第6章BiologicalOxidation物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱(chēng)生物氧化(biologicaloxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成CO2和H2O的過(guò)程。糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP熱能生物氧化的概念生物氧化與體外氧化之相同點(diǎn)生物氧化各物質(zhì)的氧化方式有加氧、脫氫、失電子，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律。生物氧化各物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時(shí)所消耗的氧量、最終產(chǎn)物(CO2，H2O)和釋放能量均相同。糖原甘油三酯蛋白質(zhì)葡萄糖脂酸+甘油氨基酸乙酰CoATAC

2H呼吸鏈H2OADP+PiATPCO2

生物氧化的一般過(guò)程第一節(jié)

生成ATP的氧化磷酸化體系TheOxidativePhosphorylationSystemwithATPProducing營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝脫下的成對(duì)氫原子以還原當(dāng)量的形式存在（NADH+H+,FADH2）,再通過(guò)多種酶和輔酶催化的氧化還原連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水。逐步釋放的能量可驅(qū)動(dòng)ATP生成。由于該過(guò)程與細(xì)胞呼吸有關(guān)，這一包含多種氧化還原組分的傳遞鏈稱(chēng)為氧化呼吸鏈(oxidativerespiratorychain)。一、呼吸鏈定義遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e）組成ⅢⅠⅡⅣCytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)線粒體內(nèi)膜e-e-e-e-e-NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

FMN結(jié)構(gòu)發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)。

鐵硫蛋白中輔基鐵硫中心(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中一個(gè)鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3++e

反應(yīng)傳遞電子。屬于單電子傳遞體。

?表示無(wú)機(jī)硫泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）復(fù)合體Ⅰ又稱(chēng)NADH-泛醌還原酶。復(fù)合體Ⅰ電子傳遞：NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQ每傳遞2個(gè)電子可將4個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅰ有質(zhì)子泵功能。1、復(fù)合體Ⅰ作用是將NADH+H+中的電子傳遞給泛醌(ubiquinone)復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+

FMNFMNH2還原型Fe-S

氧化型Fe-S

QQH2復(fù)合體Ⅱ是三羧酸循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶，又稱(chēng)琥珀酸-泛醌還原酶。電子傳遞：琥珀酸→FAD→幾種Fe-S→CoQ復(fù)合體Ⅱ沒(méi)有H+泵的功能。2、復(fù)合體Ⅱ功能是將電子從琥珀酸傳遞到泛醌。3、復(fù)合體Ⅲ功能是將電子從還原型泛醌傳遞給細(xì)胞色素c。復(fù)合體Ⅲ又叫泛醌-細(xì)胞色素C還原酶。泛醌從復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ募集還原當(dāng)量和電子并穿梭傳遞到復(fù)合體Ⅲ。電子傳遞過(guò)程：CoQH2→(CytbL→CytbH)→Fe-S→Cytc1→Cytc每傳遞2個(gè)電子可將4個(gè)H+從內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)泵到胞漿側(cè)，復(fù)合體Ⅲ有質(zhì)子泵功能。復(fù)合體Ⅳ又稱(chēng)細(xì)胞色素C氧化酶(cytochromecoxidase)。電子傳遞：Cytc→CuA→Cyta→Cyta3–CuB→O2Cyta3–CuB形成活性雙核中心，將電子傳遞給O2。每2個(gè)電子傳遞過(guò)程使2個(gè)H+跨內(nèi)膜向胞漿側(cè)轉(zhuǎn)移。4、復(fù)合體Ⅳ將電子從細(xì)胞色素C傳遞給氧復(fù)合體Ⅳ的電子傳遞過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位拆開(kāi)和重組特異抑制劑阻斷還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧（二）氧化呼吸鏈組分按氧化還原電位由低到高的順序排列

