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生物氧化(一)生物氧化概念(二)生物氧化的特点(三)生物氧化的本质及过程(四)NADH和FADH2的彻底氧化重点：电子传递链及其氧化磷酸化机理生物体内一切代谢物进行的氧化作用。——是指有机物在生物体内氧化分解成水和CO2并释放能量的过程。O2CO2+H2O呼吸作用细胞呼吸有机物+[O]H2O+CO2+ATP(一）生物氧化的概念：(二)生物氧化的特点1、生物细胞内进行的酶促氧化过程——氧化过程中伴随生物还原反应。氧化还原反应本质：脱氢反应条件：温和（在体温、近于中性的含水环境中由酶催化）反应分成多个步骤：每一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来；能量逐步释放,部分存于ATP。——有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。2.水的生成：H2+[O]H2O3.CO2的生成：有机物转变为含羧基化合物(有机酸)进行脱羧作用。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递到氧生成水。生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行。(三)生物氧化的本质与过程１、本质：电子得失还原剂：供电子物质,失电子氧化剂：获电子物质,得电子反应方式：①加氧：分子上直接加氧Phe+O2→Tyrα-氨基-β-苯基丙酸α-氨基-β-对羟苯基丙酸PheTyrO2酶OHCH3CHCOOHOHNAD+NADHCH3CCOOHO乳酸脱氢酶③脱氢氧化②脱电子：Fe2+Fe３++e⑴CO2的生成生物体内，有机物转变为含羧基化合物（有机酸），含羧基化合物进行脱羧作用。（不是O2与C结合生成）①直接脱羧：—脱羧、—脱羧②氧化脱羧2.过程①直接脱羧CH3CHO+CO2丙酮酸脱羧酶CH3CCOOHOα-脱羧αβ丙酮酸羧化酶HOOCCH2CCOOHOCH3CCOOH+CO2Oβ-脱羧②氧化脱羧：脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。NADP+NADPH+H+CH3CCOOH+CO2OαHOOCCH2CHCOOHOH⑵H2O的生成代谢物(MH2)脱下氢经生物氧化，和吸入的氧结合生成水。MH2M脱氢酶递氢体NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ递氢体H22e还原型Cyt递电子体b,c1,c,aa3氧化型氧化酶½O2O2-H2O2H+传递体生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系，以促进水的生成。（四）呼吸链（respiratorychain）1.概念及位置（１）概念：又叫电子传递体系或电子传递链（electrontransportchain），它是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧原子，而生成水的全部体系。即：递氢体和递电子体按一定顺序排列所组成的锁链。与细胞呼吸有密切关系，称为呼吸链。（２）位置：真核生物：位于线粒体内膜上，相关的递氢体和递电子体按一定顺序排列嵌入线粒体内膜。——线粒体呼吸链原核生物：位于细胞膜上。内膜嵴基质磷酸化单位外膜内膜F1亚基F0亚基外膜线粒体结构立体图嵴膜间腔①线粒体结构②线粒体的作用：氧化磷酸化线粒体的还原型辅酶通过呼吸电子传递链的电子传递被氧化；质子浓度梯度可作为自由能库---磷酸化，合成ATP。2.线粒体呼吸链组成：多组分组成烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋白类、细胞色素类、辅酶Q类（非蛋白）等——氧化还原酶。这些蛋白质的辅基都有氧化还原的特征，可以传递H+或e-。（１）烟酰胺脱氢酶类（NAD+）——NADH：还原型辅酶NAD+接受多种代谢产物脱下的氢得到还原型辅酶NADH。递氢过程：（２）黄素脱氢酶类（黄素蛋白）：含FMN或FAD的蛋白，FMN或FAD为递氢辅酶可接受2个电子2个质子。黄素相关的脱氢酶类主要有：①以FMN为辅基的NADH脱氢酶。②以FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶。FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以进一步将电子转移给Q。