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(shuō)出生物氧化的概念和特點(diǎn)。2.舉例說(shuō)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(shuō)出參與生物氧化的各類酶的作用特點(diǎn)。5.列出呼吸鏈的組成成分。6.寫(xiě)出NADH氧化呼吸鏈的遞氫過(guò)程。7.簡(jiǎn)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(shuō)明ATP生成的方式。9.說(shuō)出影響氧化磷酸化的因素，指出氰化物的作用部位。 學(xué)時(shí)分配：5學(xué)時(shí)1、2節(jié)1學(xué)時(shí)，第3節(jié)3學(xué)時(shí)，第4節(jié)1學(xué)時(shí)第1頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-42第一節(jié) 生物氧化的概念和特點(diǎn) 有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)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(guò)程。生物氧化主要在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-43二、生物氧化的特點(diǎn) 反應(yīng)條件溫和（37、pH近中性）； 氧化過(guò)程分多步進(jìn)行； 在酶的催化下進(jìn)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(chǔ)存； 氧化過(guò)程必須有水的參加； 生物氧化中CO2的產(chǎn)生來(lái)自有機(jī)酸的脫羧。第3頁(yè)/共153頁(yè)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(jī)物中所含的碳原子與氧直接化合的結(jié)果，而是來(lái)自有

3、機(jī)酸的脫羧。糖、脂肪和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化過(guò)程中形成的有機(jī)酸，如酮酸、 氨基酸等在脫羧酶的催化下進(jìn)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(lái)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(shí)有無(wú)伴有氧化反應(yīng)再分為單純脫羧和氧化脫羧?，F(xiàn)舉例如下：第4頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-46二、脫羧2.氧化脫羧CH3COCOOH+CO

4、2CH2COOH CH(OH)COOH蘋(píng)果酸蘋(píng)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(yè)/共153頁(yè)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(gè)氫原子，如乳酸脫氫生成丙酮酸：第7頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-49（三）失電子反應(yīng) 從底物分子上脫去一個(gè)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(gè)氧原子，如苯氧化為酚：OH+ O2 苯苯酚第9頁(yè)/共153頁(yè)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(shí)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(shí)，B被還原。第10頁(yè)/共153頁(yè)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(jiàn)下頁(yè)圖示）。第11頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-412AH2BBH2AA2+B3+B2+A3+第12頁(yè)

7、/共153頁(yè)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(guò)氧化酶第13頁(yè)/共153頁(yè)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(jī)制如下： O22e2H+2eAH2A2Cu2+2Cu+O2H2O第14頁(yè)/共153頁(yè)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(jìn)行可逆的加氫和脫氫反應(yīng)（結(jié)構(gòu)見(jiàn)后頁(yè)圖）。需氧脫氫酶作用于底物，從底物分子上脫去兩個(gè)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(guò)氧化氫。反應(yīng)機(jī)制如下頁(yè)圖：第15頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-416下圖：需氧脫氫酶的作用機(jī)制2HAH2FMN 或 FADFMNH2 或 FADH2AH2O22H O2第16頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)

9、2022-6-418 常見(jiàn)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(diǎn)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(guò)氧化氫。習(xí)慣上，很多需氧脫氫酶也被稱為氧化酶。第18頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-419（三）不需氧脫氫酶 這類酶的特點(diǎn)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(guò)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(yè)/共153頁(yè)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(píng)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?cè)谔?、脂肪和蛋白質(zhì)的氧化過(guò)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(jiàn)下頁(yè)圖：第20頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-423不需氧脫氫酶的作用機(jī)制如下圖所示：YYH22H

12、AH2AXXH22HH2OO2O2ZZH22H+2e2H第23頁(yè)/共153頁(yè)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(jìn)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(duì)氫原子（包括電子）通過(guò)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(shí)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(dòng)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(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)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(duì)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(jìn)行可逆的加氫和脫氫反應(yīng)。因?yàn)槟峥缩０分唤邮芤粋€(gè)氫原子和一個(gè)電子，而另一個(gè)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(jiàn)下頁(yè)圖示。第26頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)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(shí)際上是以FAD為輔基的不需氧脫氫酶。黃素蛋白的作用機(jī)理如下頁(yè)圖示。第28頁(yè)

