1、 第 五 章 生 物 氧 化第1頁(yè)第1頁(yè) 呼吸作用O2CO2 + H2O細(xì)胞呼吸（微生物）第一節(jié)、生物氧化概念及特點(diǎn)一.生物氧化概念有機(jī)物在生物體內(nèi)徹底氧化生成CO2和H2O，并放出能量作用。也稱(chēng)細(xì)胞呼吸/組織呼吸。包括物質(zhì)分解和產(chǎn)能第2頁(yè)第2頁(yè)二、生物氧化特點(diǎn)1.條件溫和生物氧化是在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行酶促氧化過(guò)程，反應(yīng)條件溫和（水溶液，中性pH和常溫）。2. 水生成水生成不是H直接與O作用生成,水是生物氧化反應(yīng)產(chǎn)物,又是生物氧化反應(yīng)環(huán)境,氧化過(guò)程中脫下來(lái)氫，通常由各種載體，如NADH等傳遞到氧并生成水。水是許多生物氧化反應(yīng)氧供體。通過(guò)加水脫氫作用,直接參予了氧化反應(yīng)。3.CO2生成CO2生成不是

2、C直接與O作用生成,而是通過(guò)脫羧作用生成。4. 能量生成能量生成不是爆發(fā)式,而是逐步釋放,提升能量利用率。生物氧化釋放能量，通過(guò)與ATP合成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用生物能ATP。第3頁(yè)第3頁(yè)三.CO2生成(一).直接脫羧a-脫羧-脫羧COOH C=O CH3+ CO2CHOCH3COOH C=O CH3COOH C=O CH2COOH+ CO2第4頁(yè)第4頁(yè)(二).氧化脫羧a-脫羧-脫羧COOH CH-OH CH2COOHCOOH C=O CH3+ CO2NAD+ NADH+H+COOH C=O CH3COSCoACH3+ CO2NAD+ NADH+H+HSCOA第5頁(yè)第5頁(yè)四、生物氧化

3、中物質(zhì)本質(zhì)(方式)1. 失電子2. 脫氫CH3-CH2OH CH3CHO NAD+ NADH+H+乙醇乙醛第6頁(yè)第6頁(yè)3. 加氧4. 加水O2酪氨酸 CHCOOHHOOC-CH COOH CH-OH CH2COOHH2OCH2CHCOOH NH2H-CH2CHCOOH NH2HO-苯丙氨酸延胡索酸蘋(píng)果酸第7頁(yè)第7頁(yè)五.生物氧化酶類(lèi)1.脫氫酶（1）黃素核苷酸為輔基脫氫酶需氧黃酶（如:氨基酸氧化酶）FMN/FADFMN2H/FAD2HR-CH-COOH NH2R-C-COOH NHR-CH-COOH OHNH3H2OO2H2O2 第8頁(yè)第8頁(yè)3.加氧酶： 如羥化酶不需氧黃酶FAD FAD2HCH2

4、-COOHCH2-COOH CHCOOHHOOC-CH 延胡索酸琥珀酸（2）NAD/NADP為輔酶脫氫酶2.氧化酶: 如細(xì)胞色素氧化酶,VitC氧化酶S-2HSNAD/NADP 中間體-2H O2NADH/NADPH 中間體 H2O第9頁(yè)第9頁(yè)第二節(jié) 線(xiàn)粒體氧化體系一.呼吸鏈概念 呼吸鏈又叫電子傳遞體系或電子傳遞鏈，它是代謝物上氫原子被脫氫酶激活脫落后，通過(guò)一系列傳遞體，最后傳遞給被激活氧原子，而生成水所有體系。 在真核生物細(xì)胞內(nèi)，它位于線(xiàn)粒體內(nèi)膜上，原核生物中，它位于細(xì)胞膜上。線(xiàn)粒體呼吸鏈第10頁(yè)第10頁(yè)二.呼吸鏈分構(gòu)成成份1.煙酰胺脫氫酶類(lèi)2.黃素脫氫酶類(lèi)S-2H NAD/NADPS NA

