生物化学教学第五章生物氧化ppt课件

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1、第 五 章 生 物 氧 化 第一节 概 述 一. 生物氧化的概念 一切生物体都要靠能量来维持其生命活动，其所需能量大都直接源于体内糖、脂、蛋白质等有机物质的氧化。 生物氧化就是指有机物在生物体内被氧化分解为CO2、H2O并释放出能量的过程。 生物氧化实践上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化复原反响，故又称为细胞氧化、细胞呼吸，有时也叫组织呼吸。二. 生物氧化的特点 生物氧化是在温度为体温、pH近乎中性的水溶液这样一个细胞内环境中发生的，经一系列酶、辅酶和中间传送体的作用逐渐进展的。 在这个过程中，从代谢物上脱下的氢最终被传到氧而生成水; 能量逐渐释放，其中有相当一部份并不以热能的方式散失，而是先

2、被传送到高能化合物如ATP上，再满足生物的需求； 此外还有CO2产生。 从本质上讲，有机分子在体内发生的生物氧化与其在体外发生的化学过程是一样的。 这表如今都发生有脱氢、失去电子，最终产物都为H2O和CO2以及所释放的能量在数量上是一样的。 但是，体外的化学熄灭常需高温，能量的释放为骤发式的，并伴随产生大量的光和热。 而生物氧化那么是逐渐进展的，能量逐渐释放，不会引起体温的骤然升高。 真核细胞中，生物氧化主要在线粒体内 进展，而在不含线粒体的原核生物细胞中， 生物氧化那么在细胞膜上进展。第二节 生物氧化中CO2的生成 生物氧化过程中产生的CO2并非由代谢物质中的碳原子直接与氧结合而成的。 它来

3、源于由糖、脂和蛋白质等有机物转变生成的含羧基化合物有机酸，这些有机酸在酶的作用下脱羧基即可生成CO2。一. 直 接 脱 羧 由特异性脱羧酶催化，直接从有机酸上脱去羧基而又与氧化复原作用无关的过程，即直接脱羧。 根据脱羧过程中产生CO2的羧基在有机酸分子中的位置，又可将该脱羧作用分为-直接脱羧和-直接脱羧。 二. 氧 化 脱 羧 在酶的作用下伴随有氧化复原反响而从有机酸上脱去羧基的过程即为氧化脱羧。 根据脱羧过程中产生CO2的羧基在有机酸分子中的位置，又可将该脱羧作用分为-氧化脱羧和-氧化脱羧。第三节 生物氧化中H2O的生成 一. 呼吸链及其种类 (一) 呼吸链 呼吸链是指存在于线粒体内膜上的一

4、种生物氧化体系。 由代谢物上脱下的氢经过该体系中一系列的氢载体即传氢体和电子载体即电子传递体的传送可最后传送至氧以生成H2O。 它本质上也是由一系列载体组成的电子传送系统，也叫电子传送链。 氢载体和电子载体也统称为传送体。(二) 呼吸链的种类 根据代谢物上脱下的氢的初始受体而分类。 假设代谢物上脱下的氢直接由NAD+接受而生成NADH + H+，从而将质子、电子传入呼吸链，那么此呼吸链为NADH 呼吸链。 同样道理，便会有FADH2 呼吸链。 普通以NADH 呼吸链为最多，存在最为广泛。 生物体中 呼吸链有多种方式，有的中间传送体不同，但电子传送的顺序根本一致。 总的来说，生物进化越高级，那么

5、 呼吸链越完善。 二. 呼 吸 链 的 组 成 (一) 烟酰胺脱氢酶类 这类酶以NAD+或NADP+为辅酶，又称为与NADP+相关的脱氢酶。 其中大多以NAD+为辅酶。 以NAD+为辅酶的脱氢酶类主要参与呼吸作用，即参与由代谢物经呼吸链到分子氧之间的电子传送作用。以NADP+为辅酶的脱氢酶类那么主要将分解代谢中间产物上的电子转运到生物合成过程中需求电子的中间产物上，即主要用于合成代谢。线粒体中可产生少量的NADPH。 假设NADPH上的H要被用于呼吸链以生成H2O并产生能量，那么它必需先进展如下反响，即 NADPH + H+ + NAD+ = NADP+ + NADH + H+ 当NADPH上

