第六章生物氧化
第六章 新陈代谢总论与生物氧化

第六章新陈代谢总论与生物氧化一、解释名词1.生物氧化:2.有氧呼吸与无氧呼吸:3.呼吸链4.氧化磷酸化5. P/O比6.末端氧化酶二、是非题:1.物质在空气中燃烧和在体内的生物氧化的化学本质是完全相同的。
2.生物界NADH呼吸链应用最广。
3.当一个体系的熵值减少到最小时该体系处于热力学平衡状态。
4.在生物氧化体系内,电子受体不一定是氧,只要它具有比电子供体较正的E0′时呼吸作用就能进行。
5.各种细胞色素组分,在电子传递体系中都有相同的功能。
6.呼吸链中氧化还原电位跨度最大的一步是在细胞色素aa3-O2之间。
7.呼吸链细胞色素氧化酶的血红素辅基Fe原子只形成5个配位键,另一个配位键的功能是与O2结合。
8.解偶联剂的作用是解开电子传递和磷酸化的偶联关系,并不影响ATP的形成。
9.鱼藤酮不阻止苹果酸氧化过程中形成的NADH+H+通过呼吸链生成ATP10.寡霉素对氧消耗的抑制作用可被2,4-二硝基苯酚解除。
11.6—磷酸葡萄糖含有高能磷酸基团,所以它是高能化合物。
12.从低等单细胞生物到最高等的人类,能量的释放、贮存和利用都以ATP为中心。
13.ATP虽然含有大量的自由能,但它并不是能量的贮存形式。
14.ATP在高能化合物中占有特殊地位,它起着共同的中间体的作用。
15.有机物的自由能决定于其本身所含基团的能量,一般是越稳定越不活泼的化学键常具有较高的自由能。
16.磷酸肌酸是ATP高能磷酸基的贮存库,因为磷酸肌酸只能通过这唯一的形式转移其磷酸基团。
三、填空题1.生物体内形成ATP的方式有:⑴__________________、⑵___________________和⑶________________________。
2.代谢物在细胞内的生物氧化与在体外燃烧的主要区别是、和。
3.生物氧化主要通过代谢物的反应实现的,H2O是通过形成的。
4.化学反应过程中,自由能的变化与平衡常数有密切的关系,ΔG0′=。
6.在氧化还原反应中,自由能的变化与氧化还原势有密切的关系,ΔG0=。
第六章生物氧化

琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶
底物水平磷酸化的反应
§1 生成ATP的氧化磷酸化体系
二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸 化生成ATP偶联
(一)氧化磷酸化偶联部位在复合体Ⅰ、Ⅲ、 Ⅳ内
推测氧化磷酸化的偶联部位
测定P/O比值 自由能变化 (⊿Gº‘=-nF⊿Eº’)
1. 测定P/O比值 是指代谢物在线粒体氧化时, 以每消耗1mol氧原子所消耗无机磷的mol数(或 ADP数),即生成ATP的mol数。
产 生 的 CO2 、 H2O 由 物 质 中 的 碳和氢直接与氧
结合生成。
生物氧化的一般过程
糖原
甘油三脂
蛋白质
葡萄糖
脂酸+甘油 乙酰CoA
氨基酸
TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP 呼吸链 H2O
§1 生成ATP的氧化磷酸化体系
一、氧化呼吸链是一系列有电子传递功能的氧化还 原组分
二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生 成ATP偶联
1. 复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌 2. 复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌 3. 泛醌 4. 复合体Ⅲ功能是将电子从还原型泛醌传递给细
胞色素c 5. 复合体Ⅳ将电子从细胞色素C传递给氧
1. 复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传 递给泛醌(ubiquinone)
NADH 它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得 到的产物。NADH所携带的电子是线粒体 呼吸链主要电子供体之一。
功 能:
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ
2e QH2
复合体Ⅲ
QH2
(一)氧化呼吸链由4种具有传递电 子能力的复合体组成
1. 复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛 醌
人民卫生出版社《生物化学》第六章 生物氧化

⊿Gº’ = -nF ⊿Eº'
n:传递电子数;F:法拉第常数
➢ 合成1摩尔ATP 需能量约30.5kJ
偶联部位
NADH~CoQ CoQ~Cytc Cyta-a3~O2
电位变化 (∆E0')
0.36V 0.21V 0.53V
