j电子传递体系与氧化磷酸化

第六章电子传递体系与氧化磷酸化主要内容和要求：重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子传递机理和氧化磷酸化机理。对非线粒体氧化体系作一般介绍。返回思考目录第一节生物氧化概述第二节线粒体电子传递体系第三节氧化磷酸化作用第四节非线粒体氧化体系（自学）第一节生物氧化概述

一、生物氧化的概念和特点二、生物能学简介三、高能化合物生物氧化的特点和方式

糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化（biologicaloxidation），其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。狭义生物氧化：专指H+和e-通过呼吸链传递给O2生成H2O并释放能量的过程。化学本质——氧化还原反应氧化的形式：脱氢、加氧、失电子意义：生物体重要的基本反应，提供生命活动所需的大量能量1、生物氧化的特点2、生物氧化过程中CO2的生成和H2O的生成3、有机物在体内氧化释能的三个阶段和相关酶类生物氧化的特点

在活的细胞中（pH接近中性、体温条件下），有机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体参与下进行，其途径迂回曲折，有条不紊。氧化过程中能量逐步释放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP）截获，再供给机体所需。在此过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释放的能量尽可得到有效的利用。CO2的生成

方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。

类型：直接脱羧和氧化脱羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH

O丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶CH2-NH2RH2O的生成

代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+乙醇脱氢酶例：1\2O2NAD+电子传递链

H2O2eO=2H+脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成基本结构单位

生物氧化的三个阶段三、生物能学简介1、生物能的转换及生物系统中的能流2、自由能的概念及化学反应自由能的计算自由能（freeenergy）的概念定义：在恒温恒压条件下,体系可以用来对环境做功的那一部分能量。自由能与化学反应的关系:一个物质（A）的自由能含量是不能测得，但在反应中A-B的自由能变化(ΔG）是可以测定的。ΔG=GB-GA，表示化学反应中产物与底物的自由能差。它们与化学反应的关系是：ΔG<0，反应能自发进行ΔG>0，反应不能自发进行ΔG=0，反应处于平衡状态。自由能的变化能预示某一过程能否自发进行.

化学反应自由能的计算标准自由能差(ΔG0')：ΔG受温度、物质浓度的影响，因此采用标准条件（1个大气压，25oC，pH7，物质浓度1mol/L），就用ΔG0'表示。

1.标准氧化还原电位（E0'）氧化还原反应和氧化还原电对：氧化还原反应：AH2+B=A+BH2

式中A、B为氧化型，AH2、BH2为还原型

A/AH2

和B/BH2

构成两个氧化还原电对。电对的电位是相对值。用标准条件，以标准氢电极做参比（0V）得到该电对的电位，表示为E0'。

P172表6-2列举了生物体中重要的氧化还原电对的E0。（重要）2、E0'值的意义：表示电对中物质对电子的亲和力电位负正对电子的亲和力小大还原型供出电子能力强弱氧化型接受电子能力弱强3、标准氧化还原电位差（ΔE0'）生化反应中，一种物质的氧化与另一种物质的还原相偶联，两物质间电子流动的条件是它们的E0‘不相等，其差值就是ΔE0’。ΔE0'=E0'氧化剂-E0'还原剂如：乳酸发酵：丙酮酸+NADH+H+

----乳酸+NAD+确定氧化还原电对，并查表6-2丙酮酸/乳酸E0'=-0.19VNAD+/NADH2E0'=-0.32V反应正行:ΔE0’=丙酮酸-NADH+H+

=

-0.19-（-0.32）=0.13V自由能与氧化还原电位的关系：

标准条件下，电子从低（越负）的氧化还原电位流向高（越正）的氧化还原电位，自由能降低。两者的关系可定量的表示为：

ΔG0'(KJ/mol)=-nFΔE0'（P172，要求记）将上述列子带入计算：反应正行:ΔG0'=-2×96.403×0.13=-25.1(KJ/mol)（放能反应）生物系统中的能流四、高能化合物1、高能化合物的类型

2、ATP的特点及其特殊作用

生化反应中，在水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能（>21千焦/摩尔）的化合物称为高能化合物。高能化合物类型ATP的特点

在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-），具有较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩尔）。腺嘌呤—核糖—O—P—O—P—O—P—O-OOOO-O-O-+++Mg2+ATP4-+H2O＝ADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ•MOL-1ATP3-+H2O＝ADP2-+Pi3-+H+G＝-33.1kJ•MOL-1ATP的特殊作用

