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1、第六章 电子传递体系与氧化磷酸化主要内容和要求：重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子传递机理和氧化磷酸化机理。对非线粒体氧化体系作一般介绍。思考目录第一节 生物氧化概述第二节 线粒体电子传递体系第三节 氧化磷酸化作用第四节 非线粒体氧化体系（自学）第一节 生物氧化概述一、生物氧化的概念和特点二、生物能学简介三、 高能化合物生物氧化的特点和方式1、生物氧化的特点2、生物氧化过程中CO2的生成和H2O的生成3、有机物在体内氧化释能的三个阶段糖类、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（biological oxidation），其实质是需氧细胞
2、在呼吸代谢过程中所进行的 一系列氧化还原反应过程。生物氧化的特点在活的细胞中（pH接近中性、体温条件下），有机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体参与下进行，其途径迂回曲折，有条不紊。 氧化过程中能量逐步释放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP）截获，再供给机体所需。在此过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释放的能量尽可得到有效的利用。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-COOHO 丙酮酸脱氢酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：
3、+CO2H2N-CH-COOHR 氨基酸脱羧酶CH2-NH2RH2O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 。CH3CH2OHCH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脱氢酶例：12 O2NAD+电子传递链H2O2eO=2H+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，
4、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三、生物能学简介1、生物能的转换及生物系统中的能流2、自由能的概念及化学反应自由能的计算自由能（free energy）的概念定义式：=H-TS物理意义：* (体系中能对环境作功的能量)自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： G0，反应不能自发进行G=0，反应处于平衡状态。化学反应自由能的计算a.利用化学反应平衡常数计算基本公式：G=G+ RTlnQc (Qc-浓度商)G= - RTlnKeq例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化b.利用标准氧化还原电位（E）计算（限于氧化还 原反应）基本公式：G=
5、nFE(E=E+-E-)例：计算NADH氧化反应的G计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化达平衡时 =Keq=19解：G= - RTlnKeq=-2.3038.314 311 log19=-7.6KJ.mol-1G=G+ RTlnQc (Qc-浓度商)=-7.6+ 2.3038.314 311 log0.1=-13.6KJ.MOL-1未达平衡时 =Qc=0.1反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求 G0。如果反应未达到平 衡，设G-1- P=0.01mol.L， G-6-P=0.001mol.L， 求反应的 G是多少？例题：例题：计算下反应式G
6、NADH+H+1/2O2=NAD+H2O正极反应：1/2O2+2H+2e H2OE+ 0.82负极反应：NAD+H+2e NADH E- -0.3G-nFE -2964850.82-(-0.32) -220 KJmol-1生物系统中的能流四、高能化合物1、高能化合物的类型2、ATP的特点及其特殊作用生化反应中，在水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能（21千焦/摩尔）的化合物称为高能化合物。高 能 化 合 物 类 型ATP的特点在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完 全解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-），具有 较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很 大（G=-30.5千
7、焦/摩尔）。腺嘌呤核糖 O P O P O P O-OOOO-O-O-+Mg2+ATP4- + H2O ADP3- + Pi2- + H+ G -30.5kJMOL-1ATP3- + H2O ADP2- + Pi3- + H+ G -33.1kJMOL-1ATP的特殊作用 ATP是细胞内的“能量通货” ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体P PP PATPP02108641214磷 酸 基 团 转 移 能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘 油酸磷酸磷酸肌酸 （磷酸基团储备物） 6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油第二节 线粒体电子传递体系 一、线粒体结构特点二、电子传递呼吸链的概念三、呼吸链的组成四、机体内两条
8、主要的呼吸链及其能量变化五、电子传递抑制剂线粒体呼吸链线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在 这里氧化所产生的NADH和 FADH2将质子和电子转移 到内膜的载体上，经过一 系列氢载体和电子载体的 传递，最后传递给O2生成 H2O。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。呼吸链的组成1.烟酰胺脱氢酶类2. 黄素蛋白酶类3. 铁-硫蛋白类4. 辅酶(CoQ）5. 细胞色素类NADH辅 酶 Q （CoQ）Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等黄素蛋白 （F AD）黄素
9、蛋白 （FMN）细胞色素类铁硫蛋白 （Fe-S）铁硫蛋白 （Fe-S）NADH呼吸链H2O1 2O2O2-MH2 还原型代 谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+细胞色素b- c- c1 -aa3Fe S2H+M 氧化型代 谢底物FADH2呼吸链FADFADH2琥珀酸Fe S2Fe2+2Fe3+细胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ1 2O2O2-2H+H2O延胡索酸烟酰胺脱氢酶类特点：以NAD+ 或NADP+为辅酶，存在于线粒体、基质或胞液中。传递氢机理: NAD(P) + + 2H+ +2e NAD(P)H + H+黄素蛋白酶类特点：
10、以FAD或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白类别：黄素脱氢酶类（如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）需氧脱氢酶类（如L氨基酸氧化酶）加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）递氢机理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2铁硫蛋白+e传递电子机理：Fe3+ Fe2+-e特点：含有Fe和对酸不稳定的S原子，Fe和 S常以等摩尔量存在（Fe2S2, Fe4S4 )，构成Fe S中心，Fe与蛋白质分子中的4个Cys残基 的巯基与蛋白质相连结。铁硫蛋白的结构及递电子机理S Fe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys传递电子机理：Fe3+ Fe2+-e+eCoQ特点：带有聚异戊二烯侧链的
11、苯醌，脂 溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由 泳动。+2H+2e传递氢机理：CoQ CoQH22H+2eCoQ的结构和递氢原理CoQ+2H CoQH2细胞色素传递电子机理：+e +eFe3+ 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)，cyt b和cytc1、cytc在呼吸 链中的中为电子传递体，a和a3以复合物物存在，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。细胞色素的结构和递电子机理传递电子机理：Fe3+
12、 Fe2+-e+eNADH呼吸链和FADH2呼吸链FADH2 FeSNADHFMNFeSCoQCytbFeSCytc1CytcCytaa3O2NADH呼吸链FADH2呼吸链电 子 传 递 链 中 各 中 间 体 的 顺 序NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸等复合物 II复合物 IV复合物 I复合物 IIINADH 脱氢酶辅酶Q-细胞色素 还原酶细胞色素C 还原酶琥珀酸-辅酶Q 还原酶呼吸链中电子传递时自由能的下降FADH2 2e-NADHNADH呼吸链电子传递过程中自由能变化总反应: NADH+H+1/2O2NAD+H2O
13、 G=-nFE =-296.50.82-(-0.32)=-220.07千焦mol-1总反应：FADH2+1/2O2FAD+H2O G=-nFE= -296.50.82-(-0.18)=-193.0千焦mol-1FADH2呼吸链电子传递过程中自由能变化线粒体结构第三节 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、 线粒体外NADH的氧化磷酸化作用四、能荷 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 A
14、TP + H2O生物氧化过程中 释放出的自由能磷氧比（ P/O ）呼吸过程中无机磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）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。NADHFADH2O21 2H2OH2O例 实测得NADH呼吸链： P/O 3ADP+Pi ATP实测得FADH2呼吸链： P/O 2O21 22e-2e-ADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP氧化磷酸化的偶联机理1、化学渗透假说2、氧化磷酸化的抑制解偶联剂和离子载体抑制剂氧化磷酸化抑制剂化学渗透假说示意图2H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高 质 子 浓 度H2O2e-+ + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _质子流线粒体内膜磷酸化 氧化 2,4-二硝基苯酚的解偶联作用NO2NO2O-N
