1、第9章 生物氧化,一、概 述 二、生成ATP的氧化體系 三、其它生物氧化體系 四、生物氧化中CO2的生成,一、概 述,（一）生物氧化 （二）高能化合物 （三）高能化合物的類型,（一）生物氧化,1.概念 糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)經(jīng)過一系列與體外燃燒有別的氧化分解，最終生成 CO2 和 H2O ，并釋放能量的過程稱為生物氧化（biological oxidation）。 2.特點(diǎn) （1）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在37左右 ，經(jīng)酶催化的一系列的化學(xué)反應(yīng)，逐步氧化，并逐步地釋放能量。,（2）生物氧化過程中釋放的能量，主要以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在ATP中，機(jī)體需要時(shí)再由ATP給機(jī)體提供能量，還有一部分能量以熱能的

2、形式釋放。 （）在近中性的水溶液中進(jìn)行，p保持相對(duì)恒定。 （4）生物氧化過程中產(chǎn)生的 CO不是來自碳原子與氧的直接化合，而是有機(jī)酸的脫羧基作用生成的。 （5）在真核生物細(xì)胞內(nèi)，生物氧化都在線粒體內(nèi)進(jìn)行。不含線粒體的原核生物如細(xì)菌，生物氧化是在細(xì)胞膜上進(jìn)行的。,（二）高能化合物,高能化合物（ energy-rich chemical compound）是指含有高能基團(tuán)（ energy-rich redical，轉(zhuǎn)移勢(shì)能高的基團(tuán)）的化合物。表示這種高能基團(tuán)的方式是在有關(guān)基團(tuán)的前面加“”符號(hào)，這一符號(hào)通常稱為高能鍵（energy-rich bond）。,1.ATP是生物體中自由能的通用貨幣 2.AT

3、P以偶聯(lián)方式推動(dòng)體內(nèi)非自發(fā)反應(yīng) 3.其他高能化合物,1.ATP是生物體中自由能的通用貨幣,分解代謝釋放的能量并不能直接被細(xì)胞利用，必須經(jīng)一類高能物質(zhì)其中最主要的是 ATP（腺苷三磷酸）暫時(shí)儲(chǔ)存（能量載體和遞體）起來，然后用于細(xì)胞生命活動(dòng)的各個(gè)方面（ATP 作為能量的載體），如用于合成物質(zhì)、肌肉收縮，或轉(zhuǎn)化為光能、電能、滲透能等。 也就是說細(xì)胞直能接利用的僅僅是腺苷三磷酸 ( ATP ) 中所儲(chǔ)存的能量。,ATP在3個(gè)磷酸基團(tuán)中含有兩個(gè)磷酸酐鍵，成為高能分子。,體內(nèi)能量的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移和利用,H,2,O,CO,2,離子主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)）,（吸收、分泌、,滲透能,轉(zhuǎn)移,化學(xué)能,（散失）,熱能,能,P,C,C,

4、磷酸肌酸,儲(chǔ)存,肌酸,ATP,ADP+Pi,分解,氧化,底物,能,利用,其它,熱能 （維持體溫）,化學(xué)能 （生長(zhǎng)修補(bǔ)）,電能 （神經(jīng)傳導(dǎo)）,機(jī)械能 （肌肉收縮）,體內(nèi)能量的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移和利用,生成,2.ATP以偶聯(lián)方式推動(dòng)體內(nèi)非自發(fā)反應(yīng),ATP 是自由能的載體，它推動(dòng)那些必需輸入自由能才能在熱力學(xué)上進(jìn)行的反應(yīng)。 如細(xì)胞內(nèi)脂肪酸合成中，由 乙酰輔酶A 羧化為丙二酸單酰輔酶A 這一步：,乙酰輔酶A羧化酶,（三）高能化合物的類型,1. 磷氧鍵型 酰基磷酸化合物 如1，3-二磷酸甘油 焦磷酸化合物 無機(jī)焦磷酸、ATP 烯醇式磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸 2. 氮氧鍵型 磷酸肌酸（儲(chǔ)備能量） 3. 硫酯鍵