自由能变化 (∆G0')
69.5KJ/mol 40.5KJ/mol 102.3KJ/mol
三、NADH和FADH2是呼吸链的电子供体
1、NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→CoQ →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 →CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
呼吸链各组分的排列顺序的实验依据
➢ 标准氧化还原电位 ➢ 特异抑制剂阻断 ➢ 还原状态呼吸链缓慢给氧 ➢ 将呼吸链拆开和重组
生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
➢ 反应环境温和,酶促反应逐步进 行,能量逐步释放,能量容易捕 获,ATP生成效率高。
体外氧化
➢ 能量突然释放。
➢ 通过加水脱氢反应使物质能间接 获得氧;脱下的氢与氧结合产生 H2O,有机酸脱羧产生CO2。
➢ 物质中的碳和氢直接氧 结合生成CO2和H2O 。
生物氧化的一般过程
胞液侧 4H+
2H+ 4H+ Cyt c
+
+++++ +
++
+
Q
Ⅰ
--
NADH+H+
NAD+
Ⅱ
-
延胡索酸
琥珀酸
Ⅳ
Ⅲ- - -
第六章 生物氧化1

cyt.a和a3组成一个复合体,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。 在电子传递过程中,分子中的铜离子可以发生 Cu+ Cu2+ 的互变,将cyt.c所携带的电子传递给 O2。
琥珀酸-Q还原酶
琥珀酸是生物代谢过程(三羧酸循环)中产生的中 间产物,它在琥珀酸-Q还原酶(复合物II)催化下, 将两个高能电子传递给Q。再通过QH2-cyt, c还原酶、 cyt.c和cyt氧化酶将电子传递到O2。 琥珀酸-Q还原酶也是存在于线粒体内膜上的蛋白复 合物, 它比NADH-Q还原酶的结构简单,由4个不同 的多肽亚基组成。其活性部分含有辅基FAD和铁硫 蛋白。 琥珀酸-Q还原酶的作用是催化琥珀酸的脱氢氧化和 Q的还原。
NADH:还原型
它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。 NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子 供体之一。
铁硫蛋白
铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的 蛋白质,它与NADHQ还原酶的其它蛋白质组分 结合成复合物形式存在。它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe-2S)含有两个活泼的 无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用
离子载体抑制剂
一类脂溶性物质,位于脂双层中,能结合 质子之外的其他一价阳离子(K+/Na+)等, 从而破坏膜两侧的电位梯度,最终破坏氧 化磷酸化。
氧化磷酸化抑制剂
这类抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑 制作用。例如,寡霉素(oligomycin)可与ATP合 酶F1和F0之间柄部的寡霉素敏感蛋白结合,阻止 质子从F0质子通道回流,抑制ATP生成。此时由 于线粒体内膜两侧电化学梯度增高影响呼吸链质 子泵的功能,继而抑制电子传递和分子氧的消耗。
第六章 生物氧化

转运机制不同! 转运机制不同!
转运机制 :
α-磷酸甘油穿梭(脑、骨骼肌) 磷酸甘油穿梭( 磷酸甘油穿梭 骨骼肌)
FADH2 2 ATP 分子葡萄糖氧化生成36分子 (1酸-天冬氨酸穿梭 肝 心肌) 苹果酸 天冬氨酸穿梭 (肝、心肌
NADH+H+ 3 ATP
O2 CO2和H2O ADP+Pi
能量
ATP
热能
二、生物氧化的一般过程
糖原 三酯酰甘油 蛋白质 氨基酸
葡萄糖
脂酸+甘油 脂酸 甘油
乙酰CoA 乙酰CoA
呼吸链 ATP
CO2
TAC
2H
H2O
氧化 磷酸化
ADP+Pi
三、生物氧化特点
一般规律:加氧、脱氢、失电子等; 一般规律:加氧、脱氢、失电子等; 最终产物: 最终产物:CO2,H2O和释放能量 和释放能量 反应:温和,释能:逐步; 反应:温和,释能:逐步; 加水脱氢反应:物质间接获氧,增加脱氢。 加水脱氢反应:物质间接获氧,增加脱氢。
ADP
~P
生物体内能量的储存和利 用都以ATP为中心。 为中心。 用都以 为中心
思考题:
呼吸链概念? 呼吸链概念? 氧化磷酸化概念? 氧化磷酸化概念? 氧化磷酸化抑制剂有哪些?作用部位? 氧化磷酸化抑制剂有哪些?作用部位?
