1、1生物氧化概念和特点以及表现2第一节生物氧化BiologicalOxidation一、生物氧化的概念二、生物氧化的特点3一、生物氧化的概念物质在生物体内进行的氧化称为生物氧化。主要是糖、脂、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成二氧化碳和水的过程。4（一）与体外氧化的共同点耗氧;生成CO2和水;释放的总能相等（二）不同点1.条件体外：高温、干燥体内：酶催化、温和2.能量形式、放能方式：体外：热能,骤然释放体内：热能+ATP（40），逐步释放二、生物氧化特点53.CO2和水的生成方式体外：碳、氢直接与氧结合生成。生物氧化：CO2：脱羧水：底物脱氢氧
2、化呼吸链与氧结合6*生物氧化的一般过程7第二节呼吸链（respiratorychain)8一、概念呼吸链（respiratorychain）：代谢物脱下的氢原子通过多种酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水的传递链。也叫电子传递链。（electrontransferchain）。递氢体：传递氢的酶或辅酶电子传递体：传递电子的酶或辅基/辅酶9二、线粒体的膜结构1.外膜：5000的分子和离子可跨膜扩散2.内膜：多数小分子和离子不能自由通过呼吸链复合物、ATP合成酶位于内膜及嵴上3.“膜间隙”：可溶性酶、底物、辅助因子4.基质：丙酮酸脱氢酶系、TCA及脂肪酸氧
3、化的大多数酶、鸟氨酸循环（肝脏）中的部分酶10三、呼吸链的组成4种复合体、CoQ、Cytc组成两条主要的呼吸链：NADH氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）111213（一）复合体（NADH-CoQ还原酶）1.是NADH+H的电子进入呼吸链的入口142.辅基或辅酶FMN（黄素蛋白的辅酶）:传递电子和HFe-S中心(铁硫蛋白的辅基):传递电子3.电子传递途径NADHFMN，Fe-SCoQ复合体的电子传递1516NADH+H+FMNFe2+SCoQNAD+FMNH2Fe3+SCoQH2电子在复合体的传递途径174.复合体的两个功能催化NAD
4、H+H+QNAD+QH2(放能)将4个H+从线粒体基质（Nside）泵到膜间隙（Pside）（吸能）18(二）复合体（琥珀酸-辅酶Q还原酶）1.另一条呼吸链的入口2.将电子和氢从琥珀酸传递给CoQ3.辅基：FADFe-S簇hemeb4.电子传递途径琥珀酸FAD，Fe-S簇CoQ复合体的电子传递19琥珀酸FAD延胡索酸FADH2FADH2Fe3+SFe2+SFe3+SCoQH2FADFe2+SFe3+SFe2+SCoQ复合体上的电子传递途径20是TCA的一步反应2122复合体将电子和氢从琥珀酸传递给泛醌复合体不能泵出氢质子23（三）辅酶Q（泛
5、醌）脂溶性醌类化合物位于内膜的脂质双层中可以移动的电子传递体电子和氢的受体24多个异戊二烯半醌型泛醌二氢泛醌泛醌2526(四）复合体（CoQ-CytC还原酶）1.接受CoQ传递来的电子，并泵出4个H+/2e2.还原酶的辅基：血红素bL血红素bHFeS血红素c1274.复合体中的电子传递途径QH2Cytb，Fe-S，Cytc1复合体中的电子传递途径Cytc28（五）Cytc接受复合体传递来电子，并传递给复合体辅基：血红素C位于膜间隙，是可以移动的水溶性电子29将电子从Cytc传递给分子氧，催化分子氧还原为H2O,泵出2个H/2e。辅基：Cu-Cu中心（CuA）
