生物氧化过程.docx

生物氧化过程
澜沧二中 和继荣
一、 生物氧化是指化全物失电子、得氧、脱氢。相反的过挰称为生物还原。
二、与生物氧化过程相关的脱氢酶的辅基
1、 FMN与FAD
FMN与FAD的基本结构相同，都是异咯嗪环和核糖醇相与连接的结构。其活性点都是异咯嗪基上1位和10位N。下面是核黄素的结构：
核糖醇
异咯嗪基

核黄素
FMN（黄素单核苷酸）和FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）的结构如下：

FMN的化学结构 FMN立体结构

FAD的化学结构 FAD的立体结构

脱氢过程是通过FMN、FND各自氧化态和还原态之间的转换来实现的：

FMN或FND的氧化态 FMN或FND的还原态
FMN和FAD的工作模式如下：
SH2+E-FMN⇋S+E-FMNH2
SH2+E-FAD⇋S+E-FADH2
其中SH2是有两个可以脱去的氢的底物。有一类黄酶是需氧黄酶，其反应过程如下：
需氧黄酶

另一类是不需氧黄酶,其反应如下：
传递体
不需氧黄酶
传递体-2H

2、 NAD和NADP
NAD与NADP的基本结构相同，是尼克酰胺（吡啶衍生物）和腺嘌呤相连的产物。其活性位点都是尼克酰胺上的C4和N。下面是尼克酰胺的结构：

尼克酰胺的结构
NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)的结构如下：

NAD的结构 NAD的立体结构

NADP(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)的结构如下：

NADP的结构 NADP的立体结构
以NAD、NADP为辅基的脱氢酶脱下的氢由NAD+（CoI）或NADP+(CoII)接受。NAD+或NADP+吡啶环上的N为+5价，可逆的接受电子转变成+3价的N。催化代谢物分子脱下2个氢原子，其中一个氢原了加到吡啶环氮对位碳原子上，另一个氢原子裂解为H+和e-，e-和吡啶环上的5价氮结合，中和其正电荷而变为3价氮，质子留在介质中，该反应如下：

NAD+或NADP+(氧化态) NADH + H+或NADPH + H+ (还原态)
它是一类需氧黄酶，其反应过程如下：
传递体

3、CoA（辅酶A）
其主要结构是泛酸和腺嘌呤相连的结构。CoA是酰化反应的辅酶。它通过自身的巯基的接受和放出酰基起转移酰基的作用。泛酸和CoASH的结构如下：
β-丙氨酸
α,γ-二羟β,β-二甲基丁酸

泛酸的结构

CoASH的化学结构 CoASH的立体结构

4、辅酶Q; 这是一类递氢体，它是醌的衍生物。一搬将辅酶Q写成CoQ。不同的CoQ只是R基不同。其工作原理如下：

5、还有一类是以卟啉为主要基团的细胞色素，它们构成生物氧化中的递电子体。
三、呼吸链
由供氢体、传递体、受氢体以及相应的酶组成的氧化还原链称为呼吸链。
（1）NADH氧化呼吸链:
BB
(2) 琥珀酸氧化呼吸链-----以FAD为辅基的氧化呼吸链:
延胡索酸
琥珀酸
细胞色素体系

(3) 线粒体中的氧化呼吸链:
O2
aa3
c
c1
b
琥珀酸
α-磷酸甘油
脂酰CoA
FAD+
CoQ
FMNFe-S
NAD+
丙酮酸
α-酮戊二酸
硫辛酸
β-羟丁酸
谷氨酸
异柠檬酸
苹果酸

c1
b
FADFe-S
FMNFe-S

其中 称为复合物II， 称为复合物I， 称为复合物III，Cyt aa3称为复合物IV.

四、糖的分解代谢
（1）糖酵解途径（EMP），该过程在细胞质的基质中。是将葡萄糖分解为丙酮酸的过程。该过程不需要氧的参与。该过程包括以下几个步骤：
① 葡萄糖己糖磷酸激酶作用下形成6-磷酸葡萄糖，这是EMP的第一个限速反应：

己糖磷酸激酶

葡萄糖（G） 6-磷酸葡萄糖（G-6-P）
② G-6-P异构化为6-磷酸果糖（F-6-P），果糖在ATP作用下亦可生成F-6-P：
磷酸果糖激酶

磷酸己糖异构酶

③ F-6-P生成1,6-二磷酸果糖（F-1,6-P）,这是EMP的第二个限速反应：

④ F-1,6-P裂解为一分子磷酸二羟丙酮和一分子3-磷酸甘油醛：
3-磷酸甘油醛
磷酸二羟丙酮
缩醛酶

⑤ 磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛在磷酸丙酮异构酶的作用下互变，完成第五步反应。
经过以上五步EMP完成第一阶段的反应。总的来说这是个耗能的过程，肖耗了2ATP。
⑥ 1,3-二磷酸甘油酸(1,3-DPG)的生成:
磷酸甘油酸
脱氢酶

