第6章 生物氧化ppt课件.pptVIP

生物氧化 Yingzi Kang（康英姿） Dept. of Biochemistry, Tianjin Medical University 生物氧化（biological oxidation） 物质在体内氧化成CO2，H2O，并释放出能量的过程。由于这一过程在细胞内进行，并消耗氧产生二氧化碳，因此生物氧化又称组织呼吸或细胞呼吸（tissue respiration or cellular respiration）。 蛋白质、脂肪、糖等在体内氧化分解产生还原当量，这些还原当量进入呼吸链，被氧化生成水，同时产生ATP。 生物氧化的特点 生物氧化是在活细胞内、在体温、常压、近于中性pH 及有水环境介质中进行的，是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进行的； 生物氧化时，氧化还原过程逐步进行，能量逐步释放，这样不会因为氧化过程中能量骤然释放而损害机体，同时使释放的能量得到有效的利用； 生物氧化的特点 生物氧化的主要方式是脱氢和电子转移的反应，脱下的氢最后与氧形成水。生物氧化过程产生的能量通常都先贮存在一些特殊的高能化合物中，主要是腺苷三磷酸，即ATP，然后通过ATP 再供给机体的需能反应，因此ATP 相当于生物体内的能量“转运站”，是能量的“流通货币”。而体外燃烧条件剧烈，有机物在体外燃烧需要高温及干燥条件；燃烧时，能量突然释放，产生大量的光和热，散失于环境中，同时引起高温。 生物氧化的方式和酶 生物氧化中CO2的生成方式： 单纯脱羧与氧化脱羧 脱羧与脱羧 生物氧化中物质的氧化方式： 脱电子 脱氢 加氧 催化氧化还原反应的酶类： 氧化酶 不需氧脱氢酶 其它酶类 高能磷酸化合物 磷酸化合物在生物机体的能量转换过程中起着重要作用。在机体内有许多磷酸化合物，其磷酸键中贮存大量的能，这种能量称为磷酸键能。 在生物化学中所说的“高能键”和物理化学中的“高能键”的含意是根本不同的。物理化学中的高能键是指该键很稳定，要使其断裂则需大量的能量。而生物化学中的“高能键”指的是随着水解反应或基团转移反应可放出大量自由能的键，此处高能键是不稳定的键，如具有高的磷酸基团转移势能或水解时释放较多自由能的磷酸酐键或硫酸键。 高能磷酸键的类型 磷氧键型 焦磷酸化合物 烯醇式磷酸化合物 酰基式磷酸化合物：1,3二磷酸甘油酸 氮磷键型：磷酸肌醇、磷酸精氨酸 硫酯键型：酰基CoA 甲硫键型：S-腺苷蛋氨酸 能量转移、储存及利用 有些合成反应不一定都直接利用ATP 供能，而可以用其他三磷酸核苷。如UTP用于多糖合成、CTP 用于磷脂合成、GTP 用于蛋白质合成等。但物质氧化时释放的能量通常是必须先合成ATP，然后ATP 可使UDP、CDP 或GDP 生成相应的UTP、CTP 或GTP，而ATP 又转化为ADP。 一般将含有20.9 kJ/mol 以上能量的磷酸化合物称为高能磷酸化合物，含有高能的键称为高能键。高能键常以“～”符号表示。 呼吸链 在线粒体内膜上，存在着多种递氢体和电子传递体，它们按一定顺序排列，可以把代谢物脱下的H传递给氧生成水，同时伴随着ATP的生成。 其中起电子传递的酶或者辅酶称为递氢体或递电子体，它们按照一定的顺序排列在线粒体膜上称为电子传递链（electron transfer chain）。上述体系与细胞摄取氧的呼吸过程有关，又称为呼吸链（respiratory chain）： 呼吸链模型 呼吸链的主要成分 电子传递链主要由下列五类电子传递体组成，它们是： 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（又称泛醌） 它们都是疏水性分子。除脂溶性辅酶Q 外，其他组分都是结合蛋白质，通过其辅基的可逆氧化还原传递电子。 烟酰胺脱氢酶类 烟酰胺脱氢酶类（nicotinamine dehydrogenases）以NAD+和NADP+为辅酶，现已知在代谢中这类酶有200 多种。 这类酶催化脱氢时，其辅酶NAD+或NADP+先和酶的活性中心结合，然后再脱下来。它与代谢物脱下的氢结合而还原成NADH 或NADPH。当有受氢体存在时，NADH 或NADPH 上的氢可被脱下而氧化为NAD+或NADP+。 其递氢机制是：当其接受代谢物脱下的一对氢原子时，就由氧化型（NAD+或NADP+）变为还原型（NADH＋H+或NADPH＋H+），吡啶环接受一个氢原子和一个电子后，氮原子就由五价变成三价，而H+则游离于介质中。这种转移是可逆的。 黄素脱氢酶类 黄素脱氢酶类（flavin dehydrogenases）是以FMN 或FAD 作为辅基。 FMN 或FAD 与酶蛋白结合是较牢固的。这些酶所催化的反应是将底物脱下的一对氢原子直接传递给FMN或FAD 而形成FMNH2 或FADH2。 其传递氢的机制是FMN 或FAD 的异咯嗪环上第1位及第10位