H3CH3CNNNNHOOH3CH3CNHNHNNHOORR+2H-2H递氢过程：1１０FMN(FAD)（醌型或氧化型）FMNH2(FADH2)（氢醌型或还原型）（３）铁硫蛋白类：简写为Fe-S，是一种与电子传递有关的蛋白质，含有Fe-S中心。每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe3+Fe2+变化起传递电子的作用。(2Fe-2S)形式(4Fe-4S)形式（４）泛醌：脂溶性醌类化合物，简写为Q或辅酶-Q（CoQ），通过氧化和还原传递电子——是电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。OOCH3OCH3OCH3(CH2CHCCH2)nHCH3n=6-10H3CO-H3CO--CH3CH3-(CH2-CH=C-CH2)nH泛醌OOH3CO-H3CO--CH3-R泛醌H.（半醌型）OHOH3CO-H3CO--CH3-R泛醌.H2（氢醌型或还原型）OHOHH.H..3种氧化还原形式含卟啉铁的电子传递体——血红素辅基与蛋白共价结合。（５）细胞色素类(cytochrome,Cyt)血红素辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子处于卟啉环的中心。通过卟啉铁Fe3+Fe2+的互变起传递电子的作用线粒体呼吸链中含有5类：细胞色素a、a3、b、c、c1它们的辅基结构略有不同,分别为血红素A、B和C.NNNNFe3+CH3CH2-(CH2-CH=C-CH2)3-HHO-CHH3C--CH3-CH=CH2OHC-CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-细胞色素a辅基NNNNFe3+H3C--CH3-CH=CH2CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-细胞色素b辅基H3C-H2C=CHNNNNFe3+H3C--CH3-CH-CH3CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-细胞色素c辅基H3C-CysSH3C-CHCysS蛋白质细胞色素c（cyt.c）一个独立的蛋白质电子载体，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与细胞色素c1含有相同的辅基，但是蛋白组成则有所不同。NADHFMNQ10CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)(Fe-S)O2FAD.H2(Fe-S)电子传递链的各组分NADHFMNQ10CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)(Fe-S)O2FAD.H2(Fe-S)IIIIIIIVNADH-泛醌还原酶琥珀酸-泛醌还原酶泛醌-细胞色素c还原酶细胞色素c氧化酶琥珀酸H2在线粒体的内膜上各组分常形成复合物。线粒体的内膜中有5种与氧化磷酸化有关的蛋白质复合物——这些复合物独立地分散于线粒体内膜中。•cyt.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。cyt.aa3可以直接以O2为电子受体。•在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生Cu+Cu2+的互变，将cyt.c所携带的电子传递给O2。细胞色素c氧化酶•由蛋白质和辅助因子组成的复合物I～IV和ATP合成酶参与氧化磷酸化。I至IV复合物的辅助因子参与电子传递，辅助因子的氧化、还原反应能够产生电子流，电子流通过这些复合物一般是根据不同成分的相对电位进行—电子按照还原电位增加的方向沿电子传递链的流动。3.电子传递链各组分的排列顺序标准氧化还原电位半反应E0´(V)2H++2eH2-0.41NAD++2H+2eNADH+H+-0.32FMN+2H+2eFMN.H2-0.30FAD+2H+2eFAD.H2-0.18Q10+2H+2eQ10(还原型)0.04(或0.10)Cytb(Fe3+)+eCytb(F2+)0.07Cytc(Fe3+)+eCytc(F2+)0.22Cyta(Fe3+)+eCyta(F2+)0.29Cyta3(Fe3+)+eCyta3(F2+)0.551/2O2+2H+2eH20.82易失电子的（还原剂）排在前，易得电子的（氧化剂）排在后。E0｀逐渐增高。