生物氧化與氧化磷酸化課件

第七章生物氧化與氧化磷酸化第一節(jié)生物氧化概述第二節(jié)電子傳遞鏈（呼吸鏈）第三節(jié)氧化磷酸化第七章生物氧化與氧化磷酸化第一節(jié)生物氧化概述1第一節(jié)生物氧化概述一、生物氧化的概念二、生物氧化的特點(diǎn)三、生化反應(yīng)的自由能變化四、高能化合物第一節(jié)生物氧化概述一、生物氧化的概念2有機(jī)物質(zhì)（糖、脂肪和蛋白質(zhì)）在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行氧化分解而生成CO2和H2O并釋放出能量的過程稱為生物氧化(biologicaloxidation)。生物氧化通常需要消耗氧，所以又稱為呼吸作用。1、概念一、生物氧化的概念糖、脂肪和蛋白質(zhì)CO2+H2O+能量1、概念一、生物氧化的概念糖、脂肪和蛋白質(zhì)32、生物氧化主要包括三方面的內(nèi)容：（1）細(xì)胞如何在酶的催化下將有機(jī)化合物中的C變成CO2。

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。糖、脂肪和蛋白質(zhì)CO2+H2O+能量CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOHO丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH2、生物氧化主要包括三方面的內(nèi)容：（1）細(xì)胞如何在酶的催化4

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1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO=2H+（2）在酶的作用下細(xì)胞怎樣利用分子氧將有機(jī)化合物中的H氧化成H2O。代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（NAD+、5

（3）當(dāng)有機(jī)物被氧化成CO2和H2O時(shí)，釋放的能量怎樣轉(zhuǎn)化成ATP。底物水平磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化6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+Pi小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）丙酮酸、乙酰CoA等經(jīng)過三羧酸循環(huán)電子傳遞及磷酸化徹底氧化為CO2、H2O。釋放大量的能量大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位生物氧化的三個(gè)階段脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、7

釋放的能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用轉(zhuǎn)換為光和熱，散失二、生物氧化的特點(diǎn)生物氧化和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）的實(shí)質(zhì)相同，都是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧氣，都生成CO2和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：生物氧化

體外燃燒溫和條件高溫或高壓、干燥條件（常溫、常壓、中性pH、水溶液）逐步氧化放能，能量利用率高能量爆發(fā)釋放二、生物氧化的特點(diǎn)生物氧化和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）的實(shí)質(zhì)相8自由能變化（ΔG）:AB

ΔG=GB-

GAΔG是衡量反應(yīng)自發(fā)性的標(biāo)準(zhǔn)。

ΔG<0，放能，自發(fā)進(jìn)行

ΔG=0，平衡狀態(tài)

ΔG>0，吸能，非自發(fā)進(jìn)行三、生化反應(yīng)的自由能變化自由能（G）:指在一個(gè)體系的總能量中，在恒溫恒壓條件下能夠做功的那一部分能量。ΔG隨溫度和物質(zhì)濃度而變化自由能變化（ΔG）:三、生化反應(yīng)的自由能變化自由能（G）:指91、生化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(ΔG0’)

指在標(biāo)準(zhǔn)條件下，即溫度為25℃，參加反應(yīng)的物質(zhì)濃度為1mol/L,若有氣體，則為1個(gè)大氣壓，pH為7時(shí)，測(cè)定的自由能變化。單位為J/mol,KJ/mol

1、生化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(ΔG0’)指在標(biāo)準(zhǔn)條件下，即溫度為10生化標(biāo)準(zhǔn)條件下某一可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)用k表示。

ΔG0’=-RTlnk=-2.303RTlgk標(biāo)況下，T=298K,R=1.987cal/mol.k=8.314J/mol.k

2、自由能變化與平衡常數(shù)的關(guān)系2、自由能變化與平衡常數(shù)的關(guān)系11生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E0’）：生化標(biāo)準(zhǔn)條件下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的每一氧還對(duì)的電子轉(zhuǎn)移勢(shì)能。在氧化還原反應(yīng)中，電子總是從E0’值較小的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到E0’值較大的物質(zhì)，即從還原劑流向氧化劑。

3、自由能變化與氧化還原電位差的關(guān)系氧還對(duì)：氧化還原反應(yīng)中，參與反應(yīng)的每一種物質(zhì)都有氧化態(tài)和還原態(tài)，稱為氧還對(duì)。生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E0’）：生化標(biāo)準(zhǔn)條件下，發(fā)生氧化還原12

ΔE0’=E0’氧化劑-E0’還原劑

ΔG0’=-nFΔE0’其中n為轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96.496kJ/v.mol=23.063kcal/v.mol

生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位差（ΔE0’）：ΔE0’=E0’氧化劑-E0’還原劑生化標(biāo)13四、高能化合物一般將水解時(shí)能夠釋放21kJ/mol（5千卡/mol)及以上自由能（G’<-21kJ/mol）的化合物稱為高能化合物。高能磷酸化合物：水解每摩爾磷酸基能釋放5千卡/mol或以上能量的磷酸化合物在高能化合物分子中，釋放出大量自由能時(shí)水解斷裂的活潑共價(jià)鍵稱為高能鍵。

1、概念生物氧化過程涉及高能化合物產(chǎn)生四、高能化合物1、概念生物氧化過程涉及高能化合物產(chǎn)生14磷氧鍵型磷氮鍵型硫酯鍵型甲硫鍵型2、高能化合物的類型據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所含高能鍵的特征磷氧鍵型2、高能化合物的類型據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所含高能鍵的特征15

