生物化学考研课件-第6章

第六章生物氧化—电子传递

和氧化磷酸化作用(Biologicaloxidation—electrontransportandoxidativephosphorylation)一、电子传递和氧化呼吸链二、氧化磷酸化作用第六章生物氧化—电子传递

和氧化磷酸化作用(Biologi1呼吸和能量在生物化学中发生的最复杂的代谢途径-----线粒体电子传递系统及其相关的ATP合酶。电子传输链通过一系列结合在膜上的载体发生，跨膜质子梯度，合成ATP（O2消耗）呼吸和能量在生物化学中发生的最复杂的代谢途径-----线粒体2细胞需要能量来进行各种活动以产生并保持其高度有序的结构（大分子的生物合成）。进行各种运动形成膜上的离子和电视梯度维持体温某些动物耗能量来发光细胞需要能量来进行各种活动以产生并保持其高度有序的结构（大分3我们理解氧化磷酸化一些过程

1930s:发现丙酮酸通过三羧酸循环完全氧化成CO2(消耗O2).1930s:NAD+

和FAD

被发现是代谢过程和氧化链之间的电子传递载体.1930s:ATP的作用和磷酸化作用在生物能量中的重要性被发现.我们理解氧化磷酸化一些过程1930s:发现丙酮酸通过三羧酸4

1950s:分离线粒体发现了ADP的磷酸化是和电子从NADH转移到O2

的过程相偶联的。1961,“电子传递和ADP磷酸化的过程是偶联的”这一假说被发表（在两过程拆分的现象和完整性要求的基础上）1960s,从线粒体了发现了ATP合酶

1950s:分离线粒体发现了ADP的磷酸化是和电子从5CO2的生成

方式：生物氧化过程中生成的CO2并不是代谢物上的碳原子与吸入的氧直接化合的结果，而是有机酸脱羧作用生成的。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。

根据所脱羧基在有机酸分子中的位置，可将脱羧反应分为α－脱羧和β－脱羧；又根据反应的同时是否伴有氧化反应，分为单纯脱羧和氧化脱羧。

类型：α-脱羧和β-脱羧（从脱羧的位置）氧化脱羧和单纯脱羧（脱羧方式）CO2的生成

方式：生物氧化过程中生成的CO2并不是6直接脱羧a-direct

decarboxylationH3CCCOOHOa-酮酸脱羧酶Mg2+

TPPH3CCOH+

CO2直接脱羧a-directdecarboxylationH37

氧化脱羧氧化脱羧8H2O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1\2O2NAD+电子传递链

H2O2eO=2H+H2O的生成代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体9生物氧化由细胞内的酶催化。氧化的目的是获得能量。电子转移:由还原型辅酶携带的电子(NADH或FADH2)通过由蛋白和酶构成的氧化还原链(所以称为电子传递链)依次传递给O2.氧化磷酸化:偶联电子传递(氧化)和ATP合成(磷酸化).

上面的过程都发生在线粒体内和线粒体内膜上(真核细胞中)生物氧化由细胞内的酶催化。氧化的目的是获得能量。10线粒体外膜具有很高的通透性内膜只对具有特定载体的物质具有通透性对NADH和FADH2不通透-对丙酮酸通透具有分隔作用三羧酸循环和β-氧化发生在线粒体中糖酵解发生在细胞质中线粒体外膜具有很高的通透性11大多数能量都是通过氧化获得的通过代谢途径电子被传递给NAD和FAD糖酵解发生在细胞基质中产生2NADH丙酮酸脱羧反应在线粒体基质中2NADH/葡萄糖三羧酸循环在线粒体机制中6NADH和2FADH2/葡萄糖大多数能量都是通过氧化获得的通过代谢途径电子被传递给NAD12线粒体是生物氧化的发生场所线粒体是生物氧化的发生场所13

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（eclctrontransferchain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。柠檬酸循环在线粒体基质中进行，电子传递和氧化磷酸化在线粒体内膜上进行。电子传递链的概念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14电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化再氧化NADH和FADH2并把释放的能量储存在ATP里。在真核生物中，电子传递和氧化磷酸化作用发生在线粒体内膜中，而在原核细胞中发生的过程在质膜。电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化再氧化NADH和FA15电子传递链的组成

呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体组成，在线粒体内膜上有4种参与电子传递的蛋白质复合体，分别为

NADH－Q还原酶（NADH-Qreductase）琥珀酸－Q还原酶（succinate-Qreductase）细胞色素还原酶（cytochromereductase）细胞色素氧化酶（cytochromeoxidase）电子传递链的组成呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体组成16洋地黄皂苷洋地黄皂苷17各种辅基在呼吸链中作为中间电子载体各种辅基在呼吸链中作为中间电子载体18生物化学考研课件--第6章19呼吸链的组成1.黄素蛋白酶类（flavoproteins,FP）2.

铁-硫蛋白类（iron—sulfurproteins)3.辅酶Ｑ（ubiquinone,亦写作CoQ）4.细胞色素类（cytochromes）5.血红素

(hemes)6.铜离子（Cu＋）NADH辅酶Q（CoQ）Fe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3琥珀酸等黄素蛋白（FAD）黄素蛋白（FMN）细胞色素类铁硫蛋白（Fe-S）铁硫蛋白（Fe-S）呼吸链的组成1.黄素蛋白酶类NADH辅酶Q（CoQ20电子传递的方向

在电子传递链中，有一系列电子传递体，这些电子传递体的排列顺序是根据它们的电极电位决定的。呼吸链中的电子传递有着严格的方向和顺序，即电子从氧化还原电位较低的传递体依次通过氧化还原电位较高的传递体逐步流向氧分子。电子传递的方向在电子传递链中，有一系列电子传递体，这21NADH和FADH2的电子通过许多中间电子载体转移给O2NADH和FADH2的电子通过许多中间电子载体转移给O222NADH呼吸链NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等复合物Ⅱ复合物Ⅳ复合体I复合物ⅢNADH脱氢酶细胞色素还原酶细胞色素氧化酶琥珀酸-辅酶Q还原酶FADH2呼吸链NADH呼吸链NADHFMNCoQFe-SCytc1O2C23NADH呼吸链电子传递和水的生成H2O12O2O2-MH2还原型代谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

细胞色素b-c-c1-aa3

FeS2H+M氧化型代谢底物FADH2呼吸链电子传递和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸

FeS2Fe2+2Fe3+

细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2eNADH呼吸链电子传递和水的生成H2O12O2O2-MH2还24电子传递链各个成员1.NADH－Q还原酶

