我考上的生化课件6代谢总论

1、第六章 代谢总论及生物氧化静态生化-生物分子的结构、功能和性质动态生化-生物分子的变化，即新陈代谢动态生化代谢总论及生物氧化糖代谢脂代谢蛋白质降解及氨基酸代谢核酸降解及核苷酸代谢蛋白质的生物合成/遗传的分子基础代谢调节与基因表达调控本章主要内容代谢总论新陈代谢的有关概念代谢的发生过程中间代谢的研究方法生物氧化电子传递和氧化磷酸化作用生物氧化概述生物氧化中的能量问题及生物能学生物氧化的酶系统电子传递链(呼吸链)氧化磷酸化作用与ATP的合成机制第一节 代谢总论一、新陈代谢的有关概念1、新陈代谢的基本概念生物体从环境吸收营养物质并排出废物，以维持其生命活动，这些营养物质在体内所经历的一切化学变化即为

2、新陈代谢/代谢（metabolism）。新陈代谢是生命活动的基本特征之一。生物体的代谢依靠各种酶协调催化完成。多种酶通过精密灵活的调节机制，使错综复杂的代谢过程高度协调地整合在一起代谢网络。错综复杂的代谢网络受到严格的调控。2、分解代谢与合成代谢根据物质转化的特点，可以把代谢活动分为分解代谢和合成代谢。分解代谢（catabolism）：生物体内一切物质的分解作用，即生物细胞将营养物质或细胞组分降解、转化为小分子物质并放出能量，或把物质排出细胞的过程。如葡萄糖、蛋白质、脂类等的彻底降解和能量的释放，有机物或无机离子运出细胞的过程。合成代谢（anabolism）：生物体内一切物质的合成作用，即细胞

3、从外界环境中摄取生命活动所需的各种物质，并将这些物质转化成自身物质的过程。如糖、氨基酸等的合成、无机盐等的吸收与大分子合成。2、分解代谢与合成代谢分解代谢伴随着能量释放，合成代谢则需要提供能量。同一物质的分解代谢和合成代谢并不是可逆反应，通常采取不同的代谢途径，甚至在不同亚细胞器中进行。但是有许多代谢环节是分解代谢和合成代谢所共用的，此即两用代谢途径（amphibolic pathway）。异化作用（分解代谢）：生物体内的物质经一系列的化学反应最终变为排泄物的过程。同化作用（合成代谢）：生物体把从环境中摄取的物质，经一系列化学反应转变为自身物质的过程。3、物质代谢与能量代谢分解代谢和合成代谢过

4、程中即包括物质代谢，又伴随着能量代谢。物质代谢：各种生物分子即物质在细胞内发生酶促转化的途径和调控机理。关注物质的转变。能量代谢：化学能或光能在细胞中向生物能(ATP)转化的原理和过程，以及生命活动对能量的利用。关注能量的转变。物质代谢和能量代谢是同一代谢过程的两个方面。4、代谢途径错综复杂的代谢网络包括一些普遍的代谢途径，即中心代谢途径(central metabolic pathway).代谢途径（metabolic pathway）是细胞中由相关酶类组成的完成特定代谢功能的连续反应体系。 S A B C D P代谢途径中产生的、除最终产物之外的各种酶促产物被称为中间产物（intermed

5、iate）。底物、中间产物和终产物统称为代谢物(metabolites)。不同代谢途径所具有的相同中间产物即为公共中间产物。5、生物的营养类型根据生物所利用的碳源和能源，可将生物分为不同的营养类型。自养生物(autotroph)：利用无机物二氧化碳作为碳源。 光能自养：直接以光能作为能源来合成ATP的自养生物。 化能自养：利用无机物氧化作为能源的自养生物。异养生物(heterotroph)：需要现成的有机物作为碳源。 光能异养：以光能作为能源、有机物作为碳源的生物。 化能异养：以有机物氧化作为能源的异养生物。根据对氧的依赖：需氧生物、厌氧生物、兼性生物。二、代谢的发生过程1、分解代谢的一般过程