1、磷氧鍵型（—O~P)(1)酰基磷酸化合物乙酰磷酸10.1千卡/摩爾1,3-二磷酸甘油酸11.8千卡/摩爾氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账?、磷氧鍵型（—O~P)(1)酰基磷酸化合物乙酰磷酸10.16（2）焦磷酸化合物焦磷酸ATP（三磷酸腺苷）7.3千卡/摩爾（2）焦磷酸化合物焦磷酸ATP（三磷酸腺苷）7.3千卡/摩爾17（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾182、磷氮鍵型磷酸肌酸10.3千卡/摩爾磷酸精氨酸7.7千卡/摩爾磷酸肌酸是易興奮組織（如肌肉、腦、神經(jīng)）唯一的能起暫時(shí)儲(chǔ)能作用的物質(zhì)。磷酸精氨酸是無脊椎動(dòng)物肌肉中的儲(chǔ)能物質(zhì)2、磷氮鍵型磷酸肌酸10.3千卡/摩爾磷酸精氨酸7.7千卡/193、硫酯鍵型3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸酰基輔酶A3、硫酯鍵型3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸?；o酶A204、甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸4、甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸21在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個(gè)磷酸基團(tuán)完全解離成帶4個(gè)負(fù)電荷的離子形式（ATP4-）3、ATP的特點(diǎn)及其特殊作用（1）ATP的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與水解自由能的關(guān)系A(chǔ)TP4-不穩(wěn)定，具有較大勢(shì)能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩爾）。ATP4-+H2OADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ?mol-1水解反應(yīng)在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個(gè)磷酸基團(tuán)完全解離成帶4個(gè)22b、ATP水解產(chǎn)物具有更大的穩(wěn)定性，其水解產(chǎn)物ADP3-和Pi的某些電子的能量水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ATP。

ATP4-不穩(wěn)定，具有較大勢(shì)能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩爾）。a、ATP分子結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定因素：①ATP分子內(nèi)有4個(gè)負(fù)電荷（ATP4-），產(chǎn)生靜電斥力，促使ATP水解成ADP3-，而減弱斥力。②ATP分子內(nèi)存在相反共振現(xiàn)象。由于在相鄰的兩個(gè)磷原子之間夾著一個(gè)氧原子，氧原子上存在有未共用電子對(duì)，而磷原子因P=O和P-O-間的誘電子效應(yīng)帶有部分正電荷，于是在兩個(gè)相鄰的磷原子之間存在競(jìng)爭(zhēng)氧原子上的未共用電子的現(xiàn)象，這種作用的結(jié)果會(huì)影響ATP分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。ATP4-+H2OADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ?MOL-1b、ATP水解產(chǎn)物具有更大的穩(wěn)定性，其水解產(chǎn)物ADP3-和P23①ATP是生物體通用的能量貨幣。②ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體。

（2）ATP在能量轉(zhuǎn)化中的作用①ATP是生物體通用的能量貨幣。（2）ATP在能量轉(zhuǎn)化中24ATP是通用的能量貨幣ATP將分解代謝的產(chǎn)能反應(yīng)和合成代謝的需能反應(yīng)偶聯(lián)在一起，被生物界普遍用作“能量貨幣”。ATP/ADP循環(huán)是生物體系中能量交換的基本形式。有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生的能量并不直接用于活細(xì)胞的生理活動(dòng)，而是將ADP磷酸化生成ATP當(dāng)ATP＋H2O→ADP+Pi時(shí)，釋放出的自由能，為生命活動(dòng)提供能量；即構(gòu)成了ATP/ADP循環(huán)。ATP是通用的能量貨幣ATP將分解代謝的產(chǎn)能反應(yīng)和合成代謝的25磷酸基團(tuán)往往從磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能高的物質(zhì)向勢(shì)能低的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能在數(shù)值上等于其水解反應(yīng)的ΔG0’。ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體已糖激酶：Glc+ATP→G-6-P+ADP甘油激酶：甘油+ATP→3-磷酸甘油+ADPATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體已糖激酶：Glc+ATP→26

化合物磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能G

（千卡/摩爾）磷酸烯醇式丙酮酸14.81，3-二磷酸甘油酸11.8氨甲酰磷酸12.3磷酸肌酸10.3乙酰磷酸10.1磷酸精氨酸7.7ATP（ATP→ADP+Pi）7.3ADP（ADP→AMP+Pi）7.3AMP（AMP→腺苷+Pi）3.41-磷酸葡萄糖5.06-磷酸葡萄糖3.36-磷酸果糖3.81-磷酸甘油酸2.2

某些磷酸化合物磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移勢(shì)能化合物276

ATP→ADP+Pi）ΔG0’=7.3，居中故ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能（kcal/mol)24810121416ATPPEP1，3-二P甘油酸6-P葡萄糖3-P甘油丙酮酸激酶：PEP+ADP→丙酮酸+ATP已糖激酶：Glc+ATP→G-6-P+ADP6磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能（kcal/mol)2481012141628（3）能荷（energycharge)ATP是生命活動(dòng)中能量的主要直接供體，因此ATP不斷產(chǎn)生又不斷消耗，處于動(dòng)態(tài)平衡中:ADP→ATP，ATP→ADP→AMP即細(xì)胞內(nèi)存在ATP、ADP和AMP這三種形式的腺苷酸，細(xì)胞所處的能量狀態(tài)可用能荷來表示。能荷指總的腺苷酸庫(kù)中所負(fù)荷的ATP的比例當(dāng)細(xì)胞內(nèi)所有的腺苷酸全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP時(shí),能荷值為0，當(dāng)腺苷酸全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP時(shí)，能荷值為1。大多數(shù)細(xì)胞的能荷處于0.8-0.95之間。[ATP]+1/2[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]能荷=（3）能荷（energycharge)ATP是生命活動(dòng)中29能荷調(diào)節(jié)主要是通過ATP、ADP、AMP作為一些調(diào)節(jié)酶的變構(gòu)效應(yīng)物而起作用的。

如糖酵解中磷酸果糖激酶的調(diào)控：高濃度的ATP是該酶的變構(gòu)抑制劑，ATP的抑制作用可被AMP解除。能荷調(diào)節(jié)能荷可調(diào)節(jié)代謝，能荷高時(shí)，抑制物質(zhì)分解代謝，促進(jìn)物質(zhì)的合成代謝；能荷低，促進(jìn)物質(zhì)分解代謝，抑制物質(zhì)的合成代謝。能荷相對(duì)速率ATP的利用途徑

ATP的生成途徑能荷對(duì)ATP的生成途徑和ATP的利用途徑相對(duì)速率的影響能荷能荷可調(diào)節(jié)代謝，能荷高時(shí)，抑制物質(zhì)分解代謝，促進(jìn)物質(zhì)的合30第七章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述第二節(jié)電子傳遞鏈（呼吸鏈）第三節(jié)氧化磷酸化細(xì)胞怎樣利用分子氧將有機(jī)化合物中的H氧化成H2O第七章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述細(xì)胞怎樣利用分子氧將有機(jī)31第二節(jié)線粒體電子傳遞鏈一、概念二、電子傳遞鏈的電子傳遞順序三、電子傳遞鏈的各成員四、電子傳遞鏈的電子傳遞抑制劑第二節(jié)線粒體電子傳遞鏈一、概念32在生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)過一系列按一定順序排列的氫傳遞體和電子傳遞體的傳遞，最后交給分子氧并生成水，這個(gè)氫和電子的傳遞體系稱為電子傳遞鏈（eclctrontransferchain)

