生物氧化课件

第二章生物氧化

一切生命活动都需要能量，光合自养生物通过光合作用利用太阳能将CO2和H2O转化为有机物（糖），将光能转化为有机物中稳定的化学能；异养生物或光合自养生物的非光合组织通过呼吸作用将有机物氧化分解为CO2和H2O，同时释放能量，一部分能量转换为ATP（腺苷三磷酸），ATP可直接用于需要能量的各种生命活动。生物氧化与氧化酸化是需氧生物获得ATP的主要途径。第一节生物氧化概述

一、生物氧化的概念、特点和方式（一）生物氧化的概念生物氧化是有机物（糖、脂肪和蛋白质）在生物体细胞内进行氧化分解并释放能量的过程。它包括一系列氧化还原反应，体内所需能量大部分来自有机物的氧化。生物氧化的全过程可分为4个阶段：糖原

三酯酰甘油

蛋白质

葡萄糖

脂酸+甘油

氨基酸

乙酰CoA

TAC

NADH+H+,FADH2

NADH+H+呼吸链

H2O

ADP+Pi

ATP

CO2

CoA

（二）生物氧化的特点

1、生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反应条件温和（水溶液，pH7和常温）。

2、氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发生。

3、水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作用直接参予了氧化反应。

4、在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。5、生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。

6、生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。

7、进行生物氧化反应的部位（1）线粒体（2）内质网、微粒体、过氧化酶体等

8、生理意义：供给机体能量，进行正常生理生化活动，转化有害废物。

（三）生物氧化的方式

生物氧化是在一系列氧化-还原酶催化下分步进行的。每一步反应，都由特定的酶催化。生物氧化进行的方式有加氧、脱氢等，其中以脱氢氧化方式为主。代谢底物脱下的氢原子，需经过一系列传递体的传递，才能交给最终受氢体，最终与氧结合生成水。

1.脱氢氧化反应（1）脱氢在生物氧化中，脱氢反应占有重要地位。它是许多有机物质生物氧化的重要步骤。催化脱氢反应的是各种类型的脱氢酶。

烷基脂肪酸脱氢如琥珀酸脱氢醛酮脱氢

如乳酸脱氢酶+2H+

2e-+COOHCHCHCOOHCOOHCH2CH2COOH

氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应，反应产物为水。在各种脱氢反应中产生的氢质子和电子，最后都是以这种形式进行氧化的。

3.生成二氧化碳的氧化反应（1）直接脱羧作用氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直接从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。（2）氧化脱羧作用氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧的同时，也发生氧化（脱氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。

二、自由能和氧化还原电位（一）自由能生物氧化过程中发生许多生化反应，生化反应中的能量变化和一般化学反应一样，可用热力学上的自由能来描述。自由能（freeenergy）是指一个体系的总能量中，在恒温恒压下能够做功的那一部分能量，又称为Gibbs自由能（G）。自由能(Gibbs函数)的定义为:Ｇ=H—TS

化学反应的自由能变化(Gibbs函数变化):

ΔrＧ=ΔrH—TΔrS

标准自由能变化:在25℃，101325Pa(1个大气压)下，反应物浓度为1mol/L时，反应系统的自由能变化。化学反应的标准自由能变化用rGӨ表示(生物化学反应标准自由能变化用rG'Ө表示,单位为kJ/mol.例如,A+BC+D

其自由能变化遵循下式:rG'=rG'Ө+RTln

当反应平衡时(即rG'=0):rG'Ө=-RTln

因为平衡常数K=[C][D]/[A][B]

所以一个生物化学反应标准自由能变化与一个反映的平衡常数间的关系为:rG'Ө=-RTlnK=-2.303RTlgK

[C][D][A][B][C][D][A][B]

其中R为气体常数(R=8.315kJ/ml.k),T为热力学温度(单位为K),rG'Ө可以通过测定平衡时的产物和反应物的浓度计算出来.

（二）标准氧化还原电位（ＥӨ）生物氧化包括一系列的氧化还原反应，如果反应物失去电子,则该物质称为还原剂;如果反应物得到电子,则该反应物称为氧化剂.氧化还原反应包括一个矛盾的两个方面,一种物质作为还原剂失去电子本身被氧化,而另一种物质作为氧化剂得到电子被还原.物质得失电子的趋势(电子转移的潜势)可以用氧化还原电位ＥӨ值定量表示.检流计+-盐桥氢气参考半反应池样品半反应池

氧化还原物质与标准氢电极组成原电池(如右图),可测定其ＥӨ值.