谷氨酸
H
谷草转 氨酶
O -OOC-CH2-CH2-C-COO-
NADH +H+
α-酮戊二酸 酮戊二酸
OH
NAD+
苹果酸
胞液
苹果酸-α苹果酸 酮 戊二酸 转运体
-OOC-CH 2-C-COO H
基质
ATP的生成和利用 ATP
第6章 生物氧化

功能:将电子从细胞色素 传递给 传递给O 功能:将电子从细胞色素C传递给 2
1 ADP和ATP的调节作用 和 的调节作用 ADP增高 增高/ATP降低 增高 降低 ADP降低 降低/ATP升高 降低 升高 2 甲状腺激素(促进) 甲状腺激素(促进) 甲亢病人基础代谢率高(活化 甲亢病人基础代谢率高(活化ATP酶) 酶 促进氧化磷酸化 抑制氧化磷酸化
46
3 氧化磷酸化的抑制剂
52
磷酸甘油脱氢酶
磷酸甘油穿梭 肌肉,神经) (肌肉,神经)
苹果酸-天冬氨酸甘油穿梭(肝脏,心脏) 苹果酸 天冬氨酸甘油穿梭(肝脏,心脏) 天冬氨酸甘油穿梭
苹果酸
1分子葡萄糖有氧氧化 分子葡萄糖有氧氧化 肌肉和神经组织中生成36ATP 肌肉和神经组织中生成 心脏和肝脏中生成38ATP 心脏和肝脏中生成
4
生物氧化的特点
生物氧化与体外燃烧的比较
生物氧化 反应条件 反应过程 能量释放 CO2生成方式 温 和 (体温、pH近中性) 体温、pH近中性) 逐步进行的酶促反应 逐步进行 (化学能、热能) 化学能、热能) 有机酸脱羧 体外燃烧 剧 烈 (高温、高压) 高温、高压) 一步完成 瞬间释放 (热能) 热能) 碳和氧结合
29
生物氧化产物2 生物氧化产物
第一条呼吸链: 第一条呼吸链: NADH氧化呼吸链 氧化呼吸链
CytC
复合体Ⅰ 复合体Ⅰ
复合体Ⅲ 复合体Ⅲ
复合体Ⅳ 复合体Ⅳ
第六章 生物氧化

化学渗透假说简单示意图
线粒体内膜
线粒体基质
ADP
H2O
ATP
化 学 渗 透 假 说
化学渗透假说详细示意图
胞液侧 H+
H+ H+ Cyt c
+
+++++ +
++
+
线粒体内膜
Q
F
Ⅰ
Ⅱ
-
-
Ⅳ
0
- Ⅲ---
--
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
H2O 1/2O2+2H+
基质侧
ADP+Pi
-
F1
ATP
H+
ATP合酶的分子结构
线粒体膜间隙 线粒体内膜
线粒体基粒
第六章 生物氧化
一、概述
生物氧化-有机物质在生物体内的氧化分解。
生物氧化的两大体系: 线粒体生物氧化体系:产能 非线粒体生物氧化体系:生物转化 主要解毒,参与代谢物、药物及 毒物的清除、排泄
非线粒体生物氧化:生物转化 主要功能:解毒 超氧化物歧化酶(SOD )
清除体内的超氧离子(O2﹣)
2O2﹣+ 2H+ SOD H2O2 + O2 过氧化氢酶 H2O + O2
1.以下有关生物氧化的叙述有误的是 ( )。
A.生物氧化是有机物质在生物体内的氧 化分解过程;
B.生物氧化的两大体系是:线粒体生物 氧化体系及非线粒体生物氧化体系;
C.生物氧化过程ATP在人体内的生成方式 有底物磷酸化和氧化磷酸化;
生物化学第六章 生物氧化(共77张PPT)

O O- P
O-
O O P O-
O-
NH2
N
N
焦磷酸
ATP(三磷酸腺苷) 千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
(3)烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸
千卡/摩尔
2.氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3 C H 2C O O H
利用专一性电子传递抑制剂选择性的阻断呼吸 链中某个传递步骤,再测定链中各组分的氧化-还原 状态情况,是研究电子传递中电子传递体顺序的一 种重要方法。
2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位
