1、第 5 章 生 物 氧 化,一、生物氧化的概念二、生物氧化的特点三、生物氧化中CO2的生成,学 习 目 标,1解释 生物氧化、氧化脱羧2简述 生 物氧化的特点3总结 生物氧化中CO2的生成,一、生物氧化的概念,营养物质在 生物体内氧化分解释放能量，最终生成CO2和H2O 的过程 称为生物氧化。,营养物质 能量 + CO2 + H2O,O2,二、生物氧化的特点, 反应条件: 温和、由酶催化； 氧化方式: 脱氢、失电子为主; 能量释放: 逐步释放, 生成ATP; CO2 生 成: 有机酸脱羧反应; 反应速率: 受机体精细调节。,三、生物氧化中CO2的生成,1. -单 纯 脱 羧2. -氧 化 脱
2、羧 3. -单 纯 脱 羧4. -氧 化 脱 羧,第2节 线粒体生物氧化体系,一、呼吸链的概念二、呼吸链的组分及作用三、体内重要的呼吸链四、呼吸链与ATP的生成,学 习 目 标,1解释 呼吸链、氧化磷酸化、底物 水平磷 酸化、P/O比值 2比较体内两条呼吸链的组成成 分、排列顺序及作用机制3简述氧化磷酸化的偶联部位及 影响因素 4总结ATP的生成、利用、及储 存概况,一、呼吸链的概念,在线粒体内膜上, 具有传递氢或电子功能的酶和辅酶,按照严格顺序排列构成的连锁反应链 称为电子传递链。由于此过程与细胞摄取氧的呼吸过程有关，又称为呼吸链。,二、呼吸链的组分及作用,复合体复合体复合体复合体泛醌（Q）
3、细胞色素c（ Cytc ）,人体线粒体中电子传递复合体,(一) 复合体,即: NADH-泛醌还原酶 又称: NADH脱氢酶功能: 将电子从NADH传递给泛醌。,1. NAD+ NAD+是多数不需氧脱氢酶的辅酶, 是连接代谢物与呼吸链的重要环节。作用原理：NAD+2H NADH+H+,2. FMN FMN是NADH脱氢酶的辅基, 其核黄素 结构中的异咯嗪环能进行可逆的加氢和脱氢反应，接受2H后氧化型FMN 还原 成 FMNH2。,FMN （氧化,FMNH2（还原型）,）,型,3. Fe-S Fe-S 是铁硫蛋白的辅基，含有等量的铁原子和硫原子（Fe2S2或Fe4S4）。铁硫蛋白又称铁硫中心，通过
4、其分子中一个铁原子的电子得失反应传递电子, 是单电子传递体。,铁硫簇Fe4S4结构示意图（ S表示无机硫）,4. 泛醌（Q）又称辅酶Q（CoQ）, 游离存在 , 不参与复合体的组成。其 苯醌结构能进行可逆的加氢和脱氢反应,接受2H后由氧化型转变为还原型, 然后将电子传递给细胞色素。,Q（氧化型）,QH2（还原型）,(二) 复合体 ,即: 琥珀酸 - 泛醌 还原酶又称: 琥珀酸 脱氢酶组成：琥珀酸脱氢酶及辅基FAD和Fe-S功能：依靠FAD将电子从琥珀酸传给Q作用原理：FAD的递氢原理同FMN。,(三) 复合体 ,即: 泛醌 - 细胞色素c 还原酶 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c组成：包括C
5、yt b、Cytc和铁硫蛋白。,电 子传递过程：复 合 体 的 电 子 传 递,细胞色素电子传递机制：,细胞色素以铁卟啉为辅基, 其催化电子传递的机制是 通过辅基 铁卟啉中铁原子的电子得失进行电子传递, 是单电子传递体 。2Cyt-Fe3+ 2Cyt-Fe2+,Cytc 与线粒体内膜 外 表面 结合疏松，极易分离，是除CoQ 外另一个可在线粒体内膜中移动的电子传递体。Cytc 的辅基:,蛋 白 质,(四) 复合体 ,即: 细胞色素c氧化酶组成：包括Cyta和Cyta3及两个铜原子，Cyta与 Cyta3合称为Cytaa3 。功能：将电子从Cytc传递给氧作用原理：通过铜原子的Cu+ Cu2+e