NADH－Q还原酶又称为NADH脱氢酶，简称为复合体Ⅰ。该酶含有FMN辅基和Fe-S聚簇，催化反应时，先将NADH的电子传递到FMN上，再传给Fe-S聚簇，最后传给辅酶Q。Fe-S聚簇有几种类型，含有Fe-S聚簇的蛋白质称为铁硫蛋白，又称为非血红素铁蛋白。Fe-S聚簇通过其中的Fe2+和Fe3+的变化来传递电子。电子传递链各个成员1.NADH－Q还原酶NADH－Q还原25铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。铁与无机硫原子或是蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合，常见的铁硫蛋白有三种组合方式（a）单个铁原子与4个半胱氨酸残基上的巯基硫相连。（b）两个铁原子、两个无机硫原子组成（2Fe-2S），其中每个铁原子还各与两个半胱氨酸残基的巯基硫相结合。（c）由4个铁原子与4个无机硫原子相连（4Fe4S），铁与硫相间排列在一个正六面体的8个顶角端；此外4个铁原子还各与一个半胱氨酸残基上的巯基硫相连。铁硫蛋白中的铁可以呈两价（还原型），也可呈三价（氧化型），由于铁的氧化、还原而达到传递电子作用。铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与26铁硫中心（Fe-S）是含1-4个铁原子的辅基铁硫中心只转移一个电子，即使它们包含两个或更多的铁原子。铁硫中心（簇）铁硫中心（Fe-S）是含1-4个铁原子的辅基铁硫中心（簇）27简写为NADHQ还原酶,即复合物I，它的作用是催化NADH的氧化脱氢以及Q的还原。所以它既是一种脱氢酶，也是一种还原酶。它的活性部分含有辅基FMN和铁硫蛋白。FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以进一步将电子转移给Q。

NADHQ还原酶NADH+Q+H+=========NAD++QH2简写为NADHQ还原酶,即复合物I，它的作用是催化NAD28复合物1含有NADH结合位点NADH还原酶活性NADH-NAD+NADH--->FMN--->FeS--->氧化型辅酶Q氧化性辅酶Q--->还原型辅酶Q4H+

被转移到膜间隙/NADH复合物1含有NADH结合位点29生物化学考研课件--第6章302.辅酶Q

辅酶Q(CoenzymeQ)又称泛醌（ubiquinone），有时简称为Q或UQ，是一种脂溶性物质，它可以接受1个电子还原成半醌中间体，再接受1个电子还原成对苯二酚形式。它有一个长长的碳氢侧链，哺乳动物中最常见的是具有10个异戊二烯单位的侧链，简写为Q10，在非哺乳动物中这个侧链可能只有6-8个异戊二烯单位。由于其脂溶性强，可以在线粒体内膜中扩散。2.辅酶Q辅酶Q(CoenzymeQ)又称泛醌（31辅酶Q的结构和氧化还原态辅酶Q的结构和氧化还原态323.琥珀酸－Q还原酶

琥珀酸－Q还原酶又称为复合体Ⅱ，完整的此酶包括柠檬酸循环中的琥珀酸脱氢酶，由4条多肽链组成，总的相对分子质量约140×103，含有一个以FAD为辅基的黄素蛋白、2个铁硫蛋白和一个细胞色素b。其作用是催化电子从琥珀酸通过FAD和铁硫蛋白传递到辅酶Q。所以复合物Ⅱ只能传递电子，而不能使质子跨膜输送。3.琥珀酸－Q还原酶琥珀酸－Q还原酶又称为复合体Ⅱ，33复合物II琥珀酸---FAD—还原酶Q包含辅酶QFADH2

结合位点FAD还原酶活性

FADH2--FAD复合物II34复合物II:琥珀酸－辅酶Q还原酶复合物II:琥珀酸－辅酶Q还原酶354.细胞色素还原酶

细胞色素还原酶又称复合体Ⅲ、辅酶Q－细胞色素c还原酶。它的作用是将还原型辅酶Q的电子传递给细胞色素c。细胞色素还原酶中含有细胞色素b，也含有2Fe-2S聚簇。

4.细胞色素还原酶细胞色素还原酶又称复合体Ⅲ、辅酶Q36细胞色素（cytochrome)

细胞色素是一类含有血红素辅基的电子传递蛋白质的总称。因为有红颜色，又广泛存在于生物细胞中，故称为细胞色素。还原型细胞色素具有明显的可见光吸收，可以看到α、β和γ三个吸收峰，其中α峰的波长随细胞色素种类的不同而各有特异的变化，可用来区分不同的细胞色素。氧化型细胞色素在可见光区看不到吸收峰。细胞色素中的血红素有三种，分别称为细胞色素a、b和c，同一种细胞色素血红素因结合的蛋白质不同，其α吸收峰的波长会发生小的变化，如细胞色素还原酶中含有的细胞色素b就分为bH（b562）和bL（b566）两种。细胞色素（cytochrome)细胞色素是一类含有血红37几种细胞色素的最大吸收峰几种细胞色素的最大吸收峰38细胞色素

传递电子机理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+

－e－e

特点：以血红素为辅基，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)，cytb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。细胞色素传递电子机理：特点：以血红素为辅基，血红素的主要成39甲酰基多聚异戊二烯长链甲酰基多聚异戊二烯长链40它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与细胞色素c1含有相同的辅基，但是蛋白组成则有所不同。在电子传递过程中，cyt.c通过Fe3+

Fe2+的互变起电子传递中间体作用。5.细胞色素c它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载体，位于线粒体内膜外表41复合物Ⅲ的电子传递比较复杂，和“Q循环”有关。辅酶Q能在膜中自由扩散，还原型辅酶Q（氢醌）将一个电子交给Fe-S→细胞色素c1→细胞色素c，被氧化为半醌，并将一个质子释放到膜间隙，半醌将电子交给细胞色素b566→b562，释放另外一个质子到膜间隙。一对电子由辅酶Q到复合物Ⅲ的电子传递过程中，共有四个质子被转移到膜间隙，其中两个质子是辅酶Q转移的。Q循环是指在线粒体内膜中电子传递链上QH2分别传递一个电子到细胞色素中，即共使2个细胞色素得到电子，从而被氧化。复合物Ⅲ的电子传递比较复杂，和“Q循环”有关。辅酶Q能在膜中42生物化学考研课件--第6章43生物化学考研课件--第6章44复合物III还原型辅酶Q氧化型辅酶Q