15、/共153頁(yè)2022-6-429 下圖:黃素蛋白的作用機(jī)理+ 2H2HH3CNNNNHOO H3CNNNNHONNNNHOFMN 或FADR110（氧化型）NNNNHOO H3CH3CHHFMNH2 或FADH2R（還原型）第29頁(yè)/共153頁(yè)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(jiàn)下頁(yè)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(gè)組成成分。鐵-硫蛋白中的一個(gè)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(jī)理如下：2Fe3+2Fe2+2e2e第3

16、0頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-431下圖：鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)第31頁(yè)/共153頁(yè)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(jī)理如下頁(yè)圖：第32頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-433下圖：輔酶Q的作用機(jī)理R= （CH2CH=CCH2）10HCH32H2HH3COH3COCH3ROO氧化型CoQH3COH3COCH3ROHOH還原型CoQ第33頁(yè)/共153頁(yè)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(dòng)物細(xì)胞色素c的蛋白質(zhì)部分由104個(gè)氨基酸殘基組成。細(xì)胞色素分子的鐵卟啉（如下頁(yè)圖）中的鐵能進(jìn)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(gè)細(xì)胞色素，其本身又被氧化為Fe3+。第34頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-436 通過(guò)細(xì)胞色素體系中各個(gè)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(guò)程如下頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-437下圖：細(xì)胞色素體系的電子傳遞過(guò)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-438（二）線粒體呼吸鏈中氫和電子的傳遞 物質(zhì)氧化過(guò)程中，從代謝物脫下的氫進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(guò)程如下頁(yè)圖示：第38頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-439下圖:NADH氧化呼吸鏈的遞氫過(guò)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?yàn)椋篊ytbCytc1CytcCytaa3O2 CoQ CoQH2AH2 NADH+H+NAD+ A FMN FMNH2（FeS）（FeS）2eO2O2CytbC1 C aa32H+ H2O2 Fe3+2Fe2+2e第39頁(yè)/共153頁(yè)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(guò)程如下圖所示： 如圖所示，琥珀酸氧化呼吸鏈的遞氫過(guò)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(guò)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-441現(xiàn)將線粒體中某些代謝物通過(guò)呼吸鏈的遞氫過(guò)程總結(jié)如下:NADHFMNFeSCoQCytbCytc1CytcCytaa3O2蘋(píng)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(yè)/共153頁(yè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的。其中測(cè)定各個(gè)

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(xiàng)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(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位E0 值見(jiàn)下頁(yè)表。第42頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-443下表:呼吸鏈中各氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位氧化還原對(duì)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(yè)/共153頁(yè)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(guò)氧化物酶體也是生物氧化的重要場(chǎng)所。這些非線粒體氧化體系的共同特點(diǎn)是在氧化過(guò)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(gè)

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(gè)氧原子，而氧分子的另一個(gè)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(yè)/共153頁(yè)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(guò)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(gè)氧原子，反應(yīng)如下: 第45頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-446 （二）過(guò)

26、氧化物酶體氧化體系 過(guò)氧化物酶體是一種特殊的細(xì)胞器。在動(dòng)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(guò)氧化氫的代謝有密切關(guān)系。 體內(nèi)過(guò)氧化氫的來(lái)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(guò)氧化氫：+2H+SOD2O2 + 2e2O2H2O2 + O2第46頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-447 在粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫可消滅吞噬進(jìn)來(lái)的細(xì)菌；甲狀腺中產(chǎn)生的H2O2可用于酪氨酸的碘化過(guò)程，有利于甲狀腺激素的合成。但過(guò)多的H2O2對(duì)機(jī)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(guò)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(guò)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(guò)氧化物酶體內(nèi)有兩種以血紅素為輔基的酶類，能使過(guò)氧化氫分解而消除其毒性。第47頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-448 1.過(guò)氧化氫酶 此酶催化兩分子過(guò)氧化氫反應(yīng)生成水和氧，且催化效率很高（一分子過(guò) 氧化氫酶每分鐘能催化500萬(wàn)分子過(guò)氧化氫的分解），所以，體內(nèi)不致發(fā)生過(guò)氧化氫的蓄積中毒。H2O2 + H2O2 2H2O + O2過(guò)氧化氫酶第48頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-449 2.過(guò)氧化物酶 此酶催化過(guò)氧化氫直接氧化酚類和胺類等物質(zhì)。R + H2O2RO + H2O過(guò)氧化