。由于消耗氧，故也叫呼吸鏈。電子傳遞鏈在原核生物存在于質(zhì)膜上，在真核細(xì)胞存在于線粒體內(nèi)膜上。一、概念在生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)過一系列按一定順序排列的氫33線粒體內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴（cristae），擴(kuò)大了內(nèi)膜的面積。內(nèi)膜表面含有執(zhí)行氧化反應(yīng)的電子傳遞鏈ATP合成酶線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白線粒體的結(jié)構(gòu)外膜、膜間隙、內(nèi)膜和基質(zhì)線粒體內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴（cristae），擴(kuò)大了內(nèi)膜的面積34復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ在線粒體內(nèi)膜上主要有兩條電子傳遞鏈電子傳遞鏈由一系列的氫傳遞體和電子傳遞體組成二、電子傳遞鏈的電子傳遞順序復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ在線粒體內(nèi)膜上主要有兩條電子35實(shí)驗(yàn)證據(jù)之一實(shí)驗(yàn)證據(jù)之一36NADH呼吸鏈電子傳遞過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呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化NADH呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化總反應(yīng)：FADH2+137復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ三、電子傳遞鏈的各成員復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ三、電子傳遞鏈的各成員38復(fù)合體Ⅰ是一個(gè)大的蛋白質(zhì)復(fù)合體,包括以FMN為輔基的黃素蛋白和以鐵硫中心為輔基的鐵硫蛋白1、復(fù)合體Ⅰ(NADH-Q還原酶)作用：催化NADH氧化，從中獲得2個(gè)高能電子輔酶Q；由輔基FMN和（Fe-S）負(fù)責(zé)傳遞電子。1、復(fù)合體Ⅰ(NADH-Q還原酶)作用：催化NADH氧化，39FMN或FAD通過氧化還原變化傳遞氫。NADH+H++FMNFMNH2+NAD+NADH+H++FMN40鐵硫中心主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在鐵硫中心2Fe-2S4Fe-4S鐵硫中心主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式41CysSSSCysFe3+Fe3+

CysSSSCysCysSSSCysFe3+Fe2+

CysSSSCys+e--e-鐵硫中心通過Fe3+

Fe2+變化起傳遞電子的作用，每次傳遞一個(gè)電子.CysSS42

FMNH2

2(Fe-S)CoQ

2e-2e-M

MH2NAD+NADHFMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)

CoQH2

CoQ基質(zhì)2H+

復(fù)合體Ⅰ基質(zhì)H+FMNH22(Fe-S)432、輔酶Q（泛醌)2、輔酶Q（泛醌)44脂溶性醌類化合物，分子較小，可在線粒體內(nèi)膜的磷脂雙分子層的疏水區(qū)自由擴(kuò)散功能基團(tuán)是苯醌,通過醌/酚的互變傳遞氫電子傳遞鏈中唯一的非蛋白組分。氧化型還原型輔酶Q（泛醌)脂溶性醌類化合物，分子較小，可在線粒體內(nèi)膜的磷脂雙分子層的疏45

FMNH22(Fe-S)CoQ

2e-2e-M

MH2NAD+NADHFMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)

CoQH2

CoQH+基質(zhì)2H+

復(fù)合體Ⅰ基質(zhì)H+FMNH22(Fe-S)46以FAD和Fe-S中心為輔基。3、復(fù)合體Ⅱ

（琥珀酸-Q還原酶

or琥珀酸脫氫酶）（2）FADH2又將電子傳遞給Fe-S中心，最后電子由Fe-S中心傳遞給CoQ。（1）以FAD和Fe-S中心為輔基。3、復(fù)合體Ⅱ

（琥珀酸-Q還474、復(fù)合體Ⅲ

（細(xì)胞色素bc1復(fù)合體

or細(xì)胞色素還原酶）含有兩種細(xì)胞色素（b、c1）和一個(gè)鐵硫蛋白。關(guān)于細(xì)胞色素(下頁)作用：將電子從QH2轉(zhuǎn)移到細(xì)胞色素c4、復(fù)合體Ⅲ

（細(xì)胞色素bc1復(fù)合體

or細(xì)胞色素還原酶48細(xì)胞色素血紅素輔基是以鐵卟啉（血紅素）為輔基的色素蛋白根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類

高等動(dòng)物線粒體呼吸鏈中主要含有5種細(xì)胞色素a、a3、b、c、c1等細(xì)胞色素主要是通過輔基中Fe3+

Fe2+的互變傳遞電子。一個(gè)細(xì)胞色素每次傳遞一個(gè)電子。細(xì)胞色素血紅素輔基是以鐵卟啉（血紅素）為輔基的色素蛋白49MMH2NAD+NADHFMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2cytc12Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2cytaa32(Fe-S)2cytcH2O1/2O2H+2H+H+2H+2cytb→鐵硫中心→2cytc12e-2e-MMH2NAD+NADHFMNFMNH22Fe3+2Fe2+505、細(xì)胞色素c在復(fù)合體Ⅲ和Ⅳ之間傳遞電子。是一個(gè)分子質(zhì)量較小的球形蛋白質(zhì)，它處于線粒體內(nèi)膜外側(cè)，是電子傳遞鏈中唯一的外周蛋白質(zhì)。5、細(xì)胞色素c在復(fù)合體Ⅲ和Ⅳ之間傳遞電子。51MMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Cytc12Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2cytaa32(Fe-S)2cytcH2O1/2O2H+2H+2H+2H+細(xì)胞色素cMMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2526、復(fù)合體Ⅳ（細(xì)胞色素氧化酶）由cyta和a3組成，催化電子從cytc分子O2形成水6、復(fù)合體Ⅳ由cyta和a3組成，催化電子從cytc分53復(fù)合體Ⅳ還含有2個(gè)銅原子（CuA，CuB），銅離子可在+1和+2價(jià)之間變化cyt.c→CuA→Cyta→cyt.a3-CuB→O2(cyt.a3-CuB上有

