第八章 生物氧化PPT課件

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1、2022-6-41學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.說出生物氧化的概念和特點。2.舉例說明生物氧化中脫羧反應(yīng)的四種方式。3.列出生物氧化的反應(yīng)類型。4. 說出參與生物氧化的各類酶的作用特點。5.列出呼吸鏈的組成成分。6.寫出NADH氧化呼吸鏈的遞氫過程。7.簡述非線粒體氧化體系的概念和生理意義。8.解釋高能鍵、高能化合物，說明ATP生成的方式。9.說出影響氧化磷酸化的因素，指出氰化物的作用部位。 學(xué)時分配：5學(xué)時1、2節(jié)1學(xué)時，第3節(jié)3學(xué)時，第4節(jié)1學(xué)時第1頁/共153頁2022-6-42第一節(jié) 生物氧化的概念和特點 有機物質(zhì)在生物體內(nèi)進行氧化分解稱為生物氧化。它主要是指糖、脂肪和蛋白質(zhì)等在體內(nèi)氧化分解，生

2、成水和二氧化碳并釋放能量的過程。生物氧化主要在細(xì)胞內(nèi)進行，需消耗氧氣，與呼吸作用相關(guān)，故又稱為細(xì)胞呼吸或組織呼吸。一、第2頁/共153頁2022-6-43二、生物氧化的特點 反應(yīng)條件溫和（37、pH近中性）； 氧化過程分多步進行； 在酶的催化下進行，并以脫氫為主要方式； 從底物脫下的氫需經(jīng)呼吸鏈傳遞最后與氧結(jié)合成水； 能量逐步釋放，一部分以熱能形式釋放，另一部分以 化學(xué)能的形式儲存； 氧化過程必須有水的參加； 生物氧化中CO2的產(chǎn)生來自有機酸的脫羧。第3頁/共153頁2022-6-44第二節(jié) 生物氧化中二氧化碳的生成 人體中二氧化碳的生成并不是有機物中所含的碳原子與氧直接化合的結(jié)果，而是來自有

3、機酸的脫羧。糖、脂肪和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化過程中形成的有機酸，如酮酸、 氨基酸等在脫羧酶的催化下進行脫羧反應(yīng)產(chǎn)生CO2，其中以酮酸脫羧是產(chǎn)生CO2的主要來源。根據(jù)羧基所在的位置，可把脫羧反應(yīng)分為脫羧和脫羧。其中又根據(jù)脫羧時有無伴有氧化反應(yīng)再分為單純脫羧和氧化脫羧。現(xiàn)舉例如下：第4頁/共153頁2022-6-45一、脫羧RCHCOOHRCH2NH2 + CO2NH2氨基酸脫羧酶磷酸吡多醛氨基酸胺CH3COCOA+CO2CH3COCOOH丙酮酸丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH2.氧化脫羧 乙酰CoA第5頁/共153頁2022-6-46二、脫羧2.氧化脫羧CH3COCOOH+CO

4、2CH2COOH CH(OH)COOH蘋果酸蘋果酸酶NADP+NADPH + H+丙酮酸 CH3COCOOH + CO21.單純脫羧 CH2COOHCOCOOH草酰乙酸脫羧酶草酰乙酸丙酮酸第6頁/共153頁2022-6-47第三節(jié) 生物氧化中物質(zhì)氧化的方式 一、氧化反應(yīng)的類型 體內(nèi)物質(zhì)氧化的類型有脫氫、加水脫氫、脫電子和加氧等類型，其中以脫氫和脫電子為主。2H2H丙酮酸CHCH3 3COCOOHCOCOOH乳酸CHCH3 3C CH HCOOHCOOHOH （一）脫氫反應(yīng) 從底物分子上脫去兩個氫原子，如乳酸脫氫生成丙酮酸：第7頁/共153頁2022-6-48（二）加水脫氫反應(yīng) 在底物分子上先加

5、水再脫氫，如乙醛氧化為乙酸：乙酸CH3COOH+ H2OCH3CHOH 2HCH3CHO乙醛不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物OH第8頁/共153頁2022-6-49（三）失電子反應(yīng) 從底物分子上脫去一個電子，如亞鐵氧化為高鐵:eFe3+Fe2+（四）加氧反應(yīng) 在底物分子上加上一個氧原子，如苯氧化為酚：OH+ O2 苯苯酚第9頁/共153頁2022-6-410 生物氧化和一般氧化還原反應(yīng)一樣，氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)總是偶聯(lián)在一起的，即某物質(zhì)被氧化的同時必有另一物質(zhì)被還原。被氧化的物質(zhì)稱作供氫體或供電子體，是還原劑；被還原的物質(zhì)稱為受氫體或受電子體，是氧化劑。以脫氫反應(yīng)為例，設(shè)AH2是被氧化的物質(zhì)，B是被還原的物質(zhì)。

6、它們發(fā)生的反應(yīng)可表示如下：AH2 + BA + BH2供氫體受氫體（還原劑） （氧化劑）AH2被氧化的同時，B被還原。第10頁/共153頁2022-6-411 以失電子反應(yīng)為例，設(shè)A2+是被氧化的底物（供電子體），B3+是被還原的物質(zhì)（受電子體）。它們的反應(yīng)如下：A2+ B3+A3+ B2+供電子體受電子體（還原劑）（氧化劑） 凡被氧化或被還原的同一物質(zhì)，都有還原型和氧化型兩種形式。如AH2是還原型，A是氧化型； A2+ 是還原型， A3+ 是氧化型。所以，物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)常用下列形式表示（見下頁圖示）。第11頁/共153頁2022-6-412AH2BBH2AA2+B3+B2+A3+第12頁

7、/共153頁2022-6-413二、與生物氧化有關(guān)的酶類 參與生物氧化的酶有五大類：氧化酶需氧脫氫酶不需氧脫氫酶加氧酶過氧化酶第13頁/共153頁2022-6-414 （一）氧化酶類 這是一類輔基中含銅的結(jié)合蛋白質(zhì)，能直接利用分子氧作為受氫體，反應(yīng)產(chǎn)物是水。 體內(nèi)的抗壞血酸氧化酶、細(xì)胞色素氧化酶、酚氧化酶等屬于這類酶。氧化酶催化的反應(yīng)機制如下： O22e2H+2eAH2A2Cu2+2Cu+O2H2O第14頁/共153頁2022-6-415（二）需氧脫氫酶 需氧脫氫酶是黃酶中的一類。所有的黃酶都是以黃素單核苷酸（FMN）或黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為輔基的一類黃素蛋白，被稱為黃酶或黃素酶。FM

8、N和FAD分子中的異咯嗪部分能進行可逆的加氫和脫氫反應(yīng)（結(jié)構(gòu)見后頁圖）。需氧脫氫酶作用于底物，從底物分子上脫去兩個氫原子，然后把氫傳遞給氧分子（以氧分子為直接受氫體）生成過氧化氫。反應(yīng)機制如下頁圖：第15頁/共153頁2022-6-416下圖：需氧脫氫酶的作用機制2HAH2FMN 或 FADFMNH2 或 FADH2AH2O22H O2第16頁/共153頁2022-6-417異咯嗪下圖：FMN和FAD的結(jié)構(gòu)FADH3CNNNNHOO H3CNNNNHONNNNHO110CH2O P P HCOHCH2HCOHHCOHO CH2NNNNNH2OOHOHFADFMNAMP核黃素第17頁/共153頁