用于生物测量的标准条件为:参考半反应池的氢离子浓度1.07mol/L,氢气气压101325Pa(1个大气压)标准还原电位人为地规定为0.0V;样品半反应池中含有待测定样品的氧化型和还原型物质各1mol/L,pH=7.0;电流表上的读数表示两个半反应池之间的电势差,即样品半反应池的标准氧化还原电位.氧化还原物质与标准氢电极组成原电池结构示意图

ＥӨ'值越小，失电子能力越强（还原剂）；值越大，获得电子能力越强（氧化剂）。根据ＥӨ'值可判断生物体内各种物质得失电子能力的强弱，如02易获得电子形成水，NADH易失去电子氧化成NAD+。12NADH+H++—O2NAD++H2O2e-ＥӨ'电子受体－ＥӨ'

电子受体＝△EӨ'（三）自由能与氧化还原电位差的关系

一个氧化还原反应可以看成是一个化学电池，当通过化学电池的电流无限小时，电池做最大功：Wmax＝nF△EӨ'式中n——氧化还原反应中传递的电子数目；△EӨ'——生化标准氧化还原电位差；

F——法拉第常数[96.485kJ/(V·mol)]。根据热力学定律，在恒温恒压体系中，体系自由能的降低（G为负值）等于体系所做的最大功，即Wmax＝－△G＝nF△EӨ'△

GӨ'＝－nF△EӨ'

因此，利用生化标准氧化还原电位差可以计算出氧化还原反应的生化标准自由能变化。例：求下列反应的△

GӨ'

解:查表知，EӨ'

(O2/HO2)＝+0.815VEӨ'(NAD+/NADH)＝－0.32V

所以△

EӨ'＝0.815－(－0.32)

＝1.135(V)

△

GӨ'＝－2×1.135×96.485

≈－219(kJ/mol)12O2＋NADH＋H+→H2O＋NAD+OPOOHNNNNNH2OHHOHHOHHOCH2HOPOOHOPOOHNNNNNH2OHHOHHOHHOCH2OPOOHHOPOOH＋H2O＋Pi腺嘌呤核糖ATP4-+H2O＝ADP3-+Pi2-+H+

GӨ'

＝-30.5kJ•MOL-1ATP3-+H2O＝ADP2-+Pi3-+H+

GӨ'

＝-33.1kJ•MOL-1

在高能化合物分子中，被水解释放出大量自由能的活泼共价建，称为高能键，用符号“～”表示。当分子中含有磷酸基团，该磷酸基团被水解时释放出大量的自由能，这类高能化合物又称为高能磷酸化合物。

（二）高能化合物的类型生物体内的高能化合物，根据其分子结构特点和所含高能键的特征，可分为下列几种类型。高能化合物氮磷键型（—P~N—）磷氧键型（—O~P—）硫酯键型甲硫键型焦磷酸化合物

酰基磷酸化合物

烯醇式磷酸化合物

上述高能化合物中，含磷酸基团的高能磷酸化合物占绝大多数。但并不是所有含磷酸基团的化合物都是高能化合物。例如，6-磷酸葡萄糖、3-磷酸甘油等，水解释放的自由能都小于20.92kJ/mol,所以称他们为普通磷酸化合物或低能磷酸化合物。1.磷氧键型

①酰基磷酸化合物3-磷酸甘油酸磷酸乙酰磷酸氨甲酰磷酸③烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸2.氮磷键型磷酸肌酸磷酸精氨酸3.硫酯键型乙酰CoA3'-磷酸腺苷-5'-磷酰硫酸4.甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸一、电子传递链的组成及其功能

电子传递链主要由蛋白质复合体组成，大致分为4个部分：NADH-CoQ还原酶复合物（NADH脱氢酶）、琥珀酸-CoQ还原酶复合物、细胞色素还原酶复合物和细胞色素氧化酶复合物.ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