6、的氢经此反响转到NAD+上生成NADH后，这时，氢才干进入呼吸链。此反响由吡啶核苷酸转氢酶催化 NADH NADH：复原型：复原型辅辅酶酶 它是由它是由NAD+NAD+接受多种代接受多种代谢产谢产物脱物脱氢氢得得到的到的产产物。物。 NADH NADH所携所携带带的高能的高能电电子是子是线线粒体呼吸粒体呼吸链链主要主要电电子供体之一。子供体之一。线粒体呼吸链线粒体呼吸链 普通讲，烟酰胺脱氢酶发生作用时， NAD+或NADP+往往先和酶的活性中心结合，它与代谢物上脱下的氢结合生成NADH或NADPH ，然后再脱下来。 当有适当受体时， NADH或NADPH上的氢又可脱下而氧化生成NAD+或NAD

7、P+ 。二黄素蛋白类 这类酶以FMN或FAD为辅基 。 如琥珀酸脱氢酶，以FAD为辅酶，从琥珀酸分子上接受2个氢即2个质子和2个电子，然后可将2个氢传给CoQ进入呼吸链。 NADH 呼吸链中也存在有黄酶类。 例如NADH脱氢酶，该酶以FMN为辅基，可从NADH上接受一个质子和2个电子后再将该质子和电子传送给呼吸链中的另一个中间传送体。三铁硫蛋白类 这类蛋白含非血红素铁即非卟啉铁和对酸不稳定性硫，又称非血红素铁蛋白。 当用酸处置时，会放出H2S，释出铁。 由于这类蛋白常与其它传送体结合成复合物，故又被叫作铁硫中心。有时也叫铁硫复合物FeS。 铁硫蛋白中的铁经价态变化而传送电子: Fe2+=Fe+

8、e 它属于单电子传送蛋白。 铁硫蛋白铁硫蛋白 铁硫蛋白铁硫蛋白( (简写为简写为Fe-S)Fe-S)，是一种与电子传是一种与电子传送有关的蛋白质，送有关的蛋白质，它与它与NADHNADH Q Q复原复原酶的其它蛋白质酶的其它蛋白质组分结合成复合组分结合成复合物方式存在。物方式存在。铁硫蛋白硫蛋白 它主要以它主要以 (2Fe-2S) (2Fe-2S) 或或 (4Fe-4S) (4Fe-4S) 方式方式存在。存在。 (2Fe-2S) (2Fe-2S)含有两个活含有两个活泼泼的无机硫和两个的无机硫和两个铁铁原子。原子。 铁铁硫蛋白硫蛋白经过经过Fe3+ Fe3+ Fe2+ Fe2+ 变变化起化起传传

9、送送电电子的作用。子的作用。四辅酶Q 它是脂溶性的醌类化合物，广泛存在于生物体内，故又名泛醌。 它有一聚异戊二烯侧链。 不同种属的生物其聚异戊二烯侧链的长短不同，即其中所含的异戊二烯单位数不同。 例如，哺乳动物细胞内的泛醌中有10个 异戊二烯单位，故该泛醌又被叫做CoQ10。 至于其它细胞，那么或为6个，或为8个。 CoQ能可逆地复原为氢醌，据此而传送质子和电子。 CoQ在线粒体内膜上未与蛋白质结合，又具脂溶性，故可在膜脂中自在泳动。 它不仅是呼吸链中的传送体，而且可以在膜的内外两侧之间同时传送质子和电子。 泛泛醌醌 简简写写为为Q Q或或辅辅酶酶-Q-Q CoQCoQ ：它它是是电电子子传传

10、送送链链中中独独一一的的非非蛋蛋白白电电子子载载体体。为为一一种种脂溶性脂溶性醌类醌类化合物。化合物。辅酶辅酶-Q-Q的功能的功能 Q Q ( (醌醌型型构构造造) ) 很很容容易易接接受受电电子子和和质质子子，复复原原成成QH2QH2复复原原型型；QH2QH2也也容容易易给给出出电电子子和和质质子子，重重新新氧氧化化成成Q Q。因因此此，它它在在线线粒粒体体呼呼吸吸链链中中作作为为电电子子和和质质子子的的传传送体。送体。五细胞色素类Cyt 1概念这是一类以血红素含铁卟啉的衍生物为辅基的蛋白质，呈红色或褚chu色似应为赭zhe色？。 它是呼吸链中将电子由CoQ传至O2的电子传送蛋白。 它可经铁

