸脱氢酶 脂肪酰CoA脱氢酶
第8章
新陈代谢总论与生物氧化
一、高能磷酸化合物



高能化合物：水解时释放5千卡/mol及以上自 由能的化合物。 高能磷酸化合物：水解每摩尔磷酸基能释放5 千卡以上能量的磷酸化合物。 ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合 物。
几种常见的高能化合物
几种常见的高能化合物
ATP的特殊的作用
1、ATP是生物能存在的主要形式。 ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。 2、是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。 3、在磷酸基转移中的作用 。 Glc进入血液中，唯一出路是磷酸化。G-6-P是Glc的 一种活化形式。已糖激酶催化：Glc+ATP→G-6P+ADP。 3-磷酸甘油是甘油的活化形式，能参与脂肪合成。甘 油激酶：甘油+ATP→3-磷酸甘油+ADP。
4、铁硫蛋白(Fe-S)
铁硫蛋白是一种与电子传递有关的蛋白质 三类： ①含有单个Fe，但没有无机S ②含有2个Fe和2个无机S (2Fe-2S) ③含有4个Fe和4个无机S (4Fe-4S)

铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用
Fe 3+ Fe 2+
-e
+e
5、细胞色素类（电子传递体）
阿米妥 鱼藤酮 杀粉蝶菌素
Cyt b
Cyt c1
Cyt c
Cyt aa3
O2
~P ADP→ATP 抗霉素A
~P ADP→ATP CO 氰化物
二硝基苯酚

4、用去污剂温和处理线粒体内膜后用离子交 换法分离得4个复合物和F0F1，体外催化相应电 子传递：
复合物Ⅰ NADH→ CoQ 复合物Ⅱ 琥珀酸→ CoQ 复合物Ⅲ CoQ →CytC 复合物Ⅳ CytC →O2 F0F1（体外） ATP →ADP+Pi

二、生物氧化的概念


1、概念： 有机物质在生物体内的氧化作用，称为生物 氧化。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸 作用。在整个生物氧化过程中，有机物质最 终被氧化成CO2和水，并释放出能量。
生物氧化的特点及意义
1、反应条件温和（pH=7.4，T=37℃）。 2、生物氧化在活细胞中进行，一系列酶和电 子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐步释放 能量，转化成ATP。 3、物质的氧化主要是在脱氢酶的催化下以脱氢 （电子）的方式进行。底物脱氢（脱电子）， 再经一系列传递体传递至氧（O2）而生成水 （H 2 O）。
氧化磷酸化
一、线粒体内膜 是电子传递和氧化磷酸化部位
细胞线粒体的膜结构
线粒体结构
1、外膜（outer membrane）： 平滑、富有弹性，允许各种离子、小分子 通过，特有单胺氧化酶。
2、内膜（inner membrane） ：
（1）向内形成许多褶叠（嵴），用以增加内膜的表 面积。 （2）内表面排列着一层规则的球状颗粒（内膜球 体）。 （3）具有许多生物活性蛋白，嵌合在双层磷脂系统 中，不能自由移动。Cyt.aa3是内膜特有的标志酶.
过氧化物酶和过氧化氢酶 功能：保护细胞免受过氧化物（如H2O2和超氧化物）的损伤。 过氧化物酶 H2O2+AH2→ → → → A+2H2O 过氧化氢酶 2H2O2→ → → → O2+H2O

4、加氧酶类
催化O2直接转移或参入到一个特定的底物分子 之中，它们广泛参与体内多种代谢物的降解与 合成。
3+ 2+ C yt-Fe 2 e C yt-Fe
2H+ 复合物III （泛醌－细胞色素c还原酶） 复合物IV （细胞色素c氧化酶）
1、烟酰胺脱氢酶类
（NAD+、NADP+ 为电子受体） SH2+ NAD+ SH2+ NADP+

S+ NADH+H+
S+ NADPH+H+
NAD+：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，又叫CoⅠ， 主要作为呼吸链的一个组分，起递氢体作用； NADP+：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，又叫 CoⅡ，主要在还原性生物合成中作为供氢体。 二者的递氢部位是尼克酰胺部分，为Vit PP。
α- 磷酸甘油脱氢 酶（线粒体内含）的辅基。
这两种辅基的分子组成中都含有核黄素，其异咯嗪 部分具有 可逆地加氢和脱氢的特点。