第五章生物氧化与氧化磷酸化课件.ppt

1、第五章第五章 生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化v生物氧化概述生物氧化概述v电子传递链（呼吸链）电子传递链（呼吸链）v氧化磷酸化氧化磷酸化v其他氧化酶系统其他氧化酶系统(自学自学)第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述一一、生物氧化的概念生物氧化的概念 二、生物氧化的特点二、生物氧化的特点三、生化反应中自由能的变化三、生化反应中自由能的变化四、高能化合物四、高能化合物一切生命活动都需要能量，维持生命活动的能量一切生命活动都需要能量，维持生命活动的能量主要有主要有两个来源两个来源：光能光能（太阳能）：光合自养生物通过光合作用将（太阳能）：光合自养生物通过光合作用将光能转变成有机物中稳定的化

2、学能。光能转变成有机物中稳定的化学能。化学能化学能：异养生物或非光合组织通过：异养生物或非光合组织通过生物氧化生物氧化作作用将有机物质（主要是各种光合作用产物）氧化用将有机物质（主要是各种光合作用产物）氧化分解，使存储的稳定的化学能转变成分解，使存储的稳定的化学能转变成ATPATP中活跃中活跃的化学能，的化学能，ATPATP直接用于需要能量的各种生命活直接用于需要能量的各种生命活动。动。一一、生物氧化的概念生物氧化的概念1 1、概念概念 有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化分解而生成内进行氧化分解而生成COCO2 2和和H H2 2O O并释放

3、出能量的并释放出能量的过程称为过程称为生物氧化生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，。生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用。所以又称为呼吸作用。糖、脂肪和蛋白质 CO2+H2O+能量2 2、生物氧化主要包括三方面的内容：、生物氧化主要包括三方面的内容：（1）细胞如何在酶的催化下将有机化合物中的C变成CO2-CO2如何形成？糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下化合物，然后在酶催化下脱羧脱羧而生成而生成COCO2 2。CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH 代

4、谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（体（NADNAD+、NADPNADP+、FADFAD、FMNFMN等）所接受，再通过等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成传递给氧而生成H H2 2O O。CH3CH2OHCH3CHONAD+NADH+H+乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶12 O2NAD+电子传递链电子传递链 H2O2eO=2H+（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机化合物中的H氧化成H2O。（3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎样转化成ATP。底物水平磷酸化氧化磷酸化脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其

5、它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+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）丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环电子传递及磷酸化彻底氧化为CO2、H2O。释放大量的能量大分子降解成基本结构单位 生物氧化的三个阶段释放的能量转化成释放的能量转化成ATP被利用被利用 转换为光和热，散失转换为光和热，散失二、生物氧化的特二、生物氧化的特点点v 生物氧化生物氧化和有机物在和有机物在体外氧化（燃烧）体外氧化（燃烧）的的实质相同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消实质相同，都是脱

6、氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，都生成耗氧气，都生成COCO2 2和和H H2 2O O，所释放的能量也相所释放的能量也相同。但二者进行的方式和历程却不同：同。但二者进行的方式和历程却不同：生物氧化生物氧化 体外燃烧体外燃烧细胞内温和条件细胞内温和条件 高温或高压、干燥条件高温或高压、干燥条件（常温、常压、中性（常温、常压、中性pH、水溶液）水溶液）一系列酶促反应一系列酶促反应 无机催化剂无机催化剂逐步氧化放能，能量利用率高逐步氧化放能，能量利用率高 能量骤然释放能量骤然释放v自由能变化（自由能变化（G G）:A B A B G=GG=GB B-G GA AG G是衡量反应自发性的标准。是衡量

7、反应自发性的标准。G 0G 0G 0，吸能，非自发进行，必须供给能量才行吸能，非自发进行，必须供给能量才行 G=0G=0，平衡状态，平衡状态三、生化反应中自由能的变化三、生化反应中自由能的变化1 1、自由能（、自由能（G G）:指在一个体系的总能量中，在指在一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量。恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量。生化标准自由能变化生化标准自由能变化(G0)v指在标准条件下，即温度为指在标准条件下，即温度为25，参加反应，参加反应的物质浓度为的物质浓度为1mol/L，若有气体，则为，若有气体，则为1个大气个大气压，压，pH为为7时，测定的自由能变化。单位