6、血红素a，血红素a3FeCu中心（CuB）(六）复合体（Cytc氧化酶）3031复合体中的电子传递途径:CytcCuACytaCyta3CuBO232电子传递链3334（七）总的方程式：每传递一对电子，复合体I、分别泵出4、4、2个H+。NADH+11H+N+1/2O2NAD+10H+P+H2OFADH2+6H+N+1/2O2FAD+6H+P+H2O35FADFADH2脂酰CoA2反烯脂酰CoA脂酰CoA脱氢酶36四、呼吸链组分排列顺序的确定1.根据标准氧化还原电位E0的高低排列eEO（小）EO（大）物质的标准氧化还原电位越低，则该物
7、质失去电子的倾向越大，也就越容易成为还原剂而处于呼吸链的前面。372.检测电子传递体氧化的顺序电子传递体还原态和氧化态时的吸收光谱不同利用完整的离体线粒体进行研究检测前使所有电子传递体均处于还原态向检测体系中缓慢给氧判断：先由还原态变为氧化态的位于呼吸链的？面38393.体外将呼吸链的各复合体进行拆分和重组404.利用阻断剂研究分析完整的离体线粒体实验前使所有电子传递体均处于还原态给氧4142第三节氧化磷酸化氧化磷酸化：呼吸链中电子的传递过程偶联ADP磷酸化，生成ATP的过程。43一、自由能变、偶联反应及高能磷酸化合物（一）化学反应中的G（自由能变化）ABCDG:产物自由能与反应物
8、自由能之间的差值G0，需要外界提供能量才能进行，耗能G0，可逆反应44（二）偶联反应偶联反应：一个热力学上不能自发进行的反应可在另一个能够自发进行反应的驱动下而进行，这两个结合在一起同时进行的反应称为偶联反应。实例G+PiG-6-P+H2OG=3.3kCal/molATP+H2OADP+PiG=-7.3kCal/molG+ATPG-6-P+ADPG=-4kCal/mol45（三）高能化合物1.高能化合物高能化合物：1mol水解可释放出以上自由能的化合物。1）磷氧键型(OP)：ATP、GTP等2）氮磷键型(NP）：磷酸肌酸等3）硫脂键型：琥珀酰CoA等2.ATP
9、（三磷酸腺苷）生物能的主要载体含一个磷酸酯键和二个磷酸酸酐键4647（四）ATP生成的方式1氧化磷酸化（主要方式）：呼吸链中电子的传递过程偶联ADP磷酸化，生成ATP的过程。高势能电子从NADH+H+或FADH2沿呼吸链传递给氧的过程中,所释放的能量驱动ADP形成ATP，即ATP的形成与电子传递相偶联。482底物磷酸化（次要方式）：高能键断裂偶联ADP磷酸化为ATP（或GDP/GTP)的过程。49二、氧化磷酸化的偶联部位NADH与CoQ之间CoQ与Cytc之间Cytc与O2之间501、根据P/O比值推测P/O比值：物质氧化时，每消耗1mol氧原子所消耗无机磷酸的mol数.分离线粒
10、体-体外模拟实验底物：-羟丁酸,琥珀酸,还原型Cytc51位置NADHQCoQCytcCytcO2E0E0E0E02.根据标准氧化还原电位差计算自由能变52位置NADHQCtybCytcCytaa3O2G0G0=-69.5kJ/molG0=-40.5kJ/molG0=-102.3kJ/mol1molADPATP:G0=30.5kJ/molG0=-nFE053每传递一对电子合成ATP的量NADH氧化呼吸链：2.5ATP/NADH+H+（3ATP）琥珀酸氧化（FADH2）呼吸链：（2ATP-旧版本）54三、氧化磷酸化偶联机制1.化学渗
