第九章生物氧化
第114页
第一节生物氧化的方式和特点第二节生物氧化的历程
第三节
生物氧化与能量代谢
1
氧化－还原电势
氧化还原对Oxidized氧化型e-e-117页
Reduced还原型?某一化合物的氧化型和还原型，称为一对氧化还原对。如Zn/Zn2+，Cu2+/Cu。
2
生物体中标准氧化还原电势
0’?E
117页表
－－标准氧化还原电势
00E’值的测定条件为pH=7.0、25C）
（
?E0’越负，物质丢失电子的倾向愈大，愈容易成为还原剂。?E0’越正，物质接受电子的倾向愈大，愈易被还原。
3
生物氧化
?有机物质在生物体内被氧化分解成CO和水，并释放出能量的过程。2?生物氧化可分两阶段
?分解代谢
?电子传递或氧化磷酸化
?生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用、细胞氧化、细胞呼吸、组织呼吸。
(CH生物氧化
2O) + O2 H20 + CO2+ 能量
4
第一节生物氧化的方式和特点
一、生物氧化的方式
?脱氢（脱氢酶）
?氧直接参加的反应(加氧酶、氧化酶）?物质失去电子
5
二、生物氧化的特点
?在生物细胞内进行，反应条件温和。
?氧化进行过程中，伴随生物还原反应的发生。
?氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH、FAD2H等传递到氧并生成水。
?每一步反应的产物都可以分离出来。能量逐步释放.?生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联.
6
第二节生物氧化的历程
?生物氧化中二氧化碳的生成?生物氧化中水的生成
(CH2O) + O生物氧化
2 H20 + CO2+ 7
能量
一、生物氧化中二氧化碳的生成
1．氧化脱羧
丙酮酸氧化脱羧酶系
3
3
2
NAD＋
辅酶A
NADH＋H＋
丙酮酸
乙酰辅酶A（乙酰CoA）
8
2．非氧化脱羧
2
－COOH
草酰琥珀酸2
草酰琥珀酸脱羧酶
2
α－酮戊二酸
CO2
9
＋二、生物氧化中水的生成
?以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系，以促进水的生成。
10
1.电子传递和氧化呼吸链
119页
?电子传递过程：呼吸链：
?呼吸链在真核细胞发生在线粒体内膜上，在原核细胞发生在质膜上。MH2
递氢体NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ递电子体还原型Cyt b, c1, c, aa3? O2
M
递氢体H2脱氢酶2H+2e递电子体氧化型O2-
H2O氧化酶H2O11
线粒体图示
12
2.呼吸链电子传递成员的排列顺序120页
MH2NADH
-0.32
c1caa3O2FMNCoQb
-0.30+0.10+0.07+0.22+0.25+0.29+0.816FAD-0.18
电位跨度最大的一步
?呼吸链中NAD+/NADH的E0’值最小，而O2/H2O的E0’值
最大，电子的传递方向是从NADH-?O2
13
根据接受氢的初受体不同，典型的呼吸链有两条
NADH呼吸链和FADH2呼吸链GO’= -52.6 kcal/molGO’= -43.4 kcal/mol143．呼吸链的组成
121页
?各组分摩尔比并非1/1
?NADH?Q 泛醌还原型酶（Ⅰ，辅基为FMN）?琥珀酸-Q还原酶（Ⅱ，辅基为FAD）?细胞色素还原酶（Ⅲ ，b, c1, c）?细胞色素c、细胞色素C氧化酶（Ⅳ）。内外膜间
内
FADH2
FAD
15
末端氧化酶
?氧化酶将电子和H＋传递给氧的作用过程中处于呼吸链的末端，故又称为末端氧化酶。?生物体中，末端氧化酶已知的主要有：
?细胞色素氧化酶:细胞色素a a3以复合物形式存在.?黄素蛋白氧化酶
?过氧化氢酶和过氧化物酶?酚氧化酶，
?抗坏血酸氧化酶等
17
4.电子传递的抑制剂
?