CytcQ

NADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸1/2O2+2H+H2O胞液侧基质侧线粒体内膜e-e-e-e-e-呼吸链各蛋白质复合体在线粒体内膜中的位置FADFADH2琥珀酸延胡索酸Ｆe2+Ｆe3+2H2e-2e-2H+琥珀酸－Ｑ还原酶复合物ⅡM.H2代谢物Ｍ氧化的代谢物ＮＡＤＨ呼吸链呼吸链ＦＡＤＨ２ＮＡＤ＋（ＮＡＤＰ＋）ＮＡＤＨ＋Ｈ＋（ＮＡＤＰＨ＋Ｈ＋）脱氢酶ＡＤＰ２ＨＡＴＰＦＡＤＨ２（ＦＭＮＨ２）黄素酶ＦＡＤ＋（ＦＭＮ＋）２Ｆ３＋２Ｆ２＋２e-２e-ＱＱＨ２Ｆe-S辅酶Ｑ2e-2Ｆe2+2Fe3+细胞色素b2e-2Fe3+2Fe2+Ｆe-SATPADP2Fe2+2Fe3+细胞色素Ｃ１2e-3Fe3+2Fe2+细胞色素Ｃ2e-2Fe2+2Fe3+细胞色素aa32e+2Cu2+2Cu+细胞色素a3ATPADPH2O1∕2O22e+2H+NADH-CoQ还原酶复合物Ⅰ细胞色素还原酶复合物Ⅲ细胞色素氧化酶复合物Ⅳ

脱氢以NAD和NADP为辅酶的脱氢酶,直接催化代谢物脱氢,脱下来的氢交给NAD+或NADP+,从而形成NADH或HADPH.NAD或NADP的氧化还原反应发生在烟酰胺的吡啶环上.E0'-0.41V-0.32V-0.06V+0.1V+0.04V+0.26V+0.29V+0.81VNADH-CoQ还原酶(NADH-CoQ还原酶复合物)

又称为NADH-CoQ还原酶或复合物I，是一个相对分子质量为88000的蛋白质分子，至少含有34条多肽链。NADH脱氢酶属黄素核苷酸脱氢酶类，辅基为FMN。此酶包括黄素酶和铁-硫蛋白（Fe-S，通过Fe离子价态变化传递电子）两个电子传递结构，它们嵌合于线粒体内膜中。

黄素酶

黄素酶或黄素蛋白是以FMN或FAD为辅基的一类不需氧脱氢酶,作用是递氢.递氢作用是因黄素基的第1,第5两位N原子能被还原.1245

呼吸链中最重要的黄素酶是NADH脱氢酶和琥珀酸脱氢酶.

NADH脱氢酶此酶以NADH为底物,将NADH脱下来的氢通过FMN,Fe-S中心交给COQ,故NADH脱氢酶也叫NADH-CoQ还原酶.

琥珀酸脱氢酶此酶催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸,辅基是FAD和Fe-S中心琥珀酸脱氢酶把琥珀酸脱下来的氢通过FAD,Fe-S中心交给COQ,故琥珀酸脱氢酶也叫琥珀酸-Q还原酶.

铁-硫蛋白铁-硫蛋白是相对分子质量较小的蛋白质,分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫,所以通常简写为Fe-S或FeS,铁硫成等量关系,已知的有一铁四硫(FeS4),二铁二硫(Fe2S2)和四铁四硫(Fe4S4)3种类型.

Fe(S-Cys)4型Fe2S2(S-Cys)4型Fe4S4(S-Cys)4型

铁-硫蛋白在线粒体内膜上常常与黄素酶,细胞色素结合成复合物,有人将这种铁-硫蛋白称为铁-硫中心,Fe,S是很敏感的部分,往往受抑制剂的抑制.它们的作用是通过铁价数的改变进行电子传递.