9、2022-6-418 常見的需氧脫氫酶有多種，如 L-氨基酸氧化酶（以FMN為輔基），黃嘌呤氧化酶、醛脫氫酶、單胺氧化酶（這些酶都以FAD為輔基）。 上述氧化酶和需氧脫氫酶的共同特點是底物脫下的氫以氧分子為受氫體。兩者的區(qū)別是氧化酶催化的反應(yīng)生成水，需氧脫氫酶催化的反應(yīng)生成過氧化氫。習(xí)慣上，很多需氧脫氫酶也被稱為氧化酶。第18頁/共153頁2022-6-419（三）不需氧脫氫酶 這類酶的特點是底物受酶的催化脫下的氫不能以氧分子為直接受氫體，還需要通過其它遞氫體和遞電子體按一定順序傳遞，最后與氧分子結(jié)合為水。所以，它們被稱為不需氧脫氫酶。不需氧脫氫酶可分為三大類：第19頁/共153頁2022-6

10、-420 1以尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）或以尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）為輔酶的不需氧脫氫酶類 以NAD+為輔酶的不需氧脫氫酶主要分布在線立體內(nèi)，如乳酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶、磷酸甘油脫氫酶和谷氨酸脫氫酶等，它們在糖、脂肪和蛋白質(zhì)的氧化過程中起重要作用； 以NADP+為輔酶的不需氧脫氫酶主要分布在細(xì)胞液中，如脂肪酸合成酶系、HMG-CoA還原酶、6-磷酸葡萄糖脫氫酶等，它們主要參于脂肪酸、膽固醇的生物合成及磷酸戊糖途徑中的脫氫反應(yīng)。NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)見下頁圖：第20頁/共153頁2022-6-421下圖：NAD+和NADP+的化學(xué)結(jié)構(gòu)N+ CONH2O

11、OHHOHHHCH2O P P OHCH2NNNNNH2OOHOHNAD+尼可酰胺核苷酸腺苷酸 PNADP+第21頁/共153頁2022-6-422 2以FMN或FAD為輔酶的不需氧脫氫酶類 這類酶中以FMN為輔基的有NADH脫氫酶，主要分布在線粒體中，參與三大代謝中NADH的氧化；以FAD為輔基的有琥珀酸脫氫酶、脂肪酰輔酶A脫氫酶等，也分布在線粒體中，分別參與三羧酸循環(huán)和脂肪酸的氧化。 3細(xì)胞色素類 除細(xì)胞色素氧化酶（Cytaa3）外，其它的細(xì)胞色素（Cytb、Cytc1、Cytc、等）都屬于不需氧脫氫酶。第22頁/共153頁2022-6-423不需氧脫氫酶的作用機制如下圖所示：YYH22H

12、AH2AXXH22HH2OO2O2ZZH22H+2e2H第23頁/共153頁2022-6-424三、線粒體生物氧化體系 在線粒體內(nèi)有多種不需氧脫氫酶，是進行三羧酸循環(huán)和脂肪酸氧化的部位 。線粒體的基本功能是將代謝物脫下的成對氫原子（包括電子）通過多種遞氫體或遞電子體組成的連續(xù)反應(yīng)（呼吸鏈），逐步傳遞給被激活的氧而化合成水，同時釋放出的能量用于合成高能化合物ATP（氧化磷酸化），以供細(xì)胞活動之需要。 線粒體在生物氧化方面的重要性被比喻為“細(xì)胞內(nèi)的發(fā)電站”。第24頁/共153頁2022-6-425呼吸鏈的概念 由遞氫體和遞電子體按一定順序排列構(gòu)成的并與細(xì)胞利用氧密切相關(guān)的連鎖反應(yīng)，通常稱為呼吸鏈。

13、第25頁/共153頁2022-6-426（一）線粒體呼吸鏈的組成 組成線粒體呼吸鏈的遞氫體和遞電子體有五類： 1.尼克酰胺核苷酸 NAD+和NADP+是許多不需氧脫氫酶的輔酶。在酶的催化下，代謝物分子上的一對氫原子被激活脫落，由輔酶NAD+或NADP+（氧化型）接受轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADH+H+或NADPH+H+（還原型）。NAD+和NADP+分子中的尼克酰胺部分能進行可逆的加氫和脫氫反應(yīng)。因為尼克酰胺只接受一個氫原子和一個電子，而另一個質(zhì)子（H+）則留于介質(zhì)中，所以，把NAD+和NADP+接受氫以后表示為NADH + H+ 和NADPH + H+，反應(yīng)見下頁圖示。第26頁/共153頁2022-6-42

14、7下圖:尼克酰胺核苷酸的遞氫原理:+ H+NADH+H+或NADPH+H+N+HCONH2RH + H+ + eNRH HCONH2NAD+或NADP+（氧化型）（還原型）第27頁/共153頁2022-6-428 2.黃素蛋白 線粒體內(nèi)的黃素蛋白也是黃酶中的一類，其輔基為FMN或FAD。輔基中的異咯嗪部分起遞氫體的作用。黃素蛋白有兩種，即FP1和FP2。FP1的輔基是FMN，它的作用是使NADH脫氫，因此稱為NADH脫氫酶（或NADH Co Q還原酶）；FP2的輔基是FAD，催化琥珀酸、脂肪酰輔酶A等代謝物脫氫。FP2實際上是以FAD為輔基的不需氧脫氫酶。黃素蛋白的作用機理如下頁圖示。第28頁

15、/共153頁2022-6-429 下圖:黃素蛋白的作用機理+ 2H2HH3CNNNNHOO H3CNNNNHONNNNHOFMN 或FADR110（氧化型）NNNNHOO H3CH3CHHFMNH2 或FADH2R（還原型）第29頁/共153頁2022-6-430 3鐵硫蛋白 這類蛋白質(zhì)的分子中含有鐵-硫中心，鐵原子與硫連接成鐵-硫鍵橋，再與蛋白質(zhì)分子中半胱氨酸殘基的硫相連接（見下頁圖）。在線粒體內(nèi)膜上鐵-硫蛋白常與黃素蛋白或細(xì)胞色素b構(gòu)成復(fù)合物，是呼吸鏈的一個組成成分。鐵-硫蛋白中的一個鐵原子可以接受或失去電子，所以在呼吸鏈中起傳遞電子的作用。其作用機理如下：2Fe3+2Fe2+2e2e第3

16、0頁/共153頁2022-6-431下圖：鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)第31頁/共153頁2022-6-432 4 4輔酶Q Q 輔酶Q Q是一種脂溶性醌類化合物，廣泛存在于生物界，因此也稱為泛醌。輔酶Q Q分子中苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地加氫和脫氫，起遞氫體作用。其結(jié)構(gòu)和作用機理如下頁圖：第32頁/共153頁2022-6-433下圖：輔酶Q的作用機理R= （CH2CH=CCH2）10HCH32H2HH3COH3COCH3ROO氧化型CoQH3COH3COCH3ROHOH還原型CoQ第33頁/共153頁2022-6-434 5.細(xì)胞色素體系 細(xì)胞色素類都是以鐵卟啉為輔基的蛋白質(zhì)，主要有a、b、c三組，約19種，其中細(xì)