8、为时，测定的自由能变化。单位为J/mol，KJ/mol。2、自由能变化与平衡常数的关系、自由能变化与平衡常数的关系生化标准条件下某一可逆反应的平衡常数用生化标准条件下某一可逆反应的平衡常数用keq表示。表示。G0 =-RTlnkeq=-2.303RT lgkeq在标准情况下，在标准情况下，T=298K,R=8.315 J/mol.k G0 (J/mol)=-5706 lgkeq 当当keq1时，时，G0 为负值，反应可自发进行为负值，反应可自发进行 当当0keq1时，时，G0 为正值，反应不能自发进行为正值，反应不能自发进行G=G0+RTlnkeq=G0+2.303RT lgkeq一个反应能否

9、自发进行，判断依据是一个反应能否自发进行，判断依据是G，G主要依赖主要依赖于反应物的性质及其浓度。于反应物的性质及其浓度。3、自由能变化与氧化还原电位的关系、自由能变化与氧化还原电位的关系v氧化还原电位：氧化还原电位：相对地表示各种化合物对电子亲和相对地表示各种化合物对电子亲和力的大小。包括氧化电位和还原电位，用力的大小。包括氧化电位和还原电位，用E E表示。表示。v生化标准氧化还原电位差（生化标准氧化还原电位差（E E0 0 ）：）：=E E0 0=E E0 0氧化剂氧化剂-E-E0 0还原剂还原剂 =E=E0 0电子受体电子受体-E-E0 0电子供体电子供体 G G0 0=-=-nFnFE

10、 E0 0 其中其中n n为转移的电子数，为转移的电子数，F F为法拉第常数，为法拉第常数，F=96.496kJ/v.mol F=96.496kJ/v.mol E E0 0的单位为伏特（的单位为伏特（V V）利用上式利用上式,可通过标准氧化可通过标准氧化-还原电位的变化来计算出氧化还原电位的变化来计算出氧化-还原反应中标准自由能的变化还原反应中标准自由能的变化,从而计算从而计算G0 糖、脂肪、蛋白质糖、脂肪、蛋白质 COCO2 2+H+H2 2O+O+能量能量 生物氧化生物氧化四、高能化合物四、高能化合物ATPATP1 1、高能化合物的概念、高能化合物的概念l一般将水解时能够释放一般将水解时能

11、够释放20.92 kJ/mol20.92 kJ/mol（5Kcal/mol)5Kcal/mol)以上自以上自由能的化合物称为由能的化合物称为高能化合物高能化合物。l在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解断裂的活在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解断裂的活泼共价键称为泼共价键称为高能键高能键。用。用“”表示高能键型表示高能键型 根据高能化合物的键型特点，细胞内的高能化合根据高能化合物的键型特点，细胞内的高能化合物可划分为高能磷酸化合物和高能非磷酸化合物，以物可划分为高能磷酸化合物和高能非磷酸化合物，以高能磷酸化合物含量最多，也最常见。高能磷酸化合物含量最多，也最常见。2 2、高能化合物

12、的类型、高能化合物的类型高能磷酸化合物高能磷酸化合物高能非磷酸化合物高能非磷酸化合物磷氧键型磷氧键型氮磷键型氮磷键型 胍基磷酸化合物胍基磷酸化合物硫酯键型硫酯键型甲硫键型甲硫键型烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物焦磷酸化合物焦磷酸化合物（1 1）、）、磷氧键型（磷氧键型（O OP)P)COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-(A)(A)酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸CH3COOPOO-O-乙酰磷酸乙酰磷酸H3N+COOPOO-O-氨氨甲酰磷酸甲酰磷酸（B B）焦磷酸化合物焦磷酸化合物O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH

13、2O-POO-O-POO-ATP（腺苷三磷酸）（腺苷三磷酸）O-POO-O POO-O-焦磷酸焦磷酸ADP（腺苷二磷酸）腺苷二磷酸）（C C）烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）磷氧键型磷氧键型：酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物（2 2）、）、氮磷键型氮磷键型（如胍基磷酸化合物）（如胍基磷酸化合物）OPOONHCNHNCH3CH2COOHOPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH2磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸 磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、

14、神经）唯一的能起磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用的物质。暂时储能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质。（3 3）、硫酯键型）、硫酯键型RCOSCoA酰基辅酶酰基辅酶A（4 4）、甲硫键型）、甲硫键型COO-CHNH3+CH2CH2S+H3CAS-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸3 3、最重要的高能化合物、最重要的高能化合物ATPATP19291929年，德国生化学家年，德国生化学家C.H.C.H.FiskeFiske和和K.K.LohmannLohmann等分别从肌肉中分离出等分别从肌肉中分离出ATPATP（腺苷三磷酸）

