生物化学(王镜岩版)第七章-生物氧化.ppt

第七章：电子传递与氧化磷酸化一、概述生物氧化有机分子在细胞内氧化分解成二氧化碳和水并释放出能量形成ATP的过程统称为生物氧化其实质是需氧细胞在呼吸作用中发生的一系列氧化还原反应，即细胞氧化或细胞呼吸1 1精选课件精选课件pptppt生物氧化的特点：1、体温条件下进行2、酶促反应3、逐步氧化并释放能量4、在氧化过程中产生的能量一般都储存在ATP中2 2精选课件精选课件pptppt二、氧化还原电势氧化还原反应凡是反应中有电子从一种物质转移到另一种物质的化学反应称为氧化还原反应即电子转移反应就是氧化还原反应如：Fe 3 e Fe 2 氧化型 还原型 电子受体 电子供体 3 3精选课件精选课件pptppt氧化还原电势还原剂失掉电子或氧化剂得到电子的倾向称氧化还原电势4 4精选课件精选课件pptppt标准电势任何的氧化-还原物质即氧还电对都有其特定的电动势，称标准电势用E0或0表示氧还电对的标准电势值越大，越倾向于获得电子例如，异柠檬酸/-酮戊二酸+CO2电对在浓度均为1.0mol/L时，其标准电势为-0.38V，这个氧化电对倾向于将电子传递给氧还电对NADH/NAD+，因为其标准电势为-0.32V。

5 5精选课件精选课件pptppt 三、电子传递与氧化呼吸链6 6精选课件精选课件pptppt糖原糖原三酯酰甘油三酯酰甘油蛋白质蛋白质葡萄糖葡萄糖脂酸脂酸+甘油甘油氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoATACTAC2H2H 呼呼吸吸链链H H2 2OOADP+PiATPCOCO22*生物氧化的一般过程7 7精选课件精选课件pptppt呼吸链的概念代代谢谢物物脱脱下下的的成成对对氢氢原原子子（2H）通通过过多多种种酶酶和和辅辅酶酶所所催催化化的的链链式式反反应应逐逐步步传传递递，最最终终与与氧氧结结合合生生成成水水这这一一系系列列酶酶和和辅辅酶酶所所组组成成的的且且与与细细胞胞利利 用用 氧氧 有有 关关 的的 链链 式式 反反 应应 称称 为为 呼呼 吸吸 链链(respiratorychain)又又称称电电子子传传递递链链(electrontransferchain)8 8精选课件精选课件pptppt电子传递链电子从NADH或FADH2传递到O2所经过的途径称为电子传递链，或称呼吸链，由蛋白质复合体构成分为NADH-Q、还原酶琥珀酸-Q还原酶、细胞色素还原酶和细胞色素氧化酶4个部分电子传递链存在于真核细胞的线粒体内膜上，存在于原核细胞的质膜上。

9 9精选课件精选课件pptppt在传递过程中，电子的传递仅发生在相邻的电子载体之间，它的传递方向与每个电子所具有的电化学势能的大小相关即电子的流动方向总是由电负性较低的氧还电对流向更强电正性的氧还电对1010精选课件精选课件pptppt电子从电负性流向电正性是伴随着自由能的降低，其标准自由能变化的计算公式为：G0=-nF E0n为转移电子数，F为法拉第常数=23062cal/Vmol，E0为标准电势变化利用此公式可以计算出电子传递链中每一步电子传递的自由能变化1111精选课件精选课件pptppt四、线粒体呼吸链的组成(一)呼吸链的组成成分1212精选课件精选课件pptppt细胞色素还原酶细胞色素c细胞色素氧化酶O2NADH-Q还原酶FADH2琥珀酸-Q还原酶NADH辅酶QFMN、Fe-SFAD、Fe-S 细胞色素 b-562 细胞色素b-566 细胞色素c1血红素a血红素a3CuA和 CuB Fe-S1313精选课件精选课件pptppt1.复合体:NADH-泛醌还原酶u 功能功能:将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌(ubiquinone)复合体复合体NADHCoQFMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-21414精选课件精选课件pptpptNAD+和和NADP+的结构的结构R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+1515精选课件精选课件pptpptNAD+（NADP+）和）和NADH（NADPH）相互转变）相互转变氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。

氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间1616精选课件精选课件pptpptFMN结结构构中中含含核核黄黄素素，发发挥挥功功能能的的部部位位是是异异咯咯嗪嗪环环，氧氧化化还还原原反反应应时时不不稳稳定定中中间间产产物物是是FMN1717精选课件精选课件pptppt铁铁硫硫蛋蛋白白中中辅辅基基铁铁硫硫簇簇(Fe-S)含含有有等等量量铁铁原原子子和和硫硫原原子子，其其中中铁铁原原子子可可进进行行Fe2+Fe3+e 反应传递电子反应传递电子表示无机硫表示无机硫 1818精选课件精选课件pptppt泛醌（辅酶泛醌（辅酶Q,CoQ,Q）由多个异戊二烯连接）由多个异戊二烯连接形成较长的疏水侧链（人形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应），氧化还原反应时可生成中间产物半醌型泛醌时可生成中间产物半醌型泛醌1919精选课件精选课件pptppt复合体复合体的功能的功能 NADH+H+NAD+FMNFMNH2还原型还原型Fe-S氧化型氧化型Fe-SH22020精选课件精选课件pptppt2.复合体:琥珀酸-泛醌还原酶u 功能功能:将电子从琥珀酸传递给泛醌将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S32121精选课件精选课件pptppt2222精选课件精选课件pptppt细 胞 色 素细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。

子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类2323精选课件精选课件pptppt2424精选课件精选课件pptppt3.复合体复合体:泛醌泛醌-细胞色素细胞色素c还原酶还原酶 u 功能：功能：将电子从泛醌传递给细胞色素将电子从泛醌传递给细胞色素c复合体复合体b562;b566;Fe-S;c1QH2Cytc2525精选课件精选课件pptppt2626精选课件精选课件pptppt4.复合体复合体:细胞色素细胞色素c氧化酶氧化酶u功能：功能：将电子从细胞色素将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧复合体复合体CuAaa3CuB其中其中Cyta3和和CuB形成的活性部位将电子交给形成的活性部位将电子交给O2还原型还原型CytcO22727精选课件精选课件pptppt2828精选课件精选课件pptppt 由以下实验确定由以下实验确定 标准氧化还原电位标准氧化还原电位 拆开和重组拆开和重组 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧（二）（二）呼吸链成分的排列顺序呼吸链成分的排列顺序2929精选课件精选课件pptppt1.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O22.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸琥珀酸 复合体复合体 Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O23030精选课件精选课件pptpptNADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链3131精选课件精选课件pptppt电子传递链电子传递链3232精选课件精选课件pptppt五、五、氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用Oxidative phosphorylation：氧化磷酸化作用是指在生物氧化过程中伴随着ATP生成的作用。

具体说，就是代谢物被氧化释放的电子通过一系列电子传递体从NADH或FADH2传到O2并伴随将ADP磷酸化产生ATP的过程这一系列反应是粒体内膜上进行，是需氧生物取得ATP的主要来源.3333精选课件精选课件pptppt真核生物的电子传递和氧化磷酸化都是在细胞的线粒体内膜发生原核生物则是在浆膜发生的一）线粒体的结构3434精选课件精选课件pptppt线粒体的结构线粒体的结构内膜脊膜3535精选课件精选课件pptppt线粒体的结构普遍存在于动植物细胞内，呈球状、棒状、线状等，是需氧细胞产生ATP的主要部位在细胞中的数目可达数百到数千线粒体有两层膜：外膜和内膜，中间为膜间隙，线粒体内部为基质内膜向基质内折叠为嵴，嵴的存在大大增加了内膜的面积内膜是细胞溶胶和线粒体基质间的主要屏障膜间隙通过外膜与细胞溶液相接触3636精选课件精选课件pptppt线粒体内膜的功能有线粒体内膜的功能有3个方面：个方面：（见（见P130）1、是将丙酮酸和脂肪酸氧化为CO2，同时使NAD+、FAD还原为NADH和FADH2，这发生粒体基质或面向基质的内膜蛋白质上；2、是电子从NADH和FADH2传至线粒体内膜上，并同时形成跨膜质子泵；3、将储存在电化学质子梯度的能量由内膜上的ATP合成酶（F0F1ATPase）合成ATP。