而细胞色素C被还原也包括细胞色素b质子泵4H+

添加到梯度8H+/NADH4H+/FADH2复合物III还原型辅酶Q氧化型辅酶Q 45简写为cyt.c氧化酶，即复合物IV，它的作用是将还原型细胞色素c的电子传递给分子O2，生成H2O。它是位于线粒体呼吸链末端的蛋白复合物，由12个多肽亚基组成。cyt.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。cyt.aa3可以直接以O2为电子受体。在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生Cu+

Cu2+的互变，将cyt.c所携带的电子传递给O2。6.细胞色素氧化酶简写为cyt.c氧化酶，即复合物IV，它的作用是将还原型46

复合物Ⅳ（细胞色素氧化酶）由6-13条多肽链组成，总的相对分子质量约60×103-170×103，以二聚体形式存在。每个单体包括细胞色素aa3和含铜蛋白。其作用是催化电子从还原型细胞色素c传递给氧分子，同时发生质子的跨膜移位。所以复合物Ⅳ既是电子传递体，又是质子移位体。

复合物Ⅳ（细胞色素氧化酶）由6-13条多肽链组成，总的47复合物IV还原氧分子细胞色素氧化酶色素a+a3red--->氧化状态氧--->水2H++2e-+½O2--2H2O一次传递一个电子给氧

蹦出2H+

总共10H+/NADH总共6H+/FADH2复合物IV还原氧分子48电子传递链氧化还原蛋白质组在线粒体内膜上NADH和FADH2

结合位点在膜的内侧电子转移给氧化还原蛋白NADH氧化成NAD+FADH2

氧化成FAD电子传递链氧化还原蛋白质组494种复合物具有特定序列的蛋白质按特定的顺序转移2个电子蛋白在复合物中蛋白嵌入膜中易于电子转移电子最终还原氧生成水2H++2e-+½O2--H2O4种复合物具有特定序列的蛋白质50生物化学考研课件--第6章51复合物I:NADH进入NADH脱氢酶（NADH：泛醌氧化还原酶或NADH-Q还原酶）。(复合物II):琥珀酸脱氢酶FADH2

的黄素蛋白把电子转移给辅酶Q，没有H+泵出.复合物I:(复合物II):FADH2的黄素蛋白把电子52(复合物III)

细胞色素

bc1

复合物

把2e-

从1个QH2传递给2细胞色素c在复合物III中通过Q循环进行e-

转移和H+

泵出(对于每个还原型辅酶Q，在P侧进行2e-转移,4H+

释放s同时2H+

从N侧产生)复合物IV:细胞色素

c氧化酶,氧化链的最后一个酶,包含3个Cu和2个血红素A作为电子载体(复合物III)在复合物III中通过Q循环进行e-53电子载体的顺序根据它们的氧化还原电位是可以预测的电子载体的顺序根据它们的氧化还原电位是可以预测的54电子传递的抑制效应

凡是能够阻断电子传递链中某部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂，由于阻断部位物质的氧化还原状态能被测定，所以利用电子传递抑制剂是研究电子传递顺序的重要方法，下面列举了若干种常见的重要的电子传递抑制剂。电子传递的抑制效应凡是能够阻断电子传递链中某部位电子55

1、鱼藤酮等

阻断从NADH向CoQ的传递

鱼藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）、杀粉蝶菌素（piericidine）等。它们的作用是抑制复合物I，阻断电子由NADH向CoQ的传递，但不影响FADH2到CoQ的氢传递。鱼藤酮是一种极毒的植物毒素，常用作杀虫剂。1、鱼藤酮等阻断从NADH向CoQ的传递鱼藤56

2、抗霉素A

阻断复合物Ⅲ的电子传递抗霉素A（antimycinA），它是从灰色链球菌分离出的一种抗生素，抑制复合物Ⅲ的电子传递，即阻断细胞色素还原酶中电子的传递，从而抑制了电子从还原型的CoQ（QH2）到细胞色素c1的传递。2、抗霉素A阻断复合物Ⅲ的电子传递抗霉素A（anti57

3、氰化物、叠氮化物、CO、H2S

阻断复合物IV向O2的传递

氰化物（cyanide,CN－）、叠氮化物（azide,N3－）、一氧化碳（carbonmonoxide,CO）和硫化氢(hydrogensulphide)，这些抑制剂均能阻断电子在细胞色素氧化酶的传递，即阻断细胞色素aa3至O2的电子传递，其中氰化物（CN－）和叠氮化物（N3－）能与血红素a3的高铁形式（ferricform）作用而形成复合物,而一氧化碳（CO）则抑制血红素a3的亚铁形式（ferrousform）。3、氰化物、叠氮化物、CO、H2S氰化物（cy58电子传递链中的抑制剂

电子传递链中的抑制剂59

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+Pi→ATP）,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+PiATP+H2O生物氧化过程中释放出的自由能二.氧化磷酸化作用代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合60

氧化磷酸化概念氧化磷酸化是伴随着通过一系列电子载体从NADH或FADH2到O2进行电子传递，生成ATP的过程.氧化磷酸化概念61电子传递和氧化磷酸化

柠檬酸循环及其它降解代谢途径产生还原型辅酶，包括NADH和FADH2，将其携带的电子经过电子传递，最终交给分子O2，形成H2O。在电子传递过程中释放出大量的自由能，这些自由能被用来推动ATP的合成。在呼吸电子传递链中，总反应式为

NADH+H++1/2O2

→NAD++H2O

ΔG0’=－220.07kj/molFADH2+1/2O2→FAD+H2O

ΔG0’=－181.58kj/mol

电子传递和氧化磷酸化柠檬酸循环及其它降解代谢途径产生还62还原型辅酶中的能量

在糖酵解和柠檬酸循环中，1分子葡萄糖完全氧化可以生成10个NADH和2个FADH2，它们氧化后可以释放出的自由能为

10×220.07+2×181.58=2563.86

kj/mol

1分子葡萄糖完全氧化释放的自由能为2870.23kj/mol

还原型辅酶中贮存的能量比例为：

（2563.86/2870.23）×100%=89.3%还原型辅酶中的能量在糖酵解和柠檬酸循环中，1分子葡萄63氧化磷酸化的P/O比

磷氧比（P／O）是指一对电子通过呼吸链传递到氧所产生ATP的分子数。近年来很多实验结果都证明，以NADH作为电子供体时，测得的P/O比值大于2,所以P/O比值不一定是整数。例如，-羟丁酸经过NADH途径的P/O比值为2.4－2.6，产生的ATP数目为2.5；而琥珀酸经过FADH2的P/O比值为1.7，产生的ATP数目为1.5。氧化磷酸化的P/O比磷氧比（P／O）是指一对电子通过64

