5电子传递和氧化磷酸化

1、呼吸（有氧分解）的三个阶段第一阶段，所有的燃料分子氧化分解产生一个共同的二碳单位，乙酰-CoA第二阶段 乙酰-CoA 通过柠檬酸循环完全氧化成CO2，释放的电子被NAD+ 和 FAD收集 （线粒体）第三阶段 第二阶段产生的还原型辅酶通过电子传递系统氧化，通过氧化磷酸化产生ATP （线粒体）糖有氧代谢的三个阶段糖酵解 glycolysis柠檬酸循环 citric acid cycle电子传递和氧化磷酸化 electron transport and oxidative phosphorylation糖酵解途径葡萄糖己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶-ATP-ATP+ATP+ATPNADH催化此过程的

2、是丙酮酸脱氢酶复合体。丙酮酸脱氢酶 (E1),二氢硫辛酰转乙酰基酶 (E2),二氢硫辛酰脱氢酶 (E3)辅酶：TPP, 硫辛酸, CoA, FAD, NAD+丙酮酸氧化柠檬酸循环又称为三羧酸循环，Krebs 循环柠檬酸循环的生理意义是糖、脂、氨基酸等燃料分子完全降解为CO2的共同代谢途径。是一个释放大量能量的途径（以GTP和NADH，FADH2的形式，还原型辅酶通过电子传递和氧化磷酸化产生大量ATP）为生物合成提供大量前体柠檬酸循环乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶3 NADH 3 NAD+ 电子传递和氧化磷酸化

3、 3X2.5=7.5 ATPFADH2FAD1.5 ATP 底物水平磷酸化1 GTP10 ATP 一轮循环电子传递和氧化磷酸化 柠檬酸循环的能量计算电子传递和氧化磷酸化概述生物氧化指有机化合物（糖、脂、蛋白质等）在生物细胞中由酶催化进行的氧化，生物氧化的目的是获取能量电子传递：在生物氧化过程中，代谢物氧化脱下的电子由还原型辅酶(NADH/FADH2)携带，经过一系列的电子传递体的传递，最终交给分子氧生成水，这一电子传递体系称为电子传递链或呼吸链氧化磷酸化: 电子传递（氧化）和ATP合成（磷酸化）的偶联在真核细胞中，发生在线粒体或线粒体内膜对大多数离子和化合物都是不可透过的内膜球体线粒体 Cri

4、stae标准氧化还原电势E0表示了氧化还原物质接受电子被还原的相对趋势可以通过和标准氢电极组成原电池而测定传递的电子数目法拉第常数(96485 J/volt/mole)关键公式: Go = -nF Eo = Eo(电子受体) - Eo(电子供体)E0=标准氧化还原电势如果 Eo 为正，则电子传递反应可自发发生 (Go 0)FAD/FADH2的标准还原电势随特异蛋白不同而不同延胡索酸+2H+2e- 琥珀酸 0.031FAD+ 2H+2e- FADH2 0NAD+ 2H+2e- NADH+H+ -0.32偶联氧化还原反应:琥珀酸+FAD 延胡索酸+ FADH2 G = - n F E Eo = E

5、o(电子受体) - Eo(电子供体)G =-2*96485*(0-0.031)= 5.98KJ/mol琥珀酸+ NAD+ 延胡索酸+ NADH+H+ G =-2*96485*(-0.32- 0.031)= 67.7KJ/molEoC-C 间脱氢形成双键时，氧化所释放出来的能量较低，不足以使NAD+还原，只能使FAD还原.因此琥珀酸脱氢酶只能以FAD为辅酶电子传递链从NADH 或是从 FADH2进入呼吸链有两条都是脱氢酶的辅酶电子并不是直接传递给氧，而是经过酶和辅酶进行传递的NAD+总是传递2 e- 和 2 H+呼吸链中的电子传递体维生素前体是烟酸黄素蛋白以黄素核苷酸(FAD或FMN)为辅基的酶

6、维生素前体是核黄素黄素辅酶的氧化与还原FMN 可以接受/给出1 或 2个电子。接受一个电子而形成半醌自由基 ，半醌自由基再接受第二个电子形成 FMNH2. 所以FMN在介导单电子载体(e.g., Fe+)和双电子载体(e.g., NADH)的电子传递具有重要作用例如，NADH进入呼吸链时，最初的电子传递如下： NADH + H+ + FMN NAD+ + FMNH2 FMNH2 + Fe3+ FMNH + Fe2+ + H+铁硫蛋白含铁原子(非血红素的铁)和硫原子，称为铁硫中心，常用符号“Fe-S”表示。铁硫中心通过Fe与蛋白质的半胱氨酸残基连接。铁硫蛋白在呼吸链中不传递氢，只传递电子呼吸链中