6、分解代谢可以分为四个阶段：生物大分子的降解阶段产生单体，不产生能量单体分子初步分解阶段各单体分子通过不同代谢途径降解成少数几种中间产物：丙酮酸，乙酰CoA等；此阶段产生少量ATP及还原型辅酶NADH（氢原子对）三羧酸循环乙酰基完全分解，氧化成CO2，生成少量ATP及大量还原型辅酶NADH、FADH2呼吸链电子传递和氧化磷酸化作用还原型辅酶中的氢原子对完全氧化成H2O，并释放大量生物能ATP2、合成代谢的一般过程生物合成包括：单体分子的合成、生物大分子的合成、活性物质及次生物质的合成、细胞结构的组建等。生物合成需ATP等供能，需还原型辅酶NADPH供应还原力，并受各级水平代谢调节机制调控。合成代

7、谢分为四阶段：原料准备阶段：由分解代谢提供单体分子合成阶段生物大分子合成阶段细胞结构成分的组建3、微生物的代谢特点生物新陈代谢的共性代谢反应在体内发生，由酶催化物质的代谢变化是由多种酶连续催化的细胞本身具有完善的代谢调控机制微生物的代谢特点微生物生长繁殖快微生物代谢类型多微生物易发生遗传变异，利于人工诱变培育新品种微生物具有不同的代谢方式以适应外界环境三、中间代谢的研究方法根据实验材料的完整性体内实验（in vivo）：用整体生物材料或高等动物离体器官或微生物细胞群体进行实验。如同位素示踪法，代谢平衡实验体外实验（in vitro）：用离体细胞制剂进行实验。离体生物材料包括：细胞匀浆、细胞亚显

8、微组分制剂、酶制剂等。如酶抑制剂和代谢拮抗物的应用根据实验材料的水平整体水平代谢研究器官水平代谢研究细胞、亚细胞水平（细胞匀浆及酶系）代谢研究代谢途径的探讨方法代谢物标记追踪实验-最有效的方法化学标记法：如脂肪酸-氧化学说稳定同位素示踪法放射性同位素示踪法代谢平衡实验代谢障碍实验微生物营养缺陷型的应用代谢拮抗物的应用酶专一性抑制剂的应用测定特征性酶第二节 生物氧化生物氧化是生物体能源物质（糖、脂、氨基酸）氧化分解，并最终释放化学能，以供机体所需的生化过程。生物氧化以生物能量转化为中心，是生物体能源物质氧化分解的公共生化过程，是一段共同的终端代谢途径。一、生物氧化概述1、生物氧化的概念生物氧化的

9、定义：生物体内能源物质在活细胞中氧化分解，释放化学能并转换为生物能的生化过程。高等动物通过肺进行呼吸，吸入氧气、排出CO2。吸入的O2用以氧化摄入体内的营养物质，获得能量，所以生物氧化又称呼吸作用（组织呼吸、细胞呼吸）。生物氧化的化学本质生物氧化与物质在体外的氧化其结果是一致的，都是产生CO2和H2O并释放能量，但反应历程不同。生物氧化在酶催化下完成，反应条件温和，反应历程复杂，能量逐步释放，且储存在生物能ATP中。2、生物氧化的方式生物氧化在有氧和无氧的条件下都能进行，故生物氧化可分为两类： A+B（氧化型物质，电子受体）An+Bn-有氧氧化：利用O2分子来氧化底物，最终生成CO2和H2O。

10、这种方式的氧化彻底，释放的能量多。无氧氧化：以非分子氧来氧化底物，即以氧化型物质作为电子受体的方式。这种氧化不完全、产能少。无氧氧化以有机物作为电子受体或氢受体进行的氧化。如： 3-P-甘油醛 NAD 乙醇 1,3-2P-甘油酸 NADH 乙醛以无机物作为电子受体或氢受体进行的氧化。此体系常以NO3-、NO2-、SO42-、S2O32-、CO2等无机物为最终电子(氢)受体。如：硫磺脱硫弧菌的无氧氧化。失电子氧化反应 如：2Cytb-Fe2+ -2e 2Cytc-Fe3+加氧氧化反应 如： CH2CHCOOH+1/2O2HO CH2CHCOOH NH2 NH2脱氢氧化反应 如：CH2-COOH