11、的化合价之变化而传送电子: Fe2=Fe3+e 目前以为，它是单电子传送蛋白。种类 各种细胞色素之辅基构造略有差别，据此而将细胞色素分成假设干种。 在线粒体呼吸链上的有Cytb、Cytc、Cytc1、Cyta、Cyta3，其辅基的差别在于卟啉的侧链基团不同。除Cytc位于线粒体内膜外表且与膜结合较松外，其他的细胞色素均与线粒体内膜结合严密，不易分别纯化。Cytc中的血红素辅基和酶蛋白上半胱氨酸的巯基-SH衔接而成硫醚键。 它是细胞色素中辅基和酶蛋白以共价键结合的独一例子。 细细胞色素胞色素c c Cyt.cCyt.c 它它是是电电子子传传送送链链中中一一个个独独立立的的蛋蛋白白质质电电子子载载

12、体体，位位于于线线粒粒体体内内膜膜外外表表，属属于于膜膜周周蛋蛋白白，易易溶溶于于水水。它它与与细细胞胞色色素素c1c1含含有有一一样样的的辅辅基基，但但是是蛋蛋白白组组成那么有所不同。成那么有所不同。 在在电电子子传传送送过过程程中中，Cyt. Cyt. c c经经过过Fe3+ Fe3+ Fe2+ Fe2+ 的的互互变变起起电电子子传传送中送中间间体作用。体作用。Cytaa3至今未能分开，以复合物的形式存在，其分子量约为200000，含有多个大小不同的亚基。 该复合体中含有2个血红素A为辅基，另含有2个铜原子。 在 呼吸链的电子传送过程中，它不仅需求经Fe2= Fe3+e 的化合价变化来传送

13、电子， 还需求经Cu+=Cu2+e 的化合价变化来传送电子。 电子最终经Cyta3传给氧使氧变为活化氧O2-而与2H+结合构成水。Cytaa3的作用机制目前尚未彻底弄清 其能够的机制： Cyta的血红素从Cytc处获得电子，再将由电子传给Cyta3的血红素，再由该血红素经Cu+=Cu2+e的价态变化而将电子传给氧。 Cytaa3又叫细胞色素氧化酶、细胞色素C氧化酶或亚铁细胞色素C-氧化复原酶。 细细胞色素胞色素c c氧化氧化酶酶 简简写写为为Cyt. c Cyt. c 氧化氧化酶酶，即复合物，即复合物IVIV，它是位于，它是位于线线粒体呼粒体呼吸吸链链末端的蛋白复合末端的蛋白复合物，由物，由1

14、212个多个多肽亚肽亚基基组组成。成。 活性部分主要活性部分主要包括包括Cyt. aa3Cyt. aa3。 Cyt. a Cyt. a和和a3a3组成一个复合体，除了组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。含有铁卟啉外，还含有铜原子。Cyt. a Cyt. a a3a3可以直接以可以直接以O2O2为电子受体。为电子受体。 在电子传送过程中，分子中的铜离子在电子传送过程中，分子中的铜离子可以发生可以发生Cu+ Cu+ Cu2+ Cu2+ 的互变，将的互变，将Cyt.cCyt.c所携带的电子传送给所携带的电子传送给O2O2。细胞色素细胞色素c c氧化酶氧化酶 呼吸链中，除了Cytaa3外，

15、其他的细胞色素中的铁原子均与卟啉环和蛋白质构成6个共价键或配位键， 即除与卟啉环构成四个共价键之外，另2个与蛋白质上的组氨酸和甲硫氨酸侧链相连， 故不能再与O2、CO、CN-等结合。 Cytaa3中的铁原子只构成5个配位键，还保管1个配位键位置，能与O2、CO、CN-等结合，其正常功能为与O2结合。 普通以为每次应有2分子细胞色素参与电子传送反响。三NADH 呼吸链中各传送体的顺序 NADH FMN FeS CoQ Cytb FeS Cytc1 I II Cytc Cytaa3 O2 III位点I NADH脱氢酶， 位点II CoQH2-CytC复原酶 位点III Cytc氧化酶 在每种情况下

