生物化学 0 七章 生物氧化分解
第七章 生物氧化习题
第七章生物氧化一、名词解释1. 生物氧化（biological oxidation）：生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解，最终生成CO2和H2O并释放出能量的作用。
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（respiratory chain）：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（oxidative phosphorylation）：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；4．磷氧比（P/O）：电子经过呼吸链的传递作用最终与氧结合生成水，在此过程中所释放的能量用于ADP磷酸化生成ATP。
经此过程消耗一个原子的氧所要消耗的无机磷酸的分子数（也是生成ATP的分子数）称为磷氧比值（P／O）。
如NADH的磷氧比值是3，FADH2的磷氧比值是2；5．底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）：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ATP（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；6．铁硫蛋白（iron-sulfur protein, Fe-S）：又称铁硫中心，其特点是含铁原子和硫原子，或与蛋白质肽链上半胱氨酸残基相结合；7. 细胞色素（cytochrome, Cyt）：位于线粒体内膜的含铁电子传递体，其辅基为铁卟啉；二、填空题1. 生物氧化有3种方式：脱氢、脱质子和与氧结合。
生物化学第七章糖类代谢糖的有氧氧化
柠檬酸
CH2 COOH
HOOC CH
三羧酸循环总图 HC COOH HO-C COOH
异柠檬酸
HC
延胡索酸
COOHH
2H
2021/3/17
CH2 COOH
H2C COOH 琥珀酸
GTP
琥珀酰CoA
生物化学第C七H章2糖C类代O谢O糖H的有氧 H2C C氧O化～SCoA2H
CH2 COOH H2C O=C COOH
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生物化学第七章糖类代谢糖的有氧
20
氧化
⑹ 琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸
FAD H CH COOH
FADH2 HOOCCH
H CH COOH 琥珀酸脱氢酶
琥珀酸 (succinate)
HC COOH
延胡索酸 (fumarate)
2021/3/17
生物化学第七章糖类代谢糖的有氧
21
氧化
α-酮戊二酸
CO2
CO2 2H
24
三、有氧氧化的反应过程及能量计算
G（Gn）
• 糖的有氧氧化代谢 途径可分为：葡萄糖 酵解、丙酮酸氧化脱
胞液 丙酮酸
乙酰CoA 线粒体
羧和三羧酸循环三个
[O]
H2阶O 段。
ATP ADP
NADH+H+ FADH2
TAC循环
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生物化学第七章糖类代谢糖的有氧 氧化
2021/3/17
生物化学第七章糖类代谢糖的有氧
19
氧化
⑸ 琥珀酰CoA转变为琥珀酸
H 2C COOH
CH2
O C SCoA 琥珀酰CoA (succinyl CoA)
(整理)第7章生物化学习题
生物化学习题第七章生物氧化第一作业一、名词解释1、底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。
2、生物氧化：有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化。
3、电子传递体系：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为呼吸链，也称电子传递体系或电子传递链4、氧化磷酸化作用：伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化。
二、问答题1．比较生物氧化与体外燃烧的异同点。
相同点：终产物都是二氧化碳和水；释放的总能量也完全相同。