目前被广泛接受的观点是：ATP、ADP和无机磷酸通过线粒体内膜的转运是由ATP-ADP载体和磷酸转位酶催化的。每合成1个ATP需要3个质子通过ATP合酶。同时，把一个ATP分子从线粒体基质转运到胞液需要消耗1个质子，所以每形成1分子ATP就需要4个质子的流动。因此，如果一对电子通过NADH电子传递链可泵出10个质子，则可形成2.5个分子ATP；如果一对电子通过FADH2电子传递链有6个质子泵出，则可形成1.5个ATP分子。目前被广泛接受的观点是：ATP、ADP和无机磷酸通过线65底物水平磷酸化：代谢物通过氧化形成的高能磷酸化合物直接将磷酸基团转移给ADP，使之磷酸化生成ATP。氧化磷酸化：NADH或FADH2将电子传递给O2的过程与ADP的磷酸化相偶联，使电子传递过程中释放出的能量用于ATP的生成。氧化磷酸化的过程需要氧气作为最终的电子受体，它是需氧生物合成ATP的主要途径。底物水平磷酸化：代谢物通过氧化形成的高能磷酸化合66

20世纪30年代包括德国生物化学家、诺贝尔奖获得者Meyerhof&Warburg在内的许多生化学家对代谢过程中能量的产生和利用作了深入研究，发现无论在糖酵解或三羧酸循环等代谢过程中，都有伴随着ATP磷酸根的放出或

ADP得到磷酸根的变化这类化学能量高效率的传递方式，指出腺苷三磷酸（ATP）是代谢中能量产生和利用的关键化合物。20世纪30年代包括德国生物化学家、诺贝尔奖获得者M67

1941年FritzLipmann引入“高能磷酸键

(～P)”的概念。1949年美国生化学家EugeneKennedy和AlbertLehninger发现线粒体含有三羧酸循环和呼吸链所需要的全部酶系统，并且发现生物氧化与ADP磷酸化相偶联构成了氧化磷酸化。但是，NADH的氧化和电子传递过程是如何与ADP磷酸化生成ATP反应偶联起来一直不清楚。1941年FritzLipmann引入“高能磷酸键68氧化磷酸化的偶联机理

1、线粒体ATP合酶（mitochondrialATPase）2、能量偶联假说

1953年EdwardSlater

化学偶联假说

1964年PaulBoyer

构象偶联假说

1961年PeterMitchell

化学渗透假说3、质子梯度的形成4、ATP合成的机制1978年获诺贝尔化学奖氧化磷酸化的偶联机理1、线粒体ATP合酶（mitochon69ATP的合成部位

线粒体内膜上有许多球形突起，称为内膜球体（innermembranesphere）。这些球体通过一个柄连接到内膜中的基座上，我们把球体和柄合称为F1，基座称为Fo，F1和Fo合称复合体Ⅴ。在离体条件下，这种复合体有水解ATP的活性，所以开始称它为ATP酶，后来发现在完整的线粒体中它的功能是合成ATP，现在称它为ATP合酶。ATP的合成部位线粒体内膜上有许多球形突起，称为内膜70线粒体ATP合酶线粒体ATP合酶71超声波胰蛋白酶或尿素超声波胰蛋白酶或尿素72

ATP产生的部位都是有大的电位差变化的地方，例如，NADH呼吸链生成ATP的三个部位是：E0'值在此三个部位有大的“跳动”，都在0.2伏以上。ATP产生的部位ATP产生的部位都是有大的电位差变化的地方，例如，NADH73电子传递链标准氧还电势、自由能变化和ATP形成部位示意图电子传递链标准氧还电势、自由能变化74生物化学考研课件--第6章75电子传递形成跨膜的质子梯度

在电子传递过程中，还伴随有H+从线粒体内膜的基质侧，向内膜的外侧运输，结果造成跨线粒体内膜的质子梯度，这样在膜内外既造成质子的浓度梯度，又造成电势梯度，这种电化学势梯度贮存有能量，当质子由膜的外侧向内侧运动时，推动ATP合成。

电子传递形成跨膜的质子梯度在电子传递过程中，还伴随有76ATP的生成依赖质子的ATP合酶利用质子梯度生成ATP质子通过酶上的通道泵出通过膜内泵到膜外4H+/ATP被称为化学渗透理论ATP的生成依赖质子的ATP合酶77比较著名的假说有三个：

化学偶联假说构象偶联假说化学渗透学说目前得到公认的是“化学渗透学说”。氧化磷酸化-能量偶联的机理比较著名的假说有三个：氧化磷酸化-能量偶联的机理78

这个假说是1953年由EdwardSlater最先提出。假说认为在NADH氧化和电子传递过程中产生了一种活泼的高能共价中间物，通过此中间物进一步氧化产生的能量来驱动ATP的合成。这一假说完全是依据底物水平磷酸化机理提出的，例如在糖酵解中，由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化的反应就产生了一种活泼且具有高能磷酸基转移势能的酰基磷酸化合物1，3-二磷酸甘油，随后其分子中的高能磷酸基团在磷酸甘油酸激酶的作用下被转移到ADP生成ATP。虽然在糖酵解过程中存在这种例证，但是人们至今未能在线粒体中分离到与之相类似的高能共价中间物。化学偶联假说Chemicalcouplinghypothesis这个假说是1953年由EdwardSlater最先79

这个假说是1964年由P.D.Boyer提出。该假说认为作为电子传递体的蛋白质有两种不同的构象：低能构象和高能构象。电子传递的结果使低能构象转变为高能构象，后者再将能量传递给F0-F1-ATP合成酶，使之也发生构象变化，从而推动ADP磷酸化形成ATP。这种假说有一定的实验根据，在电子沿呼吸链流动时，观察到线粒体内膜发生迅速的物理变化，但由于测定构象比较困难，支持这个假说的实验太少。构象偶联假说Conformationalcouplinghypothesis这个假说是1964年由P.D.Boyer提出。该假说80

英国生物化学家PeterDMitchell在1961年提出化学渗透假说，他认为电子传递释放出的自由能及ATP合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。也就是说，电子传递释放的自由能驱动H+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H+电化学梯度。这个梯度的电化学势驱动ATP合成。由于该假说提出后逐渐拥有越来越多的实验证据，因而成为目前解释氧化磷酸化偶联机理最为公认的一种假说，并且PeterMitchell因提出该假说而获得了1978年的诺贝尔化学奖。