11、HC-COOH +2H CH2-COOH HOOC-CH加水-脱氢氧化反应 O 如： HC-COOH+H2O HO-CH-COOH C-COOH+2H HOOC-CH CH2COOH CH2COOH 生物氧化反应的四种反应形式3、生物氧化的特点在酶催化下进行，反应条件温和；底物的氧化分阶段进行，能量逐步释放；生物氧化过程中释放的能量通常先储存在一些特殊的高能化合物(如ATP)中，通过这些物质的转移作用满足机体吸能反应的需要；生物氧化受细胞的精确调节控制。二、生物氧化中的能量问题及生物能学生物能学是用热力学的基本原理研究生物化学中能量转移和利用的基本规律。生物氧化以生物能量转化为中心，生物氧化过

12、程中所发生的能量变化可视为自由能变化。在氧化还原反应中，自由能变化与氧化还原电位变化是密切相关的。自由能即生物反应体系中能够提供做功的能量。氧化还原反应：A(还原型) - ne An+(氧化型), A+B An+Bn-反应物的氧化型（An+）和还原型（A）混合组成的反应体系为氧化还原对An+/A；氧化还原对中其氧化型获得电子（即An+ne）或还原型失去电子（即A-ne）的趋势，即其氧化还原电位。在标准条件下与标准氢电极比较所得电位差即为该氧还对的标准氧化还原电位Eo。Eo越小，其还原能力越大，给出电子的趋势越强，如H2；反之，则氧化能力强，如O2。由两个氧化还原对组成的反应体系，当Eo0时，则

13、反应能自发进行。1、氧化还原电位一些常见生物氧还对的标准氧还电位Eo氧化还原对Eo（V)CH3COSCoA+CO2+2H+2e丙酮酸+CoASH-0.482H+2eH2-0.42-酮戊二酸+CO2+2H+2e异柠檬酸-0.38NADP+2H+2eNADPH+H+-0.324NAD+2H+2eNADH+H+-0.32FMN+2H+2eFMNH2-0.301,3-二磷酸甘油酸+2H+2e3-磷酸甘油酸+Pi-0.29丙酮酸+2H+2e乳酸-0.19草酰乙酸+2H+2e苹果酸-0.166FAD+2H+2eFADH2-0.12一些常见生物氧还对的标准氧还电位Eo氧化还原对Eo（V)延胡索酸+2H+2e

14、琥珀酸-0.03Cyt b(Fe3+)+eCyt b(Fe2+)+0.07CoQ+2H+2eCoQH2+0.10Cyt c1(Fe3+)+eCyt c1(Fe2+)+0.22Cyt c(Fe3+)+eCyt c(Fe2+)+0.25Cyt a(Fe3+)+eCyt a(Fe2+)+0.29Cyt a3(Fe3+)+eCyt a3(Fe2+)+0.39Fe3+eFe2+0.771/2 O2+2H+2eH2O+0.822、自由能变化自由能为一个反应体系能够提供做功的能量，用G0表示，自由能变化G0=G20-G10。标准自由能变化Go的标准条件是参加反应的浓度都是1.0mol/L，1个大气压，pH=

15、0.00。生物氧化是在细胞中近似恒温、恒压的条件下进行的，所发生的能量变化用Go表示。当Go0时，为放能反应，反应可自发进行；当Go=0时，体系处于平衡状态；当Go0时，为需能反应，反应不能自发进行。Go为满足标准条件的其它方面，但在pH=7.0时测得的自由能变化，其值依赖于反应的平衡常数。生化中自由能的变化自由能变化与化学平衡的关系Go=-2.303RT lgKeq自由能变化与氧化还原电位的关系Go=-nFEo在生化反应中，自由能变化具有可加性生化中能量学的一些规定水的活度规定为1.0。标准状态的pH值规定为7.0，自由能变化以Go表示。生化系统的Go是假设每个反应物和产物都能解离。生化系统

16、的Go的单位是J/mol或KJ/mol。3、高能键及高能化合物含自由能(而非化学能)很高的键为高能键，重要的高能键有高能磷酸键和高能硫酯键。分子结构中含高能键的化合物称为高能化合物。高能化合物的类型磷氧键型（OP）酰基磷酸化合物，如1,3-2P-甘油酸POOC-CHOH-CH2OP焦磷酸化合物，如ATP，核苷-P-OP-OP烯醇式磷酸化合物，如磷酸烯醇式丙酮酸CH2=C-OP氮磷键型（NP） 如磷酸肌酸硫酯键型（O=CS） 如脂酰基辅酶A甲硫键型（SCH3） 如腺苷甲硫氨酸4、ATP是最重要的高能化合物自由能的特殊载体-能量的携带者共同中间体-能量的传递者（下页图8-2）能量的偶联剂-将需能和