★

ATP是细胞内的“能量通货”★

ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体

～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基团转移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基团储备物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油第二节线粒体电子传递体系

一、线粒体结构特点二、电子传递呼吸链的概念三、呼吸链的组成四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化五、电子传递抑制剂线粒体呼察吸链线粒体物基质是饰呼吸底点物氧化碌的场所夺，底物牙在这里催氧化所毯产生的NAD所H和FAD超H2将质子和挂电子转移沈到内膜的劝载体上，掉经过一系雾列氢载体倍和电子载缴体的传递源，最后传班递给O2生成H2O。这种由卖载体组烤成的电爸子传递孟系统称鹿电子传朵递链（eclc葛tron连tra讲nsfe握rch兵ain)思,因为其功孕能和呼吸卷作用直接看相关，亦汤称为呼吸钓链。呼吸链虚的组成1.黄素蛋仔白酶类（fla糟vop艳rot誓ein娱s,谜FP）2.铁-硫蛋稍白类（iron果—sul拍fur固prot倍eins宾)3.辅酶Ｑ（ubi塌qui妥non阿e,亦写作CoQ恩）4.细胞色俭素类（cyto润chro改mes）NAD记H辅酶Q（Co院Q）Fe-仙SCyt幼c1O2Cyt披bCyt付cCyt候aa3琥珀酸耽等黄素蛋白雄（FA棚D）黄素蛋盲白（FMN）细胞色素滴类铁硫蛋白悟（Fe-托S）铁硫蛋涌白（Fe-代S）NAD惯H呼吸链H2O12O2O2-MH2还原型代谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NAD疼H+H+2Fe2+2Fe3+细胞色示素b-摆c-拳c1-aa3FeS2H+M氧化型代谢底物FADH2呼吸链FADFADH2琥珀酸FeS2Fe2+2Fe3+细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸NAD什H呼吸链莲和FADH2呼吸链

FADH2

↓FeS↓

NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2NADH呼吸链FADH2呼吸链电子传短递链中掠各中间天体的顺奸序NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸等复合物II复合物IV复合物I复合物IIINADH脱氢酶辅酶Q-细胞色素璃还原酶细胞色忍素C还原酶琥珀酸-踪蝶辅酶Q还原酶呼吸链垫中电子赢传递时兴自由能宪的下降FAD文H22e-NADHNAD住H呼吸链桃电子传千递过程亿中自由挽能变化总反应:NAD昌H+H++1/2渠O2→NA升D++H2OΔG°御′=-暴nFΔ贺E°′=-2导×96跑.5×龄[0.胳82-惩(-0挺.32葡)]=-22鹅0.07千焦·mol-1总反应：FADH2+1/2O2→FAD+H2OΔG°′=-nFΔE°′=-2×96.5×[0.82-(-0.18)]=-193.0千焦·mol-1FADH2呼吸链电子传递过程中自由能变化烟酰胺脱报氢酶类特点：以NAD+或NAD镇P+为辅酶，抹存在于线座粒体、基晚质或胞液颠中。传递氢瞒机理:NAD(P)++2H++2eNAD(P)H+H+黄素蛋该白酶类特点：以FAD或FMN为辅基，乖酶蛋白为下细胞膜组凶成蛋白类别：黄素脱蜜氢酶类理（如NADH脱氢酶彼、琥珀很酸脱氢丧酶）需氧脱捐氢酶类蜂（如L—氨基酸氧洲化酶）加单氧酶骂（如赖氨乘酸羟化酶舟）递氢机理：FAD(FMN)+2HFAD(FMN)H2铁硫蛋白

+e

传递电子机理：Fe3+Fe2+

-e特点：含有Fe和对酸葛不稳定刊的S原子，Fe和S常以等纪摩尔量挡存在（Fe2S2,Fe4S4)，构成Fe—息S中心，Fe与蛋白级质分子蛋中的4竿个Cys残基的珠巯基与丝式蛋白质胆相连结趴。CoQ特点：带有聚松异戊二隐烯侧链牵的苯醌鞭，脂溶城性，位谊于膜双终脂层中芝，能在剂膜脂中景自由泳柄动。+2H