15、，并认（腺苷三磷酸），并认识到它在识到它在肌肉收缩肌肉收缩中的重要作用，随着研究的深中的重要作用，随着研究的深入，发现入，发现ATPATP是能量的是能量的携带者携带者和和传递者传递者，但，但不是不是能能量的量的储存者储存者。在生理条件下，在生理条件下，ATP上三个磷酸基团的上三个磷酸基团的-OH处于处于电离状态，带四个电荷。电离状态，带四个电荷。4 个负电荷相互排斥，因而使磷酸酐键容易水解，释放能量个负电荷相互排斥，因而使磷酸酐键容易水解，释放能量ATPATP水解时释放大量的自由能，原因主要有四方面：水解时释放大量的自由能，原因主要有四方面：a a、ATPATP分子结构存在不稳定因素：分子结构

16、存在不稳定因素：ATPATP分子内有分子内有4 4个负电荷（个负电荷（ATPATP4-4-），），产生静电斥力，促产生静电斥力，促使使ATPATP水解成水解成ADPADP3-3-，而减弱斥力。而减弱斥力。ATPATP分子内存在相反分子内存在相反共振现象。由于在相邻的两个磷原子共振现象。由于在相邻的两个磷原子之间夹着一个氧原子，氧原子上存在有未共用电子对，而磷之间夹着一个氧原子，氧原子上存在有未共用电子对，而磷原子因原子因P=OP=O和和P-OP-O-间的诱电子效应带有部分正电荷，于是在两间的诱电子效应带有部分正电荷，于是在两个相邻的磷原子之间存在竞争氧原子上的未共用电子的现象，个相邻的磷原子之

17、间存在竞争氧原子上的未共用电子的现象，这种作用的结果会影响这种作用的结果会影响ATPATP分子的结构稳定性。分子的结构稳定性。O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-b b、ATPATP水解产物具有更大的共振稳定性水解产物具有更大的共振稳定性，其水解产物，其水解产物ADPADP3-3-和和PiPi的某些电子的能量水平远远小于的某些电子的能量水平远远小于ATPATP4-4-。c c、H H+的低浓度导致的低浓度导致ATPATP4-4-向向分解方向进行。分解方向进行。总的来说：反应物的不稳定性和产物的稳定性总的来说：反应物的不稳定性和产物的稳定性或反应物内的静电

18、斥力和产物的共振稳定使或反应物内的静电斥力和产物的共振稳定使ATP水水解释放大量能量。解释放大量能量。ATPATP水解时释放大量的自由能，原因主要有三方面：水解时释放大量的自由能，原因主要有三方面：ATP ATP是生物体通用的能量货币。是生物体通用的能量货币。ATPATP将产能反应和耗能反应偶联在一起。当生物体内将产能反应和耗能反应偶联在一起。当生物体内ATPATP的生成速的生成速率超过消耗速率时，率超过消耗速率时，ATPATP就能与肌酸作用生成磷酸肌酸，高能磷就能与肌酸作用生成磷酸肌酸，高能磷酸键就以磷酸肌酸的形式储存在动物体内。当酸键就以磷酸肌酸的形式储存在动物体内。当ATPATP的生成速

19、率低的生成速率低于消耗速率时，细胞内于消耗速率时，细胞内ATPATP浓度降低，磷酸肌酸将高能磷酸键转浓度降低，磷酸肌酸将高能磷酸键转移给移给ADPADP生产生产ATPATP，补充细胞对能量的需求。，补充细胞对能量的需求。生成核苷三磷酸（生成核苷三磷酸（NTPNTP）生物体内其他三种核苷三磷酸的合成与补充都依赖于生物体内其他三种核苷三磷酸的合成与补充都依赖于ATPATP。在相。在相应激酶作用下，生成的应激酶作用下，生成的CTPCTP主要用于磷脂的合成，主要用于磷脂的合成，GTPGTP用于蛋白质用于蛋白质的合成，的合成，UTPUTP用于多糖的合成。用于多糖的合成。ATP ATP是磷酸基团转移反应的

20、中间载体。是磷酸基团转移反应的中间载体。ATPATP在能量转化中的作用在能量转化中的作用 化合物化合物 磷酸基团转移势能磷酸基团转移势能 G （千卡千卡/摩尔）摩尔）磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 61.91，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 49.3磷酸肌酸磷酸肌酸 43.1乙酰磷酸乙酰磷酸 42.3磷酸精氨酸磷酸精氨酸 32.2ATP（ATPADP+Pi）30.5ADP（ADPAMP+Pi）30.5AMP（AMP腺苷腺苷+Pi）14.21-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 20.96-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 13.86-磷酸果糖磷酸果糖 15.91-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 9.2 某些磷酸化合物磷酸基团的转

