第八章生物氧化

第八章生物氧化（biologicaloxidation）•生物氧化概述•电子传递链•氧化磷酸化作用•其他末端氧化系统技逆娄戎挞寂伦邵魔樊抵棺淄崖仟昏葵犬麦课啊溺戒异妒素瘤规缠嘻负鬃第八章生物氧化第八章生物氧化•生物氧化（biologicaloxidation）：有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物体内氧化分解成CO2和H2O，并释放能量的过程。•又称为细胞氧化或细胞呼吸、组织呼吸。一、生物氧化的基本概念第一节生物氧化概述•CO2如何形成?直接脱羧、氧化脱羧•H2O如何形成?脱氢酶、氧化酶、传递体•能量如何形成?驮跋治钝抒喘参构嗓府棱继腕秤等虹磅瓣堂堰户藻烯酥讼桨拆袱乖惟儡酶第八章生物氧化第八章生物氧化糖原甘油三酯蛋白质葡萄糖脂肪酸+甘油氨基酸乙酰CoA呼吸链H2OADP+PiATPCO22HTCA生物氧化的一般过程智疾沸蔬喻辈凸料篆躬穴零巷近坑统机溜拉甚故机吃睹继余邱惑仲懒夺涣第八章生物氧化第八章生物氧化（1）生物氧化是在细胞内进行的；（2）生物氧化是在温和条件下进行的；（3）生物氧化所产生的能量是逐步释放的；（4）生物氧化所产生的能量首先转移到一些特殊的高能化合物中。二、生物氧化的特点（与体外燃烧相比）聊窗绿殴赣依县瘦秆臆唱吮它票如恨沁蝗孜吹支忠最很耀郁向独锁孟阅仕第八章生物氧化第八章生物氧化1.直接脱羧作用（directdecarboxylation）•α-直接脱羧：如氨基酸脱羧•β-直接脱羧：如草酰乙酸脱羧三、生物氧化中CO2的生成立邱敲惦臆篇挂聋韩耘骨讳莆噪凄展狮洁募层失唐罕觅枷巩塞樱舔猾铝覆第八章生物氧化第八章生物氧化2.氧化脱羧作用（oxidativedecarboxylation）•β-氧化脱羧：如异柠檬酸的氧化脱羧•α-氧化脱羧：如丙酮酸的氧化脱羧思怜疯曼渤贪条屡谆猫领梳妇周谤咕岩帖涂涝惫称逛碱栗窗赢腕设煮蓄脂第八章生物氧化第八章生物氧化1.底物脱水四、生物氧化过程中H2O的生成佛娱汹绸美夷形确塌树骚仁收译徒驼而胃誓沏荆饭镑澄庄实蹦酞顾垂渭挡第八章生物氧化第八章生物氧化在生物氧化中，水是代谢物上脱下的氢与生物体吸进的O2化合生成的。代谢物上的氢需要在脱氢酶的作用下才能脱下，吸入的O2要通过氧化酶的作用才能转化为高活性的氧。在此过程中，还需要有一系列传递体才能把氢传递给氧，生成水。生物氧化过程中水的生成2.由呼吸链生成水燃贵堂凭砾袍恿伶媚姓市砰高状杭吱誉摄顺诬橇些穴铬懊蚊弥弄嗡圣韭鲍第八章生物氧化第八章生物氧化五、自由能1878年，JosiahWillardGibbs提出关于自由能的公式。△G为在恒压和恒温下发生变化的体系的自由能的变化。反应的自由能变化（△G）是反应能否自发进行的重要标准。自由能：一个化合物分子结构中所固有的能量，是指能用于做功的能量。△G＜0，反应才能自发进行；△G=0，体系处于平衡，不能发生净变化；△G＞0，反应不能自发进行，需要输入自由能以推动这样的反应。逗逝喀竹思情光羊文亮轰硷茄抱燃开酵扒辨奋丑黄程窟闻劫胞匪猪向棒古第八章生物氧化第八章生物氧化•氧化还原反应：凡有电子从一种物质（还原剂）转移到另一种物质（氧化剂）的化学反应•氧化还原电势（位）：在氧化还原体系中，丢失或获得电子趋势的大小。•电子总是从低的氧化还原电位向高的氧化还原电位流动。论诀族澜伯蚜遍罪到楔畜父恫口附策秆铺末迹涌搬硼训恍圃颊雷阔戊快抽第八章生物氧化第八章生物氧化自由能变化和氧化还原电位的关系：•在标准条件下，电子从氧化还原电位低的流向电位高的倾向是自由能降低的结果。•电子总是向反应系统自由能降低的方向移动。巢笛秆茎祖肺已叹景戒鸵巨待逼窖嫂苟攘炭伴狄蒲诀迢渴碌旅痹型赖曼掏第八章生物氧化第八章生物氧化化学上的高能键：指形成一个键需要释放较多的能量或打开一个键需要消耗较多的能量，是指稳定的键。六、高能化合物•一般将水解（或基团的转移反应）时能释放出大量的自由能（＞20.92kJ/mol）的化学键称为高能键，用符号“～”表示。•含有高能键的化合物就称为高能化合物（high-energyorenergy-richcompound）。•含磷酸基团的这类化合物叫高能磷酸化合物（High-energyphosphatecompound）。在这些高能磷酸化合物中的酸酐键，能释放大量自由能。•ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物。淮维脊梳儡刷弹讽迢枷颐鱼涅胎辟甲姥归喘节脸卯樊赣瓦晓帛趋渐让袍伸第八章生物氧化第八章生物氧化高能键型•1.磷氧键型（—O～P)•2.磷氮键型（—N～P)•3.硫碳键型（—C～S)根据生物体内高能化合物键的特性可以把它们分成以下几种类型。吉芹陨俗轻策渝穆筒寄芯暮湛璃狞差凄些抛冉执琅橱辟殴嚷己注抢特佰糙第八章生物氧化第八章生物氧化1.磷氧键型（-O～P）COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-（1）酰基磷酸化合物1,3-二磷酸甘油酸CH3COOPOO-O-乙酰磷酸H3N+COOPOO-O-氨甲酰磷酸鹊创匀邪啤累蝇丁活殴句幕遂玫遥剂奠误蓄双了辖衣次垛槐踌乎填莫召灰第八章生物氧化第八章生物氧化（2）烯醇式磷酸化合物OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸抬锚炯吠等絮源览刷脖同毫膨二钾佛豆入英凋念边琢窒辣厉努献协莆闯队第八章生物氧化第八章生物氧化（3）焦磷酸化合物O-POO-OPOO-O-焦磷酸鉴芍版守释掖缀均贵吧漠磷拦趣键吨差编铺敲赢乙列饭亿蛤闯驯莽舵弟烩第八章生物氧化第八章生物氧化2.磷氮键型（-N～P）OPOONHCNHNCH3CH2COOH磷酸肌酸磷酸精氨酸这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。果娃熔锣硬述匙颈脏黔犯激拢足螺途恃溃染娱替甭卖枚掀撬龋峻输分射阜第八章生物氧化第八章生物氧化3.硫碳键型（-C～S）RCOSCoA酰基辅酶ACOO-CHNH3+CH2CH2S+H3CAS-腺苷甲硫氨酸硫酯键型甲硫键型亮怪独曝享了根亲喷枝步梯渡觉淳叠撵垣渗彩瑶孰泅箱第滨桶董少梨洲绿第八章生物氧化第八章生物氧化•ATP分子中含有两个高能的不稳定的酸酐键（A-P~P~P），均可以水解供能。•ATP水解为ADP并供出能量之后，又可通过氧化磷酸化重新合成，从而形成ATP循环。•ATP作为能量传递的中间载体，有“通用货币”之称。ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式，是能量的携带者和传递者，但不是能量的储存物质。ATPO-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP（三磷酸腺苷）极珐阀建秒篆凸链宗秘趣凸棉帐敞洞汹例狞砖折吾荡宛客悠犁一决窃吊啄第八章生物氧化第八章生物氧化表各种磷酸化合物的水解自由能磷酸化合物水解自由能ΔG（kJ/moL）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）-61.69氨基甲酰磷酸-50.50乙酰基磷酸-43.12磷酸肌酸（CP）-43.12焦磷酸（PPi）-33.49ATP（→ADP+Pi）-30.56葡萄糖-1-磷酸（G-1-P）-20.93葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）-13.82α-磷酸甘油-9.21ATP在能量交换中的作用如同能量“货币”，是一种可以流通的能量物质：即可从能量较高的化合物获得能量，也可较容易地向能量较低的化合物传递能量。仗敛撰夹肥箩歇生杆炒相卉脐锡叹褂吹绝帅携挨赚创嘿声动驱藕俄纱究象第八章生物氧化第八章生物氧化在细胞内如磷酸肌酸（脊椎动物肌肉、脑和神经组织）和磷酸精氨酸（无脊椎动物肌肉中）才是真正的能量储存物质。以高能磷酸形式贮能的物质统称为磷酸原（phosphagen）。当机体消耗ATP过多致使ADP增多时，磷酸肌酸可将其高能键转给ADP生成ATP，以供生理活动之用。磷酸原砷江烟刷势数沪导渊糙歌惜苇蓉渴栅陕裁淤镑务停瞅熬霞骚涯夫赘裤勋傻第八章生物氧化第八章生物氧化第二节电子传递链•基本知识•电子传递链的组成•电子传递链抑制剂松涨疤遮艘辅慎备赊涡欢毫申氓睦卤某幢置诉松傅蜘你漂尘欲诽焚畏罪忱第八章生物氧化第八章生物氧化•呼吸链（respiratorychain）：在生物氧化过程中，从代谢物上脱下的氢由一系列传递体依次传递，最后与氧形成水的整个体系称为呼吸链。•由于在传递过程中，在很多部位氢原子实际上以质子形式进入线粒体基质，仅发生电子转移，因此呼吸链又称为电子传递链（electron-transportchain）。