5、型 3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸 4. 甲硫鍵型 s-腺苷甲硫氨酸,二、生成 ATP 的氧化體系,（一）呼吸鏈 （二）氧化磷酸化,（一）呼吸鏈,1.電子傳遞鏈的概念 2.電子傳遞鏈的組成 3.電子傳遞鏈的排列順序 4.電子傳遞抑制劑,1.電子傳遞鏈的概念,（1）概 念 電子傳遞鏈又稱呼吸鏈（respiratory chain），是指代謝底物上脫下的氫（質(zhì)子或電子）經(jīng)一系列遞氫體或遞電子體的傳遞，最終傳遞給分子氧而生成水的連續(xù)反應(yīng)體系。,（2）呼吸鏈的種類,據(jù)底物上脫下氫的初始受體不同分為: NADH 呼吸鏈和 FADH2 呼吸鏈二條 糖、脂肪、蛋白質(zhì) 3 大類物質(zhì)分解代謝中的脫氫反應(yīng)，大多數(shù)以

6、NAD 為遞氫體，通過NADH 呼吸鏈來完成氫的氧化，少數(shù)脫氫酶以FAD 為遞氫體，通過 FADH2 呼吸鏈?zhǔn)箽溲趸?P128,還原型,氧化型,還原酶,NADH,NAD,FeS,QH2,+,FMN,FMNH,2,還原型,FeS,氧化型,Q,NAD+,- Q,Q,QH,2,Cyt c,FeS,Cytc 1,(+2),(+3),QH2-細(xì)胞色素,還原酶,Cyt b,(+3),Cyt b,(+2),FeS,(+2),(+3),Cytc 1,(+3),Cyt c,(+2),c,c,(+2),Cyt c,(+3),(+2),(+2),Cu,(+3),(+3),(+1),Cyt a,3,Cyt c,細(xì)胞

7、色素,氧化酶,Cyt a,H,2,O,O,2,Cyt a,Cyt a,3,Cu,(+2),琥珀酸-Q還原酶,（FADH2）,（FAD）,Cyt b560,2. 電子傳遞鏈的組成,呼吸鏈 位于線粒體內(nèi)膜，形成呼吸酶復(fù)合體。, 黃素蛋白 鐵硫蛋白 細(xì)胞色素 泛醌 它們都是疏水性分子。除泛醌外，其他組分都是蛋白質(zhì)，通過其輔基的可逆性氧化還原傳遞電子。,電子傳遞鏈的組分包括,按照它們的氧化還原電位大小排列，這個(gè)序列與它們對(duì)電子親和力的不斷增加順序相吻合。,O2,C 1,NADH,FMN,FeS,Cyt b,琥珀酸,FeS,FAD,CoQ,10,Cytc,Cyt,aa3,3.電子傳遞鏈的排列順序,4.電

8、子傳遞抑制劑,能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。 利用專一性電子傳遞抑制劑選擇性地阻斷呼吸鏈中某個(gè)傳遞步驟，這是研究電子傳遞鏈順序的一種重要方法。,某,些,電,子,傳,遞,抑,制,的,作,用,部,位,和,-,被,-,O,2,CO,N,3、,CN,細(xì)胞色素氧化酶（aa3）,細(xì)胞色素,c1,細(xì)胞色素,抑制,被抗霉素A,NADH,-,Q,NADH,QH2,c,b,抑制,安密妥抑制,被魚藤酮和,還原酶,細(xì)胞色素,S=,（二）氧化磷酸化,1. 概 念 （1）氧化磷酸化 NADH 和 FADH2 帶著轉(zhuǎn)移潛勢(shì)很高 的電子，在沿呼吸鏈傳遞給氧的過程中，同時(shí)逐步釋放出自由能，使 ADP

9、+ Pi ATP，這個(gè)過程稱為氧化磷酸化作用（oxidative phosphorylation ） 。,ATP 的生成,一對(duì)電子通過 NADH 呼吸鏈到分子氧的傳遞，可形成 2.5 個(gè) ATP；一對(duì)電子通過 FADH2 呼吸鏈，則可形成 1.5 個(gè) ATP。,在底物氧化過程中，形成了某些高能中間代謝物，再通過酶促磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，直接偶聯(lián) ATP 的形成，稱為底物水平磷酸化(substrate level phospharylation) 。 XP + ADP XH + ATP,（2）底物水平磷酸化,2.氧化磷酸化的作用機(jī)理,化學(xué)滲透假說 電子沿呼吸鏈傳遞時(shí)，釋出的能量用于把 H 由線粒體的