28、物酶RH2 + H2O2過(guò)氧化物酶R + 2H2O第49頁(yè)/共153頁(yè)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(dòng)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(yùn)、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(guò)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(chǔ)存于高能化合物ATP的分子中。體內(nèi)各種需能的生理活動(dòng)和生化過(guò)程都只能以ATP為直接的可以利用的能源。第50頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-451一、高能化合物 （一）高能鍵 水解時(shí)釋放的自由能大于21kj/mo

29、l的化學(xué)鍵稱為高能鍵。常見(jiàn)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(jiàn)的高能化合物有ATP（三磷酸腺苷）、ADP（二磷酸腺苷）、 GTP（三磷酸鳥(niǎo)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(dòng)的直接能源。在生物體內(nèi)，能量的釋放、轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存和利用都以ATP為中心。第51頁(yè)/共153頁(yè)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(jiǎn)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(guò)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(yè)/共153頁(yè)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(guò)呼吸鏈氧化生成水和釋放能量的同時(shí)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(shí)驗(yàn)證明，NADH氧

31、化呼吸鏈的偶聯(lián)部位有三個(gè):第一個(gè)在NADH和CoQ之間，第二個(gè)在Cytb和Cytc之間，第三個(gè)在Cytaa3和O2之間；琥珀酸氧化呼吸鏈只有兩個(gè)偶聯(lián)部位:第一個(gè)在細(xì)Cytb與Cytc之間，第二個(gè)在Cytaa3與O2之間（見(jiàn)下頁(yè)圖）。 第53頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-455 氧化磷酸化的偶聯(lián)部位是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定出來(lái)的。通過(guò)測(cè)定在氧化磷酸化過(guò)程中，氧的消耗與無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(gè)ATP;ATP;而琥珀酸氧化呼吸鏈的P/OP/O為2 2，可生成兩個(gè)ATPATP。合成1m1mololATPATP時(shí)，需要提供的能量至少為：30.5kJ 30.5kJ 。

33、上述三個(gè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-4563.氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制 化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)：化學(xué)滲透假說(shuō)是英國(guó)P. Mitchell 于1965年首先提出的，其要點(diǎn)是：電子經(jīng)過(guò)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(chǔ)存能量，當(dāng)質(zhì)子順濃度回流時(shí)驅(qū)動(dòng)ADP與pi生成ATP（見(jiàn)下頁(yè)圖）。第56頁(yè)/共153頁(yè)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(shuō)中呼吸鏈上氧化還原環(huán)節(jié)示意圖第57頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-458下圖：質(zhì)子移動(dòng)的氧化磷酸化機(jī)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(yè)/共153頁(yè)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(shí)， F1催化ADP與pi生成ATP（見(jiàn)下頁(yè)圖）。此外在Fo和F1之間還有其他亞基存在，其中一個(gè)稱為寡酶素敏感蛋白（OSCP）使ATP合成酶在寡酶素存在時(shí)不能合成ATP。第59頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)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(shí)，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(yè)/共153頁(yè)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(guò)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(diǎn)的有麻醉藥異戊巴比妥（阿米妥）、粉蝶霉素A、魚(yú)藤酮等； 能夠抑制第二位點(diǎn)的有抗霉素A和二巰基丙醇；能夠抑制第三位點(diǎn)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(jiàn)下頁(yè)圖）。 2解偶聯(lián)劑 不抑制呼吸鏈

37、的遞氫或遞電子過(guò)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(duì)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(yè)/共153頁(yè)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(yú)藤酮Fe-S抗霉素A二巰基丙醇COH2SCNN3第63頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)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(dá)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(shí)，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(wú)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-466四、高能磷酸鍵的轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-467 （二）ATPATP與能量的儲(chǔ)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(dòng)需要能

