第一節(jié)生物氧化的特點(diǎn)和方式

一、生物氧化的特點(diǎn)二、生物氧化過(guò)程中CO2的生成三、生物氧化過(guò)程中H2O的生成四、有機(jī)物在體內(nèi)氧化釋能的三個(gè)階段

糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解生成CO2和H2O并釋放出能量的過(guò)程稱(chēng)為生物氧化（biologicaloxidation），其實(shí)質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸代謝過(guò)程中所進(jìn)行的一系列氧化還原反應(yīng)過(guò)程。現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三生物氧化的特點(diǎn)

在活的細(xì)胞中（pH接近中性、體溫條件下），有機(jī)物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與下進(jìn)行，其途徑迂回曲折，有條不紊。氧化過(guò)程中能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP）截獲，再供給機(jī)體所需。在此過(guò)程中既不會(huì)因氧化過(guò)程中能量驟然釋放而傷害機(jī)體，又能使釋放的能量盡可得到有效的利用。現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三CO2的生成

方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物轉(zhuǎn)變成含羧基的中間化合物，然后在酶催化下脫羧而生成CO2。

類(lèi)型：α-脫羧和β-脫羧氧化脫羧和單純脫羧CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH

O丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶CH2-NH2R現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三H2O的生成

代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通過(guò)一系列遞氫體或遞電子體傳遞給氧而生成H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+

NADH+H+乙醇脫氫酶例：1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO=2H+現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化

小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物(如乙酰CoA)

共同中間物進(jìn)入三羧酸循環(huán),氧化脫下的氫由電子傳遞鏈傳遞生成H2O，釋放出大量能量，其中一部分通過(guò)磷酸化儲(chǔ)存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位

生物體內(nèi)能量產(chǎn)生的

三個(gè)階段+PiATPADP+Pi現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三第二節(jié)電子傳遞和氧化磷酸化

一、生物體電子傳遞的方式與電子載體二、線粒體呼吸鏈及其組成三、氧化磷酸化作用四、氧化磷酸化的調(diào)節(jié)及抑制現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三生物體電子傳遞的方式1、電子的直接傳遞；Fe2++Cu2+Fe3++Cu+

NAD(P)H+H+NAD(P)++2H3、以氫負(fù)離子的方式傳遞電子；FAD+2HFADH22、以氫原子的方式傳遞電子；21R-CH3+O2R-CH2-OH4、直接與氧結(jié)合。現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三呼吸鏈及其組成

一、呼吸鏈的概念二、呼吸鏈的組成三、呼吸鏈中傳遞體排列順序的確定四、呼吸鏈電子傳遞過(guò)程自由能計(jì)算現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三呼吸鏈的電子載體1、以NAD(P)為輔酶的脫氫酶2.黃素蛋白酶類(lèi)（flavoproteins,FP）3.鐵-硫蛋白類(lèi)（iron—sulfurproteins)4.輔酶Ｑ（ubiquinone,亦寫(xiě)作CoQ）5.細(xì)胞色素類(lèi)（cytochromes）NADH輔酶

Q（CoQ）Fe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3琥珀酸等黃素蛋白（FAD）黃素蛋白（FMN）細(xì)胞色素類(lèi)鐵硫蛋白（Fe-S）鐵硫蛋白（Fe-S）現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三以NAD或NADP為輔酶的脫氫酶

特點(diǎn)：不以氧為直接受氫體，存在于線粒體、基質(zhì)或胞液中，以NAD+

或NADP+為遞氫輔酶。NAD(P)++2H++2eNAD(P)H+H+傳遞氫機(jī)理:

現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三黃素蛋白酶類(lèi)

特點(diǎn)：以FAD或FMN為輔基，酶蛋白為細(xì)胞膜組成蛋白類(lèi)別：黃素脫氫酶類(lèi)（如NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶）需氧脫氫酶類(lèi)（如L—氨基酸氧化酶）加單氧酶（如賴(lài)氨酸羥化酶）遞氫機(jī)理：FAD(FMN)+2HFAD(FMN)H2現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三鐵硫蛋白的結(jié)構(gòu)及遞電子機(jī)理SFe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys傳遞電子機(jī)理：Fe3+Fe2+-e+e