21、移势能 磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能低磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能低 的物质转移。由于的物质转移。由于ATPATP的磷酸基团转移势能在常见的含磷的磷酸基团转移势能在常见的含磷酸基团化合物中处于中间位置，所以可在磷酸基团转移势酸基团化合物中处于中间位置，所以可在磷酸基团转移势能高的供体与转移势能低的受体之间充当中间载体。能高的供体与转移势能低的受体之间充当中间载体。磷酸基团转移势能磷酸基团转移势能（kcal/mol)246810121416ATPPEP1，3-二二P甘油酸甘油酸6-P葡萄糖葡萄糖3-P甘油甘油能能 荷荷vATPATP是是生命活动中能量的主要直接供体

22、，因此生命活动中能量的主要直接供体，因此ATPATP不断产生又不断消耗，不断产生又不断消耗，ATPATP、ADPADP和和AMPAMP的转换率非的转换率非常高。但它们在机体内总能保持相应的平衡状态，常高。但它们在机体内总能保持相应的平衡状态，以适应细胞对能量的需求。以适应细胞对能量的需求。例如：一个静卧的人例如：一个静卧的人2424小时内消耗约小时内消耗约4040公斤公斤ATPATP。v细胞所处的能量状态用细胞所处的能量状态用ATPATP、ADPADP和和AMPAMP之间的关系之间的关系式来表示，称为能荷，其在总的腺苷酸库中所负式来表示，称为能荷，其在总的腺苷酸库中所负荷的荷的ATPATP的比

23、例。公式如下：的比例。公式如下：ATP+1/2ADPATP+ADP+AMP腺苷酸库腺苷酸库能荷能荷=v 能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的ATPATP全部转变为全部转变为AMPAMP时能荷值为时能荷值为0 0，当，当AMPAMP全部转变为全部转变为ATPATP时，能荷值为时，能荷值为1 1。v 能荷调节：能荷可调节代谢，高能荷抑制能荷调节：能荷可调节代谢，高能荷抑制ATPATP的生成，的生成，促进促进ATPATP的应用，即促进机体内的合成代谢。的应用，即促进机体内的合成代谢。v 大多数细胞的能荷处于大多数细胞的能荷处于0.8-0.950.8

24、-0.95之间。进一步说明之间。进一步说明细胞内细胞内ATPATP的产生和利用都处于一个相对稳定的状态。的产生和利用都处于一个相对稳定的状态。v 能荷调节主要是通过ATP、ADP、AMP作为一些调节酶的变构效应物而起作用的。v 如糖酵解中磷酸果糖激酶的调控：高浓度的ATP是该酶的变构抑制剂，ATP的抑制作用可被AMP解除。第二节第二节 电子传递链电子传递链 一、概念一、概念 二、电子传递链的组成二、电子传递链的组成 三、电子传递链的排列顺序三、电子传递链的排列顺序 四、电子传递抑制剂四、电子传递抑制剂细胞怎样利用分子氧将有机化合物中的H氧化成H2O 一、概念一、概念v需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸

25、等通过各自的需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解途径所形成的还原性辅酶，包括分解途径所形成的还原性辅酶，包括NADHNADH和和FADHFADH2 2通过电子传递途径被重新氧化。通过电子传递途径被重新氧化。即还原即还原型辅酶上的氢原子以质子的形式脱下，其电型辅酶上的氢原子以质子的形式脱下，其电子沿一系列按一定顺序排列的电子传递体转子沿一系列按一定顺序排列的电子传递体转移，最后转移给分子氧并生成水，这个电子移，最后转移给分子氧并生成水，这个电子传递体系称为传递体系称为电子传递链电子传递链。由于消耗氧，故由于消耗氧，故也叫也叫呼吸链。呼吸链。v电子传递链存在于原核生物电子传递链存在于原核生物

26、质膜质膜上，存在于上，存在于真核细胞真核细胞线粒体内膜线粒体内膜上。上。线粒体内膜向内折叠形成嵴（cristae），扩大了内膜的面积。内膜表面含有 执行氧化反应的电子传递链 ATP合成酶 线粒体内膜转运蛋白线粒体的结构外膜、膜间隙、内膜和基质外膜、膜间隙、内膜和基质复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体 呼吸链由一系列的呼吸链由一系列的氢传递体氢传递体 和和电子传递体电子传递体组成。包括：组成。包括：NADH-NADH-CoQCoQ还原酶（复合体还原酶（复合体）琥珀酸琥珀酸-CoQCoQ还原酶（复合体还原酶（复合体IIII）CoQCoQ-细胞色素细胞色素c c还原酶（复合体还原酶（复

