沈阳师范大学：《生物化学》课程教学课件（讲稿）第12章 生物氧化

第十二章生物氧化物质在生物体内的氧化分解概念线粒体内：生成ATP，与能量代谢有关意义线粒体外：不生成ATP，与生物转化有关同体外燃烧，产物相同本质生物条件特点

1 1 3. 逐步放能，部分储存在ATP中。 1. 细胞内，由酶催化。 2. 温和条件：体温，pH近中性。 第十二章 生物氧化 能量突 然释放 C6H12O6 + 6O2 燃烧 线粒体内生物氧化： C6H12O6 + 6O2 酶 脱羧 脱氢 传递给氧 逐步 释放储存 直接与氧结合 体外燃烧 6CO2 + 6H2O + 热 6CO2 + 6H2O + ATP 概念 本质 意义 特点 物质在生物体内的氧化分解 线粒体内：生成ATP，与能量代谢有关 线粒体外：不生成ATP，与生物转化有关 同体外燃烧，产物相同 生物条件 1

81生成ATP的氧化体系一、呼吸链?概念国(respiratorychain)1.呼吸链递氢体同时有E!（电子传递链传递电子的作用2.递氢体传递氢的酶或辅酶3.电子传递体传递电子的酶或辅酶2

1 2 § 1 生成 ATP 的氧化体系 一、呼吸链 1. 呼吸链 (respiratory chain) 2. 递氢体 3. 电子传递体Ⅰ Ⅱ Q Ⅲ Ⅳ Cyt c H+ 复合体 ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ H+ CoQ（泛醌） Cyt c 多种酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上， 将代谢物脱下的氢（2H）或电子逐步传递，最终与氧 结合生成水。 此传递链称为呼吸链。 2 1 2 1 2 1 O2 1 2 e¯ e¯ （电子传递链 Electron Transport Chain） 概念 传递氢的酶或辅酶 递氢体同时有 传递电子的作 用 传递电子的酶或辅酶 2

（一）呼吸链的组成辅基复合体功能结构重要酶蛋白酶名称INADH-泛黄素蛋白Vit B2FMNSFe还原酶铁硫蛋白Fe-S五FAD黄素蛋白VitB2琥珀酸-泛鲲Fe还原酶铁硫蛋白Fe-SFe铁叶啉Cyt b正Cyt b泛醌·细胞色素Fe铁啉C还原酶Cyt c1铁硫蛋白FeFe-SIVFe铁外啉细胞色素CCyt aa3Cu氧化酶泛醌31Cyt c

1 3 （一）呼吸链的组成 复合体 酶名称 重要酶蛋白 辅基 功能结构 Ⅰ NADH-泛醌 还原酶 黄素蛋白 铁硫蛋白 FMN Fe-S Vit B2 Fe Ⅱ 琥珀酸-泛醌 还原酶 黄素蛋白 铁硫蛋白 Cyt b FAD Fe-S 铁卟啉 Vit B2 Fe Fe Ⅲ 泛醌-细胞色素 C还原酶 Cyt b Cyt c1 铁硫蛋白 铁卟啉 Fe-S Fe Fe Ⅳ 细胞色素C 氧化酶 Cyt aa3 铁卟啉 Fe Cu 异咯嗪环共轭双键 N R N N 5 N1H H 氧化型 还原型 N R N N 5 N1 Cys-S Cys-S S-Cys S-Cys Fe Fe Fe Fe S S S S Cys-S Cys-S S-Cys Cys S- Fe 2 S2 Fe 4 S4 Fe Fe S S ① 分类：(根据吸收光谱) ② 呼吸链中的细胞色素： Cyt b, c1, c, a, a3 ③ Cyt c：水溶性，易分离 不在复合体中 ④ Cyt aa3: 不能分开 一类以铁卟啉 为辅基的催化电子 传递的有色酶类。 Fe N N N N 铁卟啉的基本结构 泛醌 Cyt c CoQ （辅酶Q） 功能结构：苯醌 O O H + + e O O H H （UQ） H + + e O · OH 醌型 半醌型 氢醌型 3

（二）呼吸链组分的排列顺序两条呼吸链1.NADH氧化呼吸链RNADH→FMN-→Q-Cytb-C1-→C-→aa3→?FADH22）琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）2.呼吸链各组分的标准氧化还原电位（△E0”）3.呼吸链传递氢和电子

