生物化学-新陈代谢总论与生物氧化课件

-新陈代谢总论与生物氧化本章重点及难点重点：掌握什么是新陈代谢、生物氧化，高能磷酸化合物的概念及ATP的作用掌握呼吸链电子传递体的组成及排列方式，以及受抑制的部位掌握氧化磷酸化的部位，氧化磷酸化的作用机理。难点：与能量代谢有关的一些概念；呼吸链的组成成分、排列顺序；氧化磷酸化的机理。第一节新陈代谢总论新陈代谢〔metabolism〕简称“代谢〞，指活细胞中进行的所有化学反响的总称。包括同化作用即合成代谢，异化作用即分解作用。

代谢的实质就是交换,是生物体与外界环境进行物质交换的过程。包括：消化、吸收、中间代谢、排泄。

通过物质交换建造和修复生物体〔按人的一生计,交换物质的总量约为体重的1200倍,人体所含的物质平均每10天更新一半〕。通过能量交换推动生命运动，通过信息交换进行调控，保持生物体和环境的适应。

人体为例：水〔代谢水〕每一周就有50％为新的水分子；蛋白质80天就被更新一半，其中肝、血中的蛋白质10天就更新一半；组成人体的原子一年后98％被更新。新陈代谢合成代谢〔同化作用〕分解代谢〔异化作用〕环境→机体生物小分子——————大分子〔合成代谢〕吸能反响放能反响生物大分子——————小分子〔分解代谢〕体内→环境能量代谢物质代谢新陈代谢的共同特点：由酶催化，反响条件温和。2.诸多反响有严格的顺序，彼此协调。3.对周围环境高度适应。物质代谢代谢途径类型脂肪葡萄糖、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〕共同中间产物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一局部通过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成根本结构单位乙酰CoA在代谢中的作用一、新陈代谢的研究方法

代谢途径的研究比较复杂，可从不同水平，主要对中间代谢进行研究。新陈代谢途径的说明凝集了许多科学家的智慧与实验成果。如1904年德国化学家Knoop提出的脂肪酸的β氧化学说，1937年Krebs提出的柠檬酸循环。1.活体内〔invivo〕和活体外(invitro)实验2.同位素示踪法和核磁共振波谱法〔NMR〕3.代谢途径阻断法4.突变体研究法二、生物体内能量代谢的根本规律1.服从热力学原理。热力学第一定律是能量守恒定律，热力学第二定律指出，热的传导自高温流向低温。机体内的化学反响朝着到达其平衡点的方向进行。2.生化反响最重要的热力学函数是吉布斯自由能G。自由能是在恒温、恒压下，一个体系作有用功的能力的度量。用于判断反响可否自发进行，是放能或耗能反响。ΔG＜0，表示体系自由能减少，反响可以自发进行，但是不等于说该反响一定发生或以能觉察的速率进行，是放能反响。ΔG＞0，反响不能自发进行，吸收能量才推动反响进行。ΔG＝0，体系处在平衡状态。二、生物体内能量代谢的根本规律3.自由能：生物体〔或恒温恒压下〕用以作功的能量。在没有作功条件时，自由能转变为热能丧失。自由能与另外两个函数有关，ΔG=ΔH-TΔS〔ΔH是总热量的变化，ΔS是总熵的改变，T是体系的绝对温度〕。4.熵：混乱度或无序性，是一种无用的能。ΔG=ΔH-TΔS对于A+B←→C+DΔG°=-2.303RTlgKK=[C][D]/[A][B]三、高能化合物与ATP的作用高能化合物磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氮型硫酯键化合物甲硫键化合物烯醇磷酸化合物酰基磷酸化合物焦磷酸化合物一般将水解时能够释放21kJ/mol〔5kCal/mol)以上自由能〔G′<-21kJ/mol〕的化合物称为高能化合物。常用符号表示根据分子中是否含有磷酸必须注意：并非所有的磷酸化合物都是高能化合物。〔1〕烯醇式磷酸化合物〔例〕磷氧型高能磷酸化合物：-61.9kJ/mol(2)酰基磷酸化合物〔例〕-42.3kJ/mol〔3〕焦磷酸化合物〔例〕ATP（三磷酸腺苷）-30.5kJ/mol焦磷酸-28.84kJ/mol磷氮型高能磷酸化合物：-43.1kJ/mol(1)硫酯键型高能化合物〔例〕非磷酸高能化合物：乙酰辅酶A–31.4kJ/mol(2)甲硫型高能化合物〔例〕–41.8kJ/mol-HATP的特殊作用ATP作用：是能量的携带者或传递者，而非贮存者，是能量货币ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂ATP〔三磷酸腺苷〕焦磷酸

