基础生物化学课件

维持生命活动的能量有两个来源：光能：光合作用（自养生物）化学能：生物氧化（异养生物）第五章生物氧化本章要求：生物氧化电子传递链（呼吸链）氧化磷酸化生物氧化与能量代谢一、生物氧化的概念与意义P167CO2+H2O+生物体燃料分子

（糖、脂、蛋白质）O2能量1、CO2的生成脱羧酶2、水的生成NADH或FADH2底物电子传递体脱氢酶，电子传递体，氧化酶生物氧化的一般过程TCA第一阶段第三阶段第二阶段参与生物氧化的酶类：脱氢酶类NADH脱氢酶类需氧脱氢酶类细胞色素酶类加氧酶类

生物氧化体外燃烧（1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子（2）本质：耗氧、产物和能量相同二、生物氧化的特点相同点三、自由能与氧化还原电位1.自由能（G）P169ΔG=GB-GAAB标准自由能变化(ΔG0)生化标准自由能变化(ΔG0)单位为J/mol、KJ/mol

pH0，25℃，0.1Mpa，1mol/LpH7，25℃，0.1Mpa，1mol/L2.氧化还原电位氧化还原电位：还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小。标准氧还原电位用E0表示生化标准氧还原电位用E0

表示E0愈大，得电子的倾向愈强与电子的亲和力愈大E0愈小，失电子的倾向愈强与电子的亲和力愈小单位为伏特(v)自由能与氧化还原电位的关系：ΔG0

=－nFΔE0

N:转移的电子数F:为法拉第常数（96.403KJ/V/mol）ΔE0:生化标准氧化还原电位的变化ΔE0=E0受体-E0供体ΔG0:生化标准自由能的变化

四、高能化合物1、高能化合物的概念在标准条件下发生水解时，能够释放21kJ/mol以上自由能的化合物。高能键：在高能化合物分子中，水解断裂释放出大量自由能的活泼共价键。用～

表示。不稳定高能磷酸化合物磷酸化合物水解自由能ΔG（kJ/moL）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）-61.69氨基甲酰磷酸-50.50乙酰基磷酸-43.12磷酸肌酸（CP）-43.12焦磷酸（PPi）-33.49ATP（→ADP+Pi）-30.56葡萄糖-1-磷酸（G-1-P）-20.93葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）-13.82α-磷酸甘油-9.21

（1）磷氧键型（—O～

P）酰基磷酸化合物1,3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸！！！(2)氮磷键型磷酸肌酸磷酸精氨酸这两种在生物体内起储存能量的作用3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸酰基辅酶A(3)硫酯键型磷酸基团转移的共同中间体ATP是生物体通用的能量货币ATP是能量的携带者和转运者ATP的特殊作用磷酸精氨酸能量贮存者磷酸原磷酸肌酸

ATP作为磷酸基团共同中间传递体示意图ADP+PiATP核苷单磷酸激酶NMP+ATPNDP+ADP

核苷二磷酸激酶NDP+ATPNTP+ADP其它形式的高能磷酸化合物

UTP用于糖原的合成

CTP用于磷脂的合成

GTP用于蛋白质的合成第二节电子传递链一、电子传递链的概念二、电子传递链的组成三、主要的电子传递链四、电子传递抑制剂一、电子传递链的概念1.概念（组成+定位+顺序）由递氢体或递电子体在线粒体内膜上按一定顺序排列组成的连锁反应体系称为电子传递链(又称呼吸链)。典型的呼吸链

FADH2呼吸链NADH呼吸链2、分布原核细胞存在于质膜上真核细胞存在于线粒体内膜上

按照氧化还原电位大小的顺序排列E0小E0大3、顺序二、电子传递链的组成烟酰胺脱氢酶类

黄素蛋白类

铁硫蛋白（Fe-S）

泛醌（CoQ）

细胞色素类（Cyt）递氢体递氢体递氢体烟酰胺脱氢酶类

NAD+

辅酶

NADP+

作用:递氢体

双电子载体

2H+NAD+NADH+H+传递给FMN吡啶环黄素蛋白酶类(FP)FMN----NADH脱氢酶的辅基(1)辅基

FAD----琥珀酸脱氢酶的辅基

作用:递氢体

（FP1）(FP2)双电子载体NADH+H+FMNH2传递给COQ琥珀酸FADH2呼吸链（Fe-S）110异咯嗪环呼吸链CH2-S—FeSFeSFeSFeSCH2-S——S-CH2—S-CH23.铁硫蛋白类(Fe-S)常见铁硫族:Fe4-S4或Fe2-S2在呼吸链中：

FMN(Fe-S)存在形式

FAD

(Fe-S).b(2)作用:递电子体递电子机理

Fe3+Fe2+和Cyt.b.C1

(Fe-S)等复合物形式-e+e4.泛醌（CoQ10,UQ10）结构醌类化合物作用:

递氢体

双电子载体FMNH2

COQ2HCyt类在呼吸链中（Fe-S）FADH2（Fe-S）醌酚细胞色素类(Cyt)

蛋白质部分铁卟啉（辅基）包括Cytb、c1、c、a和a3

(1)组成NNNNFe3+H3C--CH3-CH-CH3CH3CH2CH2COO-CH2CH2COO-H3C-

CysSH3C-CH

CysS多肽链细胞色素(2)作用：递电子体

(3)递电子机理Fe3+Fe2++e-e2Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+1/2O2O2-H2O2e2e2e2e2e2b2c1