16、，电子传送都伴有质子的吸收和/或释放。 如NADH脱氢酶完全是一种膜蛋白，其在膜中的方向性可使质子从膜的一侧摄入，而在膜的另一侧释放。 NADH NADH泛泛醌醌复原复原酶酶 简简写写为为NADHNADHQ Q复原复原酶酶, , 即复合物即复合物I I，它的作用是催化它的作用是催化NADHNADH的氧化脱的氧化脱氢氢以及以及Q Q的的复原。所以它既是一种脱复原。所以它既是一种脱氢氢酶酶，也是一，也是一种复原种复原酶酶。 NADH NADHQ Q复原复原酶酶最少含有最少含有1616个多个多肽亚肽亚基。它的活性部分含有基。它的活性部分含有辅辅基基FMNFMN和和铁铁硫蛋白。硫蛋白。 FMN FMN

17、的作用是接受脱的作用是接受脱氢氢酶酶脱下来的脱下来的电电子和子和质质子，构成复原型子，构成复原型FMNH2FMNH2。复原型。复原型FMNH2FMNH2可以可以进进一步将一步将电电子子转转移移给给Q Q。 NADH NADHQ Q复原复原酶酶 NADH + Q + H+ = NADH + Q + H+ = NAD+ + QH2NAD+ + QH2NADHNADH 泛醌复原酶泛醌复原酶 泛泛醌醌细细胞色素胞色素c c复原复原酶酶 简简写写为为QH2-Cyt. QH2-Cyt. c c复复原原酶酶, , 即即复复合合物物III, III, 它它是是线线粒粒体体内内膜膜上上的的一一种种跨跨膜膜蛋蛋白

18、白复复合合物物，其其作作用用是是催催化化复复原原型型QH2QH2的的氧氧化化和和细细胞胞色色素素c c Cyt. Cyt. c c 的的复原。复原。 QH2-cyt. c QH2-cyt. c 复原复原酶酶 QH2 QH2 + + 2 2 Cyt. Cyt. c c (Fe3+) (Fe3+) = = Q Q + + 2 2 Cyt. c (Fe2+) + 2H+Cyt. c (Fe2+) + 2H+ QH2-Cyt. QH2-Cyt. c c复复原原酶酶由由9 9个个多多肽肽亚亚基基组组成成。活活性性部部分分主主要要包包括括细细胞胞色色素素b b 和和c1c1，以以及及铁铁硫硫蛋蛋白白 2F

19、e-2S2Fe-2S 。线粒体呼吸链线粒体呼吸链. 电子传送抑制剂 能在某一部位阻断呼吸链中电子传送的物质即是电子传送抑制剂。NADH FMN FeS CoQ Cytb FeS Cytc1 I II Cytc Cytaa3 O2 III例如，位点I处的鱼藤酮、安密妥； 位点II处的抗霉素A； 位点III处的氰化物、CO等 这种抑制可使呼吸链受阻，其前段处于复原形状，其后那么全为氧化形状。 不仅阻断电子传送，而且阻止ATP的生成。三. FADH2 呼吸链中各传送体的顺序 当FAD从代谢物上获得氢生成FADH2后， FADH2上的H+和电子可经FeS转到CoQ，从而进入 呼吸链。即 FADH2Fe

20、SCoQCytbCytc1CytcCytaa3O2琥珀酸琥珀酸-Q-Q复原复原酶酶 琥琥珀珀酸酸是是生生物物代代谢谢过过程程 三三羧羧酸酸循循环环 中中产产生生的的中中间间产产物物，它它在在琥琥珀珀酸酸-Q-Q复复原原酶酶 复复合合物物IIII 催催化化下下，将将两两个个高高能能电电子子传传送送给给Q Q，再再经经过过QH2-Cyt QH2-Cyt . . c c复复原原酶酶、Cyt. Cyt. c c和和Cyt. Cyt. c c氧氧化化酶酶将将电电子子传传送送到到O2O2。 琥琥珀珀酸酸-Q-Q复复原原酶酶也也是是存存在在于于线线粒粒体体内内膜膜上上的的蛋蛋白白复复合合物物, , 它它比比

21、NADH-QNADH-Q复复原原酶酶的的构构造造简简单单，由由4 4个个不不同同的的多多肽肽亚亚基基组组成。成。 其活性部分含有辅基其活性部分含有辅基FADFAD和铁硫蛋白。和铁硫蛋白。 琥琥珀珀酸酸-Q-Q复复原原酶酶的的作作用用是是催催化化琥琥珀珀酸的脱氢氧化和酸的脱氢氧化和Q Q的复原。的复原。第四节氧化磷酸化作用一. 生物化学中的高能化合物一高能化合物生物氧化过程中所产生的能量除一部份分发为热量之外，其他部份那么以化学能的方式储存于或转移至一些化合物的某种化学键中。 当这种化学键被水解时或构成这种化学键的有关基团发生基团转移反响时，可以放出大量的自在能普通大于209焦耳/摩尔,或5千卡