ATP是直接能源A－P～P～P

其它核苷多磷酸为直接能源ATP+UDPADP+UTP(糖原合成)ATP+CDPADP+CTP(磷脂合成)ATP+GDPADP+GTP(蛋白质合成)高能磷酸化合物的转换与储存多数ATPADP+Pi少数ATPAMP+PPi

肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。

ATP的生成和利用ATPADP肌酸

磷酸肌酸

氧化磷酸化底物水平磷酸化

~P~P机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。生物体把能量用在生命活动的各个方面四、肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式

磷酸肌酸（脊椎动物）和磷酸精氨酸（无脊椎动物）是能量的贮存形式肌酸磷酸激酶五、辅酶A的递能作用辅酶A主要起传递酰基的作用，是各种酰化反响的辅酶，-SH携带酰基—CoASH，CH3-CO-SCoA.CH3-CO-SCoA的乙酰基团是很活泼的泛酸巯基乙胺脂肪葡萄糖、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〕共同中间产物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一局部通过磷酸化储存在ATP中。大分子降解成根本结构单位乙酰CoA在代谢中的作用第二节生物氧化生物氧化的概念能量是一切生物体活动所必需的。能量的来源，主要依靠生物体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化作用。

有机物在生物体细胞内氧化分解成二氧化碳和水并释放出能量形成ATP的过程称为生物氧化〔bioligicaloxidation〕。

由于此过程通常要消耗氧，生成二氧化碳，并且在组织细胞内进行，所以生物氧化也叫做细胞呼吸或组织呼吸。生物氧化的主要生理意义是为生物体提供能量。

生物氧化的过程

多糖脂肪蛋白质葡萄糖甘油＋脂肪酸氨基酸HCO2TAC乙酰CoAO2H2O能量生物氧化发生的场所－线粒体

1948年，EugeneKennedy和AlbertLehninger发现:

真核生物氧化磷酸化的场所是线粒体原核生物氧化磷酸化的场所为细胞质膜

线粒体的结构：线粒体有两层膜结构，外膜对小分子〔Mr5000〕和离子为自由透过〔通过跨膜通道〕。内膜对大多数小分子及离子不透过〔包括H+〕，只有内膜上存在特异运输体的物质可以透过。内膜上含有呼吸链和ATP合成酶。 线粒体基质含有丙酮酸脱氢酶复合物和柠檬酸循环途径、脂肪酸-氧化途径、氨基酸氧化途径及酵解以外所有能量物质氧化途径。线粒体的结构嵴线粒体基质ATP合成酶一、生物氧化的特点〔一〕氧化复原的本质——电子转移氧化复原的本质是电子的转移,生物氧化的本质是电子的得失，失电子者为复原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体,生物体电子转移的主要形式：1.直接的电子转移Fe2++Cu2+↔Fe3++Cu+2.氢原子的转移AH2+B↔A+BH2(H↔H++e)3.有机复原剂直接加氧,加氧时常常伴随有接受质子和电子而被复原成水。RH+O2+2H++2e↔ROH+H2O一、生物氧化的特点〔二〕生物氧化的特点1.在活细胞的水溶液内2.在pH近中性及体温条件下进行3.过程是逐步进行的酶促反响4.不需高温、强酸、强碱、强氧化剂5.能量是逐步释放的6.反响必须有水参加7.生物氧化的速度由细胞自动调控。C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量(2840kJ/mol)O2CO2H2O有机物热能ATP有机物在体外燃烧和在生物体内经有氧呼吸释放能量有何区别？生物氧化与体外燃烧的比较

生物氧化体外燃烧反应条件

温和剧烈(体温、pH近中性)(高温、高压)反应过程

逐步进行的酶促反应一步完成能量释放

逐步进行瞬间释放

（化学能、热能）（热能）CO2生成方式

有机酸脱羧碳和氧结合H2O

需要不需要(1)直接脱羧CH3CCOOHOCH3CHO+CO2丙酮酸脱羧酶（α-脱羧）丙酮酸HOOCCH2CCOOH丙酮酸羧化酶CH3CCOOH+CO2OO（β

-脱羧）草酰乙酸生物氧化中二氧化碳的生成是由于糖、蛋白质、脂肪等有机物转变成含羧基的化合物进行脱羧反响所至。二、生物氧化中CO2的生成(2)氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化〔脱氢〕HOOCCH2CHOHCOOHNADP+NADPH+H+O苹果酸CH3CCOOH+