化学渗透学说Chemiosmotichypothesis英国生物化学家PeterDMitchell在19681TheNobelPrizeforChemistryin1978PeterMitchell(1920-1992)氧化磷酸化偶联机制假说认为1961年,PeterMitchell提出了一种新颖的想法-内膜的质子梯度可以用来驱动ATP合成。TheNobelPrizeforChemistry82生物化学考研课件--第6章83

由上述化学渗透假说可知，该模型必需具备两个条件：一是线粒体内膜必须是质子不能透过的封闭系统，否则质子梯度将不复存在；二是要求呼吸链和ATP合酶在线粒体内膜中定向地组织在一起，并定向地传递质子、电子和进行氧化磷酸化反应。

由上述化学渗透假说可知，该模型必需具备两个条84化学渗透假说的实验证据①氧化磷酸化作用需要封闭的线粒体内膜存在。②线粒体内膜对H+、OH－、K+、Cl－等离子都是不通透的。③破坏H+浓度梯度的形成都必将破坏氧化磷酸化作用的进行。④线粒体内膜上的电子传递能够将H+从基质运输到膜间隙。⑤人造的脂质小泡上重组细菌紫膜质和F1FoATP合酶后，在照光时有ATP的合成。化学渗透假说的实验证据①氧化磷酸化作用需要封闭的线粒体内膜85质子泵出是需能过程

一个质子逆电化学梯度跨过线粒体内膜的自由能变化可以用下式表示ΔG=2.3RT[pH(膜内)－pH(膜外)]＋ZFΔΨ

式中，ΔΨ是膜电势，即膜内外的电势差。ΔΨ=Ψ(膜外)－Ψ(膜内)Z：质子上的电荷F：法拉第常数质子泵出是需能过程一个质子逆电化学梯度跨过线粒体内膜86质子转移的两种假设机制（1）氧化－还原回路机制

该机制由Mitchell提出。他认为电子传递链中有一些电子传递体既可以传递电子，也可以结合H+，当它们被还原时，在膜内侧结合H+，而被氧化时，在膜外侧释放H+，这样就把H+从膜内运到了膜外。

质子转移的两种假设机制（1）氧化－还原回路机制该机87（2）质子泵机制

这个机制的内容是，电子传递导致复合体构象的变化，氨基酸残基在膜内侧结合H+，构象变化后在膜外侧释放H+，从而把H+从膜内侧运到膜外。（2）质子泵机制这个机制的内容是，电子传递导致复合88合成ATP与跨膜质子的数量关系

在生理条件下合成1个ATP所需的自由能大约为40～50kj/mol。至少需要两个质子跨膜回流释放的能量才够合成1个ATP。因为转移出膜外的质子有一部分漏回膜内，测定的结果表明，每合成1个ATP需要泵出2～3个质子。

合成ATP与跨膜质子的数量关系在生理条件下合成1个89电子传递过程通过质子梯度的形式捕获能量Dy=0.15-0.2V比P-侧pH高0.7510个质子被泵出,节省大约200千焦/摩尔（NADH）的电化学电势能当质子又回到膜内的时候产生了ATP的合成过程电子传递过程通过质子梯度的形式捕获能量Dy=0.15-090

质子泵复合物I,III,和IV把质子从线粒体基质空间“泵”到间隙.当一对电子传递时复合物I泵4个,复合物III泵4个,复合物IV泵2个

质子.质子动力势电子传递链产生了跨线粒体膜的质子梯度。这是储存在电势中的和由ADP和Pi产生ATP过程偶联的能量.

质子泵复合物I,III,和IV把质子从线91F1和Fo的亚基组成

F1由5种肽链组成，α3β3γδε。Fo由3种疏水亚基组成，a1b2c9-12。Fo形成跨膜的管道，质子通过此管道流回到膜内侧时驱动ATP合成。F1的α、β、γ、δ和ε亚基分别由510、482、272、146和50个氨基酸残基组成，F1的总分子量为371kD。α、β亚基是同源的，每一个亚基结合有1个ATP，催化位点在β亚基上，α亚基上ATP结合位点的功能还不清楚，因为缺失这个位点并不影响F1的活性。F1和Fo的亚基组成F1由5种肽链组成，α3β3γδε。92F1/F0ATP合酶F1

催化亚基,由5个多肽构成

a3b3gde.Fo

介导的质子传输的完整的膜蛋白复合物，由a1b2c9-12构成F0

最初是"F-o"因为它收寡霉素抑制通过蛋白质的质子扩散驱动ATP的合成F1/F0ATP合酶F1催化亚基,由5个多肽构成93ATP合酶包括一个通道(Fo)和一个ATP酶(F1)F1:a3b3gde.Fo:ab2c10-12ATP合酶包括一个通道(Fo)和一个ATP酶(F1)F94

该假说是1964年由美国生物化学家PaulBoyer最先提出，他认为电子传递过程中，线粒体内膜上的蛋白质组分发生了构象变化，转变成一种高能形态。这种高能形态通过将能量转移到ADP合成ATP后，又得以恢复其原来的构象。随着人们对ATP合酶结构的研究和认识不断深入，在构象偶联假说的基础上形成了ATP合酶结合变化和旋转催化假说。

ATP酶-构象偶联假说该假说是1964年由美国生物化学家PaulBoy95Boyer和Walker的工作

英国科学家Walker通过x光衍射获得高分辩率的牛心线粒体ATP酶晶体的三维结构，证明在ATP酶合成ATP的催化循环中三个β亚基的确有不同构象，从而有力地支持了Boyer的假说。

Boyer和Walker共同获得1997年诺贝尔化学奖。

美国科学家Boyer为解释ATP酶作用机理,提出旋转催化假说，ATP合酶结合变化和旋转催化假说认为，ATP合酶与底物核苷酸的作用是按照结合变化机理进行的。构成ATP合酶头部的α3β3亚基构成3个催化部位，中部的γε亚基在质子推动力的驱动下相对于α3β3作旋转运动认为ATP合成酶β亚基有三种不同的构象，一种构象(L)有利于ADP和Pi结合，一种构象(T)可使结合的ADP和Pi合成ATP，第三种构象(O)使合成的ATP容易被释放出来。在ATP合成过程中，三个β亚基依次进行上述三种构象的交替变化，所需能量由跨膜H+提供。Boyer和Walker的工作

