1、第六章 生物氧化本章要點：掌握生物氧化、呼吸鏈、氧化磷酸化和底物水平磷酸化的概念，呼吸鏈的組成和排列順序熟悉生物氧化的酶類，線粒體外NADH的氧化方式，影響氧化磷酸化的因素了解氧化磷酸化的偶聯部位、作用機制，非線粒體氧化的意義及重要的酶第一節 生物氧化的特點及其酶類一、生物氧化特點： （一）氧化在體內近中性，37、有水的環境中進行，為酶促反應。 （二）CO2由脫羧產生，水由底物脫下的氫經氧化呼吸鏈傳遞電子、泵出質子，最后與氧結合生成 （三）能量逐步釋放，利用率高，能量用于合成ATP及維持體溫。 （四）氧化速率受生理功能需要和內外環境變化調控。 二、CO2生成有機酸脫羧 （一）-脫羧：由有機酸-

2、 碳原子上脫羧 1. 單純脫羧：如氨基酸脫羧 2. 氧化脫羧：如丙酮酸氧化（脫氫）脫羧 （二）-脫羧：由有機酸-碳原子脫羧 1. 單純脫羧：如草酰乙酸脫羧 2. 氧化脫羧：如蘋果酸氧化（脫氫）脫羧三、生物氧化的酶類（一） （一）氧化酶：催化底物脫氫，電子經銅離子傳遞給氧，再與質子結合成水的酶類，如細胞色素氧化酶 H2OSH2 2Cu 2+(2Fe 3+)2eS 2Cu+(2Fe2+)O2212eO2-2H+ （二）脫氫酶 1、需氧脫氫酶：催化底物脫氫，經FMN或FAD傳給氧而生成H2O2的酶類，如黃嘌呤氧化酶 SFMNH2或FADH2SH2 FMN或 FAD2HO2H2O22H 2、不需氧脫氫

3、酶：使底物脫氫，經四種遞氫體（？)傳遞進入氧化呼吸鏈（線粒體內，如TAC中的脫氫酶），或僅以其輔酶為受氫體（線粒體外，如乳酸脫氫酶）的酶類，不需要氧，為生物氧化最主要的酶類。 （三）加氧酶：催化向底物加氧原子（加單氧酶）或氧分子（加雙氧酶）的酶類 （四）氫過氧化物酶：催化過氧化物還原（過氧化物酶，如GSH過氧化物酶）或過氧化氫還原（過氧化氫酶）的酶類第二節 生成ATP的生物氧化體系一、載體載體載體載體載體載體肉堿脂酰肉堿轉位酶磷酸甘油脫氫酶（腦骨骼肌）（肝心肌）二、氧化呼吸鏈 線粒體內膜中由一系列電子傳遞復合體按一定順序排列成的鏈鎖性氧化還原體系，又稱電子傳遞鏈。 Cytc Q NADH+H+

4、 NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液側 基質側 線粒體內膜 e-e-e-e-e-（一）組成 1. 復合體I（NADH-泛醌氧化還原酶）： 結構：由突入基質的豎臂和內膜中的臥臂組成“L”狀 豎臂：含NADH脫氫酶(輔基FMN)、鐵硫蛋白(2Fe-2S) 臥臂：含鐵硫蛋白（4Fe-4S），與內膜中Q/QH2池接觸 功能：經遞FMN、2Fe-2S、Q/QH2 、4Fe-4S等遞電子體（遞氫體）傳遞，將NADH+H+的兩個電子及質子傳遞到泛醌,使泛醌轉變為QH2；同時泵出4個H+到膜間隙（遞電子體）。FMN; Fe-SN-1a/b; Fe-SN-2; Fe-SN-3; Fe-

5、SN-4 NADHCoQ 2. 復合體II（琥珀酸-泛醌氧化還原酶）： 結構:從基質嵌入內膜的酶(輔基FAD、鐵硫簇) 功能：催化琥珀酸脫氫，使FAD變為FADH2，后者再經鐵硫蛋白傳電子而把氫傳給Q，生成QH2。經-磷酸甘油穿梭作用生成的FADH2，也在此處把氫經過鐵硫蛋白傳遞給Q生成QH2 3. 復合體III（泛醌-細胞色素氧化還原酶）： 結構：為同二聚體跨膜酶蛋白，每單體含Cyt bH（ Cyt b562）、 Cyt bL（Cyt b566）、Cyt C1、鐵硫蛋白（2Fe-2S）和QH2結合位點（Qo）、Q結合位點（Q1） 功能：通過Q循環傳遞電子、泵出質子 Q循環：復合體III把2分