O2結(jié)合位點(diǎn))復(fù)合體Ⅳ也叫末端氧化酶cyt.c→CuA→Cyta→cyt.a3-C54MMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Cytc12Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2cytaa32(Fe-S)2cytcH2O1/2O2H+2H+H+2H+復(fù)合體Ⅳ還原1個(gè)氧原子需2個(gè)電子，生成1H2OMMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe255四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑

能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。電子傳遞抑制劑的使用是研究呼吸鏈中電子傳遞體順序的有效方法。1、概念四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物562、常用的幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位魚藤酮、安密妥、殺蝶素A阻斷電子在復(fù)合體內(nèi)Ⅰ的傳遞，即阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞抗霉素A阻斷電子從cytb向cytc1的傳遞氰化物、一氧化碳、硫化氫、疊氮化合物能與cytaa3結(jié)合形成復(fù)合物，抑制其活力，阻斷電子由cytaa3向分子氧的傳遞2、常用的幾種電子傳遞抑制劑魚藤酮、安密妥、殺蝶素A阻斷電子57第七章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述第二節(jié)電子傳遞鏈第三節(jié)氧化磷酸化有機(jī)物被氧化成CO2和H2O時(shí)，釋放的能量怎樣轉(zhuǎn)化成ATP?第七章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述有機(jī)物被氧化成CO2和H58第三節(jié)氧化磷酸化

oxidativephosphorylation一、概念二、氧化磷酸化機(jī)理三、ATP合成機(jī)制四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制五、細(xì)胞質(zhì)NADH的再氧化第三節(jié)氧化磷酸化

oxidativephosphoryl59一、概念生物體內(nèi)高能磷酸化合物ATP的生成主要有三種方式：

氧化磷酸化底物水平磷酸化光合磷酸化（植物)

一、概念生物體內(nèi)高能磷酸化合物ATP的生成主要有三種方式：60在底物氧化過程中形成了某些高能中間代謝物，再通過磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成ATP，即為底物水平磷酸化。1、底物水平磷酸化磷酸甘油酸激酶1，3-二P甘油酸+ADP3-P甘油酸+ATP丙酮酸激酶PEP+ADP丙酮酸+ATPATP琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoA+GDP+Pi琥珀酸+GTP+CoA

TCA循環(huán)中：糖酵解過程中：1、底物水平磷酸化磷酸甘油酸激酶1，3-二P甘油酸+ADP61

是與電子傳遞過程偶聯(lián)的磷酸化過程。即電子從NADH或FADH2經(jīng)電子傳遞鏈傳給O2生成H2O,是逐步釋放能量的過程，所釋放的自由能用于ADP磷酸化生成ATP，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱為氧化磷酸化。這是需氧生物合成ATP的主要途徑。真核生物的電子傳遞和氧化磷酸化均在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行。原核生物則在質(zhì)膜上進(jìn)行。2、氧化磷酸化是與電子傳遞過程偶聯(lián)的磷酸化過程。即電子從NADH或FAD62化學(xué)偶聯(lián)假說構(gòu)象偶聯(lián)假說

化學(xué)滲透假說二、氧化磷酸化機(jī)理電子傳遞如何促使ADP磷酸化？化學(xué)偶聯(lián)假說二、氧化磷酸化機(jī)理電子63

電子傳遞過程中將產(chǎn)生一種活潑的高能共價(jià)中間物，通過此中間物進(jìn)一步氧化產(chǎn)生能量來驅(qū)動(dòng)ATP的合成。1、化學(xué)偶聯(lián)假說（1953）

－chemicalcouplinghypothesis

EdwardSlater1、化學(xué)偶聯(lián)假說（1953）EdwardSlat64ADPATP磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油酸激酶依據(jù)：底物水平磷酸化3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油酸激酶依據(jù)：底物水平磷酸65

認(rèn)為電子傳遞過程中，線粒體內(nèi)膜上的蛋白質(zhì)組分發(fā)生了構(gòu)象變化，轉(zhuǎn)變成一種高能形態(tài)。這種高能形態(tài)通過將能量轉(zhuǎn)移到ADP合成ATP后，又得以恢復(fù)其原來的構(gòu)象。

未找到有力證據(jù)，但ATP合成過程中，存在不同形式的構(gòu)象偶聯(lián)現(xiàn)象。2、構(gòu)象偶聯(lián)假說（1964）

－conformationalcouplinghypothesisPaulBoyer2、構(gòu)象偶聯(lián)假說（1964）PaulBoyer66認(rèn)為電子傳遞釋放的自由能驅(qū)動(dòng)H+從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進(jìn)入膜間隙，從而形成跨線粒體內(nèi)膜的H+電化學(xué)梯度，這個(gè)梯度的電化學(xué)電勢(shì)驅(qū)動(dòng)ATP的合成。PeterMitchell3、化學(xué)滲透學(xué)說（1961）－chemiosmotichypothesis認(rèn)為電子傳遞釋放的自由能驅(qū)動(dòng)H+從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進(jìn)入膜間67Chemiosmoticmodel膜電位梯度(△￠)H＋濃度梯度(△pH);Chemiosmoticmodel膜電位梯度(△￠)H＋濃68機(jī)械破壞內(nèi)膜或解偶聯(lián)劑實(shí)驗(yàn)證據(jù)機(jī)械破壞內(nèi)膜或解偶聯(lián)劑實(shí)驗(yàn)證據(jù)69人工建立膜兩側(cè)質(zhì)子濃度和電位梯度（沒有呼吸底物，沒有電子傳遞，照樣產(chǎn)生ATP)人工建立膜兩側(cè)質(zhì)子濃度和電位梯度（沒有呼吸底物，沒有電子傳遞70復(fù)合體Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ起質(zhì)子泵的作用，利用電子傳遞釋放的大部分能量將H+泵出線粒體內(nèi)膜質(zhì)子轉(zhuǎn)移假說復(fù)合體Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ起質(zhì)子泵的作用，利用電子傳遞釋放的大部分能71三、ATP合成機(jī)制ATP合酶三、ATP合成機(jī)制ATP合酶72ATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖F0F133當(dāng)膜外的質(zhì)子經(jīng)F0質(zhì)子通道到達(dá)F1時(shí)便推動(dòng)ATP的合成。ATP合酶結(jié)構(gòu)示意圖F0F133當(dāng)膜外的質(zhì)子經(jīng)F073質(zhì)子流如何驅(qū)動(dòng)AＴP合成？Boyer提出旋轉(zhuǎn)催化假說解釋ATP酶作用機(jī)理。Walker獲得F1的晶體結(jié)構(gòu)支持了Boyer的假說。質(zhì)子流如何驅(qū)動(dòng)AＴP合成？Boyer提出旋轉(zhuǎn)催化假說解釋AT74“O”狀態(tài)：有利于ATP釋放的構(gòu)象