1 4 (二)呼吸链组分的排列顺序 1. 两条呼吸链 NADH FMN Q Cytb c1 c aa3 O2 FADH2 2）琥珀酸氧化呼吸链（ FADH2氧化呼吸链） 1） NADH氧化呼吸链 2.呼吸链各组分的标准氧化还原电位(ΔE0 ’) NADH FMN Q Cytb c1 c aa3 O2 FADH2 -0.32 -0.30 0.04 0.07 0.22 0.25 0.29 0.82 ( 0.10 ) ( 0.55 ) -0.06 (ΔE0 ’) 3.呼吸链传递氢和电子AH2 NADH A NAD+ FMN Q 2Fe3+ 2Fe2+ 1/2O2 Ⅰ H + 2H + FMNH2 H + H2O 2H + QH2 Fe-S Fe-S Cyt b, c1 Cyt aa3 Ⅲ Ⅳ Cyt c 4

二、 氧化磷酸化?概念ATP的生成方式1.底物水平磷酸化直接将代谢物分子中的能量转移给ADP（或GDP）而生成ATP（或GTP）的过程。2.氧化磷酸化（偶联磷酸化）呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸S1化生成ATP的过程

1 5 1.底物水平磷酸化 直接将代谢物分子中的能量转移给ADP (或GDP)而生成ATP (或GTP)的过程。 呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸 化生成ATP的过程。 2. 氧化磷酸化（偶联磷酸化） 二、氧化磷酸化 概念 ATP的生成方式 5

（一）偶联部位（ATP的形成部位）1.P/O比值（确定部位）概念1) 每消耗1mol氧原子，所消耗无机磷的mol数3）结果2）#实验条件底物呼吸链ATPPIO3β-羟丁酸2.6NAD+02线粒体21.7琥珀酸FADH3PO4ADP抗坏血酸1个CytC底物Cytaa3Cytc(Fe2+)福6

1 6 （一）偶联部位（ATP的形成部位） 1. P/O比值（确定部位） 1) 概念 每消耗 1mol 氧原子，所消耗无机磷的mol数。 2) 实验条件 O2 底物 线粒体 H3PO4 ADP 3）结果 P/O ATP 2.6 3 1.7 2 1 1 1 1 底物 β-羟丁酸 琥珀酸 抗坏血酸 Cyt c(Fe2+) NAD+ FAD Cyt C Cytaa3 呼吸链 6

（满足条件）2.自由能变化（生成1molATP需30.5kJ）AG0= -/nF △ E0FADH2-0.06NADH-FMN-Q-Cytb-c1-c-aa3--0.32-0.300.040.070.220.250.290.82.0.21AE!"(V)0.360.5340.5△Go" (kJ)69.5102.371

1 7 NADH FMN Q Cytb c1 c aa3 O2 FADH2 -0.32 -0.30 0.04 0.07 0.22 0.25 0.29 0.82 -0.06 2.自由能变化 ΔG0’ =– (生成1mol ATP需 30.5kJ ) nFΔE0’ ΔG0 ’ (kJ) ΔE0 ’ (V) 0.36 69.5 0.21 40.5 0.53 102.3 （满足条件） 7

（二）偶联机制Nobel Prize19781.化学渗透假说电子传递的自由能，驱动质子（H+）从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，产生膜内外质子电化学梯度，以此储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。PeterMitchell

1 8 （二）偶联机制 1. 化学渗透假说 Peter Mitchell 1978 电子传递的自由能，驱动质子 （H+）从线粒体基质跨过内膜 进入到膜间隙，产生膜内外质 子电化学梯度，以此储存能量。 当质子顺浓度梯度回流时驱动 ADP与Pi生成ATP。 8

质子转移机制的两种假设氧化一还原回路机制-膜间隙2H+2H+2H+de(2e)Fe-s662e)er(2e))内膜C1OeFe-sFMNH26QH2QH2aa3 (2eFe-eee基质022H+H20NAD+2H+NADH+2H++H+存在问题：不能解释复合体IV对H+的转移

1 9 内膜 膜间隙 基质 质子转移机制的两种假设-1 -氧化–还原回路机制 NADH +H+ NAD+ 2H+ (2e- ) Fe-S c1 c 2 1 O2 +2H+ H2O 存在问题：不能解释复合体Ⅳ对H+的转移 2H+ 2H+ e¯e¯ e¯e¯ e¯ e¯ e¯e¯ e¯e¯ e¯ e¯ 9

质子转移机制的两种假设。-质子泵机制复合体I、IⅡⅢ、IV均有质子泵的作用电子经呼吸链传递释放的能量，将基质中H+泵到线粒体内膜外侧。1010

1 10 复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵的作用 电子经呼吸链传递释放的能量， 将基质中H+泵到线粒体内膜外侧。 质子转移机制的两种假设-2 -质子泵机制 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 10