17、放能反应相偶联COOH 丙酮酸羧化酶、生物素、Mg2+ COOHC=O +CO2+H2O C=OCH3 ATP ADP+Pi CH2 COOH作为磷酸基团供体参与磷酸化反应-活化底物分子 己糖激酶、 Mg2+ 葡萄糖+ATP 葡萄糖-6-磷酸+ADPATP的重要性细胞中高能磷酸转移趋势 -ATP作为共同中间体ATP作为共同中间体磷酸肌酸为高等动物肌肉、神经细胞中的储能物质磷酸精氨酸为无脊椎动物的储能物质三、生物氧化的酶系统生物氧化作用主要通过脱氢反应来实现。一般包括脱氢、递氢、受氢三个环节。在生物氧化过程中，底物脱下来的氢，大多数情况下不是直接交给受氢体，而是经过一些递氢体进行传递，最终交给受

18、氢体。有氧氧化：以分子氧为最终受体 不需传递体体系：从底物脱下来的氢不需传递，直接在氧化酶类或需氧脱氢酶类作用下与分子氧结合电子传递体系：是生物体主要的生物氧化体系，不需氧脱氢酶脱下的氢通过电子传递体进行氧化无氧氧化： 以有机物作为最终电子/氢受体 以无机物作为最终电子/氢受体不需传递体体系： 氧化酶类 以Cu+或Fe+为辅基 需氧脱氢酶类 以FMN或FAD为辅基电子传递体系： 不需氧脱氢酶类 以NAD+或NADP+为辅酶 以FMN或FAD为辅基 电子传递体 以NAD+为辅酶的不需氧脱氢酶 以FMN或FAD为辅基的黄素蛋白(FP) 泛醌(UQ，即辅酶Q) 细胞色素(Cyt)b, c1, c 细

19、胞色素氧化酶(Cytaa3)参与生物氧化的酶类氧化酶是含铜或铁的金属蛋白，不能从底物上脱氢，只能夺取底物上的电子对，用于激活分子氧，从而促进氧与底物的化合。氧化酶只能以分子氧为受体。氰化物、硫化物、CO等对氧化酶有抑制作用重要的氧化酶有细胞色素氧化酶/末端氧化酶Cyt aa3-是血红素蛋白，为呼吸链的最后一个酶多酚氧化酶（Cu+）、抗坏血酸氧化酶（Cu+）1、氧化酶类需氧脱氢酶是以FAD或FMN为辅基的黄素蛋白，它催化底物分子脱氢氧化，且以分子氧作为直接受氢体（生成过氧化氢），因此既是脱氢酶，又是氧化酶。主要的需氧脱氢酶有：葡萄糖氧化酶、氨基酸氧化酶. SH2 2H FAD或FMN O22-

20、H2O2 需氧脱氢酶 S FADH2或FMNH2 2e O2 2H+2、需氧脱氢酶类不需传递体体系中两种酶类的比较氧化酶不能从底物上脱氢，而需氧脱氢酶能脱氢。最终电子受体为氧时，氧化酶氧化的最终产物是水，而需氧脱氢酶氧化的最终产物是H2O2。氧化酶只能以氧作为最终电子受体，而需氧脱氢酶在无氧的情况下，可以以甲烯蓝或醌代替氧作为最终电子受体。3、不需氧脱氢酶类直接作用于底物分子，使之脱氢氧化，但不以氧作为直接受氢体的酶称为不需氧脱氢酶。还原型底物SH2 氧化型辅酶NAD+ 还原型受体分子 不需氧脱氢酶氧化型底物 S 还原型辅酶NADH+H+ 氧化型受体分子有氧条件下，还原型辅酶的电子最终传递给分