由以下實(shí)驗(yàn)確定:呼吸鏈中各種氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位二、氧化磷酸化將氧化呼吸鏈釋能與ADP磷酸化生成ATP偶聯(lián)氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)是指在呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱(chēng)為偶聯(lián)磷酸化。底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)與脫氫反應(yīng)偶聯(lián)，生成底物分子的高能鍵，使ADP(GDP)磷酸化生成ATP(GTP)的過(guò)程。不經(jīng)電子傳遞。ATP生成方式（一）氧化磷酸化偶聯(lián)部位在復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ內(nèi)根據(jù)P/O比值自由能變化:⊿Go'=-nF⊿Eo'氧化磷酸化偶聯(lián)部位：復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ線粒體離體實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一些底物的P/O比值底物呼吸鏈的組成P/O比值可能生成的ATP數(shù)β-羥丁酸NAD+→復(fù)合體Ⅰ→CoQ→復(fù)合體Ⅲ2.52.5→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2琥珀酸復(fù)合體Ⅱ→CoQ→復(fù)合體Ⅲ1.51.5→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2抗壞血酸Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O20.881細(xì)胞色素c(Fe2+)復(fù)合體Ⅳ→O20.61-0.6811、P/O比值指氧化磷酸化過(guò)程中，每消耗1/2摩爾O2所生成ATP的摩爾數(shù)（或一對(duì)電子通過(guò)氧化呼吸鏈傳遞給氧所生成ATP分子數(shù)）。電子傳遞鏈自由能變化

ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2(二)氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制是產(chǎn)生跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度1、化學(xué)滲透假說(shuō)(chemiosmotichypothesis)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞時(shí)，可將質(zhì)子(H+)從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜胞漿側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度儲(chǔ)存能量。當(dāng)質(zhì)子順濃度梯度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與Pi生成ATP。線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATP4H+2H+4H+胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)++++++++++---------電子傳遞過(guò)程復(fù)合體Ⅰ(4H+)、Ⅲ(4H+)和Ⅳ(2H+)有質(zhì)子泵功能。

化學(xué)滲透示意圖及各種抑制劑對(duì)電子傳遞鏈的影響當(dāng)H+順濃度遞度經(jīng)F0中a亞基和c亞基之間回流時(shí)，γ亞基發(fā)生旋轉(zhuǎn)，3個(gè)β亞基的構(gòu)象發(fā)生改變。ATP合酶的工作機(jī)制ATP合成的結(jié)合變構(gòu)機(jī)制(bindingchangemechanism)案例分析患者：女性，53歲，因神志不清入院?；颊?小時(shí)前被發(fā)現(xiàn)，疑煤氣中毒。體格檢查：體溫37度，脈搏94次/分，呼吸22次/分。輔助檢查：

1.碳氧血紅蛋白測(cè)定：HbCO>50%2.動(dòng)脈血?dú)夥治觯簞?dòng)脈血氧分壓、氧飽和度和二氧化碳分壓都處于較低水平

3.腦電波顯示廣泛異常改變問(wèn)：煤氣中毒的生化機(jī)制是什么？NADHFMN(Fe-S)琥珀酸FAD(Fe-S)CoQCytb→Cytc→CytcCytaa3O2魚(yú)藤酮粉蝶霉素A異戊巴比妥×抗霉素A二巰基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)萎銹靈×2、解偶聯(lián)劑破壞電子傳遞建立的跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度

解偶聯(lián)劑(uncoupler)如：二硝基苯酚(dinitrophenol,DNP)；解偶聯(lián)蛋白(uncouplingprotein，UCP1)。解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）ⅢⅠⅡF0F1ⅣCytcQ胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)解偶聯(lián)蛋白熱能H+H+ADP+PiATP

寡霉素(oligomycin)寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖可阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成。Na+，K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。（二）ADP是調(diào)節(jié)正常人體氧化磷酸化速率的主要因素。（三）甲狀腺激素刺激機(jī)體耗氧量和產(chǎn)熱同時(shí)增加。（四）線粒體DNA突變可影響機(jī)體氧化磷酸化功能。電子傳遞鏈及氧化磷酸化系統(tǒng)概貌ΔμH+跨膜質(zhì)子電化學(xué)梯度；H+m內(nèi)膜基質(zhì)側(cè)H+；H+c