5、DH/NADPHNADH FMNNAD FMN2HS-2H FADS FAD2H第11頁(yè)第11頁(yè)Fe3+ Fe2+ 3.鐵硫蛋白類(lèi)第12頁(yè)第12頁(yè)4.細(xì)胞色素類(lèi)細(xì)胞色素（簡(jiǎn)寫(xiě)為cyt. ）是含鐵電子傳遞體，輔基為鐵卟啉衍生物，鐵原子處于卟啉環(huán)中心，組成血紅素。各種細(xì)胞色素輔基結(jié)構(gòu)略有不同。線(xiàn)粒體呼吸鏈中主要含有細(xì)胞色素a, a3,b, c 和c1等，組成它們輔基分別為血紅素A、B和C。細(xì)胞色素a, b, c能夠經(jīng)過(guò)它們紫外-可見(jiàn)吸取光譜來(lái)判別。 細(xì)胞色素a, b, c 和c1是經(jīng)過(guò)Fe3+ Fe2+ 互變起傳遞電子作用。 a3是經(jīng)過(guò)Cu2+ Cu+ 互變起傳遞電子作用。 a: a/a3bc:

6、c/c1第13頁(yè)第13頁(yè)細(xì)胞色素c（cytc）它是電子傳遞鏈中一個(gè)獨(dú)立蛋白質(zhì)電子載體，位于線(xiàn)粒體內(nèi)膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細(xì)胞色素c1含有相同輔基，不過(guò)蛋白組成則有所不同。在電子傳遞過(guò)程中，cytc經(jīng)過(guò)Fe3+ Fe2+ 互變起電子傳遞中間體作用。第14頁(yè)第14頁(yè)細(xì)胞色素c氧化酶簡(jiǎn)寫(xiě)為cytc 氧化酶，即復(fù)合物IV，它是位于線(xiàn)粒體呼吸鏈末端蛋白復(fù)合物，由12個(gè)多肽亞基構(gòu)成。活性部分主要包括cyta和a3。 cyta和a3構(gòu)成一個(gè)復(fù)合體， cyta含有鐵卟啉， cyta3含有銅原子。cyta3能夠直接以O(shè)2為電子受體。 在電子傳遞過(guò)程中，分子中銅離子能夠發(fā)生 Cu+ Cu2+ 互變，

7、將cytc所攜帶電子傳遞給O2Fe2+第15頁(yè)第15頁(yè)5.輔酶Q-泛醌泛醌（簡(jiǎn)寫(xiě)為Q）或輔酶-Q（CoQ）：它是電子傳遞鏈中唯一非蛋白電子載體。為一個(gè)脂溶性醌類(lèi)化合物。第16頁(yè)第16頁(yè)NADH泛醌還原酶CoQ2H-CytC還原酶復(fù)合體NADHCoQ 還原酶 復(fù)合體第17頁(yè)第17頁(yè)CuCu 2+三.呼吸鏈排列順序第18頁(yè)第18頁(yè)第19頁(yè)第19頁(yè)第三節(jié) 生物氧化中能量轉(zhuǎn)移與利用一.生化反應(yīng)中自由能及自由能改變1、自由能概念GHTS GHTS 在某一系統(tǒng)總能量中，能夠在恒定溫度、壓力以及一定體積下用來(lái)做功那部分能量，稱(chēng)為自由能。2、自由能改變與反應(yīng)平衡常數(shù)關(guān)系GG0RT ln（產(chǎn)物/反應(yīng)物）G0 /

8、RT lnK第20頁(yè)第20頁(yè)二. 高能化合物（一）.高能化合物概念某一化合物水解時(shí)放出能量不小于或等于ATP水解成ADP時(shí)放出能量,該化合物稱(chēng)為高能化合物。ATP +H2O ADP + Pi G0 / -7.3 KCal/moL（二）.高能化學(xué)鍵概念某一化學(xué)鍵斷裂時(shí)放出能量不小于或等于ATP水解成ADP時(shí)放出能量,該化學(xué)鍵稱(chēng)為高能化學(xué)鍵。第21頁(yè)第21頁(yè)乙酰磷酸11.8千卡/摩爾10.1千卡/摩爾(三).高能化學(xué)鍵種類(lèi)1.磷氧鍵型a). ?；姿峄衔?O OCH3-C-OP-OH OH=1.3-二磷酸甘油酸第22頁(yè)第22頁(yè)氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账岬?3頁(yè)第23頁(yè)焦磷酸ATP（三磷酸腺

