生物、氧化体系
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- - -
生物氧化的概念与特点.

2
细胞色素c(Fe2+)
细胞色素c(Fe3+)
+0.22
1
细胞色素a(Fe2+)
细胞色素a(Fe3+)
+0.29
1
H2 Fe2+
H+ Fe3+
+0.421
2
+0.77
1
H2O
O2
+0.816
2
非标准状态下的氧化还原电位
在非标准条件下实际的氧化还原电位(E’)可用Nernst方程计算:
其中,R为气体常数(8.314 J/mol ·K) T为绝对温度 n为每分子转移的电子数 F为法拉第常数(96.485 k J/V ·mol)。 因此:在250C,n=2时:2.303RT/nF 项值为0.03。
Chap 6
Cellular Respiration
第一节 生物氧化的概念与特点 第二节 生物氧化与生物能(自学) 第三节 生物氧化体系(重点) 第四节 氧化磷酸化作用(重点)
第一节 生物氧化的概念与特点
一、生物氧化的概念
糖、脂肪、氨基酸等营养物质,在活细胞内进 行一系列的氧化分解,最终生成H2O和CO2、 释出能量的过程,称为生物氧化
HAD+
-0.32
2
3-磷酸甘油醛 + Pi
1,3-二磷酸甘油酸
-0.29
2
乙醇
乙醛
-0.197
2
乳酸
丙酮酸
-0.185
2
FADH2 苹果酸
FAD 草酰乙酸
-0.18
2
-0.166
2
琥珀酸
延胡索酸
生物氧化

体内两条重要呼吸链
1. NADH氧化呼吸链 氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体Ⅰ 复合体Ⅲ 复合体 复合体 复合体Ⅳ 复合体Ⅳ→O2
2. 琥珀酸氧化呼吸链
复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体 复合体 复合体Ⅳ 复合体Ⅳ→O2
氧化反应和还原反应同时存在
许多氧化还原酶类的辅酶,常是先接受电子或氢原 子,然后又供出电子或氢,这样来回发生氧化还原 反应的过程,实际上就起到了传递电子或氢的作用。
第一节
生成ATP的氧化磷酸化体系 的氧化磷酸化体系 生成
The Oxidative Phosphorylation System with ATP Producing
140
4
250 13 162
11 1 13
泛醌不包含在上述四种复合体中。 泛醌不包含在上述四种复合体中。
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
4H+
Ⅱ
琥珀酸 延胡索酸
4H+
Cytc ox Cytc red Cytc red
2H+
胞液侧
Cytc ox
QH2 Q
基质侧
Ⅲ
线粒体内膜
Ⅳ
Ⅰ
1/2O2+2H+ H2 O
质量 (kD) 850 多肽 链数 39 功能辅基 FMN,Fe-S , FAD,Fe-S , 血红素b 血红素 L, bH, c1, Fe-S 血红素c 血红素 血红素a, 血红素 ,a3, CuA, CuB 含结合位点 NADH(基质侧) (基质侧) CoQ(脂质核心) (脂质核心) 琥珀酸(基质侧) 琥珀酸(基质侧) CoQ(脂质核心) (脂质核心) Cyt c(膜间隙侧) (膜间隙侧) Cyt c1, Cyt a Cyt c(膜间隙侧) (膜间隙侧)
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)
生物氧化

2H+
2CytFe3+ 2CytFe2+
O2½ O2
39
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
45
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).
