第6章生物氧化

人线粒体呼吸链复合体
复合体
酶名称 多肽链数 辅基
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
NADH-泛醌还原酶 39
琥珀酸-泛醌还原酶 4
泛醌-细胞色素C还原酶 10
细胞色素c氧化酶
13
FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
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1、复合体Ⅰ作用是将NADH+H+中的电子传递给 泛醌(ubiquinone)。
第6章生物氧化
定义： 物质在生物体内进行氧化分解称为生物
氧化(biological oxidation) ，主要指糖、 脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量， 最终生成CO2和H2O的过程。
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分为： 线粒体内：ATP生成 线粒体外：无ATP生成， 生物转化
生物氧化又称为细胞呼吸或组织呼吸。
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生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
➢ 反应环境温和，酶促反应 ➢ 能量突然释放。 逐步进行，能量逐步释放，
能量容易捕获，ATP生成
效率高。
➢ 通过加水脱氢反应使物质 ➢ 物 质 中 的 碳 和 氢
能间接获得氧，并增加脱
直接与氧结合生
氢的机会；脱下的氢与氧 结合产生H2O，有机酸脱 202羧1/1/8产生CO2。
➢ 复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色 素b-c1复合体，含有细胞色素b(b562, b566)、细 胞色素c1和一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。
➢ 泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿 梭传递到复合体Ⅲ。
➢ 电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH) →Fe-S →Cytc1→Cytc
琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体Ⅳ→O2
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NADH氧化呼吸链
琥珀酸
FADH2氧化呼吸链
NADH
FMN (Fe-S)
FAD (Fe-S)
CoQ
Cyt b→Cyt c1 →Cyt c
Cyt aa3 O2
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二、氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) 定义：
1/2O2 /H2O
E0' (V)
0.23 0.25 0.29 0.55 0.82
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复合体Ⅰ Co
复合体Ⅱ Q
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复合体Ⅲ
Cyt C
复合体Ⅳ
（三）主要的呼吸链
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
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复 合 体 Ⅳ 的 电 子 传 递 过 程
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（二）呼吸链成分的排列顺序
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
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呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
E0' (V)
NAD+ /NADN+H+ －0.32
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AH2
2H(2H++2e)
呼 吸 链
1 2
O2
H2O 氧 化
A
能量
偶
联
ADP+Pi
ATP 磷酸化
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线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值 可能生成的ATP数
β-羟丁酸 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 2.4～2.8
3
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2
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（二）黄素蛋白
FMN结构中含 有 核黄素，发挥功能的部位是 异咯嗪环。
10 1
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FAD结构中也含核黄素，发挥功能的部位是 异咯嗪环。
10 1
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（三）铁硫蛋白（Fe-S）
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Fe3++e
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Fe2+
（四）泛醌
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接 形成较长的疏水侧链（人CoQ10）
透的； ➢ 电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定
的跨内膜电化学梯度； ➢ 增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成，而线
粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯 度，结果电子虽可以传递，但ATP生成减少。
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电子传递过程复合体Ⅰ (4H+) 、Ⅲ (4 H+)和Ⅳ
(2H+)有质子泵功能。
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氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。
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（五）细胞色素体系
1. 是位于线粒体内膜的含铁的电子传递体。其辅基 为铁卟啉。 2. 根据吸收光谱的不同可分为a、b、c三类。每一类 又可分为几种亚类。
3. 线粒体的电子传递链含五种不同的细胞色素： Cytb、Cytc、Cytc1、Cyta、Cyta3。
FMN /FMNH2
－0.30
FAD /FADH2
－0.06
Q10 /Q10H2
0.04(0. 01)
Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+ 0.07
氧化还原对 Cyt c1 Fe3+ /Fe2+ Cyt c Fe3+ /Fe2+ Cyt a Fe3+ /Fe2+ Cyt a3 Fe3+ /Fe2+
代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水的 同时，释放能量用以使ADP磷酸化生成ATP，由 于是代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联 发生，故称为氧化磷酸化。
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AH2 2H(2H++2e)
A
呼 吸 链
1 2
O2
能量
H2O 氧 化
偶 联
ADP+Pi
ATP 磷酸化
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底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) ： 是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使
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4、复合体Ⅳ将电子从细胞色素c传递给氧
➢ 复合体Ⅳ又称细胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase)。
➢ 电子传递：Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3– CuB→O2。
➢ Cyt a3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给 O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆 侧转移 。
如：二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP) ； 解偶联蛋白(uncoupling protein，UCP1)。
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解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）
热能
H+
胞液侧
Cyt c
解偶联 蛋白
Ⅰ
基质侧
Q
Ⅱ
Ⅲ
F
0
Ⅳ
F1
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ADP+Pi ATP
H+
3.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。
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* 生物氧化的一般过程
糖原
三酯酰甘油
葡萄糖
脂酸+甘油
乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
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TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
生物氧化的特点
1.生物氧化与体外氧化之相同点 • 生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、 失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。 • 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。
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化学渗透假说简单示意图
线粒体膜
线粒体基质
ADP
H2O
e-
ATP
+ Pi
O2
----
++++
H+
H+
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化 学 渗 透 假 说
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化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。
➢ 氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜； ➢ 线粒体内膜对H+、OH－、K＋、Cl－离子是不通
F0：疏水部分（ab2c9~12亚基，动物还有其他辅助亚基）， 镶嵌在线粒体内膜中，形成跨内膜质子通道 。
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三、影响氧化磷酸化的因素 (一)抑制剂
1、呼吸链抑制剂
➢ 复合体Ⅰ抑制剂：鱼藤酮、粉蝶霉素A及异戊 巴比妥与铁硫蛋白结合阻断电子传递。
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➢复合体Ⅲ抑制剂：抗霉素A、二巯丙醇抑制cytb 与cytc1之间电子传递。 ➢复合体Ⅳ抑制剂：CO、CN－、H2S抑制细胞色素 c氧化酶，阻断电子传递给O2。
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Cyta与Cyta3是电子传递链中最后一个载体，很 难分开，二者以复合物形式存在，又称为细胞色素 氧化酶(cytochrome oxidase)。
Cyta3可将电子直接传递给氧分子。
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在呼吸链பைடு நூலகம்具有四种传递电子功能的酶复合体(complex)
4H+
胞液侧
2H+ 4H+ Cyt c
+
+++++ +
++
+
Q
F
-Ⅰ