9、苷）7.3千卡/摩爾b)焦磷酸化合物第24頁(yè)第24頁(yè) 磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾c)烯醇式磷酸化合物第25頁(yè)第25頁(yè)磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲(chǔ)存能量作用。H2.氮磷鍵型第26頁(yè)第26頁(yè)3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸?；o酶A3.硫酯鍵型第27頁(yè)第27頁(yè)S-腺苷甲硫氨酸4.甲硫鍵型第28頁(yè)第28頁(yè)三.ATP生成方式1.氧化磷酸化（oxidatire phosphorylation）在生物氧化過(guò)程中，氧化放能反應(yīng)與磷酸化吸能反應(yīng)偶聯(lián)，氧化放出能量使ADP磷酸化生成ATP作用,稱(chēng)為氧化磷酸化作用。依據(jù)生物氧化方式，可將氧化磷酸化分為底物水平

10、磷酸化及電子傳遞體系磷酸化。（1）氧化磷酸化概念A(yù)TP生成方式氧化磷酸化非氧化磷酸化光合磷酸化第29頁(yè)第29頁(yè)（2）氧化磷酸化方式底物水平磷酸化在被氧化底物上發(fā)生磷酸化作用使ADP生成ATP過(guò)程電子傳遞體系磷酸化當(dāng)電子從NADH或FADH2通過(guò)一系列電子傳遞體系（即呼吸鏈）傳遞給氧形成水時(shí)，伴隨有ADP磷酸化為ATP作用，這一全過(guò)程稱(chēng)為電子傳遞體系磷酸化。2.非氧化磷酸化3.光合磷酸化第30頁(yè)第30頁(yè)四、電子傳遞磷酸化偶聯(lián)作用1、P/O比值每消耗1mol原子氧所消耗無(wú)機(jī)磷酸mol數(shù)（即生成ATPmol數(shù)）。作用物 呼吸鏈構(gòu)成 P/O比值 ATP數(shù)-羥丁酸 NADH 1/2O2 2.8 2.5琥

11、珀酸 FAD 1/2O2 1.7 1.5抗壞血酸 cytC 1/2O2 0.88 1cytC cytaa3 1/2O2 0.610.68 0.5第31頁(yè)第31頁(yè)2. 呼吸鏈中生成ATP部位NADH呼吸鏈FADH呼吸鏈2.5ADP+Pi2.5ATP0.5FADH2 CoQ b c1 c aa3 O2 1ATP 0.5ATP 1.5ADP +Pi 1.5ATP第32頁(yè)第32頁(yè)五、氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)耦聯(lián)學(xué)說(shuō)、結(jié)構(gòu)耦聯(lián)學(xué)說(shuō)與化學(xué)滲入學(xué)說(shuō)化學(xué)滲入學(xué)說(shuō)第33頁(yè)第33頁(yè)六. 線(xiàn)粒體外產(chǎn)生NADH進(jìn)入線(xiàn)粒體方式1.異檸檬酸穿梭作用NADP+NADPH+H+異檸檬酸a-酮戊二酸a-酮戊二酸異檸檬酸NAD+NADH+H+異檸檬酸脫氫酶胞液線(xiàn)粒體線(xiàn)粒體膜第34頁(yè)第34頁(yè) 2. 磷酸甘油穿梭作用NAD+NADH+H+FADFAD2H磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮胞液線(xiàn)粒體膜線(xiàn)粒體磷酸甘油脫氫酶第35頁(yè)第35頁(yè)NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+a-酮戊二酸天冬氨酸a-酮戊二酸天冬氨酸蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