不同点：体外燃烧是有机物的碳和氢与空气中的氧直接化合成CO2和H2O ，并骤然以光和热的形式向环境散发出大量能量。
而生物氧化反应是在体温及近中性的PH 环境中通过酶的催化下使有机物分子逐步发生一系列化学反应。
反应中逐步释放的能量有相当一部分可以使ADP 磷酸化生成ATP ，从而储存在ATP 分子中，以供机体生理生化活动之需。
一部分以热的形势散发用来维持体温。
第二作业２．呼吸链的组成成分有哪些？试述主要和次要的呼吸链及排列顺序。
组成成分：NAD+，黄素蛋白（辅基FMN、FAD），铁硫蛋白，辅酶Q，细胞色素b、c1、c、a、a3。
主要的呼吸链有NADH氧化呼吸链和FADH2氧化呼吸链。
呼吸链排列顺序：FAD（Fe-S）↓NADH→（FMN）→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2（Fe-S）3．试述氧化磷酸化的偶联部位；用哪些方法可以证明氧化磷酸化的偶联部位?三个偶联部位：NADH和CoQ之间；CoQ和Cytc之间；Cytaa3和O2之间证明方法：①计算P/O比值：β-羟丁酸的氧化是通过NADH呼吸链，测得P/O比值接近于3。
琥珀酸氧化时经FAD到CoQ，测得P/O比值接近于2，因此表明在NAD+与CoQ之间存在偶联部位，抗坏血酸经Cytc进入呼吸链，P/O比值接近于1，而还原型Cytc经aa3被氧化，P/O比值接近1，表明在aa3到氧之间也存在偶联部位。
生物化学(王镜岩版)第七章 生物氧化
FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 NADH→ →CoQ
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变 （ ）
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
NADH
NADH-Q 还原酶
琥珀酸-Q 还原酶
FADH2
FMN、Fe-S
辅酶Q
FAD、Fe-S
细胞色素 b-562
细胞色素还原酶 细胞色素c 血红素a 血红素a3 CuA和 CuB 细胞色素氧化酶 O2
细胞色素b-566 细胞色素c1 Fe-S
1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶 复合体Ⅰ NADH功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone) 功能 将电子从 传递给泛醌
二、氧化还原电势 氧化还原反应——凡是反应中有电子从一种 物质转移到另一种物质的化学反应称为氧化 还原反应。即电子转移反应就是氧化还原反 应。 如： Fe 3＋ ＋ e
氧化型 电子受体
Fe 2＋
还原型 电子供体
氧化还原电势——还原剂失掉电子或氧化剂 得到电子的倾向称氧化还原电势。
标准电势——任何的氧化-还原物质即氧还电对都 有其特定的电动势，称标准电势。用E0或ε0表示。 氧还电对的标准电势值越大，越倾向于获得电子。 例如，异柠檬酸/α-酮戊二酸 + CO2电对在浓度均 为1.0mol/L时，其标准电势为-0.38V， 这个氧化电对倾向于将电子传递给氧还电对 NADH/NAD+，因为其标准电势为-0.32V。
生物化学第七章生物氧化.ppt课件
四、线粒体呼吸链的组成
(一)呼吸链的组成成分
NADH
NADH-Q 还原酶
琥珀酸-Q 还原酶
FADH2
FMN、Fe-S
血红素a 血红素a3 CuA和 CuB
辅酶Q
细胞色素还原酶 细胞色素c
细胞色素氧化酶 O2
FAD、Fe-S
细胞色素 b-562 细胞色素b-566 细胞色素c1
Fe-S
1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶
功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone)
复合体Ⅰ
FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
NADH→
→CoQ
NAD+和NADP+的结构 R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是 异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是 FMN• 。
铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原 子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。
Ⓢ 表示无机硫
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），氧化还原反应 时可生成中间产物半醌型泛醌。
（二）呼吸链成分的排列顺序
由以下实验确定 ① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
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
生物化学 07 第七章 氨基酸代谢
第三节
氨基酸的一般代谢
General Metabolism of Amino Acids
一、氨基酸在体中的代谢动态
※外源性氨基酸
从食物吸收而来的氨基酸 ※内源性氨基酸 组织蛋白质降解而来的氨基酸 ※氨基酸代谢库（metabolic pool) 外源性氨基酸和内源性氨基酸的总称。这些氨基 酸分布于体内各处，参与代谢。氨基酸代谢库以游离 氨基酸重量计算。
1．胺类的生成 肠道细菌的蛋白酶使蛋白质水解成氨基酸，再经氨基酸脱羧基作 用，产生胺类。 酪胺和由苯丙氨酸脱羧基生成的苯乙胺，进入脑组织可分别经β －羟化而形成β－羟酪胺和苯乙醇胺。它们的化学结构与儿茶酚 胺类似，称为假神经递质。假神经递质增多，可使大脑发生异常 抑制。 2．氨的生成 肠道中的氨主要有两个来源：一是未被吸收的氨基酸在肠道细菌 作用下脱氨基而生成；二是血液中尿素渗人肠道，受肠菌尿素酶 的水解而生成氨，这些氨均可被吸收入血液在肝合成尿素 3．其他有害物质的生成 通过腐败作用还可产生其他有害物质，例如苯酚、吲哚及硫化氢 等。正常情况下，上述有害物质大部分随粪便排出，只有小部分 被吸收，经肝的代谢转变而解毒，故不会发生中毒现象。
（一）体内氨的来源
氨基酸脱氨 胺类脱氨 肾小管上皮 细胞 分泌的氨
氨 NH3
肠道重 吸收的氨
嘌呤、嘧啶 分解的氨
（二）氨的转运 1、丙氨酸－葡萄糖循环的运氨作用
丙氨酸－葡萄糖循环
丙氨酸－葡萄糖循环生理意义
有毒的氨必须以无毒性的方式经血液运输 到肝合成尿素或运至肾以铵盐的形式随尿排出。 以无毒的Ala 形式输出NH3 到 肝 尿素 肌肉中输出Ala 到肝 糖，再为肌肉提供G 饥饿时，肌肉以Ala、 Glu形式输出生糖氨 基酸
营养必需氨基酸
生物化学之生物氧化反应
OO== O=
O= O=
二、生物氧化中物质的氧化方式
• 加氧
RCHO + 1/2O2
RCOOH
• 脱氢
RCH2OH -2H RCHO
• 加水脱氢 • 失电子
+H2O
OH
CH3CHO
CH3CH
OH
Fe2+ -e Fe3+
-2H CH3COOH
第三节 线粒体氧化体系
(mitochondrion)
呼吸链偶联部位: NADH→Q、Q→Cytc、Cytaa3→O2
氧化磷酸化产生ATP的偶联部位
底物
底物（琥珀酸）
FAD （Fe-S）
NAD FMN Q （Fe-S）
b c1 c aa3 O2
~P
ADP ATP
~P
~P
ADP ATP ADP ATP
三、氧化磷酸化作用机理
（一）线粒体(mitochondrion)结构
线粒体内膜和脊上有许多球状小体突出: ATP合成酶系
Ⅰ
Ⅲ
Ⅳ
四、影响氧化磷酸化的因素
• 抑制剂（inhibitor） • ADP的调节 • 甲状腺素（thyroxine）的调节 • 线粒体（mitochondrial）DNA突变（mutation）
（一）抑制剂——呼吸链抑制
机理: 阻断氢与电子的传递
组成呼吸链的细胞色素: Cytb、 Cytc1. Cytc、 Cytaa3
递电子体
Fe2+
细胞色素氧化酶 Fe3+ + e-
蛋白质
Cys
细
S
胞 色
H3C-CH
Cys
CH3
S
【化学】呼吸链生物化学
第七章生物氧化1、生物氧化（biological oxidation）：物质在体内进行氧化称生物氧化。
主要指营养物质在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和水的过程。
生物氧化又称组织呼吸或细胞呼吸。
生物氧化释放的能量：主要（40%以上）用于ADP的磷酸化生成A TP，供生命活动之需。
其余以热能形式散发用于维持体温。
2、生物氧化内容（1）生物体内代谢物的氧化作用、代谢物脱下的氢与氧结合成水的过程。
（2）生物体内二氧化碳的生成。
（3）能量的释放、储存、利用（ATP的代谢——A TP的生成与利用）。