內(nèi)膜胞液側(cè)H+四、ATP在能量的生成、利用、轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)存中起核心作用高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量大于21kJ/mol的磷酸酯鍵，常表示為P。高能磷酸化合物含有高能磷酸鍵的化合物一些重要有機(jī)磷酸化合物水解釋放的標(biāo)準(zhǔn)自由能

核苷二磷酸激酶的作用ATP+UDPADP+UTPATP+CDPADP+CTPATP+GDPADP+GTP腺苷酸激酶的作用

ADP+ADPATP+AMP肌酸激酶的作用磷酸肌酸作為肌肉和腦組織中能量的一種貯存形式。

ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P機(jī)械能(肌肉收縮)滲透能(物質(zhì)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))化學(xué)能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內(nèi)能量的儲(chǔ)存和利用都以ATP為中心。內(nèi)膜可透過(guò)物質(zhì)：ATP、AMP、Pi、丙酮酸、琥珀酸、蘋(píng)果酸、α-酮戊二酸等。內(nèi)膜不可透過(guò)的物質(zhì)：H+、NADPH、NADH、草酰乙酸等。線粒體內(nèi)膜的某些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)

（一）胞漿中NADH通過(guò)穿梭機(jī)制進(jìn)入線粒體氧化呼吸鏈胞漿中NADH必須經(jīng)一定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)入線粒體，再經(jīng)呼吸鏈進(jìn)行氧化磷酸化。α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭

(malate-asparateshuttle)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：

NADH+H+FADH2NAD+FAD

線粒體內(nèi)膜

線粒體外膜膜間隙

線粒體基質(zhì)α-磷酸甘油脫氫酶呼吸鏈磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油1、α-磷酸甘油穿梭主要存在于腦和骨骼肌中

NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋(píng)果酸-α-酮戊二酸轉(zhuǎn)運(yùn)體蘋(píng)果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸蘋(píng)果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)呼吸鏈天冬氨酸蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭主要存在于肝和心肌中

（二）ATP-ADP轉(zhuǎn)位酶促進(jìn)ADP進(jìn)入和ATP移出緊密偶聯(lián)ATP4-F0F1胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)

腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

ADP3-H2PO4-ATP4-H+H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子ATP4-和ADP3-反向轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，向內(nèi)膜外凈轉(zhuǎn)移1個(gè)負(fù)電荷，相當(dāng)于多1個(gè)H+轉(zhuǎn)入線粒體基質(zhì)。

第二節(jié)

其他不生成ATP的氧化體系TheOthersOxidativeEnzymeSystemswithoutATPProducing一、抗氧化酶體系有清除反應(yīng)活性氧類(lèi)的功能反應(yīng)活性氧類(lèi)(reactiveoxygenspecies,ROS)O2e-O·-2e-+2H+H2O2e-+H+OH·H2Oe-+H+H2O反應(yīng)活性氧類(lèi)ROS主要來(lái)源線粒體：超氧陰離子O·-2，是體內(nèi)O·-2的主要來(lái)源；O·-2在線粒體中再生成H2O2和·OH。過(guò)氧化酶體：FAD將從脂肪酸等底物獲得的電子交給O2生成H2O2和羥自由基·OH。胞漿需氧脫氫酶（如黃嘌呤氧化酶等）也可催化生成O·-2。細(xì)菌感染、組織缺氧等病理過(guò)程，環(huán)境、藥物等外源因素也可導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生活性氧類(lèi)。抗氧化酶體系1、過(guò)氧化氫酶(catalase)又稱(chēng)觸酶，其輔基含4個(gè)血紅素2H2O22H2O+O2

過(guò)氧化氫酶

可去除細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)生的H2O2和過(guò)氧化物(R-O-OH)，是體內(nèi)防止活性氧類(lèi)損傷主要的酶。2、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathioneperoxidase，GPx)H2O2+2GSH→2H2O+GS-SG2GSH+R-O-OH→GS-SG+H2O+R-OH

谷胱甘肽過(guò)氧化物酶

H2O2(ROOH)

H2O(ROH+H2O)2G–SHG–S–S–GNADP+NADPH+H+