3737精选课件精选课件pptppt ATP的生成方式：的生成方式：底物磷酸化氧化磷酸化光合磷酸化（植物体内或某些微生物）3838精选课件精选课件pptppt（二）氧化磷酸化作用机制在生物氧化反应中，在生物氧化反应中，氧化与还原总是氧化与还原总是相互偶联的相互偶联的粒体呼吸链中，推粒体呼吸链中，推动电子从动电子从NADH传递到传递到O2的力，是由的力，是由于于NAD+/NADH+H+和和1/2O2/H2O两个半反应之间存在很大的两个半反应之间存在很大的电势差电势差3939精选课件精选课件pptppt(a)O2+2H+2e-H2OE0=+0.82V(b)NAD+H+2e-NADHE0=-0.322V G=-nF E0=-2 96500 1.14=-220kJ/mol（52.7kcal/mol)4040精选课件精选课件pptppt上面讲的是在电子传递过程中，自由能的上面讲的是在电子传递过程中，自由能的释放而电子传递过程中释放的自由能储存于而电子传递过程中释放的自由能储存于ATP的过程，是吸能的过程的过程，是吸能的过程放能和吸能的过程相偶联就是氧化磷酸化放能和吸能的过程相偶联就是氧化磷酸化的主要内涵。

的主要内涵4141精选课件精选课件pptpptP/O比比：指指一一对对电电子子通通过过呼呼吸吸链链传传至至氧氧所所产产生生的的ATP分分子子数数，或或者者指指电电子子经经过过呼呼吸吸链链传传递递消消耗耗一一个个原原子子的的氧氧所所要要消消耗耗的的无无机机磷磷的的分分子数，它反映氧化磷酸化的效率子数，它反映氧化磷酸化的效率NADH1/2O2P/O比为比为3FADH21/2O2P/O比为比为24242精选课件精选课件pptppt1.ATP合成的部位合合成成1molATP时时，需需要要提提供供的的能能量量至至少少为为G0=-30.5kJ/mol，相相当当于于氧氧化化还还原原电电位位差差E0=0.2V故故在在NADH氧氧化化呼呼吸吸链链中中有有三三处处可可生生成成ATP，而而在在琥琥珀珀酸酸氧氧化化呼呼吸吸链链中中，只只有有两两处处可可生生成成ATP4343精选课件精选课件pptpptFAD（0.18)NAD+FMN(Fe-S)CoQb(Fe-S)c1caa31/2O2-0.32-0.30+0.04+0.07+0.22+0.25+0.29+0.82ATPATPATP4444精选课件精选课件pptppt2.氧化磷酸化的偶联机制（能量偶联假说）氧化磷酸化作用与电子传递相偶联的方式是怎样的？提出的假说有：化学偶联假说构象偶联假说化学渗透假说等（P131）。

葡萄糖彻底氧化生成ATP的总结算：4545精选课件精选课件pptppt目目前前公公认认的的氧氧化化磷磷酸酸化化的的偶偶联联机机制制是是1961年年由由Mitchell提提出出的的化化学学渗渗透透学学说说这这一一学学说说认认为为氧氧化化呼呼吸吸链链存存在在于于线线粒粒体体内内膜膜上上，当当氧氧化化反反应应进进行行时时，H+通通过过氢氢泵泵作作用用被被泵泵到到线线粒粒体体内内膜膜外外侧侧（膜膜间间腔腔），从从而而形形成成跨跨膜膜pH梯梯度度和和跨跨膜膜电电位位差。