6、反应传递电子。 Cytaa3 催化氧分子接受电子还原成氧离子， 故又称之为 细胞色素氧化酶。,复 合 体 的 电 子 传 递过程,呼吸链中各复合体位置示意图,三、体内重要的呼吸链(一) NADH氧化呼吸链(二) 琥珀酸氧化呼吸链,(一) NADH氧化呼吸链1NADH氧化呼吸链的组成,2NADH氧化呼吸链的电子传递 NADH 复合体Q 复合体Cyt c 复合体O2,(二) 琥珀酸氧化呼吸链1琥珀酸氧化呼吸链的组成： 2琥珀酸氧化呼吸链的电子传递 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2,四、呼吸链与ATP的生成,(一) 体内ATP的生成方式1. 底物水平磷酸化2. 氧化磷酸化,1. 底物
7、水平磷酸化概念: 代谢物由于脱氢或脱水反应 , 引起 分子内部能量重新分布聚集形成高能键,然后将高能键转移给ADP （或GDP ）生成ATP （或GTP）的过程。,2. 氧化磷酸化概念: 代谢物脱下的氢经呼吸链传递给氧生成水，释放的能量使ADP磷酸化生成ATP。这种递氢、递电子的氧化释能反应与ADP磷酸化生成 ATP的储能反应相偶联的过程，称为氧化磷酸化。又称 偶联磷酸化、电子传递水平磷酸化。,（二）氧化磷酸化的偶联部位,呼吸链中3个产生ATP的偶联部位,（三）影响氧化磷酸化的因素1ADP /ATP的调节作用2甲状腺素的调节作用3抑制剂的作用,1ADP /ATP的调节作用ADP /ATP比值升
8、高，氧化磷酸化速度加快。ADP /ATP比值降低，氧化磷酸化速度减慢。,2甲状腺素的调节作用甲状腺素诱导细胞膜上的Na+/K+-ATP酶生成，加快ATP水解为 ADP 和 Pi ,使ADP /ATP比值增高, 促进氧化磷酸化的进行。甲状腺素（T3）还可使解偶联蛋白基因表达增加，使机体耗氧和产热均增高。,3抑制剂的作用（1） 解偶联剂：2,4二硝基酚（DNP）、双香豆素、水杨酸等,以及解偶联蛋白作用: 使氧化与磷酸化偶联过程脱离 ,氧化产生的能量不能使ADP磷酸化生成ATP，而以热能形式散发。（2）电子传递抑制剂：鱼藤酮、阿密妥、蝶霉素A、抗霉素A、CN、CO、 N3 作用: 能选择性地阻断呼吸
9、链中某一部部位的电子传递。,呼 吸 链 抑 制 剂 的 作 用 部 位,-,（四）ATP的利用和能量转移1ATP 的利用2能量的转移 3能量的储存,（1）提供物质代谢需要的能量 合成代谢中所需要的能量，占机体总耗能量的10%左右。（2）供给生命活动需要的能量 各种生理活动如肌肉收缩、神经传导、腺体分泌、物质吸收、离子平衡、体温维持等所需要的能量，绝大部分来自ATP。( 肌肉收缩耗能约占总耗能量的50%60%；离子主动转运消耗的能量约占机体总耗能量的20%30% 。),1ATP的利用,2高能磷酸键的转移 二磷酸核苷激酶催化下列反应：UDP+ATPUTP+ADPCDP+ATPCTP+ADPGDP+