128页
能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。
ＮADH－?C0Q－?Cytb－?Cytc1－?Cytc ?Cytaa3-?O2
鱼藤酮，安密妥，杀粉蝶菌素
抗霉素A
氰化物、硫化物、叠氮化物、一氧化碳
18
第三节生物氧化与能量代谢
?能量的释放
?高能磷酸化合物ATP的生成?氧化磷酸化的偶联机理?氧化磷酸化的解偶联和抑制?氧化磷酸化的调控?能量的利用
19
一、能量的释放
?
物质氧化分解过程中释放能量
20
二、氧化磷酸化－－ATP的生成
?氧化磷酸化作用是将生物氧化过程中释放出的自由能转移而使ADP形成高能ATP的作用。
1.底物水平磷酸化
指ATP的形成直接与一个代谢中间物（例如磷酸烯醇式丙酮酸）上的磷酸基团转移相偶联的作用。
21
2. 电子传递水平磷酸化(氧化磷酸化作用)?是指直接与电子传递相偶联由ADP形成ATP的磷酸化作用。
?NADH＋H＋----------------?O2?H2O
ATP
22
3.氧化磷酸化作用机制
130页
(1)ATP的合成部位
?伴随电子从底物到氧，释放自由能-52.74千卡/摩尔
FADH2
NADH CoQ 细胞色素C 细胞色素aa3
1/2O2ATP
ATPATP
1：?G0’=-12.4千卡/摩尔2：?G0’=-9.2千卡/摩尔3：?G0’=-24.8千卡/摩尔
?3ATP分子的形成劫获了呼吸链中电子由NADH传递至氧所产生的全部自由能的42%.
23
P/O比
?
?
指氧化磷酸化过程中每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷酸的摩尔值。
是一对电子通过呼吸链到氧所产生的ATP分子数。
1202
NADH或NADPH 3ATP(2.5ATP)1202
FADH2 2ATP (1.5ATP)
24
练习题
1.参与生物氧化的酶可分为_____、______和____三类。2.真核细胞的呼吸链主要存在于___，而原核细胞的呼吸链存在于_____。
3.在下列的氧化还原系统中，哪个氧化还原电位最高? A．氧化型泛醌／还原型泛醌
B．Fe3+细胞色素a／Fe2+细胞色素a C．Fe3+细胞色素b/Fe2+细胞色素b D．NAD+／NADH
4.氰化物引起的缺氧是由于A．中枢性肺换气不良B．干扰氧的运输C．微循环障碍D．细胞呼吸受抑制5．肌肉中能量的主要贮存形式是下列哪一种? A．ADP B．磷酸肌酸C．cAMP D．ATP
25
能量偶联假说
?化学偶联假说
?构象偶联假说?化学渗透假说
26
2.化学渗透假说
132页
27
化学渗透假说的要点是
?线粒体内膜的电子传递链中有三个也是质子泵；
?电子由高能状态传递到低能状态时释放出来的能量，用于驱动(逆浓度梯度)膜内侧的H+迁移到膜间隙（膜对H+、OH-、K+和Cl-等离子是不通透的、）。产生了跨内膜质子梯度和电位梯度；?在膜内外势能差的驱动下，膜外高能质子沿着一个特殊通道（ATP合酶的组成部分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP。?此学说是1961年英国化学家PeterMitchell提出的，1978年获诺贝尔化学奖。
28
支持这一假说的事实
?直至现在并没有发现任何一种介于电子传递和ATP形成的高能中间物；
?氧化磷酸化作用的进行需要有完整的线粒体内膜存在；
?线粒体内膜对H+OH+ K+ CL-等离子都是不通透的；
?破坏H+浓度梯度的形成（解偶联剂等）都必然破坏氧化磷酸化作用进行；
?线粒体电子传递所形成的电能够从线粒体内膜逐出H+离子。
?最直接的证据是纯化得到了F1/FoATP合酶
29
ATP生成的结构基础—ATP合酶系统
30
ATP合酶系统（Fo/F1 ATP酶）
134~136
?