21、子氧无氧条件下，电子受体为氧化型的代谢中间产物不需氧脱氢酶分为两类以NAD+或NADP+为辅酶的不需氧脱氢酶以NAD+为辅酶，脱下的氢原子对2H主要通过呼吸链，发生氧化磷酸化反应，合成ATP；以NADP+为辅酶，脱下的氢原子对2H主要为生物合成提供还原力，如脂肪酸、氨基酸、核苷酸的生物合成以FMN或FAD为辅基的不需氧脱氢酶还原型黄素蛋白的氢原子对2H需经FAD呼吸链氧化合成ATP以NAD+为辅酶的不需氧脱氢酶这类酶通常催化仲醇基(-CHOH-)的脱氢反应和氨基酸的-碳原子的氨甲基基团(-CHNH2)的脱氢反应.以FMN或FAD为辅基的不需氧脱氢酶它们专一性地催化烃链中相邻亚甲基(-CH2-C

22、H2-)的脱氢，使底物分子中产生双键。如：琥珀酸脱氢酶、脂酰辅酶A脱氢酶、二氢硫辛酸脱氢酶和-磷酸甘油脱氢酶。不需氧脱氢酶从底物脱下的氢原子对（2H+2e），经过一系列氧化还原反应逐步氧化，最后与氧结合成水。该反应中的一系列反应介质起着传递电子的作用，被称为电子传递体。 2H+SH2 2eM12e M22e M32e M42e 1/2O2 不需氧脱氢酶S H2O电子传递体主要有NADH脱氢酶（辅基为FMN的黄素蛋白）、辅酶Q、铁硫蛋白及多种细胞色素。NADH脱氢酶、CoQ既传递电子对也传递质子对,为递氢体铁硫蛋白和Cyt类只传递电子，将质子游离，为递电子体4、电子传递体四、呼吸链/电子传递链1

23、、呼吸链的概念能够将还原型物质的电子传递给O2的、由一系列电子传递体所组成的系统称为氧化作用的电子传递链/呼吸链。呼吸链即电子传递链，是由位于线粒体内膜中的一系列电子传递体按标准氧化还原电位，由低到高顺序排列组成的一种能量转换体系。在电子传递体系中，底物脱下来的氢不是直接交给氧，而是经一系列传递体，最终传给氧，因此称之为电子传递链或呼吸链。2、呼吸链的功能呼吸链的功能是接受还原型辅酶上的氢原子对，使辅酶分子氧化，并将电子对经一系列传递体按顺序传递，直至激活分子氧，使氧负离子与质子对结合，生成水。由于电子传递产生电化学势差，导致质子运动，引起线粒体内外形成质子梯度，质子梯度可驱动ATP合酶产生A

24、TP。错误的观念：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。线粒体的呼吸链有两种类型：NADH呼吸链-代谢脱下的氢原子对NADH+H+经NADH脱氢酶（FMN为其辅基）进入呼吸链FADH2呼吸链-代谢脱下的氢原子对FADH2经CoQ 汇入呼吸链 FADH2 NADH 复合物 复合物 复合物 （NADH-Q还原酶）（细胞色素还原酶） （细胞色素氧化酶）FMNFe- SFADFe - SCyt bFe SCytc1Cyt aCyt a3(Cu) QCyt cO22H2HH+e-eee2H-复合物（琥珀酸-Q还原酶）3、 呼吸链的种类NADH呼吸链FA

25、DH2呼吸链4、呼吸链的组成呼吸链由四个大的蛋白质复合物构成：NADH脱氢酶复合物（又称NADH-Q还原酶或复合物）琥珀酸-Q还原酶复合物（复合物）Cyt bc1复合物（又称细胞色素还原酶或复合物）细胞色素氧化酶（复合物）除了4大复合物外还有：辅酶Q细胞色素C1） NADH-Q还原酶（复合物）还原态辅酶NADH+H+或NADPH+H+是进入呼吸链的一个起始位点，此类辅酶游离为递氢体：NAD+2HNADH+H+NADH+H+进入呼吸链后，通过复合物I将2H传递给CoQ，复合物即NADH-Q还原酶，又称NADH脱氢酶、NADH-泛醌还原酶，它是电子传递链中的第一个质子泵。复合物为线粒体内膜的基质侧