17、胞色素c的結(jié)構(gòu)已經(jīng)清楚，哺乳類動物細(xì)胞色素c的蛋白質(zhì)部分由104個氨基酸殘基組成。細(xì)胞色素分子的鐵卟啉（如下頁圖）中的鐵能進行可逆的氧化還原反應(yīng): Fe3+接受電子被還原成Fe2+，F(xiàn)e2+再將電子傳遞給另一個細(xì)胞色素，其本身又被氧化為Fe3+。第34頁/共153頁2022-6-435下圖：細(xì)胞色素C的輔基與酶蛋白的連接方式第35頁/共153頁2022-6-436 通過細(xì)胞色素體系中各個成員的傳遞，最后經(jīng)Cytaa3將電子傳遞給氧，生成的氧負(fù)離子（O2）有較大的活性，可與游離于介質(zhì)中的2H+結(jié)合生成水。細(xì)胞色素為單電子傳遞體。細(xì)胞色素體系中的電子傳遞過程如下頁圖示。細(xì)胞色素體系中只有Cytaa

18、3可將電子直接傳遞給氧，所以又將Cytaa3稱為細(xì)胞色素氧化酶。 細(xì)胞色素可存在于線粒體內(nèi)膜，也可存在于微粒體。存在于線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素有Cytaa3，Cytb，Cytc，Cytc1；而存在于微粒體的細(xì)胞色素有CytP450和Cytb5。 第36頁/共153頁2022-6-437下圖：細(xì)胞色素體系的電子傳遞過程2Cyt2Cyt1 1FeFe3+ 3+ + 2e + 2e 2Cyt 2Cyt1 1FeFe2+2+2Cyt2Cyt3 3FeFe2+2+2Cyt2Cyt3 3FeFe3+3+2Cyt2Cyt2 2FeFe3+3+ + + +2Cyt2Cyt2 2FeFe2+2+2e2e2Cytaa

19、3Fe2+細(xì)胞色素氧化酶+ +OO2 22Cytaa2Cytaa3 3FeFe3+3+ +O O2 22e2e細(xì)胞色素氧化酶（還原型）（氧化型）2e2Cyt2Cyt1 1FeFe2+ 2+ + 2Cyt+ 2Cyt2 2FeFe3+3+ 2Cyt 2Cyt1 1FeFe3+3+ 2Cyt+ 2Cyt2 2FeFe2+2+ 第37頁/共153頁2022-6-438（二）線粒體呼吸鏈中氫和電子的傳遞 物質(zhì)氧化過程中，從代謝物脫下的氫進入呼吸鏈的途徑有兩條：多數(shù)代謝物在以NAD+為輔酶的不需氧脫氫酶的作用下脫氫，形成NADH+H+后進入呼吸鏈；少數(shù)代謝物可在以FAD為輔基的不需氧脫氫酶的作用下，形成

20、FADH2后進入呼吸鏈。 1.NADH氧化呼吸鏈 由NAD+、 FMN、 鐵硫蛋白（FeS）、輔酶Q、細(xì)胞色素體系（b、c1、c、aa3）等組成，遞氫過程如下頁圖示：第38頁/共153頁2022-6-439下圖:NADH氧化呼吸鏈的遞氫過程 如圖所示，代謝物AH2在不需氧脫氫酶的作用下脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)锳，脫下的2H傳遞給NAD+，NAD+接受氫變?yōu)镹ADH + H+；再在NADH脫氫酶的作用下脫氫，把氫傳遞給FMN生成FMNH2；FMNH2再把氫傳遞給輔酶Q生成CoQH2；CoQH2把氫分裂為2H+和2e，2H+留在介質(zhì)中，電子由細(xì)胞色素體系傳遞給氧生成O2；最后2H+和O2化合成H2O。其中，細(xì)胞

21、色素體系的電子傳遞順序為：CytbCytc1CytcCytaa3O2 CoQ CoQH2AH2 NADH+H+NAD+ A FMN FMNH2（FeS）（FeS）2eO2O2CytbC1 C aa32H+ H2O2 Fe3+2Fe2+2e第39頁/共153頁2022-6-440 2.琥珀酸氧化呼吸鏈 由FAD 、鐵硫蛋白（FeS） 、CoQ和細(xì)胞色素體系(Cytb、C1、c、aa3 )組成，其遞氫過程如下圖所示： 如圖所示，琥珀酸氧化呼吸鏈的遞氫過程是：琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸脫氫生成延胡索酸，脫下的氫傳遞給FAD生成FADH2；FADH2再把氫傳遞給CoQ生成CoQH2；其后的過程完全與NAD

22、H氧化呼吸鏈一樣。琥珀酸延胡索酸FADFe-SFADH2Fe-SCoQCoQH2O2O2H2O2H+2e2Fe3+2Fe2+2eCytbC1Caa3第40頁/共153頁2022-6-441現(xiàn)將線粒體中某些代謝物通過呼吸鏈的遞氫過程總結(jié)如下:NADHFMNFeSCoQCytbCytc1CytcCytaa3O2蘋果酸-酮戊二酸異檸檬酸丙酮酸琥珀酸FADFeSFADFeS-磷酸甘油FADFeS-羥基丁酸（酮體）-羥基脂肪酰CoA脂肪酰CoA抗壞血酸脂肪酸的氧化三羧酸循環(huán)甘油的氧化第41頁/共153頁2022-6-442 關(guān)于呼吸鏈中遞氫體和遞電子體的排列順序是根據(jù)多方面的實驗結(jié)果確定的。其中測定各個

23、遞氫體和遞電子體給出或接受電子的傾向大?。?biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0值）是一項重要的依據(jù)。給出電子的傾向愈大（標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0 值愈低）的遞氫體或遞電子體，愈位于呼吸鏈的前面；接受電子的傾向愈大（標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0 值愈高）的遞氫體或遞電子體，愈位于呼吸鏈后面。氧接受電子的傾向最大（標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0 值最高），因此成為呼吸鏈的終端。呼吸鏈中各氧化還原電對的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0 值見下頁表。第42頁/共153頁2022-6-443下表:呼吸鏈中各氧化還原對的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0（V）NAD+/NADH+H+FMN/FMNH2FAD/FADH2CytbFe3+/Fe2

24、+CoQ/CoQH2Cytc1Fe3+/Fe2+CytcFe3+/Fe2+CytaFe3+/Fe2+Cyta3Fe3+/Fe2+ O2/H2O0.320.300.060.040.070.220.250.390.550.82標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0（V）標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0（V）標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0（V）第43頁/共153頁2022-6-444三、非線粒體生物氧化體系 除線粒體外，細(xì)胞的微粒體和過氧化物酶體也是生物氧化的重要場所。這些非線粒體氧化體系的共同特點是在氧化過程中不伴有高能化合物ATPATP的生成。 （一）微粒體氧化體系 微粒體中有氧化酶體系，如單加氧酶和雙加氧酶可催化在底物分子中加上一個

25、氧原子或氧分子。 1.單加氧酶 該酶催化在底物分子上加上一個氧原子，而氧分子的另一個氧原子被酶系中的 NADPH+H+還原成水，故又稱羥化酶或混合功能氧化酶，反應(yīng)如下：第44頁/共153頁2022-6-445 單加氧酶催化的反應(yīng)與體內(nèi)很多重要活性物質(zhì)的合成、滅活、毒物的生物轉(zhuǎn)化過程都有密切關(guān)系，因此具有重要意義。 加雙氧酶A + OA + O2 2AOAO2 2RH+NADPH+HRH+NADPH+H+ +O+O2 2ROH+NADPROH+NADP+ +H+H2 2O O單加氧酶 2.雙加氧酶 該酶催化在底物分子上加上兩個氧原子，反應(yīng)如下: 第45頁/共153頁2022-6-446 （二）過

