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单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1 1* *第十章 生物氧化 电子传递和氧化磷酸化作用思考？目录 第一节 生物氧化 第二节 线粒体电子传递体系 第三节 氧化磷酸化作用第一节 生物氧化 一、生物氧化概念 二、生物氧化的特点 三、生物氧化的本质及过程 四、物质体内/外氧化的比较二、生物氧化的特点 在活体细胞中进行，需一系列的酶参加 在温和条件进行 复杂的氧化还原过程 能量逐步释放，以ATP形式储存和转运 真核细胞粒体内膜，原核细胞在质膜上进行三、生物氧化的本质及过程1、生物氧化的本质2、生物氧化过程中CO2的生成3、生物氧化过程中H2O的生成4、有机物在体内氧化释能的三个阶段1、生物氧化的本质 就是指电子传递和氧化磷酸化，是NADH和FADH2上的电子通过一系列的电子传递载体传递给氧，伴随NADH和FADH2的再氧化，将释放的能量使ADP磷酸化形成ATP的过程2、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：-脱羧和-脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧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-NH2R3、H2O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 。

MH2M递氢体递氢体H2 NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ还原型氧化型Cyt递电子体 b, c1, c, aa32H+2e O2O2-H2O脱氢酶氧化酶脂肪葡萄糖、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四、物质体内/外氧化的比较 物质在体内外氧化所需要的氧的量、最终产物和释放的能量均相同 体外氧化（燃烧）所产生的水和二氧化碳由物质中的碳和氢直接与氧结合生成 释放的能量是在瞬间完成第二节、线粒体电子传递体系 一、电子传递呼吸链的概念 二、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化 三、电子传递抑制剂 四、呼吸链的作用线粒体呼吸链是由一系列位于线粒体内膜（真核生物）的递氢体和递电子体组成的从NADH或FADH2向氧传递电子的系统这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链（eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。

原核细胞的呼吸链位于质膜上，真核细胞则位于线粒体内膜上二、两主要呼吸链的组分： 呼吸链包含15种以上组分，主要由镶嵌粒体内膜上的4种酶复合体和2种可移动电子载体构成其中复合体 (NADH-Q还原酶)、（琥珀酸Q还原酶）、 (细胞色素还原酶)、(细胞色素氧化酶)、辅酶Q和细胞色素C的数量比为1：2：3：7：63：9根据接受氢的初受体不同，典型的呼吸链有1）NADH呼吸链 2）FADH2呼吸链NADH呼吸链NADHFMNCo QFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等复合物 II复合物 IV复合体 I复合物 IIINADH-Q还原酶细胞色素还原酶细胞色素氧化酶琥珀酸-辅酶Q还原酶FADH2呼吸链 NADH脱氢酶复合物包括两个电子传递系统（FMN，铁-硫中心）作用是将电子从NADH传递给COQ NAD+中的烟酰胺氮为5价，能够接受电子变成3价，而其对侧的碳原子能够进行加氢反应（仅1个氢原子）1）复合体 (NADHQ还原酶) FMNFMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形成的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形成还原型还原型FMNHFMNH2 2。

还原型还原型FMNHFMNH2 2可以进一步将电子转移可以进一步将电子转移给给Fe-SFe-S聚簇上 Fe-S聚簇是NADH-Q还原酶的另一种辅基，NADH脱氢酶辅基FMNH2的电子又转移到铁硫聚簇上 铁原子与铁硫蛋白中的半光氨酸残基的硫原子结合，组合成铁-硫中心（iron-sulfur center)，借铁的变价（Fe3+Fe2+）接受电子并转给辅酶Q铁硫蛋白类 又称泛醌（ubiquinone，CoQ)，是脂溶性辅酶，可以结合在膜上，也可以以游离状态存在；能接受多种脱氢酶（琥珀酸脱氢酶）脱下的氢和电子转变为泛醇（ CoQH2）或称还原性泛醌，处在呼吸链的中心地位它与蛋白质结合不紧，可在黄素脱氢酶类与细胞色素类之间起载体作用 辅酶Q的作用是将电子从NADH-Q还原酶和琥珀酸Q还原酶转移给细胞色素bc1复合体，H+释放出 （2）辅酶Q（3 3）复合体）复合体（琥珀酸（琥珀酸Q Q还原酶）还原酶） 是一种嵌粒体内膜上的酶蛋白，由琥珀酸脱氢酶（一种以FAD为辅基的黄素蛋白）和一种铁硫蛋白组成，将从琥珀酸得到的电子传递给辅酶Q，从而进入电子传递链 其作用靠铁的变价传递电子，由Co-QH2传到细胞色素c。