22、/摩尔，比普通的化学键高很多，故称之为高能键，以符号“来表示。含有上述高能键的化合物那么称之为高能化合物。生物化学中的高能键不同于物理化学中的高能键。 物理化学中的高能键是指当该键要断 裂时需提供大量的能量以使键断裂。而生 物化学中的高能键，如上所述，在其断裂 如水解或转移基团时，是要释放大量 的自在能的。 从生化角度来看，高能键水解时自在 能量大量降低，因此是较不稳定的化学 键，易分解释放能量。 而物理化学中的高能键那么表示稳定的键。 二高能化合物的类型 生物体内的高能化合物有多种，根据化学键类型可将之分为高能磷酸化合物和高能非磷酸化合物，后者主要为高能硫酯化合物。 普通以为主要有高能磷酸化

23、合物含高能磷酸键和高能硫酯化合物主要含高能硫酯键，而又以前者为主。 根据生物体内高能化合物键的特性可以把他们分成以下几种类型。 1.磷氧键型OP)(1)酰基磷酸化合物3-磷酸甘油酸磷酸乙酰磷酸10.1千卡/摩尔11.8千卡/摩尔(1)(1)酰酰基磷酸化合物基磷酸化合物氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸 2 2 焦磷酸化合物焦磷酸化合物ATP 三磷酸腺苷三磷酸腺苷 焦磷酸焦磷酸7.3千卡/摩尔 3 3 烯烯醇式磷酸化合物醇式磷酸化合物磷酸磷酸烯醇式丙醇式丙酮酸酸14.8千卡/摩尔2. 2. 氮磷氮磷键键型型磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩尔7.7千卡/摩尔这两种高能化合物在生物

24、体内起储存能量的作用。3.3.硫硫酯键酯键型型3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸酰基辅酶A4. 4. 甲硫甲硫键键型型S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(三)高能化合物的代表ATP ATP的含量标志着细胞内的能量程度，它对细胞内许多物质代谢都有调理作用。 将细胞内三种腺苷酸的比例规定为能荷。 ATP + 1/2ADP 能荷- ATP+ADP+AMP 能荷高时，阐明细胞的合成代谢旺盛，分解代谢遭到抑制； 能荷低时，阐明细胞的分解代谢旺盛，合成代谢遭到抑制； 细胞内好多代谢途径的关键酶都受ATP的调理。 ATP既可以容易地从自在能程度较高的 化合物获得能量，又可以较容易地向自在 能程度较低的化合物传送能量。二.

25、 ATP的生成 (一) 的生成方式 生物体内主要由与具有高能磷酸键的磷酸基结合而成。 这种作用属于磷酸化作用。 多； 在少数情况下，可以由与具有高能磷酸键的焦磷酸基结合而成。 这种作用属于焦磷酸化作用。 少。1. 氧化磷酸化作用 代谢物的氧化脱氢作用与的磷酸化作用相偶联而生成的过程即氧化磷酸化作用，也叫偶联磷酸化作用。 在此过程中，代谢物氧化所放出的化学能供应与无机磷酸反响而生成。1 呼吸链磷酸化 经典的氧化磷酸化就是它，也叫电子传送程度的磷酸化，是主要的氧化磷酸化方式。 当代谢物上脱下的氢直接进入呼吸链并传递到而生成水时，那么在此传送过程中，随着电子传送的进展，有大量能量产生并用于使与反响生

26、成。2 氧化性底物程度磷酸化 有的代谢物在其氧化脱氢的过程中会产生高能化合物，而该高能化合物又可在一定条件下将其高能键中储存的自在能用于使与反响生成。 这种过程就是氧化性底物程度磷酸化。 例如，磷酸甘油醛PO，二磷酸甘油酸 此反响由3磷酸甘油醛脱氢酶催化,是一个氧化复原反响。 ，二磷酸甘油酸是一高能化合物。，二磷酸甘油酸 磷酸甘油酸, 此反响由磷酸甘油酸激酶催化 普通常将后一反响叫做氧化性底物程度磷酸化。 但严厉地讲，氧化性底物程度磷酸化应包括这个反响。 目前以为，之所以会发生这种反响，在于代谢物分子在其内部脱氢过程中，其分子内所含能量重新分布而集中以产生高能键，再进一步导致产生。2. 非氧化