2c2a.a3COQ2H

2H+----------------------2e2H+

（4）递电子顺序Cytbc1caa3½O2Cytaa3:细胞色素氧化酶NADH呼吸链NADH→FMN→COQ→Cyt.b→c1→c→a.a3→½O2

+H+

(Fe-S)

(Fe-S)

(Cu2+)

复合体Ⅲ复合体Ⅳ复合体IFADH2呼吸链（琥珀酸呼吸链）FADH2→COQ→Cyt.b→c1→c→a.a3→½O2

(Fe-S)

(Fe-S)

(Cu2+)

复合体Ⅲ复合体Ⅳ复合体II

琥珀酸NADH→复合体I复合体II

复合体Ⅲ复合体Ⅳ线粒体呼吸链四大复合体Q是交汇点电子传递方向I的功能：将电子从NADH传递给UQ质子泵4H+NADH脱氢酶Ⅱ的功能：将电子从琥珀酸传递给UQ(Q)琥珀酸脱氢酶Ⅲ的功能：将电子从UQ传递给cytc质子泵2H+细胞色素还原酶Ⅳ的功能：将电子从cytc传递给O2质子泵4H+细胞色素氧化酶三、主要呼吸链1.NADH氧化呼吸链最初电子供体：NADH最终电子受体：O2

NADH复合体ICOQ复合体ⅢCytC复合体ⅣO2总反应式：NADH+H++1/2O2→NAD++H2O2.FADH2氧化呼吸链最初电子供体：FADH2最终电子受体：O2

FADH2复合体IICOQ复合体ⅢCytC复合体ⅣO2总反应式：FADH2+1/2O2→FAD++H2ONADH

FMNCoQ

CytbCytc1Cytcaa3+H+(Fe-S)(Fe-S)

(Cu2+)

FAD.H2(Fe-S)IIIIIIIV琥珀酸

½O2两条重要的呼吸链四、电子传递抑制剂1、概念P181鱼藤酮安密妥杀粉蝶菌素抗霉素A氰化物一氧化碳硫化氢叠氮化合物2、常用的电子传递抑制剂第三节氧化磷酸化一、氧化磷酸化的概念二、氧化磷酸化的作用机制三、ATP合酶四、氧化磷酸化的解偶联和抑制五、线粒体穿梭系统六、能荷一、氧化磷酸化的概念

概念：伴随电子从底物到氧的传递，ADP被磷酸化形成ATP的酶促过程。根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为底物水平磷酸化电子传递体系磷酸化（主要方式）

底物水平磷酸化：由高能中间产物上的磷酸基团转移到ADP分子上形成ATP的过程。电子传递体系磷酸化：电子从NADH或FADH2经过电子传递体系(呼吸链)传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP的过程。二、氧化磷酸化的作用机制1.ATP产生的数量2.ATP产生的部位（偶联部位）3.能量偶联假说2H+2e+OH2OADP+PiATP1.ATP产生的数量P185P/O：每消耗1mol氧原子，所消耗的无机磷的摩尔数一对电子通过呼吸链生成ATP的个数NADH呼吸链的P/O值是2.5FADH2呼吸链的P/O值是1.5（氧还电位）NADHQCytbCytcCytaO269.5ADP+PiATP合成1molATP需30.5KJ2.ATP产生的部位O2aa3cbQNADH69.5KJ102.3KJ40.5KJ偶联部位：电子传递过程中产生ATP的部位NADH呼吸链:3个偶联部位FADH2呼吸链：2个偶联部位3.能量偶联假说目前主要有三个学说：化学耦联学说结构耦联学说化学渗透学说化学偶联假说（1953）产生一种活泼的高能共价中间物，它的裂解驱动氧化磷酸化作用。构象偶联假说（1964）蛋白质组分形成一种高能构象，并通过ATP的合成而恢复其原来的构象。化学渗透学说（1961）内膜膜间空间基质ATP合酶PH低电位高PH高电位低化学渗透学说（1961）递H体与递e体交替排列

H+泵出内膜递H体有H泵作用

e传给递e体线粒体膜对H+不通透，造成跨膜H+电化学梯度H+通过ATP酶回流，生成ATP基质质子梯度(pH)和电位梯度（）ADP+PATP化学渗透假说示意图氧化作用（电子传递）磷酸化作用（ATP生成）跨膜H+电化学梯度动力三、ATP合酶（FoF1—ATP酶）由FO和F1组成FO疏水蛋白，为返回提供通道F1由3

3

亚基组成其亚基可催化ADP磷酸化为ATP头柄基质四、氧化磷酸化的解偶联和抑制1.解偶联剂：不抑制递氢或递电子过程，但能使氧化产生的能量不能用于ADP磷酸化主要的解偶联剂有2,4-二硝基苯酚（DNP）胞液基质膜阻止H+从Fo单元回流抑制ATP合成

寡霉素2.氧化磷酸化抑制剂:抑制O2的利用抑制电子传递3.离子载体抑制剂能携带离子（H+离子以外）穿过膜，破坏跨膜电化学梯度，从而破坏氧化磷酸化过程。

缬氨霉素K+

短感菌肽Na+K+脂溶性类型电子传递跨膜质子电化学梯度ATP生成电子传递抑制剂解偶联剂氧化磷酸化抑制剂离子载体抑制剂五、线粒体外NADH的氧化磷酸化穿梭系统3.植物线粒体外NADH的氧化磷酸化1.-磷酸甘油穿梭2.苹果酸穿梭磷酸甘油穿梭系统NADH磷酸甘油FADH2部位：脑、骨骼肌NADH（细胞液）催化酶：磷酸甘油脱氢酶

FAD（膜间空间）产生能量：1