CO2苹果酸酶三、生物氧化中水的生成代谢物在酶的作用下，将脱下的氢经过氢传递体，传给氧生成水。生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶催化的反响脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生成水，并产生ATP的问题。氧化型2H+MH2M

氧化型还原型(2H)递氢体NAD+,NADP+,FMN,FAD,COQ还原型递电子体Cytb,c1,c,aa32e½O2O2-H2O脱氢酶氧化酶三、生物氧化中H2O的生成生物氧化中所生成的水是代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合而成的。糖类、蛋白质、脂肪等代谢物所含的氢在一般情况下是不活泼的，必须通过相应的脱氢酶将之激活后才能脱落。进入体内的氧也必须经过氧化酶激活后才能变为活性很高的氧化剂。但激活的氧在一般情况下，也不能直接氧化由脱氢酶激活而脱落的氢，两者之间尚需传递才能结合成水。所以生物体主要是以脱氢酶、传递体及氧化酶组成的生物氧化体系，以促进水的生成。〔一〕呼吸链〔respiratorychain)1、概念代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一些列的传递体，最后传递给被激活的氧分子而生成水的全部体系叫做呼吸链。

由于参与这一系列催化作用的酶和辅酶及中间传递体在膜〔原核细胞膜、真核线粒体内膜〕上一个接一个地构成了链状反响，故常将这种形式的氧化过程称为呼吸链。三、生物氧化中H2O的生成呼吸链包括：NADH-Q复原酶、琥珀酸-Q复原酶、细胞色素c复原酶、细胞色素c氧化酶NADHNADH-Q复原酶Q细胞色素c复原酶细胞色素cO2琥珀酸-Q复原酶FADH2细胞色素c氧化酶在电子传递过程中释放出大量的自由能，使ADP磷酸化生成ATP，这是生物合成ATP的根本途径之一。实际上，生物体中能量获得的本质正是氢的氧化。2、呼吸链种类根据代谢物上脱下的氢的初始受体不同，在具有线粒体的生物中，典型的呼吸链有2种:

●NADH呼吸链：绝大局部分解代谢的脱氢氧化反响通过此呼吸链完成●FADH2呼吸链：只能催化某些代谢物脱氢,不能使NADH或NADPH脱氢其中NADH呼吸链应用最广泛，糖类、蛋白质、脂肪三大物质分解代谢中的脱氢氧化反响绝大多数是通过NADH呼吸链来完成的。〔二〕呼吸链〔respiratorychain)3、呼吸链的组成〔1〕烟〔尼克〕酰胺脱氢酶类－以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶，的有200多种该类酶均为不需氧脱氢酶，即不以氧为直接受氢体。还原氧化在烟(尼克)酰胺脱氢酶的作用下，代谢物脱下的氢被其辅酶接受而转变为NADH或NADPH;当有受H体存在时，NADH或NADPH上的H可被脱下而氧化为NAD+或NADP+。所以它既是一种脱氢酶，也是一种复原酶。

〔2〕黄素脱氢酶类－－以FMN或FAD为辅基的脱氢酶类

该类酶也属不需氧脱氢酶，催化代谢物脱下一对H原子，使FMN或FAD复原为FMNH2或FADH2。FMN和FAD是比NAD+或NADP+更强的氧化剂。3、呼吸链的组成

FMNH2或FADH2可进一步将电子转移给辅酶Q。NNNCCONHOCH3CH3R101NNNCCONHOCH3CH3HHR+2H-2H〔3〕铁硫蛋白类〔简写为Fe-S〕铁硫蛋白(Fe-S)是一类与电子传递有关的非血红素铁蛋白，其作用是借铁的变价互变进行电子传递:Fe3++eFe2+

因铁硫蛋白的活性局部含有活泼的硫和铁原子，故称铁硫中心。

3、呼吸链的组成

铁硫蛋白在生物界广泛存在，在线粒体内膜上常与黄素酶或细胞色素结合成复合物而存在。在从NADH到氧的呼吸链中，有多个不同的铁硫中心，有的在NADH脱氢酶中，有的与细胞色素b及c1有关。

铁硫蛋白有几种不同的类型,可概括为3类:●FeS●

2Fe–2S●

4Fe–4S[FeS]只含1个铁原子[2Fe–2S][4Fe–4S]〔4〕辅酶Q类－－电子传递链中唯一的非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类化合物,又名泛醌,简写为CoQ或Q。3、呼吸链的组成其分子中的苯醌结构能可逆地加氢复原而形成对苯二酚衍生物，故属于递氢体。Q(氧化型)半醌式中间体QH•QH2