MH2NADHFMNCoQbc1caa3O2-0.32-0.30+0.10+0.07+0.22+0.25+0.29+0.816-0.18FAD电子传递链各组分的排列顺序电子按还原电位增加方向沿电子传递链流动4.线粒体生物的呼吸链型式两条主要的呼吸链(1)NADH型：由复合物I、III、IV组成，催化NADH的脱氢氧化(2)FADH2型：由复合物II、III、IV组成，催化琥珀酸的脱氢氧化NADHFMNQ10CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)(Fe-S)O2FAD.H2(Fe-S)来自NADH的电子流通过复合物I，III，IV；来自琥珀酸的电子流是经过复合物II引入的。IIIIIIIV内膜外膜5.呼吸链的作用———接受还原型辅酶NADH或FADH2上的氢原子对(2H++2e)，使辅酶分子氧化，并将电子对顺序传递，直至激活分子氧，使氧负离子(O2-)与质子对(2H+)结合，生成水。•电子对在传递过程中逐步氧化放能—释放的能量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反应，生成ATP。H+H+e电子传递链O—ADP+PiATP电子传递与ATP合成电子传递给氧时释出的能量，推动质子运转至内膜胞液面，形成电化学梯度，当H+顺梯度回至内膜基质面时，释出的能量供ADP磷酸化成为ATP胞液内膜基质糖、脂肪和氨基酸彻底氧化，电子经过呼吸链的传递，传至氧分子，逐级释放能量，合成ATP。（五）氧化磷酸化oxidatirephosphorylationADP+Pi+能量→ATPAMP+PPi+能量→ATP在生物氧化过程中，氧化放能反应与吸能的磷酸化反应偶联发生——氧化磷酸化作用。⒈ATP的生成方式根据生物氧化方式，氧化磷酸化分为：⑴底物水平磷酸化：底物被氧化的过程中，形成了某些高能化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP生成ATP——是在被氧化的底物上发生磷酸化作用。X~+ADP→ATP+XPCOO-C-O~PCH2磷酸烯醇型丙酮酸COO-C=OCH2ADPATP丙酮酸丙酮酸激酶底物水平磷酸化反应⑵电子传递体系磷酸化：电子从NADH或FADH2经过电子传递体系(呼吸链)传递给氧形成水时，同时伴随ADP磷酸化为ATP的过程。——两者相偶联的过程称为电子传递体系磷酸化。•通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化。①ATP产生的部位NADHFMNCoQCytbCytcaa3O2(Fe-S)FAD.H2(Fe-S)①E0´=0.33G0´=63.7(kj/mol)E0´=0.10G0´=20ATP产生的部位E0´=0.31G0´=59.8E0´=0.58G0´=110②③P/O比值:是指每消耗一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。根据所消耗的无机磷酸摩尔数，可间接测出ATP生成量。实验证明：•NADH呼吸链：P/O=3，每消耗１摩尔氧原子就可形成3摩尔ATP。•FADH2呼吸链：P/O=2，消耗１摩尔氧原子可形成2摩尔ATP。②ATP产生的数量化学渗透学说：1961，P.Mitchell提出呼吸链存在于线粒体内膜之上，当氧化进行时，呼吸链起质子泵作用，质子被泵出线粒体内膜之外侧，造成了膜内外两侧间跨膜的化学电位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP与Pi合成ATP。——氧化磷酸化作用的关键因素是质子（H+）梯度和完整的线粒体内膜。2.电子传递体系磷酸化产生ATP的机理氧化与磷酸化作用如何耦联?目前主要三个学说：化学耦联学说、结构耦联学说与化学渗透学说MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e½O2O2-X-+IO-XHIOHH2OX~IX~IX~I头部ATP合酶ADP+PiATP2H+X-+IO-H2O化学渗透学说基质胞液线粒体内膜复合物V：ATP合酶（F型质子泵）①组成F1（头部）：球形，由5种多肽组成α3β3γδε复合体，每个β亚基具有一个ATP合成的催化位点（三个）。F0（基部）：嵌入内膜，三种多肽组成ab2c12复合体，12个c亚基组成一个环形结构，具有质子通道。亚基ADPPiATPATPH+H+H+HOH第一步第三步第二步ADP+PiATPATPLTO开松弛紧缩②ATP合成的结合-变换机制⑶氧化磷酸化的抑制剂两类：Ⅰ、抑制剂抑制电子传递链的电子传递；抑制ATP合成Ⅱ、解偶联剂（u