特點(diǎn)：含有Fe和對(duì)酸不穩(wěn)定的S原子，F(xiàn)e和S常以等摩爾量存在(Fe2S2,Fe4S4)，構(gòu)成Fe-S中心，F(xiàn)e與蛋白質(zhì)分子中的4個(gè)Cys殘基的巰基與蛋白質(zhì)相連結(jié)。現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三CoQ（ubiquinone）

特點(diǎn)：帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動(dòng)。

+2H

傳遞氫機(jī)理：CoQCoQH2

－2H現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三CoQ的結(jié)構(gòu)和遞氫原理CoQ+2HCoQH2現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三細(xì)胞色素(cytochromes)

特點(diǎn)：以血紅素(heme)為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。

類(lèi)別:根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類(lèi)，呼吸鏈中含5種（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸鏈中為電子傳遞體，a和a3以復(fù)合物物存在，稱(chēng)細(xì)胞色素氧化酶，其分子中除含F(xiàn)e外還含有Cu，可將電子傳遞給氧，因此亦稱(chēng)其為末端氧化酶。-e+e傳遞電子機(jī)理：Fe3+Fe2+Cu2+Cu+

-e+e現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三細(xì)胞色素血紅素的結(jié)構(gòu)傳遞電子機(jī)理：Fe3+Fe2+-e+e波長(zhǎng)/nm

還原型Cytc的吸收光譜現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三線粒體呼吸鏈

線粒體基質(zhì)是呼吸底物氧化的場(chǎng)所，底物在這里氧化所產(chǎn)生的NADH和FADH2將質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過(guò)一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給O2生成H2O。這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱(chēng)電子傳遞鏈（eclctrontransferchain),因?yàn)槠涔δ芎秃粑饔弥苯酉嚓P(guān)，亦稱(chēng)為呼吸鏈。現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三呼吸鏈的組成復(fù)合物

II琥珀酸-輔酶Q還原酶輔酶

Q（CoQ）Fe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3琥珀酸等黃素蛋白（FAD）黃素蛋白（FMN）鐵硫蛋白（Fe-S）鐵硫蛋白（Fe-S）NADH復(fù)合物

IV復(fù)合物

I復(fù)合物

IIINADH-輔酶Q還原酶細(xì)胞色素bc1復(fù)合物細(xì)胞色素c氧化酶IIIIIIVI現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三NADH呼吸鏈電子傳遞和水的生成H2O12O2O2-MH2還原型代謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+細(xì)胞色素b-c1-c-aa3

FeS2H+M氧化型代謝底物FADH2呼吸鏈電子傳遞和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸

FeS2Fe2+2Fe3+細(xì)胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2e現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三NADH-輔酶Q還原酶

復(fù)合物I現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三琥珀酸-輔酶Q還原酶

復(fù)合物

II現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三復(fù)合物III細(xì)胞色素bc1復(fù)合物QH2+?Q-

+2H+(內(nèi)側(cè))

+

CytC1(氧化型)→QH2+2H+

(外側(cè))+CytC1(還原型)QH2+CytC1(氧化型)→

?Q-+2H+

(外側(cè))+CytC1(還原型)現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三CoQ在呼吸鏈電子傳遞的作用

1FMNFe-SQH2CytbCytC1(Fe-S)Cytaa3(2Fe2+,2Cu+)IIIIVCytC2H++1/2O2H2OFADFe-Se-e-e-ComplexIComplexII2H+2e-(線粒體內(nèi)膜外側(cè))(線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè))NADH琥珀酸2H2H2H現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三呼吸鏈電子傳遞的Q循環(huán)FMNFe-SQH22H+Cytb565Cytb562CytC1(Fe-S)Cytaa3(2Fe2+,2Cu+)IIIIVCytCQQ-2H++1/2O2H2O2H+FADFe-Se-e-e-ComplexIComplexII2H+e-e-(線粒體內(nèi)膜外側(cè))(線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè))NADH琥珀酸2H2H2e-Q-e-e-Fe-S現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三復(fù)合物IV

細(xì)胞色素c氧化酶現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三呼吸鏈中電子傳遞時(shí)自由能的下降FADH22e-NADH現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三電子傳遞鏈標(biāo)準(zhǔn)氧化還原自由能變化現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三利用電子傳遞抑制劑確定呼吸鏈中電子傳遞體排列順序圖解抗霉素A的抑制部位NADFPQb

caa3無(wú)抑制劑NADFPQb

caa3現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三NADH呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中自由能變化總反應(yīng):NADH+H++1/2O2→NAD++H2O