26、氧化物酶體氧化體系 過氧化物酶體是一種特殊的細(xì)胞器。在動物和人體內(nèi)主要分布在肝、腎、中性粒細(xì)胞和小腸上皮細(xì)胞內(nèi)，與體內(nèi)過氧化氫的代謝有密切關(guān)系。 體內(nèi)過氧化氫的來源是： 需氧脫氫酶催化的反應(yīng)； 分子氧接受的電子數(shù)目不足，形成超氧物離子 （O O2 2）在超氧化物歧化酶（SOD）催化下也可生成過氧化氫：+2H+SOD2O2 + 2e2O2H2O2 + O2第46頁/共153頁2022-6-447 在粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中產(chǎn)生的過氧化氫可消滅吞噬進來的細(xì)菌；甲狀腺中產(chǎn)生的H2O2可用于酪氨酸的碘化過程，有利于甲狀腺激素的合成。但過多的H2O2對機體有害：如氧化某些酶和蛋白質(zhì)的巰基使之失活；使生物膜磷脂

27、分子中的不飽和脂肪酸氧化為脂質(zhì)過氧化物而造成生物膜的嚴(yán)重?fù)p傷。另外，生成的脂質(zhì)過氧化物與蛋白質(zhì)結(jié)合為脂褐素可引起組織老化。但是在過氧化物酶體內(nèi)有兩種以血紅素為輔基的酶類，能使過氧化氫分解而消除其毒性。第47頁/共153頁2022-6-448 1.過氧化氫酶 此酶催化兩分子過氧化氫反應(yīng)生成水和氧，且催化效率很高（一分子過 氧化氫酶每分鐘能催化500萬分子過氧化氫的分解），所以，體內(nèi)不致發(fā)生過氧化氫的蓄積中毒。H2O2 + H2O2 2H2O + O2過氧化氫酶第48頁/共153頁2022-6-449 2.過氧化物酶 此酶催化過氧化氫直接氧化酚類和胺類等物質(zhì)。R + H2O2RO + H2O過氧化

28、物酶RH2 + H2O2過氧化物酶R + 2H2O第49頁/共153頁2022-6-450第四節(jié) ATP與能量的轉(zhuǎn)換和利用 生物體必須從食物獲得能量，以滿足各種生命活動的需要。例如肌肉的收縮、神經(jīng)興奮的產(chǎn)生和傳導(dǎo)、腺體的分泌、離子的轉(zhuǎn)運、細(xì)胞組成成分的合成及物質(zhì)轉(zhuǎn)化等。食物在體內(nèi)的氧化過程中釋放能量，其中大約54%的能量以熱能的形式放散，有維持體溫的作用；其余大約46%的能量以化學(xué)能的方式儲存于高能化合物ATP的分子中。體內(nèi)各種需能的生理活動和生化過程都只能以ATP為直接的可以利用的能源。第50頁/共153頁2022-6-451一、高能化合物 （一）高能鍵 水解時釋放的自由能大于21kj/mo

29、l的化學(xué)鍵稱為高能鍵。常見的高能鍵有高能磷酸鍵（p）和高能硫酯鍵 （SCoA）等。 （二）高能化合物 含有高能鍵的化合物稱為高能化合物。常見的高能化合物有ATP（三磷酸腺苷）、ADP（二磷酸腺苷）、 GTP（三磷酸鳥苷）、CTP（三磷酸胞 苷）、UTP（三磷酸尿苷） 、 1,3-二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸、乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A等。在這些高能化合物中，以ATP最為重要，它是生物體內(nèi)一切生命活動的直接能源。在生物體內(nèi)，能量的釋放、轉(zhuǎn)移、儲存和利用都以ATP為中心。第51頁/共153頁2022-6-452二、ATP的生成 生物氧化中ATP的生成方式有兩種：一種是底物水平的磷酸化，簡稱底物磷酸

30、化；另一種是電子傳遞水平的磷酸化，又稱氧化磷酸化。 （一）底物磷酸化 1.概念：在物質(zhì)代謝過程中形成的其它高能化合物把高能鍵轉(zhuǎn)移給ADP而生成ATP，這種方式叫底物磷酸化。琥珀酰輔酶A+H3PO4+GTP3-磷酸甘油酸+ATP1，3-二磷酸甘油酸+ADP磷酸烯醇式丙酮酸+ADP烯醇式丙酮酸+ATP琥珀酸+輔酶A+GTPGTP+ADPGDP+ATP 2.反應(yīng)舉例：第52頁/共153頁2022-6-453（二）氧化磷酸化 1. 概念：在線粒體內(nèi)，代謝物脫下的氫在通過呼吸鏈氧化生成水和釋放能量的同時伴有ADP磷酸化生成ATP，這種偶聯(lián)作用叫氧化磷酸化。 2.氧化磷酸化的偶聯(lián)部位：實驗證明，NADH氧

31、化呼吸鏈的偶聯(lián)部位有三個:第一個在NADH和CoQ之間，第二個在Cytb和Cytc之間，第三個在Cytaa3和O2之間；琥珀酸氧化呼吸鏈只有兩個偶聯(lián)部位:第一個在細(xì)Cytb與Cytc之間，第二個在Cytaa3與O2之間（見下頁圖）。 第53頁/共153頁2022-6-454下圖：氧化磷酸化的偶聯(lián)部位AH2NAD+FMNCoQCytbCytC1CytCCytaa3O2H2OATPNADH氧化呼吸鏈偶聯(lián)部位：69.5kj/molADP自由能ATPADP自由能ATPADP自由能40.5kj/mol102.3kj/mol琥珀酸 FADCoQCytbCytC1CytCCytaa3O2H2O琥珀酸氧化呼吸

32、鏈偶聯(lián)部位：ATPADP自由能ATPADP自由能40.5kj/mol102.3kj/mol第54頁/共153頁2022-6-455 氧化磷酸化的偶聯(lián)部位是根據(jù)實驗測定出來的。通過測定在氧化磷酸化過程中，氧的消耗與無機磷酸消耗之間的比例關(guān)系，可以反映底物脫氫氧化與 ATP ATP 生成之間的比例關(guān)系。每消耗一摩爾氧原子所消耗的無機磷的摩爾數(shù)稱為 P/O P/O 比值 。NADHNADH氧化呼吸鏈的P/OP/O為3 3，可生成三個ATP;ATP;而琥珀酸氧化呼吸鏈的P/OP/O為2 2，可生成兩個ATPATP。合成1m1mololATPATP時，需要提供的能量至少為：30.5kJ 30.5kJ 。

33、上述三個部位釋放的自由能分別為:69.5:69.5、40.540.5、102.3kj/mol.102.3kj/mol.第55頁/共153頁2022-6-4563.氧化磷酸化的偶聯(lián)機制 化學(xué)滲透學(xué)說：化學(xué)滲透假說是英國P. Mitchell 于1965年首先提出的，其要點是：電子經(jīng)過呼吸鏈傳遞時，可將質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵到內(nèi)膜外側(cè)，產(chǎn)生膜內(nèi)外質(zhì)子電化學(xué)梯度（H+濃度梯度和跨膜電位差），以此儲存能量，當(dāng)質(zhì)子順濃度回流時驅(qū)動ADP與pi生成ATP（見下頁圖）。第56頁/共153頁2022-6-457胞液線粒體內(nèi)膜基質(zhì)FMNH2FeSFeSQH22ebbQH22ec1caa32e2Cu1