辅酶Q(COQ)辅酶Q是脂溶性醌类化合物,因广布于自然界,所以有称泛醌.辅酶Q有一个长的类异戊二烯侧链,使它具有高度的疏水性,能在线粒体内膜的疏水区中迅速扩散,它是呼吸链中唯一一个不牢固地结合于蛋白质上的电子或氢的传递体,因此不包含在四种复合体中。分子中的苯醌结构能可逆地结合2个H，为递氢体。Fe2+Fe3++e-

细胞色素细胞色素是一类以传递电子作为其主要生物功能的色蛋白.电子的传递是借助于其辅基铁卟啉铁价的可逆变化,细胞色素在组织内分布极广,种类很多.还原型细胞色素具有明显的可见光谱吸收现象，可看到α、β、γ3个吸收峰。

根据吸收光谱的不同，将细胞色素分为Cytα、cytb、cytc等3类。3类细胞色素的辅基结构以及辅基与蛋白质的结合方式有所不同；细胞色素a类的辅基是血红素A，它与细胞色素a的蛋白质部分非共价结合；细胞色素b类的辅基是铁－原卟啉IX，它与蛋白质非共价结合；细胞色素C类的辅基也是铁－原卟啉IX，它与蛋白质共价结合。在动物线粒体的呼吸链中至少有5种细胞色素，它们分别是cytb、cytc1、cytc、cyta、cyta3。

细胞色素还原酶细胞色素还原酶含有细胞色素b、铁-硫中心以及细胞色素C1。细胞色素还原酶血红素辅基中的铁离子，在电子传递中发生可逆的价态变化。

QH2被氧化型细胞色素氧化的过程:QH2将电子传给氧化型细胞色素b,使之变为还原型细胞色素b,H+质子留在溶液中.还原型细胞色素b将电子传给铁-硫中心,再转给细胞色素C1,接着转给细胞色素C.

在呼吸链中细胞色素还原酶的作用是催化电子从CoQH2转移到细胞色素C。

线粒体中的细胞色素绝大多数和线粒体内膜结合紧密,只有细胞色素C和线粒体内膜结合较松,容易分离纯化,因此对它的结构和功能研究的更为清楚.

细胞色素C（Ctyc）Ctyc为可溶性蛋白质，以静电作用结合在线粒体内膜的外表面，Cytc1将接受的电子传递给Ctyc，Ctyc再将接受的电子传递给Cytaa3。Cytaa3是由Cyta和Cyta3组成的复合物。该复合物称为细胞色素氧化酶、复合物IV或细胞色素C氧化酶。

Cytc与细胞色素还原酶的Cytc1和细胞色素氧化酶（复合物IV）接触，起到在复合物III和IV之间传递电子的作用。

细胞色素氧化酶（复合物IV）细胞色素氧化酶（Cytaa3）含有2个血红素A、2个铜离子和10个亚基。Cyta接受来自Cytc-Fe2+的电子，经Cu2+Cu+

将电子传递给Cyta3，最后Cyta3将接受的电子传递给O2，使O2还原成H2O。二、重要的电子传递链电子传递链的各种组分在线粒体内膜上按一定的顺序排列，才能发挥其传递电子的功能。在线粒体内膜上主要有两条电子传递链。1、NADH电子传递链线粒体基质中的丙酮酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸、苹果酸等脱氢生成的NADH+H+作为电子最初供体。电子传递顺序：NADH-CoQ还原酶→CoQ→细胞色素还原酶→Ctyc→Cytaa3→O2。

2、FADH2电子传递链亦称为琥珀酸呼吸链。线粒体基质中的琥珀酸脱氢生成的FADH2作为这条电子传递链的电子最初供体。电子传递顺序：琥珀酸-CoQ还原酶→CoQ→细胞色素还原酶→Ctyc→Ctyaa3→O2。

三、电子传递链的抑制剂

能够阻断电子传递链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。利用电子传递抑制剂的专一性有选择性地阻断电子传递链中某个传递步骤，再测定每一种电子载体的氧化或还原状态，从而可确定电子传递体的排列顺序。常见的电子传递抑制剂有以下几种。

1、鱼藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）、杀粉蝶菌素（piericidine）

它们的作用是阻断电子由NADH向COQ的传递。鱼藤酮是一种极毒的植物物质，常用作杀虫剂。2、抗霉素A（antimycinA）它是从链霉菌分离出来的抗菌素，能阻断电子由Cytb向Cytc1的传递.3、氰化物、硫化物、叠氮化物、CO

它们都能阻断电子在细胞色素氧化酶中的传递。各种抑制剂对电子传递的抑制部位如下图所示:鱼藤酮,安密妥杀粉蝶菌素抗霉素AN3-,CO,H2S,CN-第三节氧化磷酸化作用氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）是需氧生物获得ATP的主要途径。氧化磷酸化作用是指与生物氧化作用相偶联的磷酸化作用。它是将生物氧化过程中释放的自由能用于ADP磷酸化形成ATP的过程。真核生物的氧化磷酸化作用在细胞的线粒体内膜进行；原核生物则在细胞质膜上进行。