27、合体IIIIII）细胞色素氧化酶（复合体细胞色素氧化酶（复合体IVIV）二二 呼吸链的组成呼吸链的组成1 1、NADH-NADH-CoQCoQ还原酶还原酶(NADH(NADH脱氢酶、复合体脱氢酶、复合体、亦是第一个质子泵亦是第一个质子泵)是一个大的蛋白质复合体（是一个大的蛋白质复合体（3030多条肽链组成），以二多条肽链组成），以二聚体形式存在。每个单体含一个聚体形式存在。每个单体含一个FMNFMN为辅基的黄素蛋白为辅基的黄素蛋白和至少和至少7 7个铁个铁-硫蛋白硫蛋白（Fe-SFe-S）。）。是电子传递链中最大也最复杂的酶复合物。是电子传递链中最大也最复杂的酶复合物。功能：催化功能：催化NA

28、DHNADH上的上的2 2个电子传递给个电子传递给CoQCoQ，同时发生质，同时发生质子的跨膜转运，所以复合物子的跨膜转运，所以复合物即是电子传递体，也是即是电子传递体，也是质子转移体。质子转移体。vFMN或FAD通过氧化还原变化传递氢。NADH+HNADH+H+FMN FMNH+FMN FMNH2 2+NAD+NAD+v铁硫聚簇主要以（铁硫聚簇主要以（Fe-SFe-S）、）、(2Fe-2S)(2Fe-2S)或或(4Fe-4S)(4Fe-4S)形式存在，铁硫聚簇与蛋白质结合称为形式存在，铁硫聚簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白铁硫蛋白。铁硫聚簇（铁硫聚簇（Fe-SFe-S中心中心）+e-e-FMNHF

29、MNH2 2上脱上脱下传给下传给CoQCoQ，同时同时vNADH-CoQ还原酶还原酶先与先与NADH结合并将结合并将NADH上的两个氢转移到上的两个氢转移到 FMN辅基上，辅基上，NADH+H+FMN FMNH2+NAD+铁硫络合物铁硫络合物CoQe-e-MMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2H+2H+NADH-NADH-CoQCoQ还原酶各辅基（还原酶各辅基（辅酶辅酶）的氧化还原循环）的氧化还原循环NADH-Q还原酶还原酶泵到线粒体内膜外侧泵到线粒体内膜外侧辅酶辅酶Q Q（泛醌、亦简称泛醌、亦简称CoQCoQ,是许多酶的是许多酶的辅酶辅

30、酶)是脂溶性醌类化合物，电子传递链中唯一非蛋是脂溶性醌类化合物，电子传递链中唯一非蛋白组份，且分子较小，可在线粒体内膜的磷脂白组份，且分子较小，可在线粒体内膜的磷脂双分子层的疏水区双分子层的疏水区自由自由扩散。扩散。功能基团是苯醌功能基团是苯醌,通过醌通过醌/酚的互变传递氢，酚的互变传递氢，CoCoQ Q (醌型结构醌型结构)很容易接受很容易接受2 2个电子和个电子和2 2个质子，还个质子，还原成原成QHQH2 2（还原型）；还原型）；CoQHCoQH2 2也容易给出也容易给出2 2个电子个电子和和2 2个质子，重新氧化成个质子，重新氧化成CoQCoQ。因此，因此，它在线粒它在线粒体呼吸链中作

31、为电子和质子的传递体。体呼吸链中作为电子和质子的传递体。辅酶辅酶Q Q2 2、琥珀酸、琥珀酸-CoQCoQ还原酶（复合体还原酶（复合体）v又叫做琥珀酸脱氢酶，由又叫做琥珀酸脱氢酶，由4 4条多肽链组成，含条多肽链组成，含1 1个个黄素蛋白，黄素蛋白，2 2个铁硫蛋白和个铁硫蛋白和1 1个细胞色素个细胞色素b b。v其辅基包括其辅基包括FADFAD和和Fe-SFe-S聚簇。聚簇。v琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时其辅基其辅基FADFAD还原为还原为FADHFADH2 2，然后然后FADHFADH2 2又将电子传递又将电子传递给给Fe-SFe-S