26、膜蛋白，它至少包含34条多肽链，含有辅基FMN（不需氧黄素酶）、CoQ、 Fe-S簇（铁-硫蛋白），分别作为递氢体和递电子体。 NADH2+ FMN 2Fe2+S CoQ NAD+ FMNH2 2Fe3+S CoQH2 复合物复合物/NADH-Q还原酶铁-硫蛋白铁-硫蛋白/非血红素铁蛋白，其活性部分含有活泼的硫和非卟啉铁原子，称铁硫中心。三类铁-硫蛋白：FeS：1Fe-4(Cys-S)络合物 Fe2S2：2Fe-2S2-4(Cys-S)络合物 Fe4S4：4Fe-4S2-4(Cys-S)络合物铁-硫蛋白常与黄素酶或细胞色素结合成复合物（复合物、复合物或复合物）在铁-硫蛋白处FMNH2传递来的质

27、子和电子分离，质子向膜外泵出，产生跨膜质子梯度，驱动ATP的产生。2）琥珀酸-Q还原酶（复合物）FADH2通过另一个起始位点进入呼吸链，即复合物。 复合物又称为琥珀酸-Q还原酶，它是线粒体内膜上的内在蛋白。完整的复合物还包括TCA循环的琥珀酸脱氢酶，FADH2作为该酶的辅基与酶不分离，其电子被传递给琥珀酸脱氢酶分子的铁-硫中心，进而又传递给CoQ，从而进入电子传递链。复合物为递氢体。复合物将电子从FADH2转移到CoQ上时并不驱动ATP的产生，但它能保证FADH2上的电子进入电子传递链。 FAD 2Fe2+S CoQ FADH2 2Fe3+S CoQH2 复合物复合物/琥珀酸-Q还原酶3）辅酶

28、Q（CoQ或泛醌）辅酶Q作为递氢体：CoQ+2HCoQH2CoQ非极性，可在脂双层中迅速扩散，CoQ在呼吸链中是一种与蛋白质结合不紧密的辅酶，从而能在黄素蛋白类（复合物、）和细胞色素类（复合物）之间灵活传递电子和氢原子CoQ既可结合到线粒体内膜中，也可以游离状态存在CoQ为NADH呼吸链和FADH2呼吸链的汇集中心4）细胞色素还原酶（复合物）细胞色素还原酶又称细胞色素bc1复合物、辅酶Q-细胞色素c还原酶、复合物，它为单递电子体，依靠Fe离子（血红素和铁-硫中心）传递电子：Fe3+e-Fe2+。复合物为与线粒体内膜结合紧密的内在膜蛋白，其中Cytc1和铁-硫蛋白位于内膜外表面，Cytb跨越内膜

29、.细胞色素还原酶的作用：催化电子从CoQH2转移到Cytc.细胞色素为一类含血红素/铁卟啉辅基的电子传递蛋白. CoQ Cytb Fe2+ Fe3+S Cytc1 Fe2+ Cytc Fe3+ CoQH2 Cytb Fe3+ Fe2+S Cytc1 Fe3+ Cytc Fe2+ 复合物5）细胞色素c细胞色素c为单递电子体：Fe3+e-Fe2+Cytc是位于线粒体内膜间质侧的表面膜蛋白Cytc接受由复合物传递来的电子分两阶段完成，以便于电子由双递电子体QH2转移给单递电子体Cytc。Cytc交互地与细胞色素还原酶/复合物的Cytc1和细胞色素氧化酶/复合物接触，起到在复合物和之间传递电子的作用。

30、电子从CoQH2经复合物向Cytc的传递过程6）细胞色素氧化酶（复合物）细胞色素氧化酶又称细胞色素c氧化酶、Cytaa3复合物、复合物，它为4递电子体：2Fe3+2Cu2+4e- 2Fe2+ +2Cu+复合物是线粒体内膜的跨膜蛋白仅Cyta3可以以O2为直接的电子受体 2Cytc Fe3+ CytaFe2+CuA+ Cyta3Fe3+CuB2+ H2O 2Cytc Fe2+ CytaFe3+CuA2+ Cyta3Fe2+CuB+ 1/2O2 复合物复合物/细胞色素氧化酶5、呼吸链中传递体的排列顺序呼吸链的顺序是根据各种电子传递体标准氧化还原电位由低到高排列的。 FAD FADH2 -0.18