7、的铁硫蛋白通常与其它的电子传递体的蛋白质（如黄素蛋白、细胞色素）结合成复合物，从而具有不同的氧化还原电势，在呼吸链的不同部位传递电子铁硫中心可含有1-4个铁原子铁硫中心只有1个Fe起氧化还原反应，在氧化型（Fe3+）和还原型（Fe2+）之间转变。例如，含 4-Fe 的铁硫中心可能反应:Fe3+3, Fe2+1 (氧化型) + 1 e- Fe3+2, Fe2+2 (还原型)辅酶Q (CoQ)，又叫泛醌(UQ)，Q常见n = 10游离的CoQ可以进行2个电子的氧化还原反应Q + 2 e- + 2 H+ QH2. CoQ可以接受一个电子形成半醌自由基 (Q-)，半醌自由基可以接受第二个电子和两个质子

8、成为还原型的QH2CoQ是脂溶性的，能溶解于膜的疏水核心是唯一不和蛋白结合的电子载体能接受/给出1个或者2个电子，所以可以在单电子载体和双电子载体间介导细胞色素能从QH2 或者 FeS接受电子电子最终传递给氧细胞色素是以铁卟啉(血红素)为辅基的蛋白质细胞色素通过辅基中的铁离子价的可逆变化进行电子传递。它在呼吸链中作为单电子传递体。根据还原型细胞色素的吸收光谱的吸收峰位置不同，将细胞色素分为a、b、c三类。每一类中又有不同的亚类。有些细胞色素是膜蛋白的一部分 (如b,c1,a,a3)细胞色素C是一个小的水溶性的蛋白细胞色素cytochromes细胞色素中的铁离子可传递一个电子: Fe3+ + e

9、- Fe2+在细胞色素a，a3中含有铜离子，也可以传递电子：Cu2+e- Cu+NAD+, 黄素蛋白 和 Q可以携带电子和质子；细胞色素和铁硫蛋白质只携带电子NAD+只进行2个电子的反应; 细胞色素，FeS 只能进行1个电子的反应；FMN Q FAD可传递一个电子也可传递两个电子电子载体电子传递链Electron Transport chain(呼吸链respiratory chain)电子从还原型辅酶(NADH or FADH2) 通过由蛋白质和辅酶组成的呼吸链最终传递给氧电子传递链由4个线粒体内膜复合体组成， 复合体 I, II, III & IV, 还有 CoQ & cyt c穿梭在复合

10、体之间。每个复合体内，有一系列的电子载体. 电子传递链四个复合体(I, II, III, IV)位于线粒体内膜脂溶性的CoQ和水溶性的细胞色素C穿梭于蛋白复合体之间 O2NADH FMNFe-S FADFe-SCoQ Cytb Fe-S Cytc1Cytc Cytaa3电子传递链复合体NADH脱氢酶（NADH-Q还原酶）琥珀酸脱氢酶（琥珀酸-Q还原酶）CoQ-cyt c 还原酶Cyt bc1 复合体细胞色素氧化酶 电子链电子传递体顺序的确定呼吸链中的电子传递有着严格的顺序能量有利，电子从还原电位较低的传递体依次通过还原电位较高的传递体逐步流向氧分子特异性的电子传递抑制剂的应用阻断呼吸链某个部位

11、的电子流动，导致阻断位置之前的电子传递体呈还原态，之后的传递体呈氧化态氧化态与还原态的传递体的吸收光谱不同，从而可以确定阻断的部位单个复合体分析NADH 可以还原复合体I，但不能还原其他复合体顺序与还原电势+0.077+0. 22+0. 25+0. 29+0. 55-0.32+0.03+0.045+0.82-0.3阻断呼吸链的抑制剂安密妥鱼藤酮抗霉素ACN- CO，叠氮化物亚马逊雨林土著用鱼藤酮捕鱼CN- 能紧密结合a3的高铁形式鱼藤酮是一种极强的杀虫剂和鱼类毒药。（1）为什么鱼和昆虫吃了鱼藤酮后会死去？（2）预计鱼藤酮是否对其他动物的生命（例如人类）也是有潜在的威胁？作出解释。（3）预计鱼藤酮是否象它能毒害鱼类一样，对在这种环境中存在的水生植物也具有潜在的威胁？H+ 运输复合体 I, III, IV传递电子的同时将质子从线粒体基质运输到膜间隙，线粒体内膜对质子不具有通透性，从而形成了跨线粒体内膜的质子梯度proton gradient(电化学梯度electrochemical potential)每2e- 通过复合体III，泵出4H+ H+/e- 对其他复合体来说，不确定，一般认为：复合体I 4H+/2