34、/2O2+2H+H2O2H+2H+2H+2H+2H+NADH+H+NAD+右圖：化學(xué)滲透假說中呼吸鏈上氧化還原環(huán)節(jié)示意圖第57頁/共153頁2022-6-458下圖：質(zhì)子移動的氧化磷酸化機理電 子 轉(zhuǎn) 移 鏈線粒體內(nèi)膜外膜H+H+H+H+H+H+NADH+H+NAD+O2+ H+H2OATPADP +PiH+ATP合成酶第58頁/共153頁2022-6-459 ATP合成酶：在線粒體內(nèi)膜上存著利用呼吸鏈所釋放的能量催化ADP與pi生成ATP的酶。該酶主要有疏水的Fo部位和親水的F1部位組成。F1主要有33亞基組成，其功能是催化生成ATP。 Fo是鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中的質(zhì)子通道。當(dāng)H+順濃度梯度經(jīng)

35、Fo回流時， F1催化ADP與pi生成ATP（見下頁圖）。此外在Fo和F1之間還有其他亞基存在，其中一個稱為寡酶素敏感蛋白（OSCP）使ATP合成酶在寡酶素存在時不能合成ATP。第59頁/共153頁2022-6-460下圖：ATP合成酶的結(jié)構(gòu)示意圖F0F1線粒體內(nèi)膜胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)第60頁/共153頁2022-6-461三、影響氧化磷酸化的因素 （一）ATP/ADP比值： ATP/ADP比值是調(diào)節(jié)氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，當(dāng)ATP/ADP比值升高時，則氧化磷酸化速度減慢。 （二）甲狀腺激素： 甲狀腺激素可間接影響氧化磷酸化的速度。其原因是甲狀腺

36、激素可以激活細(xì)胞膜上的 Na+ ，K+-ATP酶，使ATP水解增加，因而使ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加快。 第61頁/共153頁2022-6-462 （三）藥物和毒物： 1呼吸鏈的抑制劑 能夠抑制呼吸鏈遞氫或遞電子過程的藥物或毒物稱為氧化磷酸化的抑制劑，有以下三類： 能夠抑制第一位點的有麻醉藥異戊巴比妥（阿米妥）、粉蝶霉素A、魚藤酮等； 能夠抑制第二位點的有抗霉素A和二巰基丙醇；能夠抑制第三位點的有CO、H2S和CN、N3（疊氮類 ） 。其中，CN和N3主要抑制氧化型 Cytaa3-Fe3+，而CO和H2S主要抑制還原型Cytaa3-Fe2+（見下頁圖）。 2解偶聯(lián)劑 不抑制呼吸鏈

37、的遞氫或遞電子過程，但能使氧化產(chǎn)生能 量不能用于ADP磷酸化的藥物或毒物稱為解偶聯(lián)劑。 主要的解偶聯(lián)劑有2,4-二硝基苯酚，雙香豆素等 。 3氧化磷酸化的抑制劑 對電子傳遞和ADP磷酸化均有抑制作用的藥物和毒物稱為氧化磷酸化的抑制劑，如寡霉素。 如疊氮鈉NaN3第62頁/共153頁2022-6-463下圖：呼吸鏈抑制劑的作用部位AH2NAD FMN CoQCytbCytC1CytCCytaa3O2H2O阿米妥粉蝶霉素A魚藤酮Fe-S抗霉素A二巰基丙醇COH2SCNN3第63頁/共153頁2022-6-464下圖：氰化物中毒的原理氰化物中毒的原理：CNCytaa3-Fe3+ Cytaa3-Fe3

38、+ CN氰化高鐵細(xì)胞色素氧化酶（失去傳遞電子的能力）第64頁/共153頁2022-6-465 氰化物中毒的解救：可給患者吸入 亞硝酸異戊酯和注射亞硝酸鈉，使部分血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，后者在體內(nèi)達到一定濃度后就能成功地奪取已于細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合的CN,使細(xì)胞色素氧化酶的活力恢復(fù)。生成的 氰化高鐵血紅蛋白又能解離出CN，此時，再注射硫代硫酸鈉 ，在肝臟中硫氰酸酶的催化下可將CN轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒的硫氰化物隨尿排出，反應(yīng)如下：SCN_HbFe3+HbFe2+NaNO2高鐵血紅蛋白HbFe3+Cytaa3Fe3+CNHbFe3+CN + + Cytaa3Fe3HbFe3+CNHbFe3+Na2S2O3

39、+ CNSCN Na2SO3硫氰酸酶由尿排出第65頁/共153頁2022-6-466四、高能磷酸鍵的轉(zhuǎn)移、儲存和利用 （一）ATP能量的轉(zhuǎn)移 ATP可把高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給某些二磷酸核苷生成相應(yīng)的高能化合物。反應(yīng)如下:核苷二磷酸激酶ATP +GDPCDPUDPADP +GTPCTPUTP（參與糖原合成）（參與磷脂合成）（參與蛋白質(zhì)合成）第66頁/共153頁2022-6-467 （二）ATPATP與能量的儲存 ATP ATP可把高能鍵轉(zhuǎn)移給肌酸（C C），生成磷酸肌酸（C CP P）。磷酸肌酸（C CP P）是肌肉和腦組織中能量的主要貯存形式。但磷酸肌酸中的高能磷酸鍵不能被直接利用，當(dāng)肌肉活動需要能

40、量時而必須先將其高能磷酸鍵再轉(zhuǎn)移給ATPATP，才能供生理活動之需。這一反應(yīng)過程由肌酸磷酸激酶（CPKCPK）催化完成，反應(yīng)如下：肌酸 + ATP+ ATP磷酸肌酸 + ADP+ ADPCPKCPK（C CP P）（C C） 第67頁/共153頁2022-6-468（三）ATP循環(huán) ATP是生物界普遍使用的供能物質(zhì)，有“通用貨幣”之稱。ATP分子中含有兩個高能磷酸酐鍵，均可以水解供能。 ATP水解為ADP并供出能量之后，又可通過氧化磷酸化重新合成，從而形成ATP循環(huán)。 第68頁/共153頁2022-6-469（四）能量的釋放、儲存和利用 現(xiàn)將體內(nèi)能量的釋放、儲存和利用總結(jié)如下圖：AH2H2O+

41、CO2氧化分解能量54%以熱能散失46%以化學(xué)能儲存ADP+PiATPCP能機械能滲透能化學(xué)能電 能熱 能其它能C精子運動肌肉收縮吸收分泌離子轉(zhuǎn)運（合成反應(yīng)）生物電神經(jīng)傳導(dǎo)（維持體溫）第69頁/共153頁2022-6-470五、線粒體外NADH的氧化 胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脫氫，均可產(chǎn)生NADH+H+。這些NADH+H+不能自由透過線粒體內(nèi)膜，可經(jīng)穿梭系統(tǒng)而進入線粒體氧化磷酸化，產(chǎn)生H2O和ATP。 （一）磷酸甘油穿梭系統(tǒng) NADH+H+通過此穿梭系統(tǒng)攜帶一對氫原子進入線粒體，只產(chǎn)生2分子ATP（如下頁圖）。 第70頁/共153頁2022-6-471下圖： -磷酸甘油穿梭NADH+H+N

42、AD+ 線 粒 體 內(nèi) 膜CH2OHC=OCH2O-PCH2OHCHOHCH2O-P磷酸二羥丙酮-磷酸甘油CH2OHC=OCH2O-PCH2OHCHOHCH2O-P磷酸二羥丙酮-磷酸甘油FADFADH2-磷酸甘油脫氫酶-磷酸甘 油脫氫酶琥珀酸氧化呼吸鏈胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)第71頁/共153頁2022-6-472 （二）蘋果酸穿梭系統(tǒng) NADH + H+NAD+草酰乙酸蘋果酸-酮戊二酸谷氨酸天冬氨酸線 粒 體 內(nèi) 膜 -酮戊二酸天冬氨酸草酰乙酸谷氨酸蘋果酸 NAD+NADH + H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè) 上圖:蘋果酸穿梭 蘋果酸脫氫酶 谷草轉(zhuǎn)氨酶第72頁/共153頁2022-6-473復(fù)習(xí)題 一、名詞解釋：1、