“Ｌ”狀態(tài)：松弛結(jié)合ADP和Pi“Ｔ”狀態(tài)：催化ＡＤＰ→ＡＴＰ，緊密結(jié)合AＴP旋轉(zhuǎn)催化假說有與ADP與Pi結(jié)合的構(gòu)象有與ATP生成的構(gòu)象無核苷酸結(jié)合的開放狀態(tài)“O”狀態(tài)：有利于ATP釋放的構(gòu)象旋轉(zhuǎn)催化假說有與ADP75“O”狀態(tài)：無核苷酸結(jié)合的開放狀態(tài)“Ｌ”狀態(tài)：松弛結(jié)合ADP和Pi“Ｔ”狀態(tài)：催化ＡＤＰ→ＡＴＰ，緊密結(jié)合AＴP旋轉(zhuǎn)催化假說LTO(PaulBoyer,1980s)“O”狀態(tài)：無核苷酸結(jié)合的開放狀態(tài)旋轉(zhuǎn)催化假說LTO(Pa76X-raycrystallographyThethreebsubunits

ofF1indeedassume

threedifferent conformationsgsubunitJohnWalker,1994X-raycrystallographyThethree77p299-302.FluorescencemicroscopyDirectobservationoftherotationofthegsubunitp299-302.Fluorescencemicrosco78p299-302.NorotationifATPisabsentorinhibitorsofF1-ATPaseispresent!RecordedrotationoftheactinfilamentusingaCCDcamerap299-302.NorotationifATPis79即每?jī)蓚€(gè)電子經(jīng)呼吸鏈傳給氧的過程中，消耗的磷原子數(shù)與消耗的氧原子數(shù)之比（P/O比）。1940年，（Ochoa

S）通過放射性同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)最先測(cè)定，NADH呼吸鏈P/O為2-3，F(xiàn)ADH2呼吸鏈P/O為1-2每一對(duì)電子通過呼吸鏈傳遞給氧產(chǎn)生的ATP數(shù)？即每?jī)蓚€(gè)電子經(jīng)呼吸鏈傳給氧的過程中，消耗的磷原子數(shù)與消耗的氧80研究顯示：一對(duì)電子通過NADH電子傳遞鏈可泵出10個(gè)Ｈ＋，通過FADH2呼吸鏈有6個(gè)Ｈ＋泵出。每合成1個(gè)ATP需要3個(gè)Ｈ＋通過ATP合酶，同時(shí)，把ATP從線粒體基質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到胞液需要消耗1個(gè)Ｈ＋，所以每形成1molATP就需要4個(gè)Ｈ＋的流動(dòng)。因此一對(duì)電子通過NADH電子傳遞鏈P/O比2.5（2.5ATP）；一對(duì)電子通過FADH2

P/O比1.5（1.5ATP）研究顯示：一對(duì)電子通過NADH電子傳遞鏈可泵出10個(gè)Ｈ＋，81

解偶聯(lián)劑

氧化磷酸化抑制劑離子載體抑制劑四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制解偶聯(lián)劑四、氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制82某些化合物能消除跨膜的質(zhì)子電化學(xué)梯度，使ATP不能合成，這種作用稱為解偶聯(lián)作用，這類化合物稱為解偶聯(lián)劑。解偶聯(lián)劑不抑制電子傳遞。

化學(xué)解偶聯(lián)劑：2，4-二硝基苯酚解偶聯(lián)蛋白１、解偶聯(lián)劑某些化合物能消除跨膜的質(zhì)子電化學(xué)梯度，使ATP不能合成，這83

－2，4-二硝基苯酚（DNP)NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)膜內(nèi)外

－2，4-二硝基苯酚（DNP)NO2NO2O-NO2NO84解偶聯(lián)蛋白解偶聯(lián)蛋白85２、氧化磷酸化抑制劑直接作用于ATP合酶復(fù)合體而抑制ATP合成的一類化合物。如寡霉素間接抑制電子傳遞２、氧化磷酸化抑制劑直接作用于ATP合酶復(fù)合體而抑制ATP863.離子載體抑制劑是一類脂溶性物質(zhì)，能與H+以外的其他一價(jià)陽離子結(jié)合，并作為它們的載體使它們能過穿過膜，消除跨膜的電位梯度。

纈氨霉素（K+）短桿菌肽（K+、Na+）3.離子載體抑制劑是一類脂溶性物質(zhì)，能與H+以外的其他一價(jià)陽87五、細(xì)胞質(zhì)NADH的再氧化——線粒體穿梭系統(tǒng)真核細(xì)胞胞液中產(chǎn)生的NADH?外膜內(nèi)膜膜間空間胞液基質(zhì)NADH+H+NADH+H+FPintFe-SCoQcytbNADH+H+NAD+?五、細(xì)胞質(zhì)NADH的再氧化真核細(xì)胞胞液中產(chǎn)生的NADH88真核細(xì)胞胞液中產(chǎn)生的NADH不能過線粒體內(nèi)膜，必須經(jīng)一定穿梭機(jī)制才能進(jìn)入經(jīng)呼吸鏈氧化。

外NADH脫氫酶磷酸甘油穿梭蘋果酸穿梭真核細(xì)胞胞液中產(chǎn)生的NADH不能過線粒體內(nèi)膜，必須經(jīng)一定穿梭891、外NADH脫氫酶（真菌和高等植物）

NADH脫氫酶（復(fù)合物Ⅰ）內(nèi)膜內(nèi)側(cè)，朝向基質(zhì)