一、ATP合成的两种途径

1、底物水平磷酸化

ATP的生成直接由一个代谢中间物上的磷酸基团转移到ADP上。

A～Pi代表底物在氧化过程中形成的中间产物-高能磷酸化合物.2、氧化磷酸化将生物氧化过程中释放的自由能用于ADP磷酸化形成ATP的过程。ADP+A～PiATP+ANADH+H++=－220.5kJ/mol∆rGӨ'ADP+Pi→ATP+H2O

∆rGӨ‘=+30.5kJ/moL

二、氧化磷酸化的偶联部位电子在氧化呼吸链中按顺序传递逐步释放出自由能，若释放的自由能足以用来形成ATP，那么这个电子传递部位称为偶联部位。实验证明，在呼吸链的4个酶复合体中，复合体I、III、IV是偶联部位，一对电子流经NADH-CoQ还原酶所释放的自由能足以形成1分子ATP，流经细胞色素还原酶形成0.5分子ATP，流经细胞色素氧化酶形成1个ATP分子。因此，一对电子经NADH电子传递链氧化磷酸化产生2.5分子ATP；经FADH2电子传递链氧化磷酸化只产生1.5分子ATP。ADP磷酸化形成ATP需要消耗无机磷酸；一对电子经氧化呼吸链传递给O2，需要消耗氧分子，二者是相偶联的。研究氧化磷酸化最常用的方法之一测定线粒体或其制剂的P/O比。P/O是指每消耗一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。ATPATPATP氧化磷酸化偶联部位

实验证明，线粒体内的NADH+H+经呼吸链氧化，其P/O比为2.5；FADH2经呼吸链氧化，其P/O比为1.5。线粒体外（细胞质中）的NADH+H+，通过不同途径（线粒体穿梭系统）进入不同的呼吸链氧化，其P/O比不同；通过苹果酸穿梭途径进入电子传递链氧化的P/O比为2.5；通过磷酸甘油穿梭途径进入电子传递链氧化的P/O比为1.5。

三、氧化磷酸化的作用机理氧化磷酸化作用的实质是能量转换，那么电子经呼吸链传递所释放的自由能是如何推动ADP磷酸化形成ATP的？这就是氧化磷酸化作用的机理问题。为解释这个问题，目前有3种假说：化学偶联假说、构象偶联假说和化学渗透假说。

1、化学偶联假说

1953年，斯莱特（E.C.Slater）提出了化学偶联假说，他认为在电子传递过程中产生一种活泼的高能共价中间物，它随后的裂解驱动ADP磷酸化形成ATP。但是在氧化磷酸化作用中一直未能找到任何一种活泼的高能中间物。2、构象偶联假说

1964年，波耶尔（P.Boyer）提出了构象偶联假说，他认为电子沿呼吸链传递，使线粒体内膜蛋白质组分发生了构象变化，形成了一种高能构象，这种高能构象通过ATP的合成而恢复其原来的构象。但这一假说至今未能找到有力的实验证据。不过在ATP的合成过程中仍可能包含有不同形式的构象偶联现象。

1994年,沃克(J.Walker)通过高分辨率电子显微镜的研究,为波耶尔（P.Boyer）提出的ATP合酶的结合变化机制找到了最新实验证据的支持,为此,沃克(J.Walker)、波耶尔（P.Boyer）和斯科(JensC.Skou)共获1997年化学奖.3、化学渗透假说1961年，英国的生物化学家米切尔（P.Mitcell）提出了化学渗透假说，化学渗透假说的要点是在呼吸链的电子传递过程中,质子(H+)在线粒体内膜内外两侧的浓度梯度所产生的化学电位差是合成ATP的基本动力.呼吸链中的递氢体的电子传递体在线粒体内膜内侧都有特定的位置和顺序,电子传递释放的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜向内膜的外侧转移,就像一个质子泵一样把质子泵出内膜.由于H+质子不能自由通过线粒体内膜,被转移出去的质子不能回到内膜内侧,内膜外侧的H+浓度高于内侧的H+浓度,形成H+浓度的跨膜梯度,使线粒体内外两侧形成化学电位差,这个电位差驱动H+通过ATP合酶的特殊通道回流到线粒体基质，同时释放出自由能推动ATP的合成ⅢⅠ