32、聚簇。最后电子由聚簇。最后电子由Fe-SFe-S聚簇传递给聚簇传递给CoQCoQ。v复合物复合物只传递电子，不使质子跨膜输送只传递电子，不使质子跨膜输送3 3、CoQCoQ细胞色素细胞色素c c还原酶（复合体还原酶（复合体）v由由1010条多肽链组成，以二聚体形式存在，每个单体条多肽链组成，以二聚体形式存在，每个单体包括包括2 2个细胞色素个细胞色素b b，1 1个细胞色素个细胞色素c c1 1和一铁硫蛋白和一铁硫蛋白（2Fe-2S2Fe-2S）。v作用：将电子从还原型作用：将电子从还原型CoQCoQ转移到细胞色素转移到细胞色素c c，同时，同时发生质子的跨膜移位，所以复合体发生质子的跨膜移位

33、，所以复合体即是电子传递即是电子传递体也是质子移位体。体也是质子移位体。QH2 cyt.b Fe-S cyt.c1 cyt.c v是以铁卟啉（血红素）为辅基的色素蛋白（是以铁卟啉（血红素）为辅基的色素蛋白（有颜有颜色色），铁位于卟啉的中心构成血红素。），铁位于卟啉的中心构成血红素。v高等动物线粒体呼吸链中主要含有高等动物线粒体呼吸链中主要含有5 5种细胞色素，包种细胞色素，包括括b b、c c、c c1 1、a a、a a3 3等，细胞色素等，细胞色素b,cb,c1 1,c,c的辅基都是的辅基都是血红素血红素，细胞色素细胞色素a a、a a3 3的辅基为血红素的辅基为血红素A A。v细胞色素主

34、要是通过辅基中细胞色素主要是通过辅基中FeFe3+3+Fe Fe2+2+的互变起的互变起传递电子的作用。一个细胞色素每次传递一个电子。传递电子的作用。一个细胞色素每次传递一个电子。细胞色素（细胞色素（cytochrome,cyt）细胞色素（细胞色素（cytochrome,cyt）4 4、细胞色素、细胞色素c cv在复合体III和之间传递电子。细胞色素细胞色素c c交互地与交互地与CoQCoQ细胞色素细胞色素c c还原酶的还原酶的C C1 1和和细胞色素氧化酶接触细胞色素氧化酶接触v是一个分子量较小的球形蛋白质，它处于线粒体内膜外侧，是电子传递链中唯一的外周蛋白质。v是唯一能溶于水的细胞色素由由

35、 cyt.acyt.a和和a a3 3 组成。复合物中组成。复合物中除了含有铁卟啉外，还含有除了含有铁卟啉外，还含有2 2个铜原子（个铜原子（CuCuA A，CuCuB B）。）。CytaCyta与与CuCuA A相配合，相配合，cytacyta3 3与与CuCuB B相配相配合，当电子传递时，细胞色素的合，当电子传递时，细胞色素的FeFe3+3+Fe Fe2+2+间循环，同时间循环，同时CuCu2+2+CuCu+间循环，将电子从间循环，将电子从cytccytc直接传递给直接传递给O O2 2。也叫末端氧化酶。也叫末端氧化酶。5 5、细胞色素氧化酶、细胞色素氧化酶（复合体（复合体）NADHNA

36、DHNADH-QNADH-Q还原酶还原酶QQ-Q-细胞色细胞色素素c c还原酶还原酶细胞细胞色素色素c c细胞色素细胞色素氧化酶氧化酶O2琥珀酸琥珀酸-Q-Q还原酶还原酶FADHFADH2 2复合物复合物复合物复合物三、电子传递链的排列顺序三、电子传递链的排列顺序 呼吸链的各组分在线粒体内膜上是按一定顺呼吸链的各组分在线粒体内膜上是按一定顺序排列的，在线粒体内膜上主要有两条呼吸链：序排列的，在线粒体内膜上主要有两条呼吸链：NADH 呼吸链呼吸链 FADH2呼吸链呼吸链关于电子传递链排列顺序的实验证据关于电子传递链排列顺序的实验证据呼吸链电子传递顺序的确定经历了半个多世纪的探索，最关键的实验呼吸

37、链电子传递顺序的确定经历了半个多世纪的探索，最关键的实验概括如下：概括如下：测得每个电子传递体的标准氧化还原电位测得每个电子传递体的标准氧化还原电位E E0 0。呼吸链中呼吸链中传递体的氧化还原电位排列或对电子的亲和力传递体的氧化还原电位排列或对电子的亲和力 用已经分离出来的电子传递体进行体外重组用已经分离出来的电子传递体进行体外重组 氧化还原反应只能在相邻的的传递体间发生氧化还原反应只能在相邻的的传递体间发生利用电子传递链中各组份具特征吸收光谱的性质利用电子传递链中各组份具特征吸收光谱的性质，以游离线粒体在无氧时处于还原态作对照，缓慢供以游离线粒体在无氧时处于还原态作对照，缓慢供氧，通过双光