(1)鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素:其作用是阻断电子在NADH— Q还原酶内的传递,所以阻断了电子由NADH向CoQ的传递。
3.生成二氧化碳的氧化反应
(1)直接脱羧作用 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下,直接
从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。 (2)氧化脱羧作用
氧化代谢中产生的有机羧酸(主要是酮酸)在氧化脱
羧酶的催化下,在脱羧的同时,也发生氧化(脱氢)作用。 例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。
第二节、生物能及其存在形式
4、复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
功能:将电子从细胞色素c传递给氧
复合体IV
还原型Cytc → CuA→a→a3→CuB
→O2
其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
复 合 体 Ⅳ 的 电 子 传 递 过 程
Cytc
e-
胞液侧
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3、铁硫蛋白类(iron-sulfur protein)
•简写为Fe-S,又称非血红素铁蛋白
• 常与黄素酶和细胞色素形成复合物存在
• 9种,常以2Fe-2S或4Fe-4S存在
• 通过Fe3+、Fe2+的互变传递单电子,同时将
FMNH2、FADH2上脱下的H传给CoQ
Fe3+ + e
Fe2+
第六章生物氧化
NAD(P )H+H+
• 总是作为NADH电子传递链上的原初电子供体
第六章生物氧化
2、黄素脱氢酶类
• 以FMN或FAD为辅基 • 递氢体 • 重要类型:
NADH还原酶:以FMN为辅基,催化NADH将H 传递给FMN→FMNH2
琥珀酸还原酶:以FAD为辅基,催化琥珀酸将H 传递给FAD→FADH2
第六章生物氧化
第六章生物氧化
生物氧化中CO2的生成
(1)直接脱羧作用(directive decarboxylation)
氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下,直接从分 子中脱去羧基。例如氨基酸的脱羧。
NH2
脱羧酶
R C COOH
H
NH2
R C H +CO2
H
第六章生物氧化
(2)氧化脱羧作用(oxidative decarboxylation)
第六章生物氧化
4、辅酶Q(CoQ)——递氢体
5、细胞色素类——以卟啉铁为辅基,传递电子
细胞色素(蛋白)——b、c、c1、a、a3
a和a3合称为细胞色素c氧化酶、 末端氧化酶
第六章生物氧化
1、烟酰胺脱氢酶类
• 以NAD+或NADP+为辅酶, 200多种,以前者为主
• 递氢体 NAD(P)+ + 2H
氧化代谢中产生的有机羧酸(主要是酮酸)在 氧化脱羧酶系的催化下,在脱羧的同时,也发生氧 化(脱氢)作用。例如苹果酸的氧化脱羧。
第六章生物氧化
第三节 生物氧化中H2O的生成
• 真核生物线粒体内膜或原核生物细胞膜上的呼 吸链作用下产生
一、呼吸链: 定义:
脱氢辅酶
MH2 -2H 氢传递体
2H+
2e电子传递体 氧化酶 O2-
❖ Fe-S中心与蛋白质结合形成铁硫蛋白
2Fe-2S
4Fe-4S
第六章生物氧化
4、辅酶Q(coenzyme Q) 泛醌、CoQ
• 非蛋白电子载体,醌类,侧链为异戊二烯; • 递H体; • 中间传递体:只能从黄素酶的辅基上接受H
第六章生物氧化
5、细胞色素类(cytochrome,Cyt)