27、性底物程度磷酸化 有的代谢物在其非氧化过程如脱水等中会产生高能化合物，而该高能化合物又可在一定条件下将其高能键中储存的自在能用于使ADP与Pi反响生成ATP。 这种过程即非氧化性底物程度磷酸化。 例如, 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 +H2O 此反响由烯醇化酶催化； 磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP 烯醇式丙酮酸 + ATP 此反响由丙酮酸激酶催化。 磷酸烯醇式丙酮酸是一高能化合物。 普通将后一反响叫做非氧化性底物程度磷酸化。 但严厉地讲，非氧化性底物程度磷酸化应包括这2个反响。 在本课件中，将底物程度磷酸化分为氧化性底物程度磷酸化和非氧化性底物程度磷酸化，普通的书上并未做此划分。 目前以为，

28、之所以会发生这种反响，在于代谢物分子在其内部发生非氧化性过程如脱水等时，其分子内所含能量重新分布而集中以产生高能键，再进一步导致产生ATP。 (二)呼吸链中ATP的生成部位 ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP NADH FMN FeS CoQ Cytb FeS Cytc1 Cytc Cytaa3 O2 I II III P/O比是指以某一底物即代谢物作为呼吸底物，每耗费1mol氧原子所耗费的无机磷酸的摩尔数在呼吸链中表现为产生ATP的摩尔数。 P/O比可以反映出呼吸链磷酸化的效率。 例如，以NAD+为辅助因子的苹果酸脱氢酶，可以从1mol苹果酸中获得2 mol H

29、而得到2mol的NADH+H+常简写为NADH。 而当NADH+H+经呼吸链将2 mol 的H+ + e 传至O2时，那么可得到3 mol ATP 和 1 mol H2O即耗费了 molO2，相当于耗费了1mol氧原子。 因此，此过程中P/O=3/1=3。 又如，以FAD为辅助因子的琥珀酸脱氢酶，可从1 mol 琥珀酸中获得2 mol H 而得到 1 mol的 FADH2。当 FADH2将2 mol H即2mol的H+ + e 经CoQ 进入呼吸链传至O2时那么可得到 2 mol ATP 和1 mol H2O即耗费了 mol O2，相当于耗费了 1 mol 氧原子。 故此过程中P/O=2/1=

30、2。 由于NADH 呼吸链大部份与FADH2 呼吸链重叠，故可推算，在NADH 呼吸链未与FADH2 呼吸链重叠的部份有一ATP的生成部位。 实验证明，确实如此。 NADH FMN FeS CoQ Cytb FeS Cytc1 Cytc Cytaa3 O2 FADH2 FeS CoQ Cytb FeS Cytc1 Cytc Cytaa3 O2。 可见，由不同底物脱下的H经 呼吸链后所测得到的P/O比可用于协助判别呼吸链中氧化磷酸化的部位。 经过P/O比的测定可协助确定磷酸化与电子传送相偶联的部位。三呼吸链磷酸化的机制经典的氧化磷酸化机制一化学浸透假说关于呼吸链中氧化与磷酸化这两种作用相偶联机制

31、，目前主要有化学浸透假说，化学偶联假说、构象偶联假说来予以阐明，但以化学浸透假说更为大家接受。 化学浸透假说由英国的Peter Mitchell于1961年提出。化学浸透假说的内容呼吸链中的传氢体和传电子体按一定顺序交替陈列，定位于线粒体内膜上，它们催化的反响是定向进展的。传氢体有氢泵即质子泵的作用，即可以从线粒体内膜内侧的代谢物上夺得氢2H，并将其中的电子2e传送给其后面的电子传送体，而将其中的质子2H+泵到内膜的外侧。线粒体内膜具有选择性，H+不能自在经过线粒体内膜。 因此被泵到线粒体内膜外侧的H+浓度高于内膜内侧，构成跨膜H+浓度梯度即pH梯度，内外侧pH相差1个单位左右，即pH=1。