38、束分光光度计就能测定游离线粒体中氧，通过双光束分光光度计就能测定游离线粒体中各组份的差别吸收光谱，从而判断它们在电子传递各组份的差别吸收光谱，从而判断它们在电子传递链中的位置。链中的位置。关于电子传递链排列顺序的实验证据关于电子传递链排列顺序的实验证据n电子传递抑制剂和人工供体或受体的加入电子传递抑制剂和人工供体或受体的加入，阻断，阻断电子传递，位于阻断上游的传递体处于还原态，电子传递，位于阻断上游的传递体处于还原态，下游的处于氧化态，然后根据吸收光谱的改变进下游的处于氧化态，然后根据吸收光谱的改变进行测定。行测定。目前公认的电子传递体排列顺序FMN FeSCytb Fe-S cytc1cyt

39、aa3Fe-SFADH2NADH+H+CoQcytc O2 各组分缺一不可，顺序不可颠倒，复合物、组成NADH电子传递链的主要部分，催化NADH的氧化，而、组成FADH2电子传递链，催化琥珀酸的氧化。四、电子传递抑制剂四、电子传递抑制剂1 1、概念：、概念：能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质称为电子能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。传递抑制剂。电子传递抑制剂的使用是研究电子传递抑制剂的使用是研究呼吸链中电子传呼吸链中电子传递体顺序的有效方法。递体顺序的有效方法。2 2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位（1 1）鱼藤酮、安密妥、杀

40、粉蝶菌素。其作用是阻断电子在鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素。其作用是阻断电子在NADH-NADH-CoQCoQ还原酶还原酶内的传递，所以阻断了内的传递，所以阻断了电子由电子由NADHNADH向向CoQCoQ的传递。的传递。（2 2）抗霉素）抗霉素A A：干扰电子在细胞色素干扰电子在细胞色素c c还原酶中细胞色素还原酶中细胞色素b b上的上的传递，所以阻断电子由传递，所以阻断电子由QHQH2 2向向cytccytc1 1的传递。的传递。（3 3）氰化物（）氰化物（CNCN-）、）、硫化氢（硫化氢（H H2 2S S）、）、叠氮化物（叠氮化物（N N3 3-）、）、一一氧化碳（氧化碳（COCO）等：其

41、作用是阻断电子在细胞色素氧化酶中等：其作用是阻断电子在细胞色素氧化酶中传递，即阻断了电子由传递，即阻断了电子由cytaacytaa3 3向向分子氧的传递。分子氧的传递。NADH NADH-CoQ还原酶还原酶 鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素 CoQ cytb 抗霉素抗霉素A cytc1 cytc cytaa3 氰化物、一氧化碳、硫化氢、叠氮化合物氰化物、一氧化碳、硫化氢、叠氮化合物 O2呼吸链的电子传递抑制剂图示呼吸链的电子传递抑制剂图示第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化v概念概念v氧化磷酸化作用的机制氧化磷酸化作用的机制vATP合成机制合成机制v氧化磷酸化的解偶联剂和抑制

42、剂氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂v线粒体穿梭系统线粒体穿梭系统v氧化磷酸化的调控（了解）氧化磷酸化的调控（了解）有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎样转化成ATP?一、概念一、概念 氧化磷酸化是指细胞内伴随有机物氧化，氧化磷酸化是指细胞内伴随有机物氧化，利用生物氧化过程释放的自由能，促使利用生物氧化过程释放的自由能，促使ADPADP与与无机磷酸结合生成无机磷酸结合生成ATPATP的过程。生物体内的过程。生物体内ATPATP的的生成有三种方式：生成有三种方式：u 氧化磷酸化氧化磷酸化u 底物水平磷酸化底物水平磷酸化u 光合磷酸化光合磷酸化 底物水平磷酸化指底物水平磷酸化指ATPATP的形成

43、直接与一个代谢中间物的形成直接与一个代谢中间物（PEPPEP）上的磷酸基团转移相偶联的作用。上的磷酸基团转移相偶联的作用。1 1、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化特点：特点：ATPATP的形成直接与的形成直接与中间代谢物进行的反应相偶联中间代谢物进行的反应相偶联；在有；在有 O O2 2或无或无O O2 2条件下均可发生底物水平的磷酸化。条件下均可发生底物水平的磷酸化。是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。即伴随即伴随电子从底物到电子从底物到O O2 2的传递，的传递，ADPADP被磷酸化生成被磷酸化生成ATPATP的酶促过程，这种氧化与磷酸化相偶联的作用的酶促过程