传递氢机理：CoQCoQH2

－2H细胞色素传递电子机理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+－e－e

特点：以血红素彩（heme盯）为辅基剧，血红架素的主啊要成份设为铁卟碰啉。类别:根据吸收朋光谱分成a、b、驱c三类，旁呼吸链爬中含5私种（b、c泊、c1、a和a3)找，cy年tb和cytc假1、cy宗tc在呼吸链解中的中为吧电子传递阳体，a和a3以复合物丧物存在，厚称细胞色宴素氧化搂酶，其分子冤中除含Fe外还含有Cu，可将电点子传递给解氧，因此姻亦称其为末端氧毒化酶。CoQ的结构似和递氢演原理CoQ+2HCoQH2铁硫蛋惧白的结撤构及递晓电子机辟理SFe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+e细胞色饺素的结洲构和递到电子机岸理传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+e线粒体结跨构第三节氧化磷爆酸化作偶用一、氧化磷愈酸化和磷氧比（P/O帖）的概念二、氧化磷酸来化的偶联柴机理三、线粒体气外NADH的氧化念磷酸化含作用四、能荷氧化磷漏酸化代谢物在晨生物氧化课过程中释至放出的自牵由能用于钞合成ATP（即ADP+哑Pi→ATP再）,这种氧化刚放能和ATP生成（乔磷酸化晶）相偶覆联的过钱程称氧隶化磷酸拼化(广义）。类别：底物水私平磷酸蛙化电子传厌递水平昼磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化过程中释放出的自由能磷氧比番（P/O）P/O的数值赌相当于糠一对电眠子经呼雪吸链传援递至分久子氧所勺产生的ATP分子数伟。NAD援HFADH2O212H2OH2O例实测得NAD帐H呼吸链：P/O~2.5ADP+PiATP实测得FAD弱H2呼吸链：P/O~1.5O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP氧化磷助酸化的怀偶联机段理1、化学渗耻透假说2、氧化磷酸餐化的抑制解偶联悟剂氧化磷腔酸化抑易制剂离子载县体抑制兼剂三、蜜线粒体垦外NAD胃H的氧化芦磷酸化卵作用磷酸甘油眉穿梭系统苹果酸连—天冬垫氨酸穿爪梭系统酵解（细胞质）氧化磷酸化

（线粒体）-磷驳酸甘油导穿梭（线粒体薄基质）磷酸二载羟丙酮3-磷胀酸甘油磷酸二羟渗丙酮3-磷酸塑甘油FADFAD昏H2NADHFM晒N另CoQ扎b赌c1c运aa3O2NADHNAD+线粒体内杨膜（细胞液违）苹果酸粮-草酰锐乙酸穿耽梭作用细胞液线粒体内刘膜体天冬氨练酸-酮戊漠二酸苹果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二仔酸天冬氨办酸苹果酸谷氨酸NADH初+H+NAD+草酰乙酸NAD+线粒体菜基质苹果酸脱氢酶NADH来+H+ⅣⅠⅡⅢ苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶（Ⅰ、笋Ⅱ、Ⅲ肾、Ⅳ为膜上的浮转运载体嘱）呼吸链2,4-二硝基坝苯酚的假解偶联黑作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内惯膜内外线粒体ATP酶化学渗锡透假说范示意图2H+2H+2H+2H+NADH禾+H+2H+2H+2H+ADP+棍PiATP高质子浓覆度H2O2e-++攀+耳++粒+滨++僚+__若__架__刷__馆__质子流线粒体内笨膜磷酸化

氧化

ATPa燃se的旋转催泥化模型IIIIVIII定子转子旋转催父化理论夸认为质肚子流通古过Fo引起亚族基III寡聚体锅和及亚基一起捧转动,这稀种旋转配铺置/亚基之间当的不对称膊的相互作援用,引起烤催化位点皂性质的转袭变,亚基的中味心-螺旋被巴认为是转市子,亚基I和II与亚基组喷合在一侵起组成唯定子,枯它压住/异质六聚纽奉体.ADP+坏PiProt尖enF围luxH2OH+ATP酶作用机猛理电子传奸递抑脚制剂NAD塞HFMNCoQFe-亮SCyt伙c1O2Cyt枝bCyt孤cCyt象aa域3Fe-SFMNFe-疗S琥珀酸复合物II复合物IV复合物I复合物III鱼藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO能凉荷定义式：能荷=—————————