催化線粒體內(nèi)部的NADH脫氫交給其輔基FMN

將氫傳遞給CoQ

外NADH脫氫酶內(nèi)膜外側(cè)，朝向膜間空間是一種以FAD為輔基的黃素蛋白，催化細(xì)胞液的NADH脫氫交給其輔基FAD將氫傳遞給CoQ，不經(jīng)過復(fù)合物Ⅰ，P/O比為1.51、外NADH脫氫酶（真菌和高等植物）NADH脫氫酶（復(fù)90外膜內(nèi)膜膜間空間胞液基質(zhì)NADH+H+NADH+H+NAD+NAD+FPextFPintFe-SCoQcytbNADH+H+NAD+真菌和高等植物的胞液NADH進(jìn)入呼吸鏈氧化的途徑（P/O=1.5）外膜內(nèi)膜膜間空間胞液基質(zhì)NADH+H+NADH+H+NAD+912、磷酸甘油穿梭（P/O=1.5）NAD+NADH+H+P-甘油P-二羥丙酮P-甘油P-二羥丙酮3-P甘油脫氫酶（胞液）FADFADH23-P甘油脫氫酶（內(nèi)膜）CoQFe-SFP1cytb胞液外膜膜間空間內(nèi)膜動(dòng)物的骨骼肌、腦及昆蟲飛翔肌細(xì)胞溶膠NADH利用此穿梭2、磷酸甘油穿梭（P/O=1.5）NAD+NADH+H+P-923、蘋果酸穿梭（P/O=2.5）蘋果酸草酰乙酸NAD+NADH+H+蘋果酸草酰乙酸NAD+NADH+H+天冬氨酸谷氨酸α-酮戊二酸天冬氨酸谷氨酸α-酮戊二酸ⅠⅡ1243胞液膜間空間外膜內(nèi)膜基質(zhì)1、胞液的蘋果酸脫氫酶2、線粒體基質(zhì)的蘋果酸脫氫酶3、胞液的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶4、線粒體基質(zhì)的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶Ⅰ、蘋果酸-α酮戊二酸反向交換載體Ⅱ天冬氨酸-谷氨酸反向交換載體1動(dòng)物心臟及肝臟胞質(zhì)溶膠內(nèi)NADH利用此穿梭3、蘋果酸穿梭（P/O=2.5）蘋果酸草酰乙酸NAD+NAD93非線粒體氧化系統(tǒng)通過線粒體細(xì)胞色素系統(tǒng)進(jìn)行氧化的體系是一切動(dòng)物、植物、微生物主要氧化途徑，它與ATP的生成緊密相關(guān)。除此以外，生物體內(nèi)還存在非線粒體氧化系統(tǒng)，其特點(diǎn)是從底物脫氫到H2O的生成不是經(jīng)呼吸鏈傳遞到氧，而是經(jīng)過其它末端氧化酶完成的。植物體內(nèi)主要的非線粒體氧化系統(tǒng)：1、多酚氧化酶系統(tǒng)2、抗壞血酸氧化酶系統(tǒng)3、植物抗氰氧化酶系統(tǒng)非線粒體氧化系統(tǒng)通過線粒體細(xì)胞色素系統(tǒng)進(jìn)行氧94多酚氧化酶系統(tǒng)酚醌醌還原酶多酚氧化酶與植物木質(zhì)素的合成有關(guān)多酚氧化酶系統(tǒng)酚醌醌還原酶多酚氧化酶與植物木質(zhì)素的合成有關(guān)95抗壞血酸氧化酶系統(tǒng)抗壞血酸氧化酶是一種含酮的氧化酶參與細(xì)胞內(nèi)氨基酸氧化脫羧，糖氧化成酸等反應(yīng)抗壞血酸氧化酶系統(tǒng)抗壞血酸氧化酶是一種含酮的氧化酶96植物抗氰氧化酶系統(tǒng)NADH→FP→CoQ→Cytb┄Cytc┄Cytaa3┄O2電子不經(jīng)過Cytc┄Cytaa3，而直接由Cytb傳給O2，有抗氰氧化酶催化，生成H2O2，P/O=1。天南星科海芋屬植物具有抗氰呼吸植物抗氰氧化酶系統(tǒng)NADH→FP→CoQ→Cytb┄Cytc97生物氧化與氧化磷酸化課件98第七章生物氧化與氧化磷酸化第一節(jié)生物氧化概述第二節(jié)電子傳遞鏈（呼吸鏈）第三節(jié)氧化磷酸化第七章生物氧化與氧化磷酸化第一節(jié)生物氧化概述99第一節(jié)生物氧化概述一、生物氧化的概念二、生物氧化的特點(diǎn)三、生化反應(yīng)的自由能變化四、高能化合物第一節(jié)生物氧化概述一、生物氧化的概念100有機(jī)物質(zhì)（糖、脂肪和蛋白質(zhì)）在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行氧化分解而生成CO2和H2O并釋放出能量的過程稱為生物氧化(biologicaloxidation)。生物氧化通常需要消耗氧，所以又稱為呼吸作用。1、概念一、生物氧化的概念糖、脂肪和蛋白質(zhì)CO2+H2O+能量1、概念一、生物氧化的概念糖、脂肪和蛋白質(zhì)1012、生物氧化主要包括三方面的內(nèi)容：（1）細(xì)胞如何在酶的催化下將有機(jī)化合物中的C變成CO2。

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。糖、脂肪和蛋白質(zhì)CO2+H2O+能量CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOHO丙酮酸脫氫酶系NAD+NADH+H+CoASH2、生物氧化主要包括三方面的內(nèi)容：（1）細(xì)胞如何在酶的催化102

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1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO=2H+（2）在酶的作用下細(xì)胞怎樣利用分子氧將有機(jī)化合物中的H氧化成H2O。代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應(yīng)的氫載體（NAD+、103

（3）當(dāng)有機(jī)物被氧化成CO2和H2O時(shí)，釋放的能量怎樣轉(zhuǎn)化成ATP。底物水平磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化104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+Pi小分子化合物分解成共同的中間產(chǎn)物（如丙酮酸、乙酰CoA等）丙酮酸、乙酰CoA等經(jīng)過三羧酸循環(huán)電子傳遞及磷酸化徹底氧化為CO2、H2O。釋放大量的能量大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位生物氧化的三個(gè)階段脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質(zhì)脂肪酸、105