31、NAD FMN CoQ CytbFe3+ Cytc1Fe3+ CytcFe3+ CytaFe3+ Cyta3Fe3+ NADH2 FMNH2 CoQH2 CytbFe2+ Cytc1Fe2+ CytcFe2+ CytaFe2+ Cyta3Fe2+-0.320V -0.3V +0.05V +0.07V +0.22V +0.25V +0.29V +0.39V6、电子传递的抑制能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。它们抑制呼吸链的电子传递，从而抑制ATP的产生。根据抑制剂的作用部位，把抑制剂分为3类：阻断电子由NADH向CoQ传递的抑制剂 如鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素。抑制电子从

32、CoQH2向细胞色素C1传递的抑制剂 如抗霉素A，干扰细胞色素还原酶中电子从细胞色素bH的传递。 阻断电子在细胞色素氧化酶中传递的抑制剂 如氰化物、叠氮化物、一氧化碳。电子传递抑制剂五、生物体能量的产生、储存和转移 1、氧化磷酸化经糖酵解途径产生的NADH经丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环产生的NADH和FADH2经磷酸戊糖途径产生的NADPH经脂肪酸氧化产生的NADH和乙酰-CoA等还原型物质最后经氧化磷酸化过程消耗氧生成水、并形成合成高能化合物ATP的驱动力。线粒体的ATP合酶在此驱动力作用下合成ATP。2、光合磷酸化叶绿体吸收的光能经光合系统II促使水分解产生氧气；电子从光系统II向光系统I传

33、递时，形成产生ATP的驱动力；叶绿体的ATP合酶在此驱动力作用下合成ATP，此即光合磷酸化。光系统I在光能驱动下经电子传递形成NADPH。3、底物磷酸化含有高能键的化合物直接使ADP或GDP磷酸化形成ATP或GTP的过程叫底物磷酸化。底物磷酸化主要在糖酵解和三羧酸循环中发生，如1，3-二磷酸甘油酸向3-磷酸甘油酸的转变、磷酸烯醇式丙酮酸向烯醇式丙酮酸的转变可生成ATP，琥珀酰CoA向琥珀酸的转化可生成GTP。底物水平磷酸化与氧无关。H-C=O O=C-OPH-C-OH +H3PO4+NAD+H-C-OH +NADH+H+ CH2O- P CH2O- P 脱氢氧化 O=C-OP O=C-OH H

34、-C-OH +ADP H-C-OH +ATP CH2O- P CH2O- P 底物水平磷酸化底物水平磷酸化2、生物体内能量的贮存 1）贮存在高能化合物之中水解时释放的能量20kJ/mol的磷酸键为高能磷酸键。生物体内的高能磷酸键主要有以下几种类型： 磷酸酐键：各种多磷酸核苷类化合物，如ADP,ATP,GDP, GTP,CDP,CTP,GDP,GTP及PPi等，自由能30.5kJ/mol; 混合酐键：由磷酸与羧酸脱水后形成的酐键，主要有1,3-二磷酸甘油酸等化合物，自由能61.9kJ/mol;烯醇磷酸键：如磷酸烯醇式丙酮酸，自由能61.9kJ/mol;磷酸胍键(NP)：见于磷酸肌酸中，自由能43

35、.9kJ/mol.磷酸肌酸是肌肉和脑组织中能量的贮存形式，但磷酸肌酸中的高能磷酸键不能被直接利用，而必须先通过肌酸磷酸激酶(CPK)将其转移给ATP，才能供生理活动之需。2）贮存在还原物质之中如NADH、NADPH、FADH2等。3）贮存在大分子化合物中如多糖、蛋白质、脂类等。3、生物体内能量的转移1）直接转移能量携带物质线粒体外NADH的穿梭ATP的运输多磷酸核苷间的能量转移 核苷单磷酸激酶NMP+ATP NDP+ADP 核苷二磷酸激酶 NDP+ATP NTP+ADP 2）通过形成电化学势梯度 3）通过化学反应胞液中的3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢后，可产生NADH。这些NADH可经穿梭系统进入线