如果有2~3个H+通过通道，即合成一个ATP分子。?
寡霉素和二环已基碳二亚胺(DCCD)可结合到Fo亚基上，抑制H+通过Fo，干扰对质子梯度的利用从而抑制ATP的合成。
31
氧化磷酸化示意图
32
三、氧化磷酸化的解偶联和抑制
137页
?呼吸链能够正常传递，但是ADP不能磷酸化形成ATP，这种作用称为。?解偶联剂
?氧化磷酸化抑制剂?离子载体抑制剂
33
1. 解偶联剂
??
只抑制ATP的形成过程，不抑制电子传递，使电子传递所产生的自由能都变为热能。
机制：解偶联剂将H+带到H+浓度低的膜内侧，破坏了跨膜H+梯度，使H+不经Fo回流，破坏电化学梯度，因而不能形成ATP。例：2,4-二硝基苯酚
外H＋
内pH 7
脂不溶脂溶
34
2.氧化磷酸化抑制剂?
?
氧化磷酸化抑制剂抑制氧的利用又抑制ATP的形成，但不直接抑制电子传递链上的载体的作用。
机制：干扰ATP生成过程（ATP合酶），干扰由电子传递的高能状态形成ATP的过程，结果也使电子传递不能进行。
35
3.离子载体抑制剂
?
离子载体的抑制剂为脂溶性物质。这种物质能与H+离子以外的其他一价阳离子的结合K＋、Na+）使离子能够过内膜，破坏氧化磷酸化过程。
36
四、胞液中的NADH 的再氧化139页
?
?
?
细胞溶胶中的NADH逆浓度梯度转运到线粒体内膜进入电子传递进行氧化。
肌肉、神经组织中的甘油-α-磷酸穿梭作用（1.5ATP）
肝、肾、心等组织的苹果酸穿梭作用（2.5ATP）
37
139页
1.肌肉、神经组织中的甘油-α-磷酸穿梭作用
NADH二羟丙酮磷酸线粒体内膜NAD胞液中：甘油-α-磷酸脱氢酶甘油-α-磷酸甘油-α-磷酸线粒体内：甘油-α-磷酸脱氢酶二羟丙酮磷酸FADH2FADNADHFMDCoQ b c1 c aa3 O2382.肝、肾、心等组织的苹果酸穿梭作用
NADH天冬转氨酶草酰乙酸氨酸天冬转氨酶草酰乙酸氨酸NAD胞液中：苹果酸脱氢酶苹果酸苹果酸线粒体内：苹果酸脱氢酶NADHNAD线粒体内膜NADHFMDCoQ b c1 c aa3 O239五、氧化磷酸化的调控
?氧化磷酸化的影响因素
?ATP/ADP比值
140页
–ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；–ATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。
?药物和毒物
–呼吸链的抑制剂–解偶联剂
–氧化磷酸化的抑制剂
40
呼吸控制
?呼吸控制：指ADP作为关键物质对氧化磷酸化的调节作用。?定量表示法：是测定ADP存在时氧的利用速率与没有ADP时氧的利用速率的比值。通常高于10。
?ATP/ADP+Pi（质量作用比率）：作为细胞能量的一个指标。
?3,4经常发生。
ADP441
六、能量的利用
?
ATP循环：在能量代谢中起关键作用。
ADP＋磷酸肌酸
肌酸
42
能量代谢图示
43
思考题
氧化方式？生物氧化特点？
?生物氧化中CO2 、H2O、ATP是如何生成的？
?氧化磷酸化作用？电子传递抑制剂？呼吸控制？P/O ？
?氧化磷酸化偶联机理(化学渗透假说)？?解偶联DNP的作用机理？思考题：145页6,8
?
44
生物化学 王镜岩第三版 - 图文