英国科学家Walk96

当质子推动力驱使H+经F0质子通道进入时，F0组分质子化而发生构象改变，积累足够的扭矩力，推动γε相对α3β3旋转120°，使处于T态的催化部位释放ATP变成O态，同时L态催化部位上生成ATP变为T态，O态结合ADP+Pi变为L态侧面观顶面观当质子推动力驱使H+经F0质子通道进入时，F0组分质97ATP酶作用机理

ADP+PiProtenFluxH+ATP+H2O

ATPADP+PiProtenFlux有于ADP与Pi结合的构象有于ADP与Pi生成的构象有利于ATP释放的构象ATP酶作用机理

ADP+PiProtenFluxH+AT98生物化学考研课件--第6章99分子马达

Fo的c亚基排列成环，c亚基的构象是一对反平行的跨膜螺旋，在胞质溶胶侧由一个短的发卡环连接。c亚基环形成一个转子（rotor），相对于a亚基旋转，a亚基作为定子（stater），a亚基由5个跨膜的α螺旋组成，在膜的每一侧有质子流动的通道（protonaccesschannels）。γ亚基将F1和Fo连接起来，在ATP合成时γ亚基也相对于(αβ)3复合体旋转。如果γ亚基固着在c亚基转子上，它们就可以一起转动。b亚基有1个跨膜片段和1个长的亲水头部，完整的定子由b亚基固着在a亚基的一端，并通过δ亚基与(αβ)3结合在一起。

分子马达Fo的c亚基排列成环，c亚基的构象是一对反平100生物化学考研课件--第6章101K.KinositaGroup,1997世界上最小的旋转电机，其实在我们的细胞中。K.KinositaGroup,1997世界上最小的旋102质子从膜外侧返回内侧的通道c转子每一个亚基上有一个重要的残基Asp61，将这个Asp突变成Asn将失去ATP合酶活性。c转子相对于定子的旋转可能依赖于Asp61上负电荷的中和。质子从a亚基的胞质侧通道进入，质子化Asp61，推动转子旋转，直到到达a亚基的基质侧纸质通道，Asp61上的质子再解离通过此通道进入膜内侧。这样的旋转能够引起γ亚基相对于（αβ）3复合体旋转，导致3个β亚基依次发生构象变化质子从膜外侧返回内侧的通道c转子每一个亚基上有一103

解偶联剂（uncoupler）是指那些不阻断呼吸链的电子传递，但能抑制ADP通过磷酸化作用转化为ATP的化合物。它们也被称为氧化磷酸化解偶联剂。最早发现的一个解偶联剂是2,4-二硝基苯酚（2,4-dinitrophenol,DNP），它是一种弱酸性亲脂化合物，在pH7条件下，DNP以解离形式存在，不能通过线粒体内膜。但是在酸性环境中，DNP转变为脂溶性的非解离形式，可携带质子透过线粒体内膜，这样就破坏了电子传递形成的跨膜质子电化学梯度。氧化磷酸化的解偶联和抑制解偶联剂（uncoupler）是指那些不阻断呼吸链的104

在解偶联剂存在时，电子沿呼吸链的传递能正常进行，但不能偶联产生ATP，这样就使电子传递所产生的自由能以热能的形式被消耗。由于DNP解偶联剂只专一性地抑制与呼吸链相偶联的ATP的形成过程，因此，它不会影响底物水平的磷酸化。1．解偶联剂（uncouplers）

NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜内外在解偶联剂存在时，电子沿呼吸链的传递能正常进行，但不105

这类化合物直接作用于ATP合酶复合体，从而抑制ATP的合成。

它们使膜外质子不能通过ATP合酶复合体返回膜内，使膜内质子继续泵出到膜外显然越来越困难，最后不得不停止，所以这类抑制剂间接抑制了电子传递和分子氧的消耗。

寡霉素属于此类抑制剂，它与F0的一个亚基结合而抑制F1。2．氧化磷酸化抑制剂（inhibitors）这类化合物直接作用于ATP合酶复合体，从而抑制ATP106F1FoATP合酶的抑制剂

在ATP合酶的柄部有一种寡霉素敏感蛋白(oligomycin-sensitivity-conferringprotein，OSCP)，这种蛋白使复合体对寡霉素敏感，使得寡霉素抑制ATP的合成。Fo的名称即来自于此。

二环己基碳二亚胺（dicyclohexylcarbodi-imide，DCCD）能够修饰Fo蛋白中某亚基的Glu残基，导致抑制质子通过Fo，这种能被DCCD修饰的蛋白又称为DCCD－结合蛋白。F1FoATP合酶的抑制剂在ATP合酶的柄部有一种1073.离子载体抑制剂

离子载体抑制剂（ionophore）是指那些能与某种离子结合，并作为这些离子的载体携带离子穿过线粒体内膜的脂双层进入线粒体的化合物。这类抑制剂均是脂溶性物质，它们与解偶联剂的区别在于它们能结合除H+以外的其它一价阳离子，例如缬氨霉素（Valinomycin）可结合K+，短杆菌肽可结合K+、Na+和其它一价阳离子穿过线粒体内膜。因此离子载体抑制剂增大了线粒体内膜对一价阳离子的通透性，从而破坏了膜两侧的电位梯度，最终导致氧化磷酸化过程被抑制。3.离子载体抑制剂离子载体抑制剂（ionophore108生物化学考研课件--第6章109线粒体外NADH的氧化磷酸化作用

酵解（细胞质）氧化磷酸化

（线粒体）

线粒体外的NADH通过间接的途径——

穿梭机制进入线粒体。动物细胞内已知有两个穿梭系统：

磷酸甘油穿梭系统，主要存在于肌细胞；

苹果酸穿梭系统，主要存在于肝细胞。

线粒体外NADH的氧化磷酸化作用酵解氧化磷酸化110胞浆中的NADH氧化磷酸甘油穿梭（肌肉）苹果酸-天冬氨酸穿梭（肝）胞浆中的NADH氧化磷酸甘油穿梭（肌肉）111磷酸甘油穿梭系统

通过3-磷酸甘油与DHAP之间的转换，胞液中的NADH间接地转变为内膜上的FADH2，经由内膜上的3-磷酸甘油脱氢酶(也是以FAD为辅基的黄素蛋白)进入FADH2呼吸链。这种方式不通过复合物Ⅰ,因此只生成1.5分子ATP。磷酸甘油穿梭系统通过3-磷酸甘油与DHAP之间的转112-磷酸甘油穿梭（线粒体基质）磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2NADHNAD+线粒体内膜（细胞液）-磷酸甘油穿梭（线粒体基质）磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸二113重点:不同的甘油醛-3-磷酸脱氢酶的辅酶