46
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。
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
第七章-生物氧化1

第七章生物氧化第一节概论●一、生物氧化的涵义:●一切生物都靠能量维持生存,生物体所需的能量大都来自体内的糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化。
●人们把有机分子糖、脂、蛋白质等在活细胞内氧化分解,产生CO2、H2O并释放能量形成ATP的过程称生物氧化(细胞氧化、细胞呼吸、组织呼吸)。
●生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化还原作用。
二、生物氧化的特点●生物氧化在形式上虽有加氧,脱氢和失电子的不同形式,但从氧化的基本概念来看,生物氧化与体外的化学氧化实质相同,所不同的是生物氧化是在活细胞内进行,并且必须有酶参加,放出能量以ATP形式储存起来,供需要时使用。
●1、体温条件下,有机分子经系列酶促反应,逐步氧化释能,可以使放出的能量得到最有效的利用。
●2、在氧化过程中产生的能量一般都贮存在一些特殊的化合物中,主要是ATP。
三、生物氧化与物质代谢的关系:●二者不完全相同,有交叉。
●在物质分解代谢中常常见到脱氢反应,●脱出的氢如何与氧结合成水,以及如何释放能量等等即是生物氧化的问题。
●生物氧化是生物新陈代谢的重要基本反应之一,生命活动的能量保障。
第二节生物氧化体系的类型一、无传递体的生物氧化体系(一酶体系)●代谢物经氧化酶或需氧脱氢酶作用后,脱出的氢直接以1分子氧为受体生成H2O或H2O2。
氧化酶体系●氧化酶的作用为其分子中的金属离子(如Cu2+ )直接从代谢物中脱出氢取得电子,将电子传给分子氧使之活化,活化氧(O2- )与游离在溶液中的H+结合成水。
由氧化酶催化的反应不能在无氧情况下进行,因为不能用其它受氢体代替氧。
●如:多酚氧化酶和抗坏血酸酶。
●多酚氧化酶:催化多酚类(对苯二酚,邻苯二酚,邻苯三酚)直接将H转给分子氧的酶,分子中含Cu,广泛分布与真菌及高等植物。
●抗坏血酸酶:为含Cu的酶,广布于植物,特别是黄瓜,南瓜。
在有氧条件下,可使L抗坏血酸氧化成L—脱氧抗坏血酸和水。
需氧脱氢酶体系●需氧脱氢酶能激活代谢物中的氢,将脱出的氢和一对电子传递给脱氢酶的辅酶;在有氧条件下,还原态辅酶(FMNH2和FADH2 )能将由氢放出的2个电子传给分子氧使之活化成过氧离子;无氧条件下,还原态辅酶(FMNH2和FADH2 )能将由氢放出的2个电子传给亚甲蓝或醌为受氢体而使反应进行。
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目录
P/O比 线粒体离体实验测得的一些底物的 比值
底 物 -羟 羟 β 丁酸 呼吸链的组成 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ → →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 → 琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ → →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 → 抗坏血酸 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 → 复合体Ⅳ→O2 0.88 0.61-0.68 1 1
NAD+
OH -OOC-CH 2-C-COO H
线 粒 体 内 膜
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+
-OOC-CH 2-C-COO -
苹果酸
苹果酸-α-酮 苹果酸 酮 戊二酸转运体
H
胞液
基质
目录
第四节 生物氧化与能量代谢
的活性部位将电子交给O 其中Cyt aa3 的活性部位将电子交给 2。
目录
(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
目录
1. NADH氧化呼吸链 氧化呼吸链
NADH →FMN, Fe-S → CoQ →Cytbc1-c-aa3 →O2
H3N
-
+ -
OOC-CH2-C-COO H
天冬氨酸
O
O -OOC-CH 2-C-COO -
H3 N
-
+ -
呼吸链
草酰乙酸
H3 N
-
+ -
OOC-CH2-CH2-C-COO H
-OOC-CH 2 -C-COO -
NADH +H+
苹果酸 脱氢酶
OOC-CH2-CH2-C-COO
O -OOC-CH2-CH2-C-COO-
目录
(一)呼吸链的组成
四种具有传递电子功能的酶复合体(complex) 四种具有传递电子功能的酶复合体 人线粒体呼吸链复合体
复合体
复合体Ⅰ 复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ 复合体Ⅳ
酶名称
NADH-泛醌还原酶 泛醌还原酶 琥珀酸-泛醌还原酶 琥珀酸 泛醌还原酶
多肽链数
39 4
目录
O=C O C
P
ADP
ATP
COOH C OH
OH
磷酸甘油酸激酶
CH2 O
P
CH2 O
P
1,3-二磷酸 二磷酸 甘油酸
COOH C O CH2
3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸
COOH C=O CH3
ADP
P
K+
Mg2+
ATP
丙酮酸激酶
(pyruvate kinase)
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
(一)氧化磷酸化偶联部位
目录
目录
功能:将电子从泛醌传递给细胞色素 功能:将电子从泛醌传递给细胞色素c
QH2→
b562; b566; Fe-S; c1
→Cyt c
目录
目录
细胞色素氧化酶
功能:将电子从细胞色素 传递给氧 功能:将电子从细胞色素c传递给氧
复合体Ⅳ 复合体Ⅳ 还原型Cyt c → Cyta→a3 还原型 → O2