6、子QH2的2個電子傳給Cyt C，另2個電子傳給Q，生成2分子Q（來自前述QH2 ）和1分子QH2 （來自前述Q） ，并同時偶聯泵出4個H+到膜間隙的過程。 意義：把QH2的2個電子傳給2分子Cyt C，向膜間隙泵出4個H+，產生Q - 。b562; b566; Fe-S; c1QH2 Cyt c 一類以鐵卟啉為輔基的酶。在生物氧化反應中，其+2價與+3價互變而傳遞電子，細胞色素為單電子傳遞體。細胞色素根據其鐵卟啉輔基的結構以及吸收光譜的不同而分為a、b、c三類。細胞色素類細胞色素可存在于線粒體內膜，也可存在于微粒體。存在于線粒體內膜的細胞色素有Cyt aa3，Cyt b（b560，b562，

7、b566），Cyt c，Cyt c1；存在于微粒體的有Cyt P450和Cyt b5復合體III中含有Cyt bH（ Cyt b562）、 Cyt bL（Cyt b566）、Cyt C1鐵卟啉輔基的分子結構 4. 細胞色素C（Cyt C）： 接受由復合體來的電子并將其傳到復合體（為單電子傳遞體）。獨立于復合體之外。 5. 復合體（細胞色素C氧化酶）： 結構：13個亞基組成的跨膜酶蛋白，其中亞基I含Cyt a、Cyta3-CuB2+活性中心,亞基II含2個CuA2+組成的銅中心 功能：亞基II的銅中心傳遞4個CytC的4個電子給亞基I的4個Cyt a，亞基I的4個Cyt a再先后傳遞此4個電子到

8、Cyt a3-CuB 2+活性中心，使1分子氧還原為2O 2 ，結合4個H+生成2分子水，同時把基質中4個H+泵出到膜間隙。質子泵（proton pump）： 氧化呼吸鏈中能在傳遞電子的同時把質子從基質泵出到膜間隙的電子傳遞復合體。有復合體、。能量在哪里產生？每對還原當量經呼吸鏈傳遞時，各復合體從基質向膜間隙泵出的H數： 復合體I：4個 復合體II：無 復合體III：4個 復合體IV：2個質子梯度的形成三、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）： 營養物質脫氫生成的還原性輔酶，經線粒體呼吸鏈傳遞電子、泵出質子的傳輸形成跨膜電化學勢能，可使ADP磷酸化成ATP而利用，稱

9、。其實質是將呼吸鏈氧化釋能和ADP磷酸化儲能偶聯進行，也稱偶聯磷酸化，是體內生成ATP的主要方式。（一）偶聯部位：復合體、復合體IINADH 復合體I Q/QH2池 復合體復合體ATPATPATP能量能量能量ADP PiADP PiADP PiFADH2每對還原當量經呼吸鏈傳遞時，各復合體從基質向膜間隙泵出的H數： 復合體I：4個 復合體II：無 復合體III：4個 復合體IV：2個 1. 實驗和電化學計算結果：平均每泵出4個H+才合成并轉運1分子ATP NADH氧化呼吸鏈泵出10個H+：10/4=2.5 ATP FADH2氧化呼吸鏈泵出6個H+：6/4=1.5 ATP 2. 磷氧比值（P/O

10、）：氧化磷酸化中每消耗1摩爾氧原子所消耗的無機磷的摩爾數，即經呼吸鏈每傳遞2個電子到氧所生成的ATP數。P/O表示氧化呼吸鏈產生ATP的效率。生物氧化過程主要在線粒體內膜上進行，內膜上有許多酶和電子傳遞體，構成兩條呼吸鏈。內膜上結合的顆粒具有ATP合酶的活性，稱FoF1ATPase 。化學滲透學說（chemiosmotic hypothesis) F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+ H2O ADP+Pi ATP H+ H+ H+ 胞液側 基質側 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化學滲透假說詳細示意圖FoF1ATPase（ATP合酶）又稱復合體V。F1有5種亞基，有ATP合酶的活性，Fo有3種亞基，鑲嵌在線粒體的內膜上，作為質子通