还原型但它不能从底物接受氢，而是一种中间传递体;也是呼吸链中唯一一个和蛋白质结合不紧的传递体〔辅酶〕，使它在黄素蛋白类和细胞色素类之间能够作为一种特殊灵活的电子载体起作用。〔5〕细胞色素类－一类含有血红素辅基的电子传递蛋白的总称

细胞色素主要是通过Fe3++e

Fe2+的互变起传递电子的作用。

线粒体电子传递链至少含有5种细胞色素：a，a3，b，c，c1它们的辅基结构略有不同:血红素A－Cyta，a3血红素B－Cyt

b，血红蛋白，肌红蛋白血红素C－Cyt

c1，c3、呼吸链的组成血红素A血红素C血红素B

aa3、b、c1中辅基与蛋白质非共价结合，c的辅基与蛋白质以硫醚键共价结合。

典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的顺序是：b→c1→

c→

aa3→

O2

a和a3组成一个复合体，无法分开，除含铁卟啉外，还有铜原子。Cytaa3可直接以O2为电子受体，故aa3又称细胞色素c氧化酶。

a与a3之间的2个铜离子，起电子传递作用：Cu+

Cu2+的互变,将Cytc所携电子传递给O2。b、c1、c、a－－Fe与卟啉环及蛋白形成6个共价键或配位键：4个与N，1个与His，1个与蛋白链中Met形成。a3－－Fe与卟啉环及蛋白形成5个配位键〔不与Met形成)，空1个配位键与O2、CO、CN-等结合，其正常功能是与O2结合。总结：呼吸链组分

酶蛋白辅酶在呼吸链中的作用一、脱氢酶NAD+、NADP+二、黄素蛋白FMN、FAD三、铁硫蛋白Fe、S簇四、辅酶Q(CoQ)脂溶性醌类化合物五、细胞色素(Cyt)铁卟啉NAD(P)+NAD(P)H+H++2H-2HFAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2HFe2+

Fe3+-e+eCoQ

CoQH2+2H-2HFe2+

Fe3+-e+e4.呼吸链中传递体的顺序确定呼吸链中各传递体顺序的方法依据：a.测定各电子传递体氧化复原电位的数值－－按氧化复原电位由低到高顺序排列；b.利用电子传递抑制剂确定其顺序；c.通过电子传递体体外重组实验加以验证；d.根据从线粒体中别离到的传递体复合体排序(4种)。

MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.04b+0.07c1

+0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18鱼藤酮安密妥抑制剂：抗霉素A氰化物，CO,叠氮化合物电子传递抑制剂:能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质。各组分Eº′

：低高电子迁移方向：低电位高电位

∆Gº′：逐步降低放能呼吸链的排列顺序：物质的氧化复原电位越低，越容易失去子，传给氧化复原电位高的物质呼吸链的排列顺序：各成分按低氧还电位→高氧还电位电子传递方向：低氧化还原电位→高氧化还原电位（释放能量）NADH

FMNQ

CytbCytc1Cytcaa3(Fe-S)

(Fe-S)

O2FADH2(Fe-S)电子传递链各组份的排列顺序

II（琥珀酸-Q还原酶）INADH

Q还原酶IIIQ-细胞色素c还原酶IV细胞色素c氧化酶膜间隙（外）基质（内）琥珀酸延胡索酸呼吸链中的电子载体以多酶复合体形式发挥功能Fe-S复合体I基质（负）膜间隙(正)基质臂1〕NADH泛醌复原酶简写:NADHQ复原酶,即复合体I作用:催化NADH氧化脱氢及Q复原。它既是1种脱氢酶，也是1种复原酶

NADH+Q+H+NAD++QH2NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。NADHQ复原酶NADH泛醌复原酶NADHQ复原酶是线粒体内膜上最大的1个蛋白质复合物－－含有42条不同多肽链，其活性局部含有辅基FMN和铁硫蛋白。FMN的作用是接受脱氢酶脱下的电子和质子，形成复原型FMNH2。复原型FMNH2可进一步将电子转移给Q。复合体Ⅰ+CoQH24H++2eFe-S复合体I基质（负）膜间隙(正)基质臂2〕琥珀酸-Q复原酶膜间隙（正）基质(负)琥珀酸延胡索酸复合体Ⅱ复合体Ⅲ