Ⅱ

Ⅳ

F0

F1

Cytc

Q

NADH+H+

NAD+

延胡索酸

琥珀酸

H+

1/2O2+2H+

H2O

ADP+Pi

ATP

H+

H+

H+

胞液侧

基质侧

++++++++++---------化学渗透假说详细示意图

化学渗透假说可以解释许多关键问题：①氧化磷酸化作用的进行需要完整、封闭的线粒体内膜；②线粒体内膜对H+、OH-、K+和C1-等都不是通透的；③电子传递所形成的电子流能够将H+从线粒体基质泵到线粒体膜间隙；④破坏H+浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载体抑制剂）都会破坏氧化磷酸化作用的进行。

四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂在正常情况下，电子传递和氧化磷酸化是相互偶联的。但在有些情况下，电子传递的磷酸化作用可被解偶联，不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同。根据影响方式的不同可分为三大类：化学解偶联剂、离子载体抑制剂和氧化磷酸化抑制剂。

1、化学解偶联剂（chemicaluncoupler）这类试剂的作用是使电子传递和ATP形成两个过程分离。它只抑制ATP的形成过程，不抑制电子传递过程，导致电子传递释放的自由能都转变为热能，造成过分地利用O2和底物而能量得不到贮存。

典型的解偶联剂是2，4-二硝基酚（DNP），其特点是呈弱酸性和脂溶性，在pH7的环境下，DNP离解出H+，以离子形式存在，这种形式不能透过膜；在酸性环境中，DNP离子结合H+，以分子形式存在而变为脂溶性的，能够透过膜，同时将一个H+带入膜内，起着消除跨膜质子电化学梯度的作用。这种破坏跨膜的H+浓度梯度而引起解偶联作用的试剂又称为质子载体。NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜内外2,4-二硝基苯酚的解偶联作用2、离子载体抑制剂（ionophoreinhibitor）这是一类脂溶性物质，它们能与K+、Na+等结合并作为它们的载体将这些离子转运至膜内，中和线粒体基质中的负电荷，降低线粒体内膜内外的电位梯度，减弱推动ATP形成的推动力，从而抑制氧化磷酸化作用。例如，缬氨霉素能够结合K+，形成脂溶性复合物，穿过线粒体内膜，使得K+很容易透过内膜；又如短杆菌肽可使K+、Na+以及其他一些一价阳离子穿过内膜。因此，这类抑制剂是通过增强线粒体内膜对一价阳离子的通透性而破坏氧化磷酸化作用。3、氧化磷酸化抑制剂这类试剂的作用特点是既抑制氧的利用又抑制ATP的合成，但不直接抑制任何电子传递体。由于它抑制了由电子传递的高能状态合成ATP的过程，结果也使电子传递不能继续进行。寡霉素就属于这类抑制剂。实验表明，解偶联剂可解除寡霉素对氧利用的抑制作用。33(10-12)2

五、线粒体的穿梭系统前面讨论的NADH呼吸链，其NADH脱氢酶位于线粒体内膜的内侧，只作用于线粒体基质的NADH，而细胞液中的NADH又不能直接穿过线粒体内膜进入呼吸链氧化。因此，需要通过一种间接途径，即穿梭系统来解决细胞液中NADH的氧化问题。不同真核生物细胞液中的NADH进入线粒体呼吸链的途径有所不同：一种为3-磷酸甘油穿梭系统，另一种为苹果酸穿梭系统。

1、3-磷酸甘油穿梭系统在动物的骨骼肌、昆虫的飞行肌等组织细胞中，胞液中的NADH经3-磷酸甘油脱氢酶催化将磷酸二羟丙酮还原为3-磷酸甘油，3-磷酸甘油扩散至线粒体内膜外表面，经内膜外侧的3-磷酸甘油脱氢酶（辅基为FAD）催化，脱氢生成磷酸二羟丙酮和FADH2，前者通过线粒体膜扩散返回到胞液中，完成了一次穿梭历程；后者（FADH2）将2H传递给CoQ，使COQ还原为COQH2，进入电子传递链，最后传递给O2生成水，并形成ATP。其P/O比为1.5,即生成1.5个ATP。