ΔG°′=-nFΔE°′=-2×96.5×[0.82-(-0.32)]=-220.07千焦·mol-1總反應(yīng)：FADH2+1/2O2→FAD+H2OΔG°′=-nFΔE°′=-2×96.5×[0.82-(-0.18)]=-193.0千焦·mol-1FADH2呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中自由能變化現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三三、氧化磷酸化作用1、氧化磷酸化的概念2、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理3、線粒體外NADH的氧化磷酸化作用現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三氧化磷酸化

代謝物在生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,這種氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過(guò)程稱(chēng)氧化磷酸化。類(lèi)別：底物水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化過(guò)程中釋放出的自由能現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三2、氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理

(1)線粒體ATP合酶（mitochondrialATPase）(2)能量偶聯(lián)假說(shuō)

1953年EdwardSlater

化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)

1964年P(guān)aulBoyer構(gòu)象偶聯(lián)假說(shuō)1961年P(guān)eterMitchell化學(xué)滲透假說(shuō)(3)ATP合成的機(jī)制—旋轉(zhuǎn)催化理論(4)P/O比和氧化磷酸化效率Mitchell

1978年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三線粒體ATP合酶現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三ATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖定子OSCPF1H+通道FO柄DCCD結(jié)合蛋白基質(zhì)表面外表面DCCD—二環(huán)己基碳二亞胺OSCP—寡霉素敏感性付與蛋白現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三

氧化磷酸化重建示意圖現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三內(nèi)膜F0F1ATP酶e-ADP+Pi底物H+ATPH+H+H+基質(zhì)膜間隙電子傳遞鏈呼吸鏈上的電子在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)H+從線粒體基質(zhì)跨過(guò)內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而形成跨線粒體內(nèi)膜的H+電化學(xué)梯度，這種電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)使H+返回線粒體基質(zhì)。由于線粒體內(nèi)膜對(duì)H+的不通透性，H+只能通過(guò)內(nèi)膜上的質(zhì)子通道F0返回，這樣H+驅(qū)動(dòng)力為ATP的合成提供了能量。化學(xué)滲透假說(shuō)

(chemiosmotichypothasis)現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三化學(xué)滲透假說(shuō)模型線粒體外間隙基質(zhì)琥珀酸延胡索酸ADP+PiATPNADH+H+NAD+4H+2H+4H+內(nèi)側(cè)呈堿性pH產(chǎn)生化學(xué)能質(zhì)子遷移驅(qū)動(dòng)ATP合成內(nèi)側(cè)呈負(fù)電性產(chǎn)生電極電勢(shì)現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三Boyer和Walker的工作

英國(guó)科學(xué)家Walker通過(guò)x光衍射獲得高分辯率的牛心線粒體ATP酶晶體的三維結(jié)構(gòu)，證明在ATP酶合成ATP的催化循環(huán)中三個(gè)β亞基的確有不同構(gòu)象，從而有力地支持了Boyer的假說(shuō)。Boyer和Walker共同獲得1997年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

美國(guó)科學(xué)家Boyer為解釋ATP酶作用機(jī)理,提出旋轉(zhuǎn)催化假說(shuō)，認(rèn)為ATP合成酶β亞基有三種不同的構(gòu)象，一種構(gòu)象(L)有利于ADP和Pi結(jié)合，一種構(gòu)象(T)可使結(jié)合的ADP和Pi合成ATP，第三種構(gòu)象(O)使合成的ATP容易被釋放出來(lái)。在ATP合成過(guò)程中，三個(gè)β亞基依次進(jìn)行上述三種構(gòu)象的交替變化，所需能量由跨膜H+提供。現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三ATPase的旋轉(zhuǎn)催化模型

旋轉(zhuǎn)催化理論認(rèn)為當(dāng)質(zhì)子流通過(guò)Fo單元返回基質(zhì)時(shí)，觸發(fā)了C亞基的旋轉(zhuǎn)，C亞基帶動(dòng)、以至()3復(fù)合物一起旋轉(zhuǎn),使和亞基發(fā)生構(gòu)象變化，從而導(dǎo)致ATP的合成。亞基的中心-螺旋被認(rèn)為是轉(zhuǎn)子,a、b與亞基組合在一起組成定子,它壓住/異質(zhì)六聚體.現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三ATP酶作用機(jī)理