釋放的能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用轉(zhuǎn)換為光和熱，散失二、生物氧化的特點(diǎn)生物氧化和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）的實(shí)質(zhì)相同，都是脫氫、失電子或與氧結(jié)合，消耗氧氣，都生成CO2和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進(jìn)行的方式和歷程卻不同：生物氧化

體外燃燒溫和條件高溫或高壓、干燥條件（常溫、常壓、中性pH、水溶液）逐步氧化放能，能量利用率高能量爆發(fā)釋放二、生物氧化的特點(diǎn)生物氧化和有機(jī)物在體外氧化（燃燒）的實(shí)質(zhì)相106自由能變化（ΔG）:AB

ΔG=GB-

GAΔG是衡量反應(yīng)自發(fā)性的標(biāo)準(zhǔn)。

ΔG<0，放能，自發(fā)進(jìn)行

ΔG=0，平衡狀態(tài)

ΔG>0，吸能，非自發(fā)進(jìn)行三、生化反應(yīng)的自由能變化自由能（G）:指在一個(gè)體系的總能量中，在恒溫恒壓條件下能夠做功的那一部分能量。ΔG隨溫度和物質(zhì)濃度而變化自由能變化（ΔG）:三、生化反應(yīng)的自由能變化自由能（G）:指1071、生化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(ΔG0’)

指在標(biāo)準(zhǔn)條件下，即溫度為25℃，參加反應(yīng)的物質(zhì)濃度為1mol/L,若有氣體，則為1個(gè)大氣壓，pH為7時(shí)，測(cè)定的自由能變化。單位為J/mol,KJ/mol

1、生化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化(ΔG0’)指在標(biāo)準(zhǔn)條件下，即溫度為108生化標(biāo)準(zhǔn)條件下某一可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)用k表示。

ΔG0’=-RTlnk=-2.303RTlgk標(biāo)況下，T=298K,R=1.987cal/mol.k=8.314J/mol.k

2、自由能變化與平衡常數(shù)的關(guān)系2、自由能變化與平衡常數(shù)的關(guān)系109生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E0’）：生化標(biāo)準(zhǔn)條件下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的每一氧還對(duì)的電子轉(zhuǎn)移勢(shì)能。在氧化還原反應(yīng)中，電子總是從E0’值較小的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到E0’值較大的物質(zhì)，即從還原劑流向氧化劑。

3、自由能變化與氧化還原電位差的關(guān)系氧還對(duì)：氧化還原反應(yīng)中，參與反應(yīng)的每一種物質(zhì)都有氧化態(tài)和還原態(tài)，稱為氧還對(duì)。生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E0’）：生化標(biāo)準(zhǔn)條件下，發(fā)生氧化還原110

ΔE0’=E0’氧化劑-E0’還原劑

ΔG0’=-nFΔE0’其中n為轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96.496kJ/v.mol=23.063kcal/v.mol

生化標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位差（ΔE0’）：ΔE0’=E0’氧化劑-E0’還原劑生化標(biāo)111四、高能化合物一般將水解時(shí)能夠釋放21kJ/mol（5千卡/mol)及以上自由能（G’<-21kJ/mol）的化合物稱為高能化合物。高能磷酸化合物：水解每摩爾磷酸基能釋放5千卡/mol或以上能量的磷酸化合物在高能化合物分子中，釋放出大量自由能時(shí)水解斷裂的活潑共價(jià)鍵稱為高能鍵。

1、概念生物氧化過程涉及高能化合物產(chǎn)生四、高能化合物1、概念生物氧化過程涉及高能化合物產(chǎn)生112磷氧鍵型磷氮鍵型硫酯鍵型甲硫鍵型2、高能化合物的類型據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所含高能鍵的特征磷氧鍵型2、高能化合物的類型據(jù)分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所含高能鍵的特征113

1、磷氧鍵型（—O~P)(1)?；姿峄衔镆阴Ａ姿?0.1千卡/摩爾1,3-二磷酸甘油酸11.8千卡/摩爾氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨?；佘账?、磷氧鍵型（—O~P)(1)酰基磷酸化合物乙酰磷酸10.114（2）焦磷酸化合物焦磷酸ATP（三磷酸腺苷）7.3千卡/摩爾（2）焦磷酸化合物焦磷酸ATP（三磷酸腺苷）7.3千卡/摩爾115（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾1162、磷氮鍵型磷酸肌酸10.3千卡/摩爾磷酸精氨酸7.7千卡/摩爾磷酸肌酸是易興奮組織（如肌肉、腦、神經(jīng)）唯一的能起暫時(shí)儲(chǔ)能作用的物質(zhì)。磷酸精氨酸是無脊椎動(dòng)物肌肉中的儲(chǔ)能物質(zhì)2、磷氮鍵型磷酸肌酸10.3千卡/摩爾磷酸精氨酸7.7千卡/1173、硫酯鍵型3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸?；o酶A3、硫酯鍵型3′-磷酸腺苷-5′-磷酸硫酸?；o酶A1184、甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸4、甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸119在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個(gè)磷酸基團(tuán)完全解離成帶4個(gè)負(fù)電荷的離子形式（ATP4-）3、ATP的特點(diǎn)及其特殊作用（1）ATP的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與水解自由能的關(guān)系A(chǔ)TP4-不穩(wěn)定，具有較大勢(shì)能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩爾）。ATP4-+H2OADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ?mol-1水解反應(yīng)在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個(gè)磷酸基團(tuán)完全解離成帶4個(gè)120b、ATP水解產(chǎn)物具有更大的穩(wěn)定性，其水解產(chǎn)物ADP3-和Pi的某些電子的能量水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ATP。

ATP4-不穩(wěn)定，具有較大勢(shì)能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩爾）。a、ATP分子結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定因素：①ATP分子內(nèi)有4個(gè)負(fù)電荷（ATP4-），產(chǎn)生靜電斥力，促使ATP水解成ADP3-，而減弱斥力。②ATP分子內(nèi)存在相反共振現(xiàn)象。由于在相鄰的兩個(gè)磷原子之間夾著一個(gè)氧原子，氧原子上存在有未共用電子對(duì)，而磷原子因P=O和P-O-間的誘電子效應(yīng)帶有部分正電荷，于是在兩個(gè)相鄰的磷原子之間存在競(jìng)爭(zhēng)氧原子上的未共用電子的現(xiàn)象，這種作用的結(jié)果會(huì)影響ATP分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。ATP4-+H2OADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ?MOL-1b、ATP水解產(chǎn)物具有更大的穩(wěn)定性，其水解產(chǎn)物ADP3-和P121①ATP是生物體通用的能量貨幣。②ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體。