• 一类功能相关,以铁卟啉为辅基的色素复合蛋白。 • 只存在于需氧细胞; • 通过Fe3+、Fe2+ 和Cu2+、Cu+的互变递单电子。 • 种类:b、c1、c、a、a3等。a和a3结构紧密,至今 不能分开,故称Cytaa3为细胞色素氧化酶、末端氧 化酶。
生物氧化
细胞内温和条件
燃烧
高温或高压、干燥条件
一系列酶促反应
无机催化剂
逐步氧化放能,能量利用率高
能量爆发释放
转化成ATP,被利用
转换为光和热,散失
第六章生物氧化
本章包括的内容:
1) 代谢物分子中的碳→CO2, 2) 代谢物分子中的氢→H2O; 3) 有机物被氧化时,细胞如何将氧化时
产生的能量搜集和贮存起来,生成ATP
• 组成:Cytaa3 +2Cu+
• 功能:递电子给氧
Cu2++e
Cu+
第六章生物氧化
第六章生物氧化
复合体4:琥珀酸-Q还原酶
FADH2链 • 组成:FAD
+ Fe-S蛋白 • 功能:递氢
4
2 4
第六章生物氧化
三、呼吸链中传递体的排列顺序
• 呼吸链中电子传递方向和顺序严格 • 方向:电负性大→电正性大
复合体1:NADH-Q还原酶
•
组成:FMN + Fe-S蛋白(+ CoQ)
•
功能:递氢
• Fe-S蛋白:递电子体
• Fe3+ + e
Fe2+
第六章生物氧化
第六章生物氧化
复合体2:细胞色素还原酶
• 组成:Cytb、Cytc1、 Fe-S蛋白
• 功能:传递电子
第六章生物氧化
复合体3:细胞色素氧化酶
第六章生物氧化
• 线粒体内膜上分离到四种酶复合体、CoQ、Cytc 复合体1:NADH- Q还原酶 复合体2:细胞色素还原酶 复合体3:细胞色素氧化酶 复合体4:琥珀酸- Q还原酶
• NADH呼吸链:由1、2、3及CoQ、Cytc组成 • FADH2呼吸链:由4 、2、3及CoQ、Cytc组成
第六章生物氧化
第五章 生物氧化
3学时
第六章生物氧化
第一节 生 物 氧 化 特 点
一、生物氧化(biological oxidation)的概念
• 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。
-0.32→-0.30→+0.1←+0.07→+0.22→+0.25→+0.29→+0.816
第六章生物氧化
如何根据复合体组成判断顺序?
相结合的必然顺序相连b→c1 a → a3 。
第六章生物氧化
四、电子传递抑制作用(链阻断试验)
•㈠ NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2
鱼藤酮 FADH2
第六章生物氧化
提问:我们身体内的生物氧化与有机 物体外氧化燃烧有何相同与区别?
• 相同点——化学本质(物质、能量) • 不同点——条件、过程
第六章生物氧化
相同点:化学本质(物质、能量)
• 都是脱氢、失电子或与氧结合,消耗氧气 ; • 都生成CO2和H2O ; • 释放的能量相同
第六章生物氧化
不同点:条件、过程
低氧化还原电位→高氧化还原电位
测定方法: •E • 双光束分光光度计(氧化还原体体现不同光吸收值) • 抑制剂等
第六章生物氧化
依据——各传递体的Eo、复合体组成、链阻断试验
NFAADDHH2链链 NADFHA→DHFM2 N→CoQ→b→c1→c→aa3→O2 判断各自所发生的“传递反应”Eo ′大小顺序? • 答案:升序,从小到大。 • Eo′ NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2
1/2 O2
H2O
称电子传递链或呼吸链,分NADH链和FADH2链。
第六章生物氧化
第六章生物氧化
二、呼吸链(传递体)的组成
1、烟酰胺脱氢酶类——递氢体
NAD(P)+ + 2H
NAD(P )H+H+
2、黄素脱氢酶类——递氢体
FAD + 2H
FADH2
3、铁硫蛋白类——递电子体
Fe3+ + e
Fe2+