细胞质-----NAD+线粒体---FADFADH2:琥珀酸呼吸链产生

1.5ATP位置：骨骼肌肉，神经细胞磷酸甘油穿梭重点:磷酸甘油穿梭114苹果酸穿梭系统

谷草转氨酶，苹果酸脱氢酶，以及一系列的透性酶。通过苹果酸与草酰乙酸之间的转换，间接地将细胞质中的NADH转变为线粒体内的NADH，从而进入NADH呼吸链。这种方式要通过复合物Ⅰ。苹果酸穿梭系统谷草转氨酶，苹果酸脱氢酶，以及一系列的透115苹果酸-草酰乙酸穿梭作用细胞液线粒体内膜体天冬氨酸-酮戊二酸苹果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸苹果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+线粒体基质苹果酸脱氢酶NADH+H+ⅣⅠⅡⅢ苹果酸脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为膜上的转运载体）呼吸链苹果酸-草酰乙酸穿梭作用细胞液线粒体内膜体天冬氨酸-酮戊二116生物化学考研课件--第6章117重点苹果酸脱氢酶的辅酶:NAD+在线粒体中草酰乙酸形成天冬氨酸并从线粒体膜出去NADH呼吸链:2.5ATP位置:肝，心肌苹果酸-天冬氨酸穿梭重点苹果酸-天冬氨酸穿梭118生物化学考研课件--第6章119生物能是一种化学能,研究自由能和自由能变化(G).ATP作为细胞中的自由能载体.生物能主要由通过的逐步电子流（氧化还原反应），通过一系列具有水平的不断提高还原电位（E）的电子载体产生的。营养物质被氧化，然后电子被传递给最初的电子载体(包括NADH和FADH2).总结生物能是一种化学能,研究自由能和自由能变化(G).总结120NADH和FADH2

中储存的电子被释放出来(在不同的地方)并通过呼吸链(包含四种含有多蛋白的电子载体I,II,III,和IV以及两种移动电子载体：辅酶Q和色素C)将电子传递给O2

。呼吸链中的多种电子载体的顺序在研究过程中已经被确定,包括对标准还原电势和各种呼吸链抑制剂的影响的测量.NADH和FADH2中储存的电子被释放出来(在不同的121在分离的线粒体中发现电子转移到O2的过程是和ATP由ADP+PI合成耦合的。化学渗透理论解释了电子流和ATP合成的耦合。ATP包括一个质子通道(Fo)和一个ATP酶(F1).在细胞质中生成的NADH的电子穿梭进入线粒体进入呼吸链。ATP合成的途径是协同调控。在分离的线粒体中发现电子转移到O2的过程是和ATP由ADP1221.鱼藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）、杀粉蝶菌素（piericidine）等。阻断从NADH向CoQ的传递2.抗霉素A阻断复合物III的电子传递3.氰化物、叠氮化物、CO、H2S阻断复合物IV向O2的传递,这些抑制剂均能阻断电子在细胞色素氧化酶的传递，即阻断细胞色素aa3至O2的电子传递.电子传递的抑制效应1.鱼藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）、杀粉123

解偶联剂是指那些不阻断呼吸链的电子传递，但能抑制ADP通过磷酸化作用转化为ATP的化合物。也被称为氧化磷酸化解偶联剂。

1.解偶联剂如：2,4-二硝基苯酚(DNP），它是一种弱酸性亲脂化合物，在pH7条件下，DNP以解离形式存在，不能通过线粒体内膜。在酸性环境中，DNP转变为脂溶性的非解离形式，可携带质子透过线粒体内膜，破坏电子传递形成的跨膜质子电化学梯度。

2.氧化磷酸化抑制剂:这类化合物直接作用于ATP合酶复合体，从而抑制ATP的合成。寡霉素

属于此类抑制剂，它与F0的一个亚基结合而抑制F1。

3.离子载体抑制剂:是指那些能与某种离子结合，并作为这些离子的载体携带离子穿过线粒体内膜的脂双层进入线粒体的化合物。例如缬氨霉素（Valinomycin）可结合K+。氧化磷酸化的解偶联和抑制解偶联剂是指那些不阻断呼吸链的电子传递，但能抑制AD124生物化学考研课件--第6章1251.呼吸链存在于（）A细胞膜B线粒体外膜C线粒体内膜D微粒体E过氧化物酶体1.呼吸链存在于（）A细胞膜1262.下列哪种物质不是NADH氧化呼吸链的组分？A.FMNB.FADC.泛醌D.铁硫蛋白E.细胞色素c2.下列哪种物质不是NADH氧化呼吸链的组分？A.FMN1273.ATP生成的主要方式是（）A肌酸磷酸化B氧化磷酸化C糖的磷酸化D底物水平磷酸化E高能化合物之间的转化3.ATP生成的主要方式是（）A肌酸磷酸化1285下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是（）A所有高能键都是磷酸键B高能磷酸键只存在于ATPC高能磷酸键仅在呼吸链中偶联D有ATP参与的反应也可逆向进行E所有的生化转变都需要ATP参与5下例关于高能磷酸键的叙述，正确的是（）A所有1296.下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？A丙酮酸脱氢酶B琥珀酸脱氢酶C黄嘌呤氧化酶D细胞色素c氧化酶ESOD6.下列哪种酶以氧为受氢体催化底物氧化生成水？A丙酮酸脱1307.关于线粒体内膜外H+浓度叙述正确的是()A浓度高于线粒体内B浓度低于线粒体内C可自由进入线粒体D进入线粒体需主动转运E进入线粒体需载体转运7.关于线粒体内膜外H+浓度叙述正确的是()A浓1318.参与呼吸链电子传递的金属离子是()A铁离子B钴离子C镁离子D锌离子E以上都不是8.参与呼吸链电子传递的金属离子是()A铁离子1329.呼吸链中,不具有质子泵功能的是()A复合体ⅠB复合体ⅡC复合体ⅢD复合体ⅣE以上都不是9.呼吸链中,不具有质子泵功能的是()A复合体Ⅰ13310.关于超氧化物歧化酶,哪项是不正确的()A可催化产生超氧离子B可消除超氧离子C可催化产生过氧花氢D含金属离子辅基E存在于胞液和线粒体中10.关于超氧化物歧化酶,哪项是不正确的()A13411.Exceptiron,Cytaa3contain()ion.AZnBMgCCuDMnEK11.Exceptiron,Cytaa3conta13512.WhichonecanbeinhibitedbyCOinrespiratorychain?AFADBFMNCFe-SDCytaa3ECytc12.Whichonecanbeinhibite13613.Whichoneisuncoupler?ACOBpiericidinACKCND2,4-dinitrophenolEH2S13.Whichoneisuncoupler?A13714.Therightelectrontansferationsequenceis()Ab→c→c1→aa3→O2Bc1→c→b→aa3→O2Cc→c1→b→aa3→O2Dc→b→c1→aa3→O2Eb→c1→c→aa3→O214.Therightelectrontansfer13815.关于ATP合成酶，叙述正确的是（）A位于线粒体内膜，又称复合体ⅤB由F1和F0两部分组成CF0是质子通道D生成ATP的催化部位在F1的亚基上EF1呈疏水性，嵌在线粒体内膜中15.关于ATP合成酶，叙述正确的是（）A位13916.关于辅酶Q,哪些叙述是正确的?A是一种水溶性化合物B其属醌类化合物C可在线粒体内膜中迅速扩散D不参与呼吸链复合体E是NADH呼吸链与琥珀酸呼吸链的交汇点16.关于辅酶Q,哪些叙述是正确的?A是一种水溶性化合14017.关于细胞色素,叙述正确的是()A均以铁卟啉为辅基B有色C均为电子传递体D均可被氰化物抑制E本质是蛋白质17.关于细胞色素,叙述正确的是()A均以铁卟14118.下列物质属于高能化合物的是（）A乙酰辅酶ABGTPC磷酸肌酸D磷酸二羟丙酮E磷酸烯醇式丙酮酸18.下列物质属于高能化合物的是（）A乙酰辅酶A14220.WheredoesthephosphorylationcouplewiththeoxidationandcanproduceATP?ANADH→CoQBCoQ→CytbCCoQ→CytcDFADH2→CoQECytaa3→O220.Wheredoesthephosphoryl143第六章生物氧化—电子传递