琥珀酸-Q复原酶简写为复合体II

琥珀酸是生物代谢过程(三羧酸循环)中产生的中间产物,它在琥珀酸-Q复原酶(复合体II)催化下,将两个高能电子传递给Q。再通过QH2-Cytc复原酶、Cytc和Cytc氧化酶将电子传递到O2。复合体II也是存在于线粒体内膜上的蛋白复合体,比复合体I结构简单，含4种不同的蛋白质。其活性局部含有辅基FAD和铁硫蛋白。复合体II的作用是催化琥珀酸的脱氢氧化和Q的复原。膜间隙（正）基质(负)琥珀酸延胡索酸复合体Ⅱ复合体ⅢCoQH2复合体Ⅱ复合体Ⅲ2e2H＋3〕泛醌细胞色素c复原酶简写:QH2-Cytc复原酶,即复合体III作用:催化复原型QH2氧化和细胞色素c(Cytc)复原QH2-Cytc复原酶QH2+2Cytc(Fe3+)Q+2Cytc(Fe2+)+2H+复合体III是线粒体内膜上的1种跨膜蛋白复合体,是由2个相同单体组成的二聚体。每个单体由11种亚基组成。活性局部主要包括细胞色素b和c1，以及铁硫蛋白〔2Fe-2S〕。CoQH2+复合体Ⅲ

4H++2e4〕细胞色素c氧化酶简写:Cytc氧化酶，即复合体IV位于线粒体呼吸链末端,由13个多肽亚基组成。活性局部主要包括Cyta和a3,两者组成一个复合体，除含铁卟啉外，还含铜原子。Cytaa3可以直接以O2为电子受体。在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生Cu+Cu2+的互变，将Cytc所携带的电子传递给O2。复合体Ⅳ+2H+CytcABC膜间隙（正）基质（负）1(泵出)(底物)2H+2H+复合体Ⅳ接受复原性辅酶上的氢原子对(2H++2e)，使辅酶分子氧化，并将电子对顺序传递，直至激活分子氧，使氧负离子(O2-)与质子对(2H+)结合，生成水。电子对在传递过程中逐步氧化放能，所释放的能量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反响，生成ATP。5.呼吸链的作用四、氧化磷酸化作用(Oxidativephosphorylation)

——伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化ADP+Pi+能量→ATPAMP+PPi+能量→ATP〔一〕ATP的生成氧化磷酸化底物水平磷酸化电子传递体系磷酸化1.底物水平磷酸化底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP生成ATP。X~+ADP→ATP+XP是捕获能量的一种方式，在发酵作用〔无氧呼吸〕中是进行生物氧化取得能量的唯一方式。和氧的存在与否无关，在ATP生成中没有氧分子参与，也不经过电传递链传递电子。特点:底物水平磷酸化反响举例COO-C-O~

P

CH2磷酸烯醇式丙酮酸

COO-C=OCH3丙酮酸丙酮酸激酶ADPATP2.电子传递体系磷酸化是指当电子从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的全过程。通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化。〔1〕概念1ADPATP底物产物FADFADH2NADNADHH2O电子传递体系磷酸化：能量是需氧生物获得ATP的一种主要方式,是生物体内能量转移的主要环节,需要氧分子的参与。真核生物氧化磷酸化过程在线粒体内膜进行,原核生物在细胞质膜上进行。特点：〔2〕P/O比和由ADP生成ATP的数目P/O比：物质氧化时，每消耗1mol氧原子所消耗的无机磷酸的mol数〔或ADPmol数〕，即生成ATP的mol数。NADH呼吸链：P/O比值=2.5FADH2呼吸链：P/O比值=1.5故推断从NADH到分子氧、FADH2到分子氧的呼吸链中，可分别合成2.5个、1.5个ATP。利用P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位：