43、生物氧化 2、高能鍵 3、高能化合物 4、呼吸鏈 二問答題：1.生物氧化有哪些特點？2. 舉例說明脫羧反應(yīng)的類型。3.生物氧化的反應(yīng)類型有哪些？舉例說明。4.參與生物氧化的酶類有哪些？5 .呼吸鏈的組成成分有哪些？6.圖示NADH氧化呼吸鏈的遞氫過程。7.簡述非線粒體氧化體系的概念、特點和意義。8.ATP的生成方式有哪些？9.影響氧化磷酸化的因素有哪些？指出氰化物抑制呼吸鏈的部位。10.圖示ATP的生成、儲存和利用。第73頁/共153頁2022-6-4741、下列關(guān)于生物氧化特點的敘述錯誤的是：A、生物氧化主要在 線粒體內(nèi)進行 B、物質(zhì)的氧化分若干個步驟 C、在酶的催化下以脫氫方式為主 D、不

44、需水 的參加 E、氧化過程中能量是逐步釋放的 2、生物氧化中物質(zhì)被氧化的方式有： A 、脫氫 B、加水脫氫 C、加氧 D、失電子 E、以上都是3、參與生物氧化的酶類有：A、氧化酶 B、需氧脫氫酶 C、不需氧脫氫酶 D、加氧酶 E、以上都是4、下列關(guān)于CO2產(chǎn)生的敘述錯誤的是：A、碳和氧的直接化合 B、 - 氨基酸的羧 C、 -酮酸的脫羧 D、 -羥基酸的脫羧 E、各類有機酸的脫羧 5、下列物質(zhì)哪種不屬于呼吸鏈的組成成分：A、NAD+ B、FAD C、FMN D、CoQ E、GSH三、單選題第74頁/共153頁2022-6-4756、下列物質(zhì)中哪種含有鐵：A、NAD+ B、FAD C、Cyt D

45、、COQ E、FMN7、下列物質(zhì)哪種不含高能鍵：A、ATP B、ADP C、AMP D、乙酰輔酶A E、琥珀酰輔酶A8、下列哪個不屬于呼吸鏈的抑制劑：A、氰化物 B、魚藤酮 C、阿米妥 D、CO E、CO29、氰化物中毒是抑制了：A、NAD+ B、FMN C、Fe-S D、Cyt-aa3 E、Cyt-b10、下列哪個是肌肉組織中儲存能量的主要物質(zhì)： A、CTP B、UTP C、ATP D、GTP E、CP第75頁/共153頁2022-6-476參考答案一、名詞解釋：1、生物氧化：有機物質(zhì)在生物體內(nèi)所進行的氧化分解叫生物氧化。 2、高能鍵：水解時釋放的自由能量大于21kj/mol的化學(xué)鍵叫高能鍵

46、。 3、高能化合物：含有高能鍵的化合物叫高能化合物。4、呼吸鏈：在線粒體所進行的生物氧化過程中，各種遞氫體或遞電子體、按照一定的排列順序，構(gòu)成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，把代謝物上脫下的氫逐步傳遞給氧而化合成水。因為此過程與細(xì)胞攝取氧氣的呼吸過程有關(guān)，故稱為呼吸鏈。第76頁/共153頁2022-6-477二問答題：1.生物氧化的特點如下： 反應(yīng)條件溫和（37、pH近中性）； 氧化過程分多步進行； 在酶的催化下進行，并以脫氫為主要方式； 從底物脫下的氫需經(jīng)呼吸鏈傳遞最后與氧結(jié)合成水； 能量逐步釋放，一部分以熱能形式釋放，另一部分以 化學(xué)能的形式儲存； 氧化過程必須有水的參加； 生物氧化中CO2的產(chǎn)生來自有機酸的脫

47、羧。第77頁/共153頁2022-6-478RCHCOOHRCH2NH2 + CO2NH2氨基酸脫羧酶氨基酸胺CH3COCOA+CO2CH3COCOOH丙酮酸丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH 氧化脫羧，乙酰CoA第78頁/共153頁2022-6-479氧化脫羧，例如：CH3COCOOH+CO2CH2COOH CH(OH)COOH蘋果酸蘋果酸酶NADP+NADPH + H+丙酮酸 CH3COCOOH + CO2單純脫羧，例如： CH2COOHCOCOOH草酰乙酸脫羧酶草酰乙酸丙酮酸第79頁/共153頁2022-6-4803.生物氧化的反應(yīng)類型有脫氫、加水脫氫、 脫電子和加氧等四種類

48、型，舉例如下：2H2H丙酮酸CH3COCOOH乳酸CH3CHCOOHOH乙酸CH3COOH+ H2OCH3CHOH 2HCH3CHO乙醛不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物OH第80頁/共153頁2022-6-481eFe3+Fe2+OH+ O2 苯苯酚第81頁/共153頁2022-6-4824、參與生物氧化的酶類有氧化酶；需氧脫氫酶；不需氧脫氫酶；加氧酶；過氧化酶。5 .呼吸鏈的組成成分有： 尼克酰胺核苷酸；黃素蛋白；鐵硫蛋白；輔酶Q；細(xì)胞色素體系。6.NADH氧化呼吸鏈的遞氫過程如下：O2O2AH2 CytbC1 C aa32H+ H2O2 Fe3+2Fe2+ CoQ CoQH2NADH2NAD+ A FMN

49、 FMNH2（FeS）（FeS）2e2e第82頁/共153頁2022-6-4837.非線粒體氧化體系包括微粒體氧化體系和過氧化物酶體氧化體系；非線粒體氧化體系的共同特點是在氧化過程中不伴有高能化合物ATP的生成；非線粒體氧化體系主要參與非營養(yǎng)性物質(zhì)的代謝。8.ATP的生成方式有底物磷酸化和氧化磷酸化兩種。9.影響氧化磷酸化的因素有三種：腺苷酸比值（ATP/ADP比值）、甲狀腺激素、第83頁/共153頁2022-6-48410. ATP的生成、儲存和利用如下圖所示：AH2（代謝物）H2O+CO2氧化分解能量54%以熱能散失46%以化學(xué)能儲存ADP+PiATPCP能機械能滲透能化學(xué)能電能熱能其它能

50、C三、單選題：1D 2E 3E 4A 5E 6C 7C 8E 9D 10E第84頁/共153頁2022-6-485二、生物氧化的特點 反應(yīng)條件溫和（37、pH近中性）； 在酶的催化下分多步進行；并以脫氫為主要方式； 從底物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈傳遞最后與氧結(jié)合成水； 能量逐步釋放（一部分以熱能形式散失，另一部分以 化學(xué)能的形式儲存）； 氧化過程必須有水的參加；生物氧化中CO2的產(chǎn)生來自有機酸的脫羧。生物氧化的速率受體內(nèi)多種因素的調(diào)節(jié)。第85頁/共153頁2022-6-486第二節(jié) 生物氧化中二氧化碳的生成 人體中二氧化碳的生成并不是有機物中所含的碳原子與氧直接化合的結(jié)果，而是來自有機酸的脫羧。糖、脂