和氧化磷酸化作用(Biologicaloxidation—electrontransportandoxidativephosphorylation)一、电子传递和氧化呼吸链二、氧化磷酸化作用第六章生物氧化—电子传递

和氧化磷酸化作用(Biologi144呼吸和能量在生物化学中发生的最复杂的代谢途径-----线粒体电子传递系统及其相关的ATP合酶。电子传输链通过一系列结合在膜上的载体发生，跨膜质子梯度，合成ATP（O2消耗）呼吸和能量在生物化学中发生的最复杂的代谢途径-----线粒体145细胞需要能量来进行各种活动以产生并保持其高度有序的结构（大分子的生物合成）。进行各种运动形成膜上的离子和电视梯度维持体温某些动物耗能量来发光细胞需要能量来进行各种活动以产生并保持其高度有序的结构（大分146我们理解氧化磷酸化一些过程

1930s:发现丙酮酸通过三羧酸循环完全氧化成CO2(消耗O2).1930s:NAD+

和FAD

被发现是代谢过程和氧化链之间的电子传递载体.1930s:ATP的作用和磷酸化作用在生物能量中的重要性被发现.我们理解氧化磷酸化一些过程1930s:发现丙酮酸通过三羧酸147

1950s:分离线粒体发现了ADP的磷酸化是和电子从NADH转移到O2

的过程相偶联的。1961,“电子传递和ADP磷酸化的过程是偶联的”这一假说被发表（在两过程拆分的现象和完整性要求的基础上）1960s,从线粒体了发现了ATP合酶

1950s:分离线粒体发现了ADP的磷酸化是和电子从148CO2的生成

方式：生物氧化过程中生成的CO2并不是代谢物上的碳原子与吸入的氧直接化合的结果，而是有机酸脱羧作用生成的。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。

根据所脱羧基在有机酸分子中的位置，可将脱羧反应分为α－脱羧和β－脱羧；又根据反应的同时是否伴有氧化反应，分为单纯脱羧和氧化脱羧。

类型：α-脱羧和β-脱羧（从脱羧的位置）氧化脱羧和单纯脱羧（脱羧方式）CO2的生成

方式：生物氧化过程中生成的CO2并不是149直接脱羧a-direct

decarboxylationH3CCCOOHOa-酮酸脱羧酶Mg2+

TPPH3CCOH+

CO2直接脱羧a-directdecarboxylationH3150

氧化脱羧氧化脱羧151H2O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1\2O2NAD+电子传递链

H2O2eO=2H+H2O的生成代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体152生物氧化由细胞内的酶催化。氧化的目的是获得能量。电子转移:由还原型辅酶携带的电子(NADH或FADH2)通过由蛋白和酶构成的氧化还原链(所以称为电子传递链)依次传递给O2.氧化磷酸化:偶联电子传递(氧化)和ATP合成(磷酸化).

上面的过程都发生在线粒体内和线粒体内膜上(真核细胞中)生物氧化由细胞内的酶催化。氧化的目的是获得能量。153线粒体外膜具有很高的通透性内膜只对具有特定载体的物质具有通透性对NADH和FADH2不通透-对丙酮酸通透具有分隔作用三羧酸循环和β-氧化发生在线粒体中糖酵解发生在细胞质中线粒体外膜具有很高的通透性154大多数能量都是通过氧化获得的通过代谢途径电子被传递给NAD和FAD糖酵解发生在细胞基质中产生2NADH丙酮酸脱羧反应在线粒体基质中2NADH/葡萄糖三羧酸循环在线粒体机制中6NADH和2FADH2/葡萄糖大多数能量都是通过氧化获得的通过代谢途径电子被传递给NAD155线粒体是生物氧化的发生场所线粒体是生物氧化的发生场所156

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（eclctrontransferchain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。柠檬酸循环在线粒体基质中进行，电子传递和氧化磷酸化在线粒体内膜上进行。电子传递链的概念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157电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化再氧化NADH和FADH2并把释放的能量储存在ATP里。在真核生物中，电子传递和氧化磷酸化作用发生在线粒体内膜中，而在原核细胞中发生的过程在质膜。电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化再氧化NADH和FA158电子传递链的组成

呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体组成，在线粒体内膜上有4种参与电子传递的蛋白质复合体，分别为

NADH－Q还原酶（NADH-Qreductase）琥珀酸－Q还原酶（succinate-Qreductase）细胞色素还原酶（cytochromereductase）细胞色素氧化酶（cytochromeoxidase）电子传递链的组成呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体