生化讲义生物氧化ppt课件

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第七讲生物氧化（biologicaloxidation）1.生物氧化概述2.生物氧化中CO2的生成3.生物氧化中H2O的生成4.氧化磷酸化

11.生物氧化概述1.1生物氧化定义1.2生物氧化的特点1.3氧化还原电位与自由能1.4高能化合物1.5能荷

21.1生物氧化定义: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生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用

3脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAn*2H磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环,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。大分子降解成基本结构单位生物氧化的三个阶段e-

4释放的能量转化成ATP被利用转换为光和热，散失1.2生物氧化的特点生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，都生成CO2和H2O，所释放的能量也相同。但二者进行的方式和历程却不同：生物氧化体外燃烧细胞内温和条件高温或高压、干燥条件（常温、常压、中性pH、水溶液）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

51.3氧化还原电位与自由能生化标准氧化还原电位（E0）：生化标准条件下（25C、一个大气压、pH=7.0、电子供体和电子受体的浓度都是1mol/L）时的标准氧化还原电位意义:E0值越小，失电子能力越大，即还原能力越强，是强还原剂E0’值越大，得电子能力越大，即氧化能力越强，是强氧化剂在氧化还原反应中，电子总是从E0’值较小的物质转移到值较大的物质，即从还原剂流向氧化剂

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81.4高能化合物生化反应中，在水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能（>21千焦/摩尔）的化合物称为高能化合物。在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解断裂的活泼共价键称为高能键

9高能化合物的类型按其分子结构特点及所含高能键的特征分：磷氧键型磷氮键型硫碳键型

10高能化合物类型

11ATP的特殊作用ATP是细胞内的“能量通货”ATP在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携带者和转运者，但不是能量的贮存者ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基团转移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基团储备）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油

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131.5能荷细胞所处的能量状态用ATP、ADP和AMP之间的关系式来表示，称为能荷，公式如下：意义：1.能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的ATP全部转变为AMP时能荷值为0，当AMP全部转变为ATP时，能荷值为12.能荷对代谢的调节可通过ATP、ADP和AMP作为代谢中某些酶分子的别构效应物进行变构调节来实现。[ATP]+1/2[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]腺苷酸库能荷=

143.高能荷抑制ATP的生成，促进ATP的应用，即促进机体内的合成代谢。4.大多数细胞的能荷处于0.8-0.95之间。进一步说明细胞内ATP的产生和利用都处于一个相对稳定的状态。能荷相对速率ATP的利用途径ATP的生成途径能荷对ATP的生成途径和ATP的利用途径相对速率的影响无催化活性构象(T-型)CCCCCCRRRRRR有催化活性构象(R-型)CCCCCCRRRRRRATP（正效应剂）CTP（负效应剂）例如：天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）

152.生物氧化中CO2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：CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOHO丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoA-SH+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶CH2-NH2R直接脱羧:氧化脱羧:在脱羧过程中伴随着氧化脱氢

16生物氧化中H2O的生成代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+NADH+H+乙醇脱氢酶例：1\2O2NAD+电子传递链H2O2eO=2H+

173.1生物氧化中水的生成体系脱氢酶:激活代谢物含的氢并使之脱落传递体:传氢体:NAD,NADP,FAD,FMN,CoQ传电子体:细胞色素酶系cytb,cytc1,cytc,cyta,cyta3等氧化酶:激活进入体内的氧

183.2呼吸链（eclctrontransferchain)底物在线粒体基质中氧化所产生的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,因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。电子传递链在原核生物存在于质膜上，在真核细胞存在于线粒体内膜上。定义:代谢物上脱下的氢经一系列传递体,最后传递给被激活的氧分子,而生成水的体系称呼吸链.又称电子传递链(有电子转移)

193.3呼吸链的种类H2O12O2O2-MH2还原型代谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+细胞色素b-c1-c-aa3FeS2H+M氧化型代谢底物FADFADH2琥珀酸FeS2Fe2+2Fe3+细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸NADH呼吸链(多数)FADH2呼吸链(少数)

20NADH呼吸链和FADH2呼吸链FADH2↓FeS↓NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2NADH呼吸链FADH2呼吸链根据代谢物上脱下的氢的初始受体不同,即代谢物脱氢酶的辅酶不同区分出两种典型的呼吸链

213.4呼吸链的组成烟酰胺脱氢酶类黄素蛋白酶类（flavoproteins,FP）3.铁-硫蛋白类（iron—sulfurproteins)4.辅酶Ｑ（ubiquinone,亦写作CoQ）5.细胞色素类（cytochromes）NADH辅酶Q（CoQ）Fe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3琥珀酸等黄素蛋白（FAD）黄素蛋白（FMN）细胞色素类铁硫蛋白（Fe-S）铁硫蛋白（Fe-S）

22烟酰胺脱氢酶类特点：以NAD+或NADP+为辅酶，遇到其它氢受体时,再将H传递下去传递氢机理:NAD(P)++2H++2eNAD(P)H+H+

23黄素蛋白酶类特点：含FMN或FAD的蛋白质，以FAD或FMN为辅基每个FMN或FAD可接受2个电子2个质子呼吸链上具有FMN为辅基的NADH脱氢酶，以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。递氢机理：FAD(FMN)+2HFAD(FMN)H2

24铁硫蛋白特点：在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型,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。传递电子机理：通过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递Fe3+Fe2++e-e

25CoQ特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌，是脂溶性小分子量的醌类化合物通过氧化和还原传递电子