ADP+PiProtenFluxH+ATP+H2O

ATPADP+PiProtenFlux有于ADP與Pi結(jié)合的構(gòu)象有于ADP與Pi生成的構(gòu)象有利于ATP釋放的構(gòu)象現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三H2O2H+CytcCytcCytcQFMNFeSFeSCytc1CytbKCytbrCytaFeSCyta32e-2e-NADH+H+NAD+O2+2H+H2O4H+4H+2H+12

磷氧比(P/O)指每消耗1摩爾原子氧使無(wú)機(jī)磷酸（Pi）滲入到ATP中的摩爾數(shù),或指每對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞給氧原子所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。一對(duì)電子從NADH或從FADH2傳遞到氧,分別有10個(gè)或6個(gè)電子傳遞到膜外側(cè),已知每形成一個(gè)ATP需要消耗4個(gè)質(zhì)子,合成一個(gè)ATP分子是由3個(gè)H+通過(guò)ATP合酶所驅(qū)動(dòng),多余的一個(gè)H+,可能用于將ATP從基質(zhì)運(yùn)往膜外細(xì)胞溶膠。故NADH呼吸鏈的磷氧比為2.5,

FADH2呼吸鏈為1.5.(4)磷氧比(P/O)和氧化磷酸化效率

FADFeS琥珀酸延胡索酸現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三磷氧比（P/O

）

呼吸過(guò)程中無(wú)機(jī)磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值稱(chēng)為磷氧比。由于在氧化磷酸化過(guò)程中，每傳遞一對(duì)電子消耗一個(gè)氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi，因此測(cè)定P/O可推測(cè)一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至分子氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。NADHH2O例：實(shí)測(cè)得NADH呼吸鏈的P/O~

2.6ADP+PiATPO2122e-ADP+PiATPADP+PiATPFADH2O212H2O實(shí)測(cè)得FADH2呼吸鏈的P/O~

1.62e-ADP+PiATPADP+PiATP現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三3、線粒體外NADH的氧化磷酸化作用

磷酸甘油穿梭系統(tǒng)

蘋(píng)果酸—天冬氨酸穿梭系統(tǒng)

酵解（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化（線粒體）現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三-磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2NADHNAD+線粒體內(nèi)膜（細(xì)胞液）現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三蘋(píng)果酸-草酰乙酸穿梭作用細(xì)胞液線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸-酮戊二酸蘋(píng)果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸蘋(píng)果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)蘋(píng)果酸脫氫酶NADH+H+ⅣⅠⅡⅢ蘋(píng)果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)載體）呼吸鏈現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP酵解階段：2ATP21NADH兌換率1:2.5(或1.5)2ATP2(1.5或2.5ATP)三羧酸循環(huán)：21GTP23NADH21FADH221

ATP27.5ATP21.5ATP兌換率1:2.5兌換率1:1.5丙酮酸氧化：21NADH兌換率1：2.522.5ATP總計(jì)：30ATP或32ATP現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期三葡萄糖徹底氧化生成ATP的總結(jié)算

葡萄糖分解通過(guò)糖酵解和檸檬酸循環(huán)形成的ATP或GTP的分子數(shù)，根據(jù)化學(xué)計(jì)算可以得到明確的答復(fù)。但是氧化磷酸化產(chǎn)生的ATP分子數(shù)并不十分準(zhǔn)確，因?yàn)橘|(zhì)子泵、ATP的合成以及代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程并不需要是完整的數(shù)值甚至不需要是固定值，根據(jù)當(dāng)前最新測(cè)定，H+經(jīng)NADH-Q還原酶、細(xì)胞色素還原酶和細(xì)胞色素氧化酶從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)泵出到膜外的細(xì)胞液側(cè)時(shí)，一對(duì)電子泵出的質(zhì)子數(shù)依次為4、2和4。合成一個(gè)ATP分子是由3個(gè)H+通過(guò)ATP合酶所驅(qū)動(dòng)，多余的一個(gè)H+，可能用于將ATP從基質(zhì)運(yùn)往膜外細(xì)胞溶膠。因此一對(duì)電子從NADH傳至02，所產(chǎn)生的

ATP分子數(shù)是2.5個(gè)。在細(xì)胞色素還原酶的水平進(jìn)人電子傳遞鏈的電子，如琥珀酸，或細(xì)胞液中的NADH，它們的電子對(duì)只