NADH+H+

FADH2NAD+

FAD

线粒体内膜

线粒体外膜膜间隙

线粒体基质3-磷酸甘油脱氢酶

呼吸链

磷酸二羟丙酮

3-磷酸甘油

3-磷酸甘油穿梭系统3-磷酸甘油磷酸二羟丙酮胞液2、苹果酸穿梭系统在动物肝、肾和心脏等组织，细胞液中的NADH通过苹果酸-天冬氨酸穿梭系统进入线粒体。在穿梭系统中，细胞液中的NADH在胞液中的苹果酸脱氢酶（辅酶为NAD+）催化下将草酰乙酸还原为苹果酸，NADH即氧化为NAD+；苹果酸通过载体蛋白的转运穿过内膜进入线粒体基质，在线粒体基质经苹果酸脱氢酶催化生成草酰乙酸和NADH；草酰乙酸不易透过线粒体内膜，但由草酰乙酸经过转氨基作用生成的天冬氨酸，可通过载体转运透过线粒体内膜转移到细胞液中，随后再通过转氨基作用又转变为草酰乙酸。经过这种穿梭系统在线粒体基质中生成的NADH进入NADH电子传递链，氧化生成水并形成ATP，其P/O比为2.5。NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸-天冬氨酸转运体苹果酸-α-酮戊二酸转运体

苹果酸草酰乙酸α-酮戊二酸谷氨酸苹果酸脱氢酶

谷草转氨酶

胞液

线粒体内膜

基质

呼吸链天冬氨酸

苹果酸脱氢酶谷氨酸天冬氨酸α-酮戊二酸草酰乙酸苹果酸苹果酸穿梭系统第四节其他氧化酶系统通过线粒体细胞色素系统进行氧化的体系是一切动物、植物、微生物主要氧化途径，它与ATP的生成紧密相关。除此以外，生物体内还存在非线粒体氧化系统，其特点是从底物脱氢到H2O的生成是经过其它末端氧化酶完成的，与ATP的生成无关，但各自具有重要的生理功能。生物体内主要的非线粒体氧化系统如下：

1、多酚氧化酶系统

2、抗坏血酸氧化酶系统

3、黄素蛋白氧化酶系统

4、超氧化物歧化酶氧化系统

5、植物抗氰氧化酶系统

多酚氧化酶系统在植物体内普遍存在，它催化多元酚（如邻苯二酚）氧化为醌，醌又可被NADPH+H+或NADH+H+还原为多元酚，NADPH+H+或NADH+H+来自代谢底物的脱氢反应，这样便构成一个氧化还原系统.OHOHOO6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸内酯NADP+NADPH+H+醌还原酶多酚还原酶−21O2H2O多酚氧化酶氧化还原系统

该系统不与ADP磷酸化偶联，不生成ATP。正常情况下，多酚氧化酶与其底物（酚类化合物）是分隔开的，当组织受到机械损伤或衰老时两者接触，将酚类氧化为醌类。

例如苹果、梨削皮后呈现褐色，就是该酶作用的结果。又如，茶叶中多酚氧化酶活力很高，制绿茶时须将采摘的新鲜茶叶立即焙火杀青，破坏多酚氧化酶，以保持茶叶的绿色。有研究表明，多酚氧化酶与植物组织的受伤反应有关，植物组织受伤后，多酚氧化酶活力增高，呼吸作用增强；植物受病菌侵害时，多酚氧化酶活力也增高，有利用将酚氧化为醌，而醌对病菌有毒害作用，这样就可避免感染。

二、抗坏血酸氧化酶系统抗坏血酸氧化酶催化抗坏血酸氧化为脱氢抗坏血酸，而抗坏血酸的氧化还原过程常与谷胱甘肽、NADPH+H+（或NADH+H+）氧化相偶联，因此形成一个氧化还原体系。6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸内酯NADP+NADPH+H+氧化型谷胱甘肽还原酶−21抗坏血酸氧化酶O2H2O脱氢抗坏血酸抗坏血酸脱氢抗坏血酸还原酶2G─SHG─S─S─G抗坏血酸氧化酶氧化还原系统

该系统促进代谢物氧化并消耗O2，亦被认为是一种呼吸电子传递途径，但此电子传