[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]意义：能闸荷由ATP、ADP和AMP的相对逢数量决悬定，数摄值在0倚~1之咬间(常为0.8-策0.95捞)，反映细俱胞能量水增平。能荷相对速率ATP的利用途径

ATP的生成途径能荷对ATP的生成途径和ATP的利用途径相对速率的影响化学渗透米假说示意殿图2H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高质子浓度H2O2e-2e-2e-+++++++++__________质子流线粒体内膜F0-F1寡霉素非线粒体箩氧化系统通过线粒另体细胞色您素系统进输行氧化的岂体系是一尖切动物、纤植物、微蝴生物主要太氧化途径岗，它与ATP的生成紧牧密相关。已除此以外贱，生物体嚼内还存在正非线粒体喊氧化系统诉，其特点钻是从底物寄脱氢到H2O的生成是谨经过其它父末端氧化缴酶完成的恶，与ATP的生成无维关，但各圈自具有重料要的生理举功能。生物体内圣主要的非穷线粒体氧具化系统如疗下：1、多酚摘氧化酶系救统2、抗摇坏血酸跨氧化酶邀系统3、黄素站蛋白氧化笑酶系统4、超穷氧化物止歧化酶火氧化系裳统5、植物何抗氰氧化定酶系统生物氧化盈有关的酶他类(一)脱尾氢酶类1、不需洒氧脱氢启酶（最匠重要）特点：驾催化底庸物脱氢慢后，不闪能以O2为直接受氢体酶蛋白组成：雀结合酶箩辅酶：NAD+、NA钥DP+辅因子辅基：FMN杀、FAD2、需氧跃脱氢酶特点：催订化底物脱画氢后，以O2为直接受荐氢体，生成H2O2。组成：露结合酶酶蛋白辅基：FAD例：乙醇虫酸氧化酶书等组成：妹结合酶酶蛋白辅基：匆含Fe、Cu例：细鹅胞色素仍氧化酶、酚氧化酶既等3、氧化惭酶类特点：催抵化底物脱敲氢后，以O2为直接踢受氢体，生成H2O。问答题1、生物筹氧化有何捕特点？以昆葡萄糖为邀例，比较壤体内氧化驻和体外氧翻化异同。2、何谓籍高能化合协物？体内ATP有那些锋生理功惧能？3、氰效化物和装一氧化汉碳为什贱麽能引愈起窒息输死亡？辉原理何殊在？名词解沈释生物氧崇化怎氧化磷接酸化呈底物蔑水平磷抽酸化饶呼吸泼链磷氧比（P\0恰）能荷本章内猴容提要目（P167）。思考题：1、何谓践生物氧资化？其啦特点如唤何？2、ΔG0’和ΔE0’各表示盟什么，悄它们之熊间的定岭量关系贞如何？3、简述谦高能化仆合物的越定义及凯种类，业为什么ATP可以作为柜细胞中能精量的“通便币”。4、呼吸补链中各碎成员的秒排列顺灯序根据斯什么原埋则确定杯。5、用化学何渗透学说羊解释氧化隆磷酸化机椅理。6、NAD糠H呼吸链党由哪些丧成分组掏成？电杨子传递亏抑制剂卫有哪些厨？练习题1、用表绞8-1召的数据副，计算锄乙醛被NADH还原为乙专醇时的ΔE0’及ΔG0’姓。2、计算1边分子3俘-磷酸婶甘油醛通过贪有氧分去解被彻娱底氧化痛为CO2和H2O时生成的ATP分子数歇。（假林设通过3-女磷酸甘油拥穿梭）3、P21召9第4题4、解释名义词：氧化标磷酸化、做底物水平泉磷酸化、险能荷、解面偶联剂,忠ATP合酶、末端氧方化酶、P/O、电子传辈递抑制剂一、填端空题：1、处于览电子传递达链末端的友氧化酶称太为（底）。2、CoQ是电子火传递链是中的（急）递体。3、复合搞体Ⅰ的电冠子传递抑州制剂是（膀）。4、通蜘过3-镜磷酸甘鬼油穿梭脑，1分墨子的外庸源NADH2生成（赢）ATP。5、ATP的1个高能缸键断裂释淘放（嘉）kJ／mol的能量。6、氧化还止原反应中E0’小的物质