生物氧化 是在细胞内温和的环境中 体温, 接近中性 接近中性) ( 体温 , pH接近中性 ) , 在一系列酶促反应逐步进 行 , 能量逐步释放有利于 有利于机体捕获能量 , 提 生成的效率。 高ATP生成的效率。 生成的效率 进行广泛的加水脱氢反应 使物质能间接获得氧 , 并 增加脱氢的机会 ; 脱下的 氢与氧结合产生H , 氢与氧结合产生 2O,有机 酸脱羧产生CO2。 酸脱羧产生 体外氧化
辅基
FMN,Fe-S , FAD,Fe-S , 铁卟啉,Fe-S 铁卟啉, 铁卟啉,Cu 铁卟啉,
目录
泛醌-细胞色素 还原酶 10 细胞色素C还原酶 泛醌 细胞色素 细胞色素c氧化酶 细胞色素 氧化酶 13
均不包含在上述四种复合体中。 * 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
1。NAD+和NADP+的结构 。
目录
3。 铁硫蛋白 中辅基铁硫簇 。 中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等 含有等 量铁原子和硫原子, 其中铁原子可进行Fe 量铁原子和硫原子 , 其中铁原子可进行 2+ ∆ 反应传递电子。 Fe3++e 反应传递电子。
Ⓢ 表示无机硫
目录
铁硫蛋白
S
无机硫
S
半胱氨酸硫
目录
4。泛醌(辅酶Q, CoQ, Q)由多个异戊 。泛醌(辅酶 )
目录
1. 3-磷酸甘油穿梭机制 主要存在于肌肉、神经,产生2ATP 主要存在于肌肉、神经,产生2ATP
目录
CH2OH
CH2OH C=O CH2O- Pi
呼吸链
NADH+H+
C=O CH2O- Pi
3-磷酸甘油 磷酸甘油 脱氢酶
磷酸二羟丙酮
CH2OH CH2OH CHOH CH2O- Pi
FADH2
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
目录
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。
目录
2。FMN FAD为辅酶的脱氢酶 。 为辅酶的脱氢酶 FMN结构中含核黄素 , 发挥功能的部位是异咯嗪 结构中含核黄素, 结构中含核黄素 氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN• 。 环,氧化还原反应时不稳定中间产物是
生 物 氧 化
Biological Oxidation
目录
生物氧化的概念(细胞氧化、细胞呼吸) * 生物氧化的概念(细胞氧化、细胞呼吸)
物质在生物体内进行氧化称生物氧化, 物质在生物体内进行氧化称生物氧化,主 生物氧化 要指糖、脂肪、 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 的过程。 放能量,最终生成CO2 和 H2O的过程。 的过程 糖 脂肪 蛋白质
目录
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 抗霉素A 二巯基丙醇 CO、CN-、 、 N 3 -及 H 2 S
×
×
× 鱼藤酮 粉蝶霉素A 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
目录
(二)ADP的调节作用 的调节作用
呼吸控制率(respiratory control ratio, RCR) 呼吸控制率
(三)甲状腺激素
CO2的生成方式: CO2的生成方式:体内有机酸脱羧 的生成方式
可分为: 可分为:α-单纯脱羧 α-氧化脱羧 β-单纯脱羧 β-氧化脱羧
目录
第一节 线粒体氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
目录
一、呼吸链
定义 代谢物脱下的成对氢原子( ) 代谢物脱下的成对氢原子 ( 2H)通过位于 线粒体内膜上的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, 应逐步传递 , 最终与氧结合生成水 , 这一系列 酶和辅酶称为呼吸链 呼吸链(respiratory chain)又称 电 又称电 酶和辅酶称为 呼吸链 又称 子传递链(electron transfer chain)。 。 子传递链 组成 递氢体和电子传递体( 递氢体和电子传递体(2H ∆ 2H+ + 2e) )
O2 CO2和H2O ADP+Pi
能量
ATP
热能
目录
* 生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化遵循氧化还原反应的 一般规律。 一般规律。 物质在体内外氧化时所消耗的氧量、 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。 )和释放能量均相同。
目录
* 生物氧化与体外氧化之不同点
高能磷酸键与高能磷酸化合物 高能磷酸键 水解时释放的能量大于30KJ/mol的磷酸 水解时释放的能量大于 的磷酸 酯键, 酯键,常表示为 ∼P。 。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物
目录
目录
二、ATP的形成 的形成
* 定义 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 是指在呼吸链电子传递过程中偶联 在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸 是指在呼吸链电子传递过程中偶联 磷酸 生成ATP,又称为偶联磷酸化。 偶联磷酸化。 化,生成 ,又称为偶联磷酸化 底 物 水 平 磷 酸 化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重新分 生成高能键, 磷酸化生成ATP的 布 , 生成高能键 , 使 ADP磷酸化生成 磷酸化生成 的 过程。 过程。
FAD
NAD+
CHOH CH2O- Pi
3-磷酸甘油 磷酸甘油
线粒体 外膜
膜间隙
线粒体 内膜
线粒体 基质
目录
2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制 主要存在于心肌、肝脏;产生3ATP 主要存在于心肌、肝脏;产生3ATP
目录
H3N
-
+ -
OOC-CH2-C-COO H
谷氨酸谷氨酸 天冬氨酸 转运体
能量是突然释放的。 能量是突然释放的。
产生的CO2 、 H2O由 产生的 由 物质中的碳和氢直接 与氧结合生成。 与氧结合生成。
目录
* 生物氧化的一般过程