40、量時(shí)而必須先將其高能磷酸鍵再轉(zhuǎn)移給ATPATP，才能供生理活動(dòng)之需。這一反應(yīng)過(guò)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(yè)/共153頁(yè)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(gè)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(guò)氧化磷酸化重新合成，從而形成ATP循環(huán)。 第68頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-469（四）能量的釋放、儲(chǔ)存和利用 現(xiàn)將體內(nèi)能量的釋放、儲(chǔ)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(chǔ)存ADP+PiATPCP能機(jī)械能滲透能化學(xué)能電 能熱 能其它能C精子運(yùn)動(dòng)肌肉收縮吸收分泌離子轉(zhuǎn)運(yùn)（合成反應(yīng)）生物電神經(jīng)傳導(dǎo)（維持體溫）第69頁(yè)/共153頁(yè)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(guò)線粒體內(nèi)膜，可經(jīng)穿梭系統(tǒng)而進(jìn)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(guò)此穿梭系統(tǒng)攜帶一對(duì)氫原子進(jìn)入線粒體，只產(chǎn)生2分子ATP（如下頁(yè)圖）。 第70頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-472 （二）蘋(píng)果酸穿梭系統(tǒng) NADH + H+NAD+草酰乙酸蘋(píng)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(píng)果酸 NAD+NADH + H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè) 上圖:蘋(píng)果酸穿梭 蘋(píng)果酸脫氫酶 谷草轉(zhuǎn)氨酶第72頁(yè)/共153頁(yè)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(wèn)答題：1.生物氧化有哪些特點(diǎn)？2. 舉例說(shuō)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(shuō)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(guò)程。7.簡(jiǎn)述非線粒體氧化體系的概念、特點(diǎn)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(chǔ)存和利用。第73頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-4741、下列關(guān)于生物氧化特點(diǎn)的敘述錯(cuò)誤的是：A、生物氧化主要在 線粒體內(nèi)進(jìn)行 B、物質(zhì)的氧化分若干個(gè)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(guò)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(cuò)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(jī)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(yè)/共153頁(yè)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(gè)不屬于呼吸鏈的抑制劑：A、氰化物 B、魚(yú)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(gè)是肌肉組織中儲(chǔ)存能量的主要物質(zhì)： A、CTP B、UTP C、ATP D、GTP E、CP第75頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-476參考答案一、名詞解釋：1、生物氧化：有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)所進(jìn)行的氧化分解叫生物氧化。 2、高能鍵：水解時(shí)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(jìn)行的生物氧化過(guò)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?yàn)榇诉^(guò)程與細(xì)胞攝取氧氣的呼吸過(guò)程有關(guān)，故稱為呼吸鏈。第76頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-477二問(wèn)答題：1.生物氧化的特點(diǎn)如下： 反應(yīng)條件溫和（37、pH近中性）； 氧化過(guò)程分多步進(jìn)行； 在酶的催化下進(jìn)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(chǔ)存； 氧化過(guò)程必須有水的參加； 生物氧化中CO2的產(chǎn)生來(lái)自有機(jī)酸的脫

47、羧。第77頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-479氧化脫羧，例如：CH3COCOOH+CO2CH2COOH CH(OH)COOH蘋(píng)果酸蘋(píng)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(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-481eFe3+Fe2+OH+ O2 苯苯酚第81頁(yè)/共153頁(yè)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(guò)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(guò)程如下：O2O2AH2 CytbC1 C aa32H+ H2O2 Fe3+2Fe2+ CoQ CoQH2NADH2NAD+ A FMN

49、 FMNH2（FeS）（FeS）2e2e第82頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-4837.非線粒體氧化體系包括微粒體氧化體系和過(guò)氧化物酶體氧化體系；非線粒體氧化體系的共同特點(diǎn)是在氧化過(guò)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(yíng)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-48410. ATP的生成、儲(chǔ)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(chǔ)存ADP+PiATPCP能機(jī)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-485二、生物氧化的特點(diǎn) 反應(yīng)條件溫和（37、pH近中性）； 在酶的催化下分多步進(jìn)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(chǔ)存）； 氧化過(guò)程必須有水的參加；生物氧化中CO2的產(chǎn)生來(lái)自有機(jī)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(yè)/共153頁(yè)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(jī)物中所含的碳原子與氧直接化合的結(jié)果，而是來(lái)自有機(jī)酸的脫羧。糖、脂

51、肪和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)氧化過(guò)程中形成的有機(jī)酸，如酮酸、 氨基酸等在脫羧酶的催化下進(jìn)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(lái)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(shí)有無(wú)伴有氧化反應(yīng)再分為單純脫羧和氧化脫羧?，F(xiàn)舉例如下：第86頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-488二、脫羧2.氧化脫羧CH3COCOOH+CO2CH2C