51、肪和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化過程中形成的有機酸，如酮酸、 氨基酸等在脫羧酶的催化下進行脫羧反應(yīng)產(chǎn)生CO2，其中以酮酸脫羧是產(chǎn)生CO2的主要來源。根據(jù)羧基所在的位置，可把脫羧反應(yīng)分為脫羧和脫羧。其中又根據(jù)脫羧時有無伴有氧化反應(yīng)再分為單純脫羧和氧化脫羧。現(xiàn)舉例如下：第86頁/共153頁2022-6-487一、脫羧RCHCOOHRCH2NH2 + CO2NH2氨基酸脫羧酶磷酸吡多醛氨基酸胺CH3COCOA+CO2CH3COCOOH丙酮酸丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH2.氧化脫羧 乙酰CoA第87頁/共153頁2022-6-488二、脫羧2.氧化脫羧CH3COCOOH+CO2CH2C

52、OOH CH(OH)COOH蘋果酸蘋果酸酶NADP+NADPH + H+丙酮酸 CH3COCOOH + CO21.單純脫羧 CH2COOHCOCOOH草酰乙酸脫羧酶草酰乙酸丙酮酸第88頁/共153頁2022-6-489第三節(jié) 生物氧化中物質(zhì)氧化的方式 一、氧化反應(yīng)的類型 體內(nèi)物質(zhì)氧化的類型有脫氫、加水脫氫、脫電子和加氧等類型，其中以脫氫和脫電子為主。 （一）脫氫反應(yīng) 從底物分子上脫去兩個氫原子，如乳酸脫氫生成丙酮酸： 2H2H丙酮酸CH3COCOOH乳酸CH3CHCOOHOH第89頁/共153頁2022-6-490（二）加水脫氫反應(yīng) 在底物分子上先加水再脫氫，如乙醛氧化為乙酸：乙酸CH3COO

53、H+ H2OCH3CHOH 2HCH3CHO乙醛不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物OH第90頁/共153頁2022-6-491（三）失電子反應(yīng) 從底物分子上脫去一個電子，如亞鐵氧化為高鐵:eFe3+Fe2+（四）加氧反應(yīng) 在底物分子上加上一個氧原子，如苯氧化為酚：OH+ O2 苯苯酚第91頁/共153頁2022-6-492二、與生物氧化有關(guān)的酶類 參與生物氧化的酶有五大類：氧化酶、需氧脫氫酶、不需氧脫氫酶、加氧酶和過氧化酶等。 （一）氧化酶類 這是一類輔基中含銅的結(jié)合蛋白質(zhì)，能直接利用分子氧作為受氫體，反應(yīng)產(chǎn)物是水。 體內(nèi)的抗壞血酸氧化酶、細(xì)胞色素氧化酶、酚氧化酶等屬于這類酶。氧化酶催化的反應(yīng)機制如下： O22

54、e2H+2eAH2A2Cu2+2Cu+O2H2O第92頁/共153頁2022-6-493（二）需氧脫氫酶 需氧脫氫酶是黃酶中的一類。所有的黃酶都是以黃素單核苷酸（FMN）或黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為輔基的一類黃素蛋白，被稱為黃酶或黃素酶。FMN和FAD（結(jié)構(gòu)式見下頁圖）分子中的異咯嗪部分能進行可逆的加氫和脫氫反應(yīng)。需氧脫氫酶作用于底物，從底物分子上脫去兩個氫原子，然后把氫傳遞給氧分子（以氧分子為直接受氫體）生成過氧化氫。反應(yīng)機制如下：AH2 FMN或FAD A FMNH2 或 FADH2H2O2O22H2H第93頁/共153頁2022-6-494上圖：FMN和FAD的結(jié)構(gòu)1第94頁/共15

55、3頁2022-6-495 常見的需氧脫氫酶有多種，如 L-氨基酸氧化酶（以FMN為輔基），黃嘌呤氧化酶、醛脫氫酶、單胺氧化酶（這些酶都以FAD為輔基）。 上述氧化酶和需氧脫氫酶的共同特點是底物脫下的氫以氧分子為受氫體。兩者的區(qū)別是氧化酶催化的反應(yīng)生成水，需氧脫氫酶催化的反應(yīng)生成過氧化氫。習(xí)慣上，很多需氧脫氫酶也被稱為氧化酶。第95頁/共153頁2022-6-496（三）不需氧脫氫酶 這類酶的特點是底物受酶的催化脫下的氫不能以氧分子為直接受氫體，還需要通過其它遞氫體和遞電子體按一定順序傳遞，最后與氧分子結(jié)合為水。所以，它們被稱為不需氧脫氫酶。不需氧脫氫酶可分為三大類： 1以尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸

56、（NAD+）或以尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）為輔酶的不需氧脫氫酶類 以NAD+為輔酶的不需氧脫氫酶主要分布在線立體內(nèi)，如乳酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶、磷酸甘油脫氫酶和谷氨酸脫氫酶等，它們在糖、脂肪和蛋白質(zhì)的氧化過程中起重要作用； 以NADP+為輔酶的不需氧脫氫酶主要分布在細(xì)胞液中，如脂肪酸合成酶系、HMG-CoA還原酶、6-磷酸葡萄糖脫氫酶等，它們主要參于脂肪酸、膽固醇的生物合成及磷酸戊糖途徑中的脫氫反應(yīng)。NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)見下頁圖：第96頁/共153頁2022-6-497下圖：NAD+和NADP+的化學(xué)結(jié)構(gòu)第97頁/共153頁2022-6-498 2以FMN或

57、FAD為輔酶的不需氧脫氫酶類 這類酶中以FMN為輔基的有NADH脫氫酶，主要分布在線粒體中，參與三大代謝中NADH的氧化；以FAD為輔基的有琥珀酸脫氫酶、脂肪酰輔酶A脫氫酶等，也分布在線粒體中，分別參與三羧酸循環(huán)和脂肪酸的氧化。 3細(xì)胞色素類 除細(xì)胞色素氧化酶（Cytaa3）外，其它的細(xì)胞色素（Cytb、Cytc1、Cytc、等）都屬于不需氧脫氫酶。第98頁/共153頁2022-6-499不需氧脫氫酶的作用機制如下圖所示：AH2H2OO2O2AXXH2YYH2ZZH22H+2e2H2H2H第99頁/共153頁2022-6-4100三、線粒體生物氧化體系 在線粒體內(nèi)有多種不需氧脫氫酶，是進行三羧

58、酸循環(huán)和脂肪酸氧化的部位 。線 粒體的基本功能是將代謝物脫下的成對氫原子（包括電子）通過多種遞氫體或遞電子體組成的連續(xù)反應(yīng)，逐步傳遞給被激活的氧而化合成水，同時釋放出的能量用于合成高能化合物ATP，以供細(xì)胞活動之需要。這種由遞氫體和遞電子體按一定順序排列構(gòu)成的并與細(xì)胞利用氧密切相關(guān)的連鎖反應(yīng)，通常稱為呼吸鏈。線粒體在生物氧化方面的重要性被比喻為“細(xì)胞內(nèi)的發(fā)電站”。第100頁/共153頁2022-6-4101（一）線粒體呼吸鏈的組成 組成線粒體呼吸鏈的遞氫體和遞電子體有五類： 1.尼克酰胺核苷酸 NAD+和NADP+是許多不需氧脫氫酶的輔酶。在酶的催化下，代謝物分子上的一對氫原子被激活脫落，由輔