10、基質(zhì)穿過內(nèi)膜泵到線粒體內(nèi)膜和外膜之間的膜間腔中，膜間腔中的 H 濃度高于間基中的 H濃度，線粒體的內(nèi)膜外側(cè)為正、內(nèi)側(cè)為負(fù)，于是形成一種跨線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子梯度，產(chǎn)生了膜電勢(shì)，即產(chǎn)生貯藏能量的電化學(xué)質(zhì)子梯度。,正是由這種電化學(xué)質(zhì)子梯度推動(dòng) H 由膜間又穿過內(nèi)膜上 ATP 酶復(fù)合體的 F0 部位返回到膜內(nèi)基質(zhì)中。此時(shí)在ATP 酶復(fù)合體的 F1 部位，發(fā)生 ATP 酶催化 ADP 磷酸化為 ATP 的反應(yīng)。,氧化磷酸化機(jī)理,ATP 酶復(fù)合體,（1）解偶聯(lián)劑（uncouplers） （2）氧化磷酸化抑制劑（inhibitors） （3）離子載體抑制劑（ionophores）,3.氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制

11、劑,這類試劑的作用 它只抑制 ATP 的形成過程，不抑制電子傳遞過程。 使電子傳遞和ATP形成兩個(gè)過程分離， 使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能都變?yōu)闊?能。 典型的解偶聯(lián)劑 2，4-二硝基苯酚。,（1）解偶聯(lián)劑,（2）氧化磷酸化抑制劑,這類試劑的作用特點(diǎn) 既抑制氧的利用，又抑制 ATP的形成 。 典型的氧化磷酸化抑制劑 寡霉素 與三分子體柄部蛋白質(zhì)結(jié)合，使頭部的ATP合酶失去活性，不能生成ATP 。,是一類脂溶性物質(zhì)。這類物質(zhì)能與H以外的其它一價(jià)陽離子結(jié)合，作為他們的載體使這些離子穿過膜。因此這類抑制劑是通過增加線粒體內(nèi)膜對(duì)一價(jià)陽離子的通透性而破壞氧化磷酸化過程。 如纈氨霉素（valinomycin）

12、能夠結(jié)合 K+ 離子，與 K+ 形成脂溶性復(fù)合物，從而使 K+容易通過膜。,（3）離子載體抑制劑,線粒體內(nèi) NADH 可以直接進(jìn)入呼吸鏈被氧化，但細(xì)胞液內(nèi)的 NADH 無法透過線粒體內(nèi)膜進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化，但可通過兩種 “穿梭” 途徑解決胞液內(nèi) NADH的氧化問題： （1）磷酸甘油穿梭途徑 （2）蘋果酸天冬氨酸穿梭途徑,4.線粒體外 NADH 的氧化磷酸化作用,（1）磷酸甘油穿梭途徑,在某些肌肉組織和大腦里,（2）蘋果酸天冬氨酸穿梭途徑,這類穿梭主要在 肝臟和心肌等組織,三、其它生物氧化體系,（一）需氧脫氫酶 （二）氧化酶 （三）超氧化物岐化酶和過氧化物氧化體系,生物體內(nèi)還有一類需氧脫氫酶，即在

13、有氧條件下才脫氫。脫下的氫立即交給分子氧，使其激活生成H2O2。酶不被氰化物、硫化氫、CO等所抑制，如黃嘌呤氧化酶等。,（一）需氧脫氫酶,（二）加氧酶,1.加單氧酶 又稱混合功能氧化酶或羥化酶，它所催化的反應(yīng)，都是在底物分子中加一個(gè)氧原子，因此稱為加單氧酶。 它能使多種脂溶性物質(zhì)，諸如藥物、毒物、類固醇等化合物氧化。 2.加雙氧酶 又叫轉(zhuǎn)氧酶，催化2分子氧直接加到底物構(gòu)成雙鍵的兩個(gè)碳原子上，如 -類胡羅卜素加雙氧酶（生成視黃醛）。,（三）超氧化物岐化酶和過氧化物氧化體系,1.超氧化物歧化酶 超氧化物歧化酶，簡(jiǎn)稱SOD（super oxide dismutase）是一類廣泛存在于動(dòng)、植物及微生物中的含金屬酶類。它們共同的功能是催化超氧陰離子自由基的歧化反應(yīng)（一個(gè)超氧陰離子被氧化，一個(gè)被還原）。 2.過氧化氫酶和過氧化物酶 主要分解生物氧化中產(chǎn)生的 H2O2。,H2O2 + H2O2 2H2O + O2 A + H2O2 AO + H2O