⑦ 1,3-DPG转为3-PGA(3-磷酸甘油酸):
磷酸甘油酸激酶

⑧ 3-PGA转为2-PGA:
磷酸甘油酸变位酶

⑨ 2-PGA转为PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）：
丙酮酸激酶
烯醇化酶

⑩ 醇式丙酮酸的生成，这是EMP的第三个限速步骤：

以上便是EMP的第二阶段，这是个产能反应。在有氧和无氧的条件下丙酮酸的去路是不同的 在无氧的条件下丙酮酸变为乙醇：

净反应为： G+2Pi+2ADPàEtOH+2ATP+2H2O
在有些生物体内无氧呼吸的产物是乳酸：

净反应为： G+2Pi+2ADPà 2乳酸+2ATP+2H2O
在有氧的条件下丙酮酸和CoA结合，生成乙酰CoA进入TCA。
（2）TCA循环
三羧酸循环（英语：Tricarboxylic acid cycle；TCA cycle），或柠檬酸循环（Citric acid cycle），是需氧生物体内普遍存在的代谢途径，因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的柠檬酸，因此得名；或者以发现者汉斯·阿道夫·克雷伯命名为克雷伯氏循环，简称克氏循环（Krebs cycle）。三羧酸循环是三大营养素（糖类、脂类、氨基酸）的最终代谢通路，又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。
在三羧酸循环中，反应物葡萄糖或者脂肪酸会变成乙酰辅酶A。这种“活化醋酸”（一分子辅酶和一个乙酰基相连），会在循环中分解生成最终产物二氧化碳并脱氢，质子将传递给辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和黄素腺嘌呤（FAD），使之成为NADH + H+和FADH2。NADH + H+和FADH2会继续在呼吸链中被氧化成NAD+和FAD，并生成水。这种受调节的“燃烧”会生成ATP，提供能量。

真核生物的线粒体和原核生物的细胞质是三羧酸循环的场所。它是呼吸作用过程中的一步，但在需氧型生物中，它先于呼吸链发生。厌氧型生物则首先遵循同样的途径分解高能有机化合物，例如糖酵解，但之后并不进行三羧酸循环，而是进行不需要氧气参与的发酵过程。
三羧酸循环是四步糖代谢（高能量碳键的断裂）中的第三步。 其它三步是糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和呼吸链（电子传递链）：糖酵解→丙酮酸氧化脱羧→三羧酸循环→呼吸链
① 乙酰CoA与草酰乙酸结合生成柠檬酸：
柠檬酸
草酰乙酸
柠檬酸合成酶

这是TCA的第一个限速反应。
② 柠檬酸异构化为异柠檬酸。这个反应包括脱水和加水两步，都是由顺乌头酸酶acnotiase）崔化的。
异柠檬酸
顺乌头酸

③ 异柠檬酸被氧化为α—酮戊二酸。异柠檬酸脱氢酶崔化这个反应。这是TCA的第二个限速反应。

异柠檬酸

α—酮戊二酸
草酰琥珀酸

④ α—酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰辅酶A.该反应由α—酮戊二酸酶系催化,有三个酶,六种辅因子.
琥珀酰CoA
α—酮戊二酸
α—酮戊二酸氧化脱羧酶系

这是TCA的第三个限速反应,也是第二个氧化反应.

⑤ 琥珀酰辅酶A变为琥珀酸. 这个反应是TCA中唯一的底物水平磷酸化反应．生成的GTP在二磷酸核苷激酶催化下生成ATP.
琥珀酸
琥珀酸脱氢酶
琥珀酸硫激酶
琥珀酸
琥珀酰CoA

⑥ 琥珀酸被氧化为延胡索酸. 这是TCA的第三个氧化反应, 受氢体是FAD,不是NAD+.
延胡索酸

⑦ 延胡索酸水化为苹果酸：
延胡索酸酶

⑧ 苹果酸氧化为草酰乙酸：这是TCA的第四个氧化反应。产物草酰乙酸要可以与另一分子乙酰CoA缩合生成柠檬酸，进入下一轮TCA。
苹果酸脱氢酶

草酰乙酸
苹果酸