32、同时，这也使得原有的外正内负的跨膜电位增高。在这个电位差中，即含有电子传送过程中所释放的能量，而这个能量足以使ADP+PiATP。 这种跨膜的质子电化学梯度就是推进ATP合成的原动力，即质子推进力。 在在膜膜内内外外势势能能差差 pH pH 和和 的的驱驱动动下下，膜膜外外高高能能质质子子沿沿着着一一个个特特殊殊通通道道ATPATP酶酶的的组组成成部部分分，跨跨膜膜回回到到膜膜内内侧侧。质质子子跨跨膜膜过过程程中中释释放放的的能能量量，直接驱动直接驱动ADPADP和磷酸合成和磷酸合成ATPATP。线粒体内膜上有ATP合成酶，可以使线粒体内膜外侧的2H+经酶上的特殊通道运至内膜内侧而前往线粒体基

33、质。此时，前面所产生的跨膜质子浓度梯度的电位差消逝。 随之，所释放的自在能被ATP合成酶用以合成ATP。ATP合成酶系统 又称三联体，ATP酶复合体，FF1ATP合成酶。 由多个亚基组成，以三个主要部份来行使其功能。1 F1头部 它单独存在时， 只可使 ATP ADP+Pi， 而不能使 ADP + Pi ATP。 此时，催化作用缓慢。 故常将之称为F1 ATP酶。 它不为寡霉素所抑制。 但是，它在完好的线粒体上的正常功能是催化 ADP + Pi ATP。柄部OSCP即寡霉素敏感蛋白 为圆柱状碱性蛋白，是能量转换的通道。 它能控制质子的流动，从而控制ATP的合成速度。FO基部位于线粒体内膜内，并

34、横跨膜。 它具质子通道作用，能传送质子经过膜到达F1的催化部位。 ATP ATP酶，含有酶，含有5 5种不同的亚基按种不同的亚基按3 3、3 3、1 1、1 1 和和1 1 的比例的比例结合。结合。 OSCP OSCP为一个蛋为一个蛋白，是能量转换的白，是能量转换的通道。通道。 F0 F0为一个疏水为一个疏水蛋白，是与线粒体蛋白，是与线粒体电子传送系统衔接电子传送系统衔接的部位。的部位。二呼吸链中电子传送与ATP生成的偶联关系及其调控在呼吸链中，电子传送与ATP的生成必须以电子传送为前提，也只需生成ATP才干推进电子传送。也正由于这一点，经典的氧化磷酸化也被称为呼吸链磷酸化。完好的线粒体，只需

35、在ADP及Pi充足时电子传送速度才干到达最高程度，缺乏ADP时那么因无充足磷酸受体而不能发生磷酸化作用。因此，ATP/ADP可对电子传送速度及对复原型辅酶的积累和氧化起调理作用。这里，ADP作为关键物质对呼吸链磷酸化起调理作用，此即呼吸控制。三呼吸链磷酸化的解偶联及抑制 不同的化学要素对呼吸链磷酸化过程影响不同。解偶联使呼吸链中的电子传送过程与ATP的生成过程之间的偶联关系分开，导致电子传送过程继续进行，但破坏了ATP的合成。这种景象即解偶联此时，电子传送过程中产生的自在能原来是用于合成ATP的，但如今却以热能的形式释放，难以被细胞利用。 导致这种景象的物质即解偶联剂。 解偶联使电子传送失去了

36、正常控制，造成过分利用O2和燃料底物，使能量得不到储存。最最经经典的解偶典的解偶联剂为联剂为2，4二硝基苯二硝基苯酚酚 即即DNP 。它由于破坏了它由于破坏了线线粒体内膜内外两粒体内膜内外两侧侧的的跨膜跨膜质质子梯度的子梯度的电电位差，也就位差，也就导导致致ADP+PiATP这这个反响不能个反响不能进进展展 解偶解偶联剂联剂只破坏呼吸只破坏呼吸链链磷酸化中的磷酸化中的ATP生成，并不影响底物程度磷酸化中的生成，并不影响底物程度磷酸化中的ATP生成。生成。呼吸链磷酸化的抑制 即既抑制了呼吸链中对氧的利用，又抑制了其中的ATP生成，但不直接抑制电子传送链上的载体的作用。这种作用即呼吸链磷酸化的抑制