26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。传递电子机理：+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+－e－e

27细胞色素类别: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a3cytb和cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体a和a3以复合物物存在，难以分开,称细胞色素c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

28呼吸链中电子传递时自由能的下降FADH22e-NADHE0’低→高3.5电子传递链中各中间体的顺序ΔG0’=-nFΔE0’

29呼吸链组分按氧化还原电位由低向高的方向排列，电子逐步传递到氧,电子逐级传递、能量逐渐释放

30人体内大多数脱氢酶都以NAD+作辅酶，在脱氢酶催化下底物MH2脱下的氢交给NAD+生成NADH+H+，在NADH脱氢酶作用下，NADH+H+将两个氢原子传递给FMN生成FMNH2，再将氢传递至CoQ生成CoQH2，此时两个氢原子解离成2H+和2e,2H+游离于介质中，2e经Cytb、c1、c、aa3传递，最后将2e传递给1/2O2，生成O2-,O2与介质中游离的2H+结合生成水MH2MNAD+NADH2FMNH2FMNCoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2Fe2+2Fe2+2Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe3+2cytb2Cytc12cytc2cytaa3H2O1/2O22H+2eNADH呼吸链

31FADH链琥珀酸在琥珀酸脱氢酶作用下脱氢生成延胡索酸，FAD接受两个氢原子生成FADH2，然后再将氢传递给CoQ，生成CoQH2，此后的传递和NADH氧化呼吸链相同FADH2FADMH2M

323.6电子传递抑制剂NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸复合物II复合物IV复合物I复合物III鱼藤酮抗霉素A氰化物CO抑制NADH→CoQ的电子传递抑制Cytb→Cytc1的电子传递抑制细胞色素氧化酶→O2

33两条主要的呼吸链

344.氧化磷酸化4.1氧化磷酸化定义4.2种类:(生成ATP的方式)电子传递磷酸化底物水平磷酸化4.3磷氧比（P/O）的概念4.4线粒体外NADH的氧化磷酸化作用

354.1氧化磷酸化定义代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。ADP+PiATP+H2O生物氧化过程中释放出的自由能

36电子传递磷酸化定义:电子由呼吸链传递给氧形成水时,伴有ADP磷酸化形成ATP,这一全过程称电子传递磷酸化特点:这是需氧生物合成ATP的主要途径要有氧地点:真核生物在线粒体内膜上进行;原核生物则在质膜上进行

37呼吸链中生成ATP的部位:电子传递给氧的过程中释放自由能，供给ATP的合成。其中释放大量自由能的部位有3处，即复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ，这3个部位就是ATP合成的部位，称为偶联部位NAD→FMN→CoQ→Cytb→CytC1→CytC→Cytaa3→O2ATP能量生成依据(三个部位的自由能变化)ΔG0’=-nFΔE0’FMN→CoQ:ΔG0’=-2*23.062*(0.1+0.3)=-18.4496千卡/molCytb→CytC:ΔG0’=-2*23.062*(0.25-0.07)=-8.30232千卡/molCytaa3→O2:ΔG0’=-2*23.062*(0.82-0.29)=-23.9千卡/molATPATPATP

38底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)定义:被氧化的底物伴随氧化脱氢磷酸化,其分子内部能量重新分配,形成高能磷酸化合物的中间产物,再通过酶的作用形成ATP地点:这一磷酸化过程在胞浆和线粒体中进行举例:CHOCOOPCOOHCHOHCHOHCHOHCH2OPCH2OPCH2OP特点：ATP的形成直接与中间代谢物进行的反应相偶联；在有O2或无O2条件下均可发生底物水平的磷酸化;糖酵解主要以此种方式获取能量PiADPATPNADNADH23-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶3－磷酸甘油醛1，3二磷酸甘油酸3－磷酸甘油酸

394.3磷氧比（P/O）定义：指每消耗1mol氧所消耗的无机磷的mol数由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至氧所产生的ATP分子数。NADHFADH2O212H2OH2O例实测得NADH呼吸链：P/O~3ADP+PiATP实测得FADH2呼吸链：P/O~2O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP

404.4线粒体外NADH的氧化磷酸化作用磷酸甘油穿梭系统苹果酸—天冬氨酸穿梭系统酵解（细胞质）氧化磷酸化（线粒体）真核细胞细胞液中产生的NADH必须经某种穿梭物的携带才能进入线粒体中,才能进行氧化磷酸化

41-磷酸甘油穿梭（线粒体基质）磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2NADHNAD+线粒体内膜（细胞液）胞液α-磷酸甘油脱氢酶线粒体α-磷酸甘油脱氢酶常存在于肌肉、神经组织中，G酵解生成2个NADH2所以G在这些组织中彻底氧化分解少生成2个ATP，即36个

42苹果酸-草酰乙酸穿梭作用细胞液线粒体内膜体天冬氨酸-酮戊二酸苹果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸苹果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+线粒体基质苹果酸脱氢酶NADH+H+ⅣⅠⅡⅢ苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为膜上的转运载体）呼吸链

43问答题1、生物氧化有何特点？以葡萄糖为例，比较体内氧化和体外氧化异同。2、何谓高能化合物？体内ATP有那些生理功能？3、氰化物和一氧化碳为什麽能引起窒息死亡？原理何在？4、比较两条呼吸链的异同?名词解释生物氧化　　氧化磷酸化　　底物水平磷酸化　　呼吸链磷氧比（P/0）能荷