52、OOH CH(OH)COOH蘋(píng)果酸蘋(píng)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(yè)/共153頁(yè)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(gè)氫原子，如乳酸脫氫生成丙酮酸： 2H2H丙酮酸CH3COCOOH乳酸CH3CHCOOHOH第89頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-491（三）失電子反應(yīng) 從底物分子上脫去一個(gè)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(gè)氧原子，如苯氧化為酚：OH+ O2 苯苯酚第91頁(yè)/共153頁(yè)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(guò)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(jī)制如下： O22

54、e2H+2eAH2A2Cu2+2Cu+O2H2O第92頁(yè)/共153頁(yè)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(jiàn)下頁(yè)圖）分子中的異咯嗪部分能進(jìn)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(gè)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(guò)氧化氫。反應(yīng)機(jī)制如下：AH2 FMN或FAD A FMNH2 或 FADH2H2O2O22H2H第93頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-494上圖：FMN和FAD的結(jié)構(gòu)1第94頁(yè)/共15

55、3頁(yè)2022-6-495 常見(jiàn)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(diǎn)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(guò)氧化氫。習(xí)慣上，很多需氧脫氫酶也被稱為氧化酶。第95頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-496（三）不需氧脫氫酶 這類酶的特點(diǎn)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(guò)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(píng)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?cè)谔恰⒅竞偷鞍踪|(zhì)的氧化過(guò)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(jiàn)下頁(yè)圖：第96頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-497下圖：NAD+和NADP+的化學(xué)結(jié)構(gòu)第97頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-499不需氧脫氫酶的作用機(jī)制如下圖所示：AH2H2OO2O2AXXH2YYH2ZZH22H+2e2H2H2H第99頁(yè)/共153頁(yè)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(jìn)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(duì)氫原子（包括電子）通過(guò)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(shí)釋放出的能量用于合成高能化合物ATP，以供細(xì)胞活動(dòng)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(yè)/共153頁(yè)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(duì)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(jìn)行可逆的加氫和脫氫反應(yīng)。因?yàn)槟峥缩０分唤邮芤粋€(gè)氫原子和一個(gè)電子，而另一個(gè)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(jiàn)下頁(yè)圖示。第101頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)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(shí)際上是以FAD為輔基的不需氧脫氫酶。黃素蛋白的作用機(jī)理如下頁(yè)圖示。第103頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-4104 下圖:黃素蛋白的作用機(jī)理+ 2H2HH3CNNNNHOO H3CNNNNHONNNNHOFMN 或FADR110（氧化型）NNNNHOO H3CH3CHHFMNH2 或FADH2R（還

61、原型）第104頁(yè)/共153頁(yè)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(jiàn)下頁(yè)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(gè)組成成分。鐵-硫蛋白中的一個(gè)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(jī)理如下：2Fe3+2Fe2+2e2e鐵硫蛋白第105頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-4106下圖：鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)：第106頁(yè)/共153頁(yè)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(jī)理如下圖：2H2H氧化型輔酶Q Q還原型輔酶Q Q第107頁(yè)/共153頁(yè)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(dòng)物細(xì)胞色素c的蛋白質(zhì)部分由104個(gè)氨基酸殘基組成。細(xì)胞色素分子的鐵卟啉（如下頁(yè)圖）中的鐵能進(jìn)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(gè)細(xì)胞色素，其本身又被氧化為Fe3+。第108頁(yè)/共153頁(yè)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(yè)/共153

63、頁(yè)2022-6-4110 通過(guò)細(xì)胞色素體系中各個(gè)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(guò)程如下頁(yè)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(yè)/共153頁(yè)2022-6-4111下圖：細(xì)胞色素體系的電子傳遞過(guò)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(yè)/共

65、153頁(yè)2022-6-4112（二）線粒體呼吸鏈中氫和電子的傳遞 物質(zhì)氧化過(guò)程中，從代謝物脫下的氫進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(guò)程如下頁(yè)圖示：第112頁(yè)/共153頁(yè)2022-6-4113下圖:NADH氧化呼吸鏈的遞氫過(guò)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?yàn)椋篊ytbCytc1CytcCytaa3O2O2O2AH2 CytbC1 C aa32H+ H2O2 Fe3+2Fe2+ CoQ CoQH2NADH2NAD+ A FMN FMNH2（FeS）（FeS）2e2e第113頁(yè)/共153頁(yè)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(guò)程如下圖所示： 如圖所示，琥珀酸氧化呼吸鏈的遞氫過(guò)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(guò)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