生物氧化与氧化磷酸化完整版

生物化学第一节生物氧化概述第二节电子传递链(呼吸链）第三节氧化磷酸化（一）概念

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）。又称“细胞氧化”或“细胞呼吸”。第一节生物氧化概述一、生物氧化的概念（二）生物氧化的特点1、反应条件温和；2、生物氧化由一系列酶催化；3、氧化反应分阶段进行，能量逐步释放；4、生物氧化释放的能量与磷酸化反应偶联，并贮存在高能磷酸化合物（主要是ATP）中。第一节生物氧化概述一、生物氧化的概念方式：糖、脂、蛋白质等有机物经一系列脱氢、加水等反应，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-COOHO丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶CH2-NH2RCO2的生成（三）生物氧化中CO2和H2O的产生第一节生物氧化概述一、生物氧化的概念直接脱羧氧化脱羧

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被氧化酶激活的氧而生成H2O

。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+乙醇脱氢酶1\2O2NAD+电子传递链

H2O2eO-2H+H2O的生成（三）生物氧化中CO2和H2O的产生第一节生物氧化概述一、生物氧化的概念1、自由能（freeenergy）的概念物理意义：恒温恒压下，体系中能对环境作功的那部分能量称为自由能，又称Gibbs自由能，用G表示)。

第一节生物氧化概述二、生物化学反应的自由能变化ΔG仅取决于反应物与产物的自由能，与反应途径和反应机制无关。2、氧化还原电位生物氧化属于氧化还原反应，失去电子的物质为还原剂；获得电子的物质为氧化剂。物质失去或得到电子的倾向用氧化还原电位(E)表示。

第一节生物氧化概述二、生物化学反应的自由能变化强的还原剂(如NADH)具有一个负的电位，而强的氧化剂(如O2)则有一个正的氧化还原电位。第一节生物氧化概述二、生物化学反应的自由能变化在氧化还原体系中，电子总是由低电位物质（还原剂）流向高电位物质（氧化剂）。氧化还原电势差ΔE=E氧化剂-E还原剂NADH-0.32VO20.82V第一节生物氧化概述氧化还原电位与自由能之间的关系：在氧化还原反应系统中，自由能变化与氧化还原电位变化之间存在下列关系：

ΔG

=-nFΔE

n为电子转移数；F为法拉第常数(F=96.5kJ/V·mol)一般将水解或基团转移时能够释放25kJ/mol以上自由能（

GӨ’<-25kJ/mol）的化合物称为高能化合物。根据生物体内高能键的特点分成以下几种类型。(一）生物体内的高能化合物第一节生物氧化概述三、高能化合物

1、磷氧键型（-O～P)(1)酰基磷酸化合物42.3kJ/mol(一）生物体内的高能化合物第一节生物氧化概述三、高能化合物（2）焦磷酸化合物30.5kJ/mol

1、磷氧键型（-O～P)(一）生物体内的高能化合物第一节生物氧化概述三、高能化合物（3）烯醇式磷酸化合物61.9kJ/mol(一）生物体内的高能化合物第一节生物氧化概述三、高能化合物2、磷氮键型3、硫碳键型甲硫键型-31.4kJ/mol-41.8kJ/mol硫酯键型-43.1kJ/mol(SAM)ATP被称为生物界中的“能量货币”：生物氧化过程中释放的能量一般不能直接用来做功，而是先形成高能磷酸化合物ATP，然后再水解生成ADP和Pi并释放大量能量(ΔGӨ’

=-30.5kJ/mol)。（二）ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物第一节生物氧化概述三、高能化合物★

ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体。～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基团转移势能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸肌酸（磷酸基团储备物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油（二）ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物第一节生物氧化概述三、高能化合物（二）ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物生物体内，ATP处于不断消耗和不断补充的动态平衡之中。第一节生物氧化概述三、高能化合物在细胞中，除了ATP作为主要的能量供体外，还有其他形式的核苷酸作为高能磷酸化合物，参与细胞的能量转换与利用。UTP多糖合成CTP磷脂合成GTP蛋白质合成第二节电子传递链一、线粒体细胞内的线粒体是生物氧化和氧化磷酸化的主要场所。电子传递链是一系列电子载体按对电子的亲和力逐渐升高的顺序排列组成的电子传递系统。电子传递链包括镶嵌在线粒体内膜上的4个复合体、1个CoQ和1个细胞色素c（Cytc）。第二节电子传递链二、电子传递链（electrontransferchain，ETC）复合体I①将2个电子从NADH传递给CoQ；②将4个H+泵到线粒体膜间隙。复合体II将2个电子从FADH2传递给CoQ；CoQ传递电子和氢，能在膜脂中自由泳动，是电子传递链中唯一的非蛋白质组分。复合体III①将2个电子从还原型CoQ传递给Cytc；②将4个H+泵到线粒体膜间隙。CytC唯一位于线粒体膜间隙的细胞色素，将电子从复合体III传递到复合体Ⅳ。复合体Ⅳ①将2个电子从Cytc传递给O2；②将2个H+泵到线粒体膜间隙。第二节电子传递链二、电子传递链

酶名称NADH-CoQ还原琥珀酸-CoQ还原酶CoQ-CytC还原酶Cyt氧化酶

辅基

FMN，Fe-SFAD，Fe-S，Cytb

铁卟啉，Fe-S铁卟啉，Cu复合体复合体Ⅰ复合体Ⅱ复合体Ⅲ复合体Ⅳ

电子传递有着严格的方向和顺序，即电子从E低的传递体依次通过E较高的传递体逐步流向氧原子，这些成员不可缺少，顺序不可颠倒。第二节电子传递链二、电子传递链NADHCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3琥珀酸等（FAD）（FMN）细胞色素类铁硫蛋白（Fe-S）铁硫蛋白第三节氧化磷酸化概念:

伴随线粒体生物氧化作用而发生的使ADP磷酸化生成ATP的过程称为氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)。氧化磷酸化（电子传递磷酸化）:

是需氧生物合成ATP的主要方式。第三节氧化磷酸化一、氧化磷酸化的概念及类型磷氧比指生物氧化过程中每消耗一个氧原子(或每对电子通过电子传递链传递至氧)所生成的ATP分子数。（二）测定P/O比第三节氧化磷酸化FADH22e-NADH呼吸链的磷氧比:3FADH2呼吸链的磷氧比:2二、氧化磷酸化与电子传递的偶联（一）线粒体偶联因子F0F1-ATP合酶F1含有5种不同的亚基（

3

3

），是合成ATP的催化部位；F0为一个疏水蛋白，含有质子通道；第三节氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理（二）化学渗透学说a.利用在电子传递链中释放的能量，复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ中的递氢体作为质子泵，将H+从线粒体内膜基质泵至内膜外侧空间；第三节氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理b.线粒体内膜对质子是不透性的，在线粒体内膜两侧建立质子浓度梯度，形成膜电位；跨膜的质子电化学梯度就是推动ATP合成的原动力，称为质子推动力；（二）化学渗透学说第三节氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理c.当存在足够高的跨膜质子电化学梯度时，膜外质子沿着一个特殊通道（ATP合酶的F0组分），跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP。（二）化学渗透学说第三节氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理化学渗透学说示意图4H+4H+H+H+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

解偶联剂（uncoupler）使电子传递与ADP磷酸化分离，只抑制ATP的形成，而不抑制电子传递。

NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜内外第三节氧化磷酸化四、氧化磷酸化的解偶联[例1]2,4-二硝基苯酚（dinitrophenol,DNP）胞液中生成的NADH不能自由通过线粒体内膜转运胞液NADH的机制主要有：磷酸甘油穿梭系统（肌细胞）苹果酸-天冬氨酸穿梭系统（肝细胞）第三节氧化磷酸化五、线粒体穿梭系统第三节氧化磷酸化五、线粒体穿梭系统1磷酸甘油穿梭机制3-磷酸甘油脱氢酶3-磷酸甘油脱氢酶32、苹果酸-天冬氨酸穿梭系统定义式：能荷=—————————

[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]

意义：能荷由ATP、ADP和AMP的相对数量决定，数值在0~1之间，反映细胞能量状态，大多数细胞的能荷变化为0.8-0.95。能荷对代谢的调节:A