3、生物氧化的方式——遵循一般氧化还原规律。
（1）失电子：代谢物的原子或离子在代谢中失去电子，其原子正价升高、负价降低都是氧化。
（2）脱氢：代谢物脱氢原子（H=H++e）的同时失去电子。
（3）加氧：向底物分子直接加入氧原子或氧分子的反应使代谢物价位升高，属于氧化反应。
向底物分子加水、脱氢反应的结果是向底物分子加入氧原子，也属于氧化反应。
4、生物氧化的特点（1）在温和条件下进行（37℃，中性pH等）；（2）在一系列酶催化下完成；（3）能量逐步释放，部分储存在A TP分子中；（4）广泛以加水脱氢方式使物质间接获得氧；（5）水的生成由脱下的氢与氧结合产生；（6）反应在有水环境进行；（7）CO2由有机酸脱羧方式产生。
5、物质体外氧化（燃烧）与生物氧化的比较（1）物质体内、体外氧化的相同点：物质在体内外氧化所消耗的氧量、最终产物、和释放的能量均相同。
（2）物质体内、体外氧化的区别：体外氧化（燃烧）产生的二氧化碳、水由物质中的碳和氢直接与氧结合生成；能量的释放是瞬间突然释放。
5、营养物氧化的共同规律糖类、脂类和蛋白质这三大营养物的氧化分解都经历三阶段：分解成各自的构件分子（组成单位）、降解为乙酰CoA、三羧酸循环。
第一节 ATP生成的体系一、呼吸链（respiratory chain）：代谢物脱下的氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水。
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+e
传递电子机理：Fe3+
Fe2+
-e
铁硫蛋白的结构及递电子机理
1Fe 0S24Cys
2Fe 2S24Cys
4Fe 4S24Cys
传递电子机理：Fe3+
+e -e
Fe2+
S Fe
CoQ
特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂
溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由 泳动。
+2H
传递氢机理：CoQ
CoQH2
• 主要的生理意义：处理和消除环境污染 ห้องสมุดไป่ตู้、化学致癌物、药物和毒物以及体内 代谢有害物等。
四、参与生物氧化的酶类
（一）参与线粒体生物氧化体系的酶类
1. 氧化酶类 2. 需氧脱氢酶类 3. 不需氧脱氢酶类：以NAD+（或NADP+）为辅酶
的不需氧脱氢酶类；以FMN（或FAD）为辅基的 不需氧脱氢酶类
黄素蛋白酶类
特点： 以FAD或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白
递氢机理：FAD(FMN)+2H
FAD(FMN)H2
类别：黄素脱氢酶类（如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）
需氧脱氢酶类（如L—氨基酸氧化酶） 加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）
铁硫蛋白
特点：含有Fe和对酸不稳定的S原子，Fe和
S常以等摩尔量存在（Fe2S2, Fe4S4 )，构成 Fe—S中心，Fe与蛋白质分子中的4个Cys残 基的巯基与蛋白质相连结。
CoA等）
共同中间产物 进入三羧酸循环 ,氧化脱下的氢 由电子传递链传 递生成H2O，释 放出大量能量， 其中一部分通过 磷酸化储存在 ATP中。
线粒体生物氧化的特点
• 化学本质为消耗氧的氧化过程 • 有机物被彻底氧化，氧化的终产物为CO2和H2O • 氧化反应发生在细胞内，一系列酶参与了反应过程 • 反应是在体温、pH接近中性和有水参与的温和环境中
第七章 生物氧化
主要内容： 一、概述 二、生物氧化中二氧化碳的生成 三、线粒体氧化体系 四、非线粒体氧化体系
第一节 概述
物质在生物体内的氧化分解统称为生物氧化。依细胞 定位和功能不同可将生物氧化划分为两种体系: ①线粒 体氧化体系；② 非线粒体氧化体系。
一、生物氧化的特点 二、线粒体氧化体系 三、非线粒体氧化体系 四、参与生物氧化的酶类
氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
O
丙酮酸脱氢酶系
CH3-C-COOH
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
第三节、 线粒体氧化体系