11、透学说电子经呼吸链传递时，可以将氢质子由线粒体基质泵到线粒体膜间隙，产生跨膜的质子电化学梯度（电位差和H+浓度差），质子顺梯度回流时会驱动ATP的形成。由PeterMitchell提出的，1978年获诺贝尔化学奖。55化学渗透学说的要点1.电子沿呼吸链传递时，泵出H+形成跨膜电化学梯度跨膜电位差H+浓度梯度2.H+顺电化学梯度回流，释放能量会偶联ATP的生成。ADPATPATP合酶3.H+由ATP合成酶的F0亚单位回流时才会偶联ATP的生成。能量5657合成酶ATP合成酶：F0、F1两个亚单位F1：位于基质侧，催化ATP合成F0：跨越内膜,是H+通道5817个亚
12、基59H+回流，亚基旋转，3个亚基的构象发生改变疏松型（L）：ADP和Pi与亚基结合紧密结合型（T）：ADP和Pi生成ATP开放型（O）：释放ATP60216162四、影响氧化磷酸化的因素（一）抑制剂1.呼吸链抑制（阻断）剂（1）抑制复合体（与铁硫蛋白结合）鱼藤酮、粉蝶霉素A、异戊巴比妥(2)抑制复合体抗霉素A(CytbCytc1)(3)抑制复合体CO、CN、H2S：与FeCu中心结合63642.解偶联剂（uncoupler）：使氧化与磷酸化偶联过程脱离。(1)机理：使H+不经ATP合酶的F0回流(2)多为脂溶性的弱酸例:2,4-二硝基苯酚65(3)解偶联蛋
13、白是线粒体内膜上的质子通道新生儿及冬眠动物棕色脂肪组织较多：产热御寒新生儿硬肿症（缺乏棕色脂肪组织成年人棕色脂肪少，体内残存的数量因人而异棕色脂肪的活力需要寒冷激发663.氧化磷酸化抑制剂寡霉素（结合在ATP合成酶的Fo亚单位的通道上）抑制ADP磷酸化抑制电子传递67（二）ADP的调节作用氧化磷酸化的速率主要受ADP浓度的调节（三）甲状腺激素1.诱导细胞膜上Na+，K+ATP酶的生成，使ATP加速分解为ADP和Pi2.解偶联蛋白基因表达增加基础代谢率增高（四）线粒体DNA（mtDNA)突变mtDNA：含编码复合体中13条多肽链、22个tRNA、2个rRNA的基因在哺
14、乳动物中大小一般在15kb18kb之内，呈双链环状动物mtDNA为母系遗传6869五、NADHH+穿梭胞液中的NADHH+进入线粒体内有两种穿梭方式：磷酸甘油穿梭和苹果酸-天冬氨酸穿梭70（一）磷酸甘油穿梭胞浆-磷酸甘油脱氢酶线粒体内膜-磷酸甘油脱氢酶？ATP12121.穿梭机制712.甘油-3-磷酸脱氢酶胞液甘油-3-磷酸脱氢酶-NAD+线粒体内膜甘油-3-磷酸脱氢酶-FAD723.生成能量：NADHH+4.骨骼肌、神经细胞胞质中的NADHH+主要通过这种穿梭机制73（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭机制1.穿梭机制74ATP751.酶：苹果酸脱氢酶（辅酶：NAD+）、天
15、冬氨酸转氨酶2.两种转运蛋白：-酮戊二酸转运蛋白和酸性氨基酸转运蛋白3.进入NADH氧化呼吸链：（3ATP-旧版本）4.肝脏、心肌细胞7677第五节其他生物氧化体系一、氧化酶和需氧脱氢酶氧化酶：含铜离子，产物中有H2O。如抗坏血酸氧化酶需氧脱氢酶：辅基是FMN或FAD，产物中有H2O2-氨基酸氨基酸氧化酶（FAD、FMN）-酮酸R-CH-COO-NH+3|R-C-COO-+NH3O|H2O+O2H2O278二、过氧化氢酶和过氧化物酶过氧化氢酶：2H2O22H2O+O2过氧化物酶(peroxidase)：R+H2O2RO+H2ORH2+H2O2R+2H2O79三、超氧化物歧化酶（SuperoxideDismutase,SOD）超氧离子：O2-SOD2O2-+2HH2O2+O280四、加