59、酶NAD+或NADP+（氧化型）接受轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADH+H+或NADPH+H+（還原型）。NAD+和NADP+分子中的尼克酰胺部分能進行可逆的加氫和脫氫反應(yīng)。因為尼克酰胺只接受一個氫原子和一個電子，而另一個質(zhì)子（H+）則留于介質(zhì)中，所以，把NAD+和NADP+接受氫以后表示為NADH + H+ 和NADPH + H+，反應(yīng)見下頁圖示。第101頁/共153頁2022-6-4102下圖:尼克酰胺核苷酸的遞氫原理:+ H+NADH+H+或NADPH+H+N+HCONH2RH + H+ + eNRH HCONH2NAD+或NADP+（氧化型）（還原型）第102頁/共153頁2022-6-4103 2.黃素

60、蛋白 線粒體內(nèi)的黃素蛋白也是黃酶中的一類，其輔基為FMN或FAD。輔基中的異咯嗪部分起遞氫體的作用。黃素蛋白有兩種，即FP1和FP2。FP1的輔基是FMN，它的作用是使NADH脫氫，因此稱為NADH脫氫酶（或NADH Co Q還原酶）；FP2的輔基是FAD，催化琥珀酸、脂肪酰輔酶A等代謝物脫氫。FP2實際上是以FAD為輔基的不需氧脫氫酶。黃素蛋白的作用機理如下頁圖示。第103頁/共153頁2022-6-4104 下圖:黃素蛋白的作用機理+ 2H2HH3CNNNNHOO H3CNNNNHONNNNHOFMN 或FADR110（氧化型）NNNNHOO H3CH3CHHFMNH2 或FADH2R（還

61、原型）第104頁/共153頁2022-6-4105 3鐵硫蛋白 這類蛋白質(zhì)的分子中含有鐵-硫中心，鐵原子與硫連接成鐵-硫鍵橋，再與蛋白質(zhì)分子中半胱氨酸殘基的硫相連接（見下頁圖）。在線粒體內(nèi)膜上鐵-硫蛋白常與黃素蛋白或細(xì)胞色素b構(gòu)成復(fù)合物，是呼吸鏈的一個組成成分。鐵-硫蛋白中的一個鐵原子可以接受或失去電子，所以在呼吸鏈中起傳遞電子的作用。其作用機理如下：2Fe3+2Fe2+2e2e鐵硫蛋白第105頁/共153頁2022-6-4106下圖：鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)：第106頁/共153頁2022-6-4107 4 4輔酶Q Q 輔酶Q Q是一種脂溶性醌類化合物，廣泛存在于生物界，因此也稱為泛醌。輔酶Q Q分

62、子中苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地加氫和脫氫，起遞氫體作用。其結(jié)構(gòu)和作用機理如下圖：2H2H氧化型輔酶Q Q還原型輔酶Q Q第107頁/共153頁2022-6-4108 5.細(xì)胞色素體系 細(xì)胞色素類都是以鐵卟啉為輔基的蛋白質(zhì)，主要有a、b、c三組，約19種，其中細(xì)胞色素c的結(jié)構(gòu)已經(jīng)清楚，哺乳類動物細(xì)胞色素c的蛋白質(zhì)部分由104個氨基酸殘基組成。細(xì)胞色素分子的鐵卟啉（如下頁圖）中的鐵能進行可逆的氧化還原反應(yīng): Fe3+接受電子被還原成Fe2+，F(xiàn)e2+再將電子傳遞給另一個細(xì)胞色素，其本身又被氧化為Fe3+。第108頁/共153頁2022-6-4109下圖：細(xì)胞色素C的輔基與酶蛋白的連接方式第109頁/共153

63、頁2022-6-4110 通過細(xì)胞色素體系中各個成員的傳遞，最后經(jīng)Cytaa3將電子傳遞給氧，生成的氧負(fù)離子（O2）有較大的活性，可與游離于介質(zhì)中的2H+結(jié)合生成水。細(xì)胞色素為單電子傳遞體。細(xì)胞色素體系中的電子傳遞過程如下頁圖示。細(xì)胞色素體系中只有Cytaa3可將電子直接傳遞給氧，所以又將Cytaa3稱為細(xì)胞色素氧化酶。 細(xì)胞色素可存在于線粒體內(nèi)膜，也可存在于微粒體。存在于線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素有Cytaa3，Cytb，Cytc，Cytc1；而存在于微粒體的細(xì)胞色素有CytP450和Cytb5。 第110頁/共153頁2022-6-4111下圖：細(xì)胞色素體系的電子傳遞過程2Cyt2Cyt1 1F

64、eFe3+ 3+ + 2e + 2e 2Cyt 2Cyt1 1FeFe2+2+2Cyt2Cyt3 3FeFe2+2+2Cyt2Cyt3 3FeFe3+3+2Cyt2Cyt2 2FeFe3+3+ + + +2Cyt2Cyt2 2FeFe2+2+2e2e2Cytaa3Fe2+細(xì)胞色素氧化酶+ +OO2 22Cytaa2Cytaa3 3FeFe3+3+ +O O2 22e2e細(xì)胞色素氧化酶（還原型）（氧化型）2e2Cyt2Cyt1 1FeFe2+ 2+ + 2Cyt+ 2Cyt2 2FeFe3+3+ 2Cyt 2Cyt1 1FeFe3+3+ 2Cyt+ 2Cyt2 2FeFe2+2+ 第111頁/共

65、153頁2022-6-4112（二）線粒體呼吸鏈中氫和電子的傳遞 物質(zhì)氧化過程中，從代謝物脫下的氫進入呼吸鏈的途徑有兩條：多數(shù)代謝物在以NAD+為輔酶的不需氧脫氫酶的作用下脫氫，形成NADH+H+后進入呼吸鏈；少數(shù)代謝物可在以FAD為輔基的不需氧脫氫酶的作用下，形成FADH2后進入呼吸鏈。 1.NADH氧化呼吸鏈 由NAD+、 FMN、 鐵硫蛋白（FeS）、輔酶Q、細(xì)胞色素體系（b、c1、c、aa3）等組成，遞氫過程如下頁圖示：第112頁/共153頁2022-6-4113下圖:NADH氧化呼吸鏈的遞氫過程 如圖所示，代謝物AH2在不需氧脫氫酶的作用下脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)锳，脫下的2H傳遞給NAD+，NA

66、D+接受氫變?yōu)镹ADH + H+；再在NADH脫氫酶的作用下脫氫，把氫傳遞給FMN生成FMNH2；FMNH2再把氫傳遞給輔酶Q生成CoQH2；CoQH2把氫分裂為2H+和2e，2H+留在介質(zhì)中，電子由細(xì)胞色素體系傳遞給氧生成O2；最后2H+和O2化合成H2O。其中，細(xì)胞色素體系的電子傳遞順序為：CytbCytc1CytcCytaa3O2O2O2AH2 CytbC1 C aa32H+ H2O2 Fe3+2Fe2+ CoQ CoQH2NADH2NAD+ A FMN FMNH2（FeS）（FeS）2e2e第113頁/共153頁2022-6-4114 2.琥珀酸氧化呼吸鏈 由FAD 、鐵硫蛋白（FeS） 、CoQ和細(xì)胞色素體系(Cytb、C1、c、aa3 )組成，其遞氫過程如下圖所示： 如圖所示，琥珀酸氧化呼吸鏈的遞氫過程是：琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸脫氫生成延胡索酸，脫下的氫傳遞給FAD生成FADH2；FADH2再把氫傳遞給CoQ生成CoQH2；其后的過程完全與NADH氧化呼吸鏈一樣。2e琥珀酸延胡索酸FADFe-SFADH2Fe-SCoQCoQH22Fe3+2Fe2+O2O2H2O2H+2eC