36、粒体，经氧化磷酸化，产生H2O和ATP。 磷酸甘油穿梭系统 NADH通过此穿梭系统带一对氢原子进入线粒体，只产生1.5分子ATP。利用不同的磷酸甘油脱氢酶催化磷酸甘油和磷酸二羟丙酮之间的转化。 苹果酸穿梭系统 胞液中NADH+H+的一对氢原子经此穿梭系统带入一对氢原子可生成2.5分子ATP。在此过程中，经苹果酸脱氢酶催化利用NADH还原草酰乙酸，形成苹果酸。线粒体外NADH的穿梭五、氧化磷酸化与ATP合成机制1、氧化磷酸化的概念氧化磷酸化又称电子传递磷酸化，是伴随着生物氧化过程而产生的磷酸化作用，即伴随电子从底物到氧的传递，ADP被磷酸化形成ATP的酶促过程。氧化磷酸化是有氧呼吸合成ATP的主

37、要方式，是生命活动的主要能量来源。真核生物的电子传递和氧化磷酸化都在线粒体内膜上发生，原核生物则在浆膜上发生。2、线粒体结构 双层膜结构 外膜平滑内膜内陷形成嵴，内膜表面形成排列规则的内膜球体膜组成特殊外膜蛋白质和脂类各占50左右内膜脂类占20，蛋白质占76线粒体内膜的功能 屏障作用 丙酮酸和脂肪酸的氧化，同时使NAD和FAD还原电子从NADH和FADH2传至内膜，同时发生质子跨膜运输将贮存于电化学质子梯度的能量经F0F1ATP酶合成ATP3、氧化磷酸化作用机制氧化磷酸化是伴随着电子从底物到氧的传递，ADP被磷酸化形成ATP的过程。氧化磷酸化全过程： NADH+H+3ADP+3Pi+1/2O2

38、 NAD+4H2O+3ATP 电子传递过程： NADH+H+1/2O2 NAD+H2O Go=-220.5kJ/mol ATP合成过程： 3ADP+3Pi 3ATP+3H2O Go=+91.6kJ/mol氧化磷酸化的能量利用率为42%。1）氧化磷酸化中ATP的合成部位氧化磷酸化作用（即ATP的合成）与电子传递相偶联。ATP的合成与电子传递是两个不同的过程，前者由线粒体内膜上的ATP合酶即复合物催化完成，后者由线粒体内膜上的电子传递链即复合物催化完成。ATP的合成：截获特定电子传递部位的能量从NADH2到分子氧，有三处ATP合成部位；从FADH2到分子氧，有两处ATP合成部位。ATP+H2O A

39、DP+Pi Go=-30.5kJ/mol Go=-nFEo 氧化磷酸化偶联部位的Eo0.2eV P/O = 2 琥珀酸 FADNADFMNFe-SQCytbFe-SCytc1CytcCytaCyta3O2 P/O=3 P/O=1 P/O=1 P/O=1 0.27V 0.22V 0.53V Eo 51kJ/mol 41.4kJ/mol 99.5kJ/mol GoATP合成部位/氧化磷酸化偶联部位2）能量偶联假说电子传递所释放的自由能必须通过某种形式被ATP合酶所利用，这种能量保存与ATP合酶对其的利用即为能量偶联.化学偶联假说 Slater(1953)提出，认为电子传递过程中产生了一种活泼的高能

40、共价中间物，它的裂解驱动了氧化磷酸化作用。构象偶联假说 Boyer（1964）提出，他认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能形式，这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象。化学渗透假说：Mitchell（1961）提出。化学渗透假说化学渗透假说认为电子传递释放的自由能和ATP合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。即电子传递的自由能驱动质子从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的质子的电化学势梯度，驱动ATP合成.化学渗透假说的要点：呼吸链中递氢体和递电子体按其特定位置间隔交替排列；递氢体有氢泵的作用，复合物、都是一个质子泵，依次将一对质子泵出内膜；H+不能自由通过线粒体内膜，从而形成H+离子浓度的跨膜梯度，并使跨膜电位增高，蕴藏势能和电能；质子穿过线粒体内膜返回基质时，释放出自由能，驱动内膜上的ATP合酶合成ATP（1ATP/2-3H+）。4、质子梯度的形成电子传递使复合物、推动H+跨越线粒体内膜到线粒体的间隙，造成线粒体基质的H+浓度低于间隙，产生电化学梯度，即质子动势，其中蕴藏的自由能是ATP合成的动力。质子外运是一个需能过程质子转移机制 质子主动转移和电子传递产生的自由能相偶联氧化还原回路机制 质子泵机制5、ATP合成机制 1）ATP合酶（复合体）催化ATP产