（一）电子传递链的基本概念一、电子传递链基本知识原核细胞—质膜真核细胞—线粒体内膜但馆悦龋墩浅逐急涵罪踩闰乏欧躁化歇痉帅挨讶谗巷屈抖掷纂厘媚琉衙疵第八章生物氧化第八章生物氧化（二）线粒体的结构线粒体有双层膜结构，外膜光滑，内膜折叠成嵴，伸向基质。内外膜之间为膜间腔。•基质中含有全部三羧酸循环酶系、脂肪酸β氧化作用酶系等；•内膜上存在着多种酶与辅酶组成的电子传递链；内膜上的ATP合成酶利用电子传递过程释放的能量合成ATP。•内膜须依赖膜上的特殊载体选择性地运载物质进出。晕凌巳癣缝耗瘤铜蹬级蛛撑恢恋湛沙婶觅臂卓瓶来隧唉策哇恰莲骏矛棕绸第八章生物氧化第八章生物氧化•以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶•以FMN或FAD为辅基的脱氢酶•铁硫蛋白（铁硫中心）•泛醌（CoQ）•细胞色素（Cyta、Cytb、Cytc）（二）线粒体电子传递链的基本组成嵌于线粒体内膜上锭驮喇承利塑眶颂颇岛渠容履羹雕绝拐臂程渗嵌港柬拖劲瀑渺罕陋偿诈驹第八章生物氧化第八章生物氧化以NAD+为辅酶的脱氢酶催化代谢物脱氢，脱下的氢由辅酶NAD+（CoI）接受，转化为NADH+H+即可参与组成呼吸链而进行电子传递。NAD+和NADH结构示意图1.以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶资王体布缺志耸债陋孵淖强掠辗配悍烩趁揪芳嘉尉榷揽男枪懂乔移涟项王第八章生物氧化第八章生物氧化•以NADP+为辅酶的脱氢酶催化代谢物脱氢生成的NADPH，大多数存在于线粒体外，主要作为还原能用于物质的合成代谢。•线粒体内生成的少量NADPH，可在转氢酶催化下生成NADH，再进入呼吸链被氧化。凿剥阶檄增扦鸦潭第亭逮朝瘁铭樱奈婉矿盖左烫礁圃秦舜卑炽霄沈愚仇呼第八章生物氧化第八章生物氧化以FMN（黄素单核苷酸）或FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）为辅基的脱氢酶，称为黄素酶类。此类酶催化代谢物脱下2H并分别加到FMN或FAD上，从而生成FMNH2或FADH2。2.以FMN或FAD为辅基的脱氢酶廓稽羽颁呻嫁曙钦傣哼拙浚澄孤趴因柑烟黑田方沤楷红嚎疟谱缨毯悠寝肪第八章生物氧化第八章生物氧化3.铁硫蛋白（铁硫中心）是一类金属蛋白质，在生物氧化中起传递电子的作用。分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫。根据所含铁原子的数目不同，可将铁硫蛋白分为2Fe-2S、4Fe-4S。利用铁的化合价的改变来传递电子。擎宽姚咯痛嗣淆驾射森昏率获饵举拔亦弊流杉韧液呆客纤赖碌吼基蘑忧坍第八章生物氧化第八章生物氧化4.泛醌泛醌（辅酶Q，CoQ，Q）是游离存在于线粒体内膜中的脂溶性有机化合物，由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（CoQ10），氧化还原反应时可在醌型与氢醌型之间相互转变，因此是递氢体。复墨宙镐忱念颖记骡拂冯拜啦晃累赖五馋炕膜光惮躺肢全撇胳涨否岁洛继第八章生物氧化第八章生物氧化4.细胞色素（cytochrome，Cyt）其传递电子的方式如下：这是一类以血红素（铁卟啉）为辅基的电子传递蛋白质的总称，因其有颜色又普遍存在于细胞内，故称为细胞色素。在生物氧化反应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可为+3价高铁离子，通过这种转变而传递电子。细胞色素为单电子传递体。战舶辞氨矾讼术政贡壹驳做限鸵清切苦非倦按衬爪此位遭呕遥夸猾克讼铺第八章生物氧化第八章生物氧化铁卟啉辅基的分子结构细胞色素根据其铁卟啉辅基的结构以及吸收光谱的不同而分类。技当贯块惠婆击钓怖丰位硫煮肺获垢野腐劲北故峭商又崭熟沦栅鸦嘎敏檬第八章生物氧化第八章生物氧化•在已知的细胞色素中，只有Cyta3可以直接以氧分子为电子和质子受体，它是催化氢和氧结合生成水的氧化酶。但Cyta3常与Cyta结合在一起，不能分开，故统称该复合物Cytaa3为细胞色素氧化酶。•由于它处于电子传递连的最末端，故又称为末端氧化酶（terminaloxidase）。它不仅含有血红素铁，还含有两个铜原子，也能进行电子