10、ATPGTP+ADP,3 高能磷酸键的储存 肌酸激酶（CK）催化磷酸肌酸（CP）的生成：肌酸ATP 磷酸肌酸ADP,CK,ATP的生成、储存和利用,第3节 非线粒体氧化体系,一、微粒体氧化体系二、过氧化物酶体氧化体系三、超氧物歧化酶与超氧阴离子,学 习 目 标,1说出微粒体氧化体系的反应类型2简述加单氧酶催化的反应特点及生理意义3说出体内H2O2、超氧阴离子的生成、作用及清除过程,一、微粒体氧化体系,（一）微粒体中的氧化酶类1. 加单氧酶2. 加双氧酶（二）微粒体氧化体系的生理意义1.参与生理活性物质的合成2.参与非营养物质的生物转化,（一）微粒体中的氧化酶类,1. 加单氧酶又称: 羟化酶、混
11、合功能氧化酶 组成：细胞色素P450和NADPH-细胞色素P450还原酶作用：催化一个氧原子加到底物分子上（羟化）,另一 个氧原子被NADPH+H+ 还原成水。反应通式为：,加单氧酶,RH+O2+NADPH+H+ R-OH+H2O+NADP+,该酶催化氧分子中的2个氧原子加到底物中带双键的2个碳原子上。例如：,COOH,2. 加双氧酶,（二）微粒体氧化体系的生理意义,1. 参与生理活性物质的合成胆汁酸、胆色素、类固醇激素的生成；维生素D3的羟化；胡萝卜素转变为维生素A（肝细胞）。2. 参与非营养物质的生物转化使非营养物质增强极性或改变活性，便于排出；某些药物、毒物在肝中经生物转化，改变活性,或
12、降低毒性；某些本来无活性的物质经转化后生成有毒性或致癌性物质。,二、过氧化物酶体氧化体系,（一）过氧化氢的生成与作用1 H2O2 的生成2 H2O2生成的意义（二）过氧化氢的清除 1过氧化氢酶2过氧化物酶3谷胱甘肽过氧化物酶,（一）过氧化氢的生成与作用,1. H2O2的生成反应通式如下：,需氧脱氢酶催化，底物脱下2H直接以 O2为受氢体，产物是H2O2而不是H2O。,2. H2O2生成的意义,1）作用在粒细胞和吞噬细胞中可氧化杀死入侵的细菌；在甲状腺细胞中可使2I-氧化成I2， I2为酪氨酸碘化生成甲状腺素所。2 ）危害H2O2氧化性极强，可氧化含巯基的酶、蛋白质以及生物膜上的不饱和脂肪酸，使
13、 酶和蛋白质失去活性，生物膜丧失正常 功能。,（二）过氧化氢的清除 1过氧化氢酶 （CAT）2过氧化物酶 过氧化物酶催化H2O2分解生成水，释出氧原子直接氧化酚类或胺类化合物。,R + H2O2 RO+H2O,RH2+H2O2 R+2H2O,3谷胱甘肽过氧化物酶（Se-GSHPx）,三、超氧物歧化酶与超氧阴离子,（一）超氧阴离子的生成1. 氧的单价还原2. 黄嘌呤氧化酶作用3. NADPH氧化酶作用（二）超氧阴离子的危害作用（三）超氧物歧化酶对O2 的清除,-,（一）超氧阴离子的生成1. 氧的单价还原,O2 + e- O2 O2 + 2e- H2O2 O2 + 3e- +3H+ H2O +OH
14、 ,2. 黄嘌呤氧化酶作用 3. NADPH氧化酶作用,次黄嘌呤+H2O+2O2 黄嘌呤+2O2+2H+,黄嘌呤 +H2O+2O2 尿酸+2O2+2H+,_,_,（二）超氧阴离子的危害作用,O2 的化学性质活泼，氧化作用强烈，对机体危害极大。例如: 可氧化磷脂分子中不饱和脂肪酸生成过氧化脂质，损伤生物膜。过氧化脂质与蛋白质结合形成的复合物，积累成棕褐色的色素颗粒称脂褐素，与组织老化有关。,_,（三）超氧阴离子的清除超氧物歧化酶（SOD）：在胞液中以Cu2+Zn2+为辅基，称为CuZn-SOD；在线粒体内以Mn2+为辅基，称Mn-SOD。SOD催化O2 的歧化反应 ： 2O2 + 2H H2O2+ O2SOD催化的反应比人体内O2 的自动歧化快1010倍。,