37、造用。 引起这种作用的物质即呼吸链磷酸化的抑制剂。 这种抑制造用直接抑制了ATP的生成，从而导致电子传送不能进展。抗菌素中的寡霉素就是其典型的代表 寡霉素可以抑制ATP合成酶上的寡霉素敏感蛋白的作用，也就抑制了质子由线粒体内膜的外侧向线粒体内膜的内侧转运，导致线粒体内膜内外两侧的质子跨膜梯度和电位差中所含自在能不能被用来合成ATP，因此电子传送也就不能被推进。四. 生物体内的磷酸原ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体。 研讨证明，ATP是生物体内能量释放、储存及利用的中心，可以满足许多生理活动之需求。例如： ATP可使UDPUTP，用于糖原合成， ATP可使CDPCTP，用于磷酯合成， ATP

38、可使GDPGTP，用于蛋白合成。 但是，严厉说来ATP并非生物体内能量的储存者，而应是能量的携带者或传送者。 常将称作细胞内的“能量通货、货币。 研讨证明: 在脊椎动物的肌肉及神经组织中的磷酸肌酸就只能储存能量，而不能直接利用。 在无脊椎动物的的肌肉中的磷酸精氨酸也有同样的作用。 普通将磷酸肌酸、磷酸精氨酸这些可因磷酸基团的转移而提供能量的贮能物质叫做磷酸原。五线粒体内ATP/ADP的转运真核细胞中，ATP的生成主要在线粒体内，而利用ATP的代谢反响却主要在线粒体外的胞液中。此外，线粒体内ATP的生成，还要求ADP和Pi的供应得到保证。 实验证明，在线粒体内膜上有一种特殊蛋白ATP/ADP交换

39、体。 它以二聚体的方式嵌入内膜，在跨膜电位外正内负的推进下将ADP运入线粒体基质，同时将ATP运到膜外侧。 这是一种有高度选择性的蛋白。这个二聚体只需一个腺苷酸结合位点。 面向膜外侧时，结合位点对ADP有高亲和力，对苍术苷植物毒素的抑制敏感； 面向膜内侧的位点对ATP有高亲和力，对米酵菌酸抗生素的抑制敏感。 另外，在线粒体内膜上有一种磷酸载体，跨膜分布，可以将Pi运向线粒体基质，同时将等量的OH-运向线粒体外。第五节胞液中NADH的氧化NADH在胞液和线粒体中均可产生，象糖酵解过程中的3磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶为NAD+，该酶均位于线粒体外的胞液中。 实验证明，胞液中的NADH不能自在经过线粒体

40、内膜，而需经过特殊的转运系统经过线粒体内膜进入线粒体。一苹果酸穿越系统 这个系统存在于肝脏、心肌等组织中。 在胞液中， 苹果酸脱氢酶草酰乙酸 + NADH + H+ 苹果酸 + NAD+。 苹果酸可经内膜上的苹果酸-酮戊二酸载体进入线粒体基质。在线粒体内， 苹果酸脱氢酶苹果酸 + NAD+ 草酰乙酸 + NADH + H+， 至此，线粒体外的NADH就变成了线粒体内的NADH，就可以将其上的氢经呼吸链传送给氧，生成水和ATP。 生成的草酰乙酸，不能自在穿过线粒体内膜，它需进展如下反响转变为天冬氨酸。 谷草转氨酶 草酰乙酸+谷氨酸天冬氨酸+-酮戊二酸 天冬氨酸经内膜上的谷氨酸天冬氨酸受体运送到胞

41、液，再在胞液中经谷草转氨酶的作用重新转变为草酰乙酸，从而可以再进展下一次转运活动。二磷酸甘油穿越系统这个系统存在于大脑及某些肌肉组织中。 在胞液中， -磷酸甘油脱氢酶磷酸二羟丙酮+NADH+ H+ -磷酸甘油+ NAD+ -磷酸甘油分散到线粒体的外膜与内膜之间，然后在位于内膜的-磷酸甘油脱氢酶作用下将氢传给FAD，即 -磷酸甘油脱氢酶 -磷酸甘油+FAD 磷酸二羟丙酮 + FADH2 这样，线粒体外NADH上的氢即被转到线粒体内膜上的FAD上而生成FADH2，将氢经呼吸链传送到氧，生成水和ATP。 完线粒体内膜具有选择性，H+不能自在经过线粒体内膜，因此被泵到线粒体内膜外侧的H+浓度高于内膜内侧，构成跨膜H+浓度梯度即pH梯度，内外侧pH相差1个单位左右，即pH=1。同时，这也使得原有的外正内负的跨膜电位增高。