一、线粒体结构特点 二、电子传递呼吸链的概念 三、呼吸链的组成 四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化 五、呼吸链的作用 六、能量的储存和利用
• 线粒体生物氧化/细胞呼吸的定义 • 高等动物和人的线粒体生物氧化大致分为三个
阶段 • 线粒体生物氧化的主要生理意义 • 线粒体生物氧化的特点
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
生物氧化的三个阶段
大分子降解 成基本结构 单位
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
传递电子机理：
+e
Fe3+ －e
Fe2+
+e
Cu2+
Cu+
－e
细胞色素血红素的结
构
还原型Cytc的吸收光谱
波长/nm
传递电子机理：Fe3+
+e -e
Fe2+
FADH2 呼吸链
琥珀酸等 FAD
Fe-S
复合物 II
琥珀酸-辅酶Q 还原酶
NADH
FMN Fe-S CoQ
复合体 I
NADH 脱氢酶
Cyt b Fe-S Cyt c1
呼吸链的组成
1. NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶类 2. 黄素蛋白酶类 3.辅酶Ｑ（泛醌） 4.铁-硫蛋白类 5. 细胞色素类
递氢体 递电子体
烟酰胺脱氢酶类
特点：以NAD+ 或NADP+为辅酶，存在
于线粒体、基质或胞液中。
传递氢机理:
NAD(P) + + 2H+ +2e H+
NAD(P)H +
（二）参与非线粒体氧化体系的酶类
加单氧酶类、过氧化物酶类、超氧化物岐化酶类
第二节 生物氧化中二氧化碳的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中 间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。
类型：直接脱羧作用：α-脱羧和β-脱羧
氧化脱羧作用：α-氧化脱羧和β-氧化脱羧
例： R
H2N-CH-COOH
－2H
CoQ的结构和递氢原理
CoQ+2H
CoQH2
细胞色素
特点：以血红素（heme）为辅基，血红素的主要
成份为铁卟啉。
类别: 根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中
含5种（b、c、c1、a和a3)，cyt b和cytc1、cytc在呼 吸链中的中为电子传递体，a和a3以复合物物存在， 称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu ， 可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧化酶。
复合物 III
细胞色素 还原酶
NADH 呼吸链
Cyt c
Cyt aa3
复合物 IV
细胞色素
氧化酶
O2
NADH呼吸链电子传递和水的生成
MH2
还原型代 谢底物
M
氧化型代 谢底物
NAD+ NADH+H+
FMNH2
Fe
进行的 • 反应过程中所产生的能量逐步释放，并能以ATP的形
式偶联起来，供机体生命活动所需 • CO2的生成是有机酸脱羧的结果，水是有机物脱下的
氢经特定复杂的传递过程最终与氧化合的产物 • 正常机体对于能量的生成、储存和利用具有精细的调
节机制，机能完全满足需要又不致造成浪费
三、非线粒体氧化体系
• 分类：主要包括发生在光滑内质网中的 微粒体氧化体系和存在于微体中的过氧 化体氧化体系。
线粒体结构
线粒体呼吸链
线粒体基质是呼吸底 物氧化的场所，底物在这 里 氧 化 所 产 生 的 NADH 和 FADH2 将 质 子 和 电 子 转移到内膜的载体上，经 过一系列氢载体和电子载 体的传递，最后传递给 O2 生 成 H2O。 这 种 由 载 体组成的电子传递系统称 电 子 传 递 链 （ eclctron transfer chain),因为其 功能和呼吸作用直接相关 ，亦称为呼吸链。
一、生物氧化的特点
在活的细胞中（pH接近中性、体温条件下）， 有机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体参与 下进行。
氧化过程中能量逐步释放，其中一部分由一些高 能化合物（如ATP）截获，再供给机体所需。在此 过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害机 体，又能使释放的能量尽可得到有效的利用。
二、线粒体氧化体系