生物化學(xué)課件-002

第七章二生物氧化BiologicalOxidation物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行氧化稱生物氧化(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。此過(guò)程需耗氧、排出CO2，又在活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，故又稱細(xì)胞呼吸(cellularrespiration)。

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概念

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生物氧化與體外氧化相同點(diǎn)消耗氧量、終產(chǎn)物（CO2，H2O）、釋放的能量(一)生物氧化的點(diǎn)反應(yīng)條件：在細(xì)胞內(nèi)溫和的環(huán)境中一系列酶促反應(yīng)逐步進(jìn)行能量逐步釋放有利于ATP生成進(jìn)行脫氫反應(yīng)脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生H2O有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生CO2生物氧化本質(zhì)

生物氧化的本質(zhì)是電子的得失，失電子者為還原劑，是電子供體，得電子者為氧化劑，是電子受體在生物體內(nèi)，它有三種方式：加氧氧化電子轉(zhuǎn)移

生物氧化的本質(zhì)及過(guò)程O(píng)2苯丙氨酸酪氨酸乳酸脫氫酶脫氫氧化(二)生物氧化中CO2的生成------脫羧(三)生物氧化中H2O的生成------呼吸鏈糖原脂肪蛋白質(zhì)葡萄糖脂肪酸甘油氨基酸乙酰CoAⅠⅡⅢTCA營(yíng)養(yǎng)物分解代謝的三個(gè)階段1.呼吸鏈定義代謝物脫下的成對(duì)氫原子（2H）通過(guò)多種酶和輔酶所催化的連鎖反應(yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，這一系列酶和輔酶稱為呼吸鏈(respiratorychain)，又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。

2H2H++2e

(三)生物氧化中H2O的生成在真核生物細(xì)胞內(nèi)，呼吸鏈位于線粒體內(nèi)膜上，原核生物中，它位于細(xì)胞膜上。2、呼吸鏈的組成

呼吸鏈由許多個(gè)組分組成，參加呼吸鏈的氧化還原酶有煙酰胺脫氫酶類(lèi)、黃素脫氫酶類(lèi)、鐵硫蛋白類(lèi)、細(xì)胞色素類(lèi)、輔酶Q類(lèi)等。煙酰胺脫氫酶類(lèi)是由NAD+或NADP+接受多種代謝產(chǎn)物脫氫生成NADH或NADPH。NADH所攜帶的高能電子是線粒體呼吸鏈主要電子供體之一。②黃素脫氫酶類(lèi)FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時(shí)不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN.。鐵硫蛋白(簡(jiǎn)寫(xiě)為Fe-S)是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與NADHQ還原酶的其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在。它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有兩個(gè)活潑的無(wú)機(jī)硫和兩個(gè)鐵原子。鐵硫蛋白通過(guò)Fe3+Fe2+變化起傳遞電子的作用③

鐵硫蛋白鐵硫蛋白SS無(wú)機(jī)硫半胱氨酸硫（簡(jiǎn)寫(xiě)為Q）或輔酶-Q（CoQ）：它是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。為一種脂溶性醌類(lèi)化合物。④輔酶Q類(lèi)泛醌（輔酶Q,CoQ,）由多個(gè)異戊二烯連接形成較長(zhǎng)的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時(shí)可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。（簡(jiǎn)寫(xiě)為cyt.）是含鐵的電子傳遞體，輔基為鐵卟啉的衍生物，鐵原子處于卟啉環(huán)的中心，構(gòu)成血紅素。各種細(xì)胞色素的輔基結(jié)構(gòu)略有不同。線粒體呼吸鏈中主要含有細(xì)胞色素a,b,c和c1等，組成它們的輔基分別為血紅素A、B和C。細(xì)胞色素a,b,c可以通過(guò)它們的紫外-可見(jiàn)吸收光譜來(lái)鑒別。細(xì)胞色素主要是通過(guò)Fe3+Fe2+的互變起傳遞電子的作用的。⑤細(xì)胞色素類(lèi)它是電子傳遞鏈中一個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)電子載體，位于線粒體內(nèi)膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細(xì)胞色素c1含有相同的輔基，但是蛋白組成則有所不同。在電子傳遞過(guò)程中，cyt.c通過(guò)

Fe3+

Fe2+的互變起電子傳遞中間體作用。細(xì)胞色素c（cyt.c）cyt.a和a3組成一個(gè)復(fù)合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。cyt.aa3可以直接以O(shè)2為電子受體。在電子傳遞過(guò)程中，分子中的銅離子可以發(fā)生

Cu+

Cu2+的互變，將cyt.c所攜帶的電子傳遞給O2。由以下實(shí)驗(yàn)確定①標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位