44、，这种氧化与磷酸化相偶联的作用称为称为氧化磷酸化。氧化磷酸化。这是这是需氧需氧生物合成生物合成ATPATP的主要途径。的主要途径。真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。2 2、氧化磷酸化、氧化磷酸化 有关氧化磷酸化机制的几种假说有关氧化磷酸化机制的几种假说 化学偶联假说化学偶联假说 构象偶联假说构象偶联假说 化学渗透假说化学渗透假说二、氧化磷酸化作用的机制二、氧化磷酸化作用的机制认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应

45、形成高能共价中间物高能共价中间物，最后将其能量转移到，最后将其能量转移到ADPADP中形成中形成ATPATP。AHAH2 2+B+B+I I-OH A -OH A I I+BH+BH2 2+OH+OH-A A I I+X X-H+OH-H+OH-X X I I+A+H+A+H2 2O O X IX I+P P-OH -OH X X P P+I I-OH-OH X PX P+ADP ATP+ADP ATP+X X-H-H AH AH2 2+B+ADP+P-OH A+BH+B+ADP+P-OH A+BH2 2+ATP+H+ATP+H2 2O O（1）化学偶联假说（）化学偶联假说（1953年）年）E

46、dward SlaterADPATPATP磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶依据：底物水平磷酸化3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸在线粒体中至今未分离到与之相类似的高能共价中间物在线粒体中至今未分离到与之相类似的高能共价中间物 （2 2）构象偶联假说（）构象偶联假说（19641964）美国生化学家美国生化学家Paul BoyerPaul Boyer最早提出的。最早提出的。认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白蛋白质组分质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过种高

47、能形式通过ATPATP的合成而恢复其原来的构象。的合成而恢复其原来的构象。迄今未能分离出这种高能蛋白质。迄今未能分离出这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。的构象变化还是存在的。Paul Boyer（3 3）化学渗透假说（）化学渗透假说（19611961）v 由英国生物化学家由英国生物化学家Peter MitchellPeter Mitchell最先提出。最先提出。v 认为电子传递和认为电子传递和ATPATP的合成是通过一种跨线粒体的合成是通过一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。内膜的质子梯度相偶联的。Peter Mitchell即电子传

48、递释放的自由能驱动即电子传递释放的自由能驱动H H+从线粒体基质跨过内膜进入膜间从线粒体基质跨过内膜进入膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的隙，从而形成跨线粒体内膜的H H+梯度及一个电位梯度。这个跨膜梯度及一个电位梯度。这个跨膜的电化学势驱动的电化学势驱动ATPATP的合成。的合成。电子传递链中递氢体和电子传递体间隔交替排列，有序电子传递链中递氢体和电子传递体间隔交替排列，有序定位于完整线粒体内膜上，使氧化还原反应定向进行。定位于完整线粒体内膜上，使氧化还原反应定向进行。在电子传递链中，复合物在电子传递链中，复合物、中的递氢体具有质中的递氢体具有质子泵的作用，即递氢体在接受线粒体内底物上的氢原子子

49、泵的作用，即递氢体在接受线粒体内底物上的氢原子后，将其中的电子传递给随后的电子传递体，而将其中后，将其中的电子传递给随后的电子传递体，而将其中的两个的两个H H+释放到线粒体内膜外侧，所以电子传递系统是释放到线粒体内膜外侧，所以电子传递系统是一个主动运输质子的体系，三种复合物都是由电子传递一个主动运输质子的体系，三种复合物都是由电子传递驱动的质子泵。驱动的质子泵。完整的线粒体内膜具选择透性，完整的线粒体内膜具选择透性，H H+不能自由通过，由于不能自由通过，由于泵到膜间隙的质子不能自由返回，致使电子传递过程中，泵到膜间隙的质子不能自由返回，致使电子传递过程中，在线粒体内膜两侧建立起来质子浓度梯

50、度，这种跨膜的在线粒体内膜两侧建立起来质子浓度梯度，这种跨膜的质子电化学梯度中包含了电子传递过程中释放的能量，质子电化学梯度中包含了电子传递过程中释放的能量，成为推动成为推动ATPATP合成的原动力，也称质子推动力。合成的原动力，也称质子推动力。在线粒体内膜上嵌有在线粒体内膜上嵌有F Fo oF F1 1-ATP-ATP酶。酶。化学渗透学说要点（化学渗透学说要点（要记住我哟！要记住我哟！）v化学渗透假说示意图化学渗透假说示意图v支持化学渗透假说的实验证据：支持化学渗透假说的实验证据：(1)(1)氧化磷酸化作用的进行需要封闭的氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。线粒体内膜存在。(2)(