－羟丁酸：P/O＝2.52e从NADH到O2

生成2.5个ATP琥珀酸：P/O＝1.52e从琥珀酸到O2

生成1.5个ATP因此，NADH→Q

存在偶联部位。抗坏血酸：P/O＝1

2e从Cytc到O2生成1个ATPCytc：P/O＝12e从Cytaa3到O2生成1个ATP因此，Cytaa3→O2

存在偶联部位。

Q→Cytc存在偶联部位。〔3〕呼吸链电子传递过程中的自由能变化1复合体I:NADH→CoQ,E0’=0.360V,G0’=-69.5kJ/mol复合体III:CoQ→Cytc,E0’=0.190V,G0’=-36.7kJ/mol复合体IV:Cytaa3→O2,E0’=0.580V,G0’=-112kJ/mol复合体II:FADH2→CoQ,E0’=0.085V,G0’=-16.4kJ/mol可见，当一对电子相继经过复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ时，每一步都释放出足以合成一分子ATP的自由能；但当一对电子经过复合体Ⅱ时，释放的能量缺乏以合成ATP,其作用仅仅是将电子由FADH2注入电子传递链。〔二〕胞液中NADH的氧化磷酸化在细胞质中经糖酵解产生的NADH,不能透过线粒体内膜进入呼吸链以便进行有氧氧化。只能通过两种精妙的“穿梭〞系统解决NADH的再氧化问题：①甘油-α-磷酸穿梭系统②苹果酸-天冬氨酸穿梭系统NADH+H+线粒体内膜甘油-α-磷酸穿梭作用甘油-α-磷酸FAD二羟丙酮磷酸FADH2NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2二羟丙酮磷酸CH2OHC=OCH2O－NAD+甘油-α-磷酸CH2OHCHOHCH2O－①②①胞液甘油-α-磷酸脱氢酶；②线粒体甘油-α-磷酸脱氢酶(黄素蛋白脱氢酶)酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+苹果酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸链苹果酸-天冬氨酸穿梭系统COOHCHNH2CH2COOHCOOHC=OCH2COOHCOOHCHOHCH2COOH转氨酶转氨酶细胞质线粒体①②①细胞质苹果酸脱氢酶②线粒体苹果酸脱氢酶线粒体内膜化学偶联假说结构偶联假说化学渗透假说〔三〕氧化磷酸化作用机制氧化作用〔电子传递〕与磷酸化作用相偶联已经不存在任何疑问，但对二者究竟如何偶联，尚有许多未完全说明的问题。共存在三种假说：1.化学偶联假说

1953年EdwardSlater最先提出。认为：电子传递产生一种高能共价中间物,它随后的裂解释放能量驱动ATP合成。但在电子传递体系磷酸化作用中一直未找到任何一种活泼的高能中间物。1964年PaulBoyer最先提出。认为:电子沿呼吸链传递使线粒体内膜蛋白质组分发生构象变化,而形成一种高能形式,这种高能形式通过将能量提供给ATP合成而恢复其原来的构象。但至今未能找到有力的实验证据。2.构象偶联假说1961年英国生物化学家PeterMitchell首先提出,1978年获诺贝尔化学奖。根本要点：电子经呼吸链传递时释放出的自由能,可将质子〔H+〕从线粒体内膜的基质侧泵到内膜外侧,产生膜内外质子电化学梯度(H+浓度梯度和跨膜电位差),以此储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP与Pi生成ATP。3.化学渗透假说〔chemiosmotichypothesis〕膜间隙琥珀酸延胡索酸基质化学势差内碱电势差内负质子驱动力推动ATP合成内膜外膜化学渗透假说得到较多实验证据的支持。氧化磷酸化作用的关键因素是质子〔H+〕梯度和完整的线粒体内膜。质子泵膜间隙（正）基质（负）

内膜对H+不能自由通过，泵出膜外侧的H+使内膜外侧的H+浓度高于内侧，造成H+浓度的跨膜梯度，使外侧的pH较内侧的pH低1.0单位左右,并使原有的外正内负的跨膜电位增高，此电位差中就包含着电子传递过程中所释放的能量，好象电池两极的离子浓度差造成电位差含有电能一样。这种质子梯度和电位梯度就是质子返回内膜的一种动力。

∆G=2.3RT∆pH+ZF∆ψ,∆pH=pH(内)–pH(外),Z是质子电荷(包括符号)，F是法拉第常数，∆ψ是膜电位差组成：Fo〔疏水局部〕+F1〔亲水局部〕+寡霉素敏感蛋白(oscp)Fo：是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道F1:(33)催化生成ATPATP合成酶——亦称复合体Ⅴ基质侧膜间隙侧

利用线粒体内膜上的ATP合成酶的特点，H+通过ATP酶的特殊途径，返回到基质，使质子发生逆向回流。由于H+浓度梯度所释放的自由能，偶联ADP与无机磷酸合成ATP，质子的电化学梯度也随之消失。基质侧膜间隙侧细胞质膜间隙基质由于泵出质子，使得基质外侧的质子浓度高于内侧流动的电子载体ATP合成酶膜结合蛋白复合体来自NADH的电子来自FADH2的电子电子传递