ctybc1复合体含：ctyb （Cytb562和Cytb566）、 Ctyc1、 铁-硫蛋白（4）复合体（细胞色素还原酶、细胞色素bc1复合体）细胞色素（简写为cyt. ） 传递电子机理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特点：以血红素（heme）为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉 类别: 根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种（b、c、c1、a和a3)Cytb、cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体；a和a3以复合物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu，可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧化酶细胞色素主要是通过细胞色素主要是通过FeFe3+3+FeFe2+2+的互变起传递电子的作用的的互变起传递电子的作用的5 5）ctycctyc：在ctybc1复合体和cty氧化酶间传递电子 它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水它与细胞色素c1含有相同的辅基，但是蛋白组成则有所不同在电子传递过程中，cyt.c通过 Fe3+Fe2+的互变起电子传递中间体作用6 6）细胞色素氧化酶）细胞色素氧化酶复合物复合物 IV IV将电子从细胞色素C传递给氧cty氧化酶：活性部分主要包括ctya和ctya3除含铁卟啉外，还含有铜原子（Cu2+Cu+）ctya和ctya3很难分开，合称为Cytaa3NADH呼吸链电子传递和水的生成H2O12O2O2-MH2还原型代 谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 细胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代 谢底物FADH2呼吸链电子传递和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 细胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2e呼吸链中电子传递时自由能的下降(P121)FADH22e-NADH氧还电势作用 呼吸链的作用是接受还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应，生成ATP第三节 氧化磷酸化作用一、 氧化磷酸化和磷氧比（P/O）的概念二、氧化磷酸化的偶联机理三、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、线粒体外NADH的氧化磷酸化作用五、葡萄糖彻底氧化生成ATP的总结算 氧化磷酸化 代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即ADP+PiATP）,这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化类别： 底物水平磷酸化 电子传递水平磷酸化ADP + Pi ATP + H2O生物氧化过程中释放出的自由能 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磷酸烯醇式丙酮酸转移磷酸基团形成ATP） 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磷氧比（ P/O ）呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和氧（O）消耗量的比值称为磷氧比由于在氧化磷酸化过程中，每传递一对电子消耗一个氧原子；而每生成一分子ATP消耗一分子Pi ，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的ATP分子数。

氧化磷酸化的大小用P/O表示.NADHFADH2O212H2OH2O例 实测得NADH呼吸链： P/O 3ADP+Pi ATP实测得FADH2呼吸链： P/O 2O2122e-2e-ADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP二、氧化磷酸化的偶联机理 氧化与磷酸化作用如何耦联尚不够清楚，目前主要有三个学说： 1953年 Edward Slater 化学偶联假说 1964年 Paul Boyer 构象偶联假说 1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说1978年获诺贝尔化学奖实验证据实验证据实验证据: :a、氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在 b、线粒体内膜对H+、OH-、K-、和Cl-等离子都是不通透的； c、破坏H+浓度梯度的形成，都必然破坏氧化磷酸化作用的进行；d、线粒体电子传递所形成的电子流能够将H+从线粒体内膜逐出 到线粒体膜间隙；e、膜表面不仅能滞留大量质子，而且在一定条件下，质子沿 膜表面迅速转移内膜F0F1 ATP酶e-ADP+Pi底物H+ATPH+H+H+基质膜间隙电子传递链 呼吸链存在于线粒体内膜之上，当氧化进行时，呼吸链起质子泵作用，质子被泵出线粒体内膜之外侧，造成了膜内外两侧间跨膜的化学电位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP与Pi合成ATP。

化学渗透假说(chemiosmotic hypothasis) 三、氧化磷酸化的解偶联和抑制三、氧化磷酸化的解偶联和抑制 根据化学因素对氧化磷酸化的影响方式，可分为三类：解偶联剂、氧化磷酸化抑制剂和离子载体抑制剂 （1）解偶联剂：使电子传递和ATP形成分离，只抑制后者，不抑制前者电子传递失去控制，产生的自由能变成热能，能量得不到储存代表如2，4-二硝基苯酚（DNP），可将质子带入膜内，破坏H+跨膜梯度的形成，又称质子载体 氧化磷酸化抑制剂：通过抑制氧的利用直接干扰ATP的形成，因偶联而抑制电子传递的高能态形成ATP如加入解偶联剂，可解除对利用氧的抑制 如寡霉素 离子载体抑制剂：一类脂溶性物质，可运载除H+外的一价阳离子过膜如缬氨霉素（K+）、短杆菌肽（Na+、K+）等四、 线粒体外NADH的氧化磷酸化作用细胞溶胶内的NADH不能透过线粒体内膜进入线粒体氧化，需要通过两种“穿梭”途径解决： 磷酸甘油穿梭系统 苹果酸天冬氨酸穿梭系统 酵解（细胞质）氧化磷酸化 （线粒体）（1）甘油3磷酸穿梭途径（2）苹果酸-天冬氨酸穿梭作用细胞液线粒体内膜体天冬氨酸-酮戊二酸苹果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸苹果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+线粒体基质苹果酸脱氢酶NADH+H+苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶（、 、 、 为膜上的转运载体）呼吸链葡萄糖彻底氧化生成ATP的总结算 葡萄糖分解通过糖酵解和柠檬酸循环形成的ATP(2个)或GTP(1个)的分子数，根据化学计算可以得到明确的答复。

但是氧化磷酸化产生的ATP分子数并不十分准确，因为质子泵、 ATP的合成以及代谢物的转运过程并不需要是完整的数值甚至不需要是固定值，根据当前最新测定， H+经N。