②拆開(kāi)和重組③特異抑制劑阻斷④還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧3、呼吸鏈成分的排列順序電子傳遞鏈的順序:（1）復(fù)合體Ⅰ：NADH一泛醌還原酶：該復(fù)合體將電子從NADH經(jīng)FMN及鐵硫蛋白傳給泛醌。（2）復(fù)合體Ⅱ：琥珀酸一泛醌還原酶：該復(fù)合體將電子從琥珀酸經(jīng)FAD及鐵硫蛋白傳遞給泛醌。（3）復(fù)合體Ⅲ：泛醌一細(xì)胞色素C還原酶：該復(fù)合體將電子從泛醌經(jīng)Cytb、Cytc1傳給Cytc。（4）復(fù)合體Ⅳ：細(xì)胞色素C氧化酶：該復(fù)合體將電子從Cytc經(jīng)Cytaa3傳遞給氧。

四種具有傳遞電子功能的酶復(fù)合體(complex)NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈◆

NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2◆

琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2電子傳遞鏈復(fù)合體Ⅰ:NADH-泛醌還原酶功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)

復(fù)合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2泛醌（輔酶Q,CoQ,）復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌還原酶功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌

復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S33.復(fù)合體Ⅲ:泛醌-細(xì)胞色素c還原酶

功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c

復(fù)合體ⅢQH2→→Cytcb562;b566;Fe-S;c14.復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2。NADH呼吸鏈:FADH2呼吸鏈:(oxidativephosphorylation)指在呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中偶聯(lián)ADP磷酸化，生成ATP，又稱為偶聯(lián)磷酸化。氧化磷酸化是體內(nèi)生成ATP的主要方式。

(1)底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)是底物分子內(nèi)部能量重新分布，生成高能鍵，使ADP磷酸化生成ATP的過(guò)程。(2)電子傳遞體系磷酸化

P/O比值

每消耗1mol氧原子，所消耗的無(wú)機(jī)磷摩爾數(shù)一對(duì)電子通過(guò)呼吸鏈P/O比值：一對(duì)電子通過(guò)呼吸鏈時(shí)生成ATP的個(gè)數(shù)1個(gè)氧原子2e+OO2-ADP+PiATP無(wú)機(jī)磷個(gè)數(shù)生成ATP的個(gè)數(shù)（二）氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈中生成ATP的部位ATPATPATP氧化磷酸化偶聯(lián)部位電子傳遞鏈自由能變化

（三）氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理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?；瘜W(xué)滲透假說(shuō)2.ATP合酶ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖當(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（四）影響氧化磷酸化的因素◆呼吸鏈抑制劑◆解偶聯(lián)劑◆氧化磷酸化抑制劑

1.抑制劑各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點(diǎn)不同底物和抑制劑對(duì)線粒體氧耗的影響

解偶聯(lián)蛋白作用機(jī)制（棕色脂肪組織線粒體）寡霉素(oligomycin)阻止質(zhì)子從F0質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成寡霉素ATP合酶結(jié)構(gòu)模式圖（二）ADP的調(diào)節(jié)作用（三）甲狀腺激素Na+,K+–ATP酶和解偶聯(lián)蛋白基因表達(dá)均增加。（四）線粒體DNA突變

與線粒體DNA病及衰老有關(guān)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+三、通過(guò)線粒體內(nèi)膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（一）胞漿中NADH的氧化轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

α-磷酸甘油穿梭(α-glycerophosphateshuttle)蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭(malate-asparateshuttle)1.

α-磷酸甘油穿梭機(jī)制

2.蘋(píng)果酸-天冬氨酸穿梭機(jī)制（二）腺苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(adeninenucleotidetransporter)

參與ADP與ATP反向轉(zhuǎn)運(yùn)（三）線粒體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)外膜表面解折疊→被位于外膜上的受體識(shí)別→轉(zhuǎn)移到總插入蛋白→從氨基端開(kāi)始通過(guò)線粒體內(nèi)、外膜之間的接觸位點(diǎn)→進(jìn)入線粒體基質(zhì)→切除導(dǎo)向序列

第二節(jié)

其他氧化酶系TheOthersOxidationEnzymeSystems一、需氧脫氫酶和氧化酶二、過(guò)氧化物酶體中的酶類(lèi)（一）過(guò)氧化氫酶(catalase)又稱觸酶，其輔基含4個(gè)血紅素2H2O22H2O+O2過(guò)氧化氫酶

（二）過(guò)氧化物酶(perioxidase)以血紅素為輔基，催化H2O2直接氧化酚類(lèi)或胺類(lèi)化合物

R+H2O2RO+H2ORH2+H2O2R+2H2O過(guò)氧化物酶

過(guò)氧化物酶

反應(yīng)氧族超氧離子(O2﹣)、H2O2、羥自由基(?OH)的統(tǒng)稱。

三、超氧化物歧化酶2O2﹣+2H+SODH2O2+O2H2O+O2過(guò)氧化氫酶SOD：超氧化物歧化酶(superoxidedismutase)

谷胱甘肽過(guò)氧化物酶H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G–SHG–S–S–GNADP+NADPH+H+*此類(lèi)酶可保護(hù)生物膜及血紅蛋白免遭損傷

谷胱甘肽還原酶3.含硒的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶四、微粒體中的酶類(lèi)