（2）ATP在能量轉(zhuǎn)化中的作用①ATP是生物體通用的能量貨幣。（2）ATP在能量轉(zhuǎn)化中122ATP是通用的能量貨幣ATP將分解代謝的產(chǎn)能反應(yīng)和合成代謝的需能反應(yīng)偶聯(lián)在一起，被生物界普遍用作“能量貨幣”。ATP/ADP循環(huán)是生物體系中能量交換的基本形式。有機(jī)物氧化分解產(chǎn)生的能量并不直接用于活細(xì)胞的生理活動(dòng)，而是將ADP磷酸化生成ATP當(dāng)ATP＋H2O→ADP+Pi時(shí)，釋放出的自由能，為生命活動(dòng)提供能量；即構(gòu)成了ATP/ADP循環(huán)。ATP是通用的能量貨幣ATP將分解代謝的產(chǎn)能反應(yīng)和合成代謝的123磷酸基團(tuán)往往從磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能高的物質(zhì)向勢(shì)能低的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能在數(shù)值上等于其水解反應(yīng)的ΔG0’。ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體已糖激酶：Glc+ATP→G-6-P+ADP甘油激酶：甘油+ATP→3-磷酸甘油+ADPATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體已糖激酶：Glc+ATP→124

化合物磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能G

（千卡/摩爾）磷酸烯醇式丙酮酸14.81，3-二磷酸甘油酸11.8氨甲酰磷酸12.3磷酸肌酸10.3乙酰磷酸10.1磷酸精氨酸7.7ATP（ATP→ADP+Pi）7.3ADP（ADP→AMP+Pi）7.3AMP（AMP→腺苷+Pi）3.41-磷酸葡萄糖5.06-磷酸葡萄糖3.36-磷酸果糖3.81-磷酸甘油酸2.2

某些磷酸化合物磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移勢(shì)能化合物1256

ATP→ADP+Pi）ΔG0’=7.3，居中故ATP是磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能（kcal/mol)24810121416ATPPEP1，3-二P甘油酸6-P葡萄糖3-P甘油丙酮酸激酶：PEP+ADP→丙酮酸+ATP已糖激酶：Glc+ATP→G-6-P+ADP6磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能（kcal/mol)24810121416126（3）能荷（energycharge)ATP是生命活動(dòng)中能量的主要直接供體，因此ATP不斷產(chǎn)生又不斷消耗，處于動(dòng)態(tài)平衡中:ADP→ATP，ATP→ADP→AMP即細(xì)胞內(nèi)存在ATP、ADP和AMP這三種形式的腺苷酸，細(xì)胞所處的能量狀態(tài)可用能荷來表示。能荷指總的腺苷酸庫(kù)中所負(fù)荷的ATP的比例當(dāng)細(xì)胞內(nèi)所有的腺苷酸全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP時(shí),能荷值為0，當(dāng)腺苷酸全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP時(shí)，能荷值為1。大多數(shù)細(xì)胞的能荷處于0.8-0.95之間。[ATP]+1/2[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]能荷=（3）能荷（energycharge)ATP是生命活動(dòng)中127能荷調(diào)節(jié)主要是通過ATP、ADP、AMP作為一些調(diào)節(jié)酶的變構(gòu)效應(yīng)物而起作用的。

如糖酵解中磷酸果糖激酶的調(diào)控：高濃度的ATP是該酶的變構(gòu)抑制劑，ATP的抑制作用可被AMP解除。能荷調(diào)節(jié)能荷可調(diào)節(jié)代謝，能荷高時(shí)，抑制物質(zhì)分解代謝，促進(jìn)物質(zhì)的合成代謝；能荷低，促進(jìn)物質(zhì)分解代謝，抑制物質(zhì)的合成代謝。能荷相對(duì)速率ATP的利用途徑

ATP的生成途徑能荷對(duì)ATP的生成途徑和ATP的利用途徑相對(duì)速率的影響能荷能荷可調(diào)節(jié)代謝，能荷高時(shí)，抑制物質(zhì)分解代謝，促進(jìn)物質(zhì)的合128第七章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述第二節(jié)電子傳遞鏈（呼吸鏈）第三節(jié)氧化磷酸化細(xì)胞怎樣利用分子氧將有機(jī)化合物中的H氧化成H2O第七章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述細(xì)胞怎樣利用分子氧將有機(jī)129第二節(jié)線粒體電子傳遞鏈一、概念二、電子傳遞鏈的電子傳遞順序三、電子傳遞鏈的各成員四、電子傳遞鏈的電子傳遞抑制劑第二節(jié)線粒體電子傳遞鏈一、概念130在生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)過一系列按一定順序排列的氫傳遞體和電子傳遞體的傳遞，最后交給分子氧并生成水，這個(gè)氫和電子的傳遞體系稱為電子傳遞鏈（eclctrontransferchain)

。由于消耗氧，故也叫呼吸鏈。電子傳遞鏈在原核生物存在于質(zhì)膜上，在真核細(xì)胞存在于線粒體內(nèi)膜上。一、概念在生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)過一系列按一定順序排列的氫131線粒體內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴（cristae），擴(kuò)大了內(nèi)膜的面積。內(nèi)膜表面含有執(zhí)行氧化反應(yīng)的電子傳遞鏈ATP合成酶線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白線粒體的結(jié)構(gòu)外膜、膜間隙、內(nèi)膜和基質(zhì)線粒體內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴（cristae），擴(kuò)大了內(nèi)膜的面積132復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ在線粒體內(nèi)膜上主要有兩條電子傳遞鏈電子傳遞鏈由一系列的氫傳遞體和電子傳遞體組成二、電子傳遞鏈的電子傳遞順序復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ在線粒體內(nèi)膜上主要有兩條電子133實(shí)驗(yàn)證據(jù)之一實(shí)驗(yàn)證據(jù)之一134NADH呼吸鏈電子傳遞過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呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化NADH呼吸鏈電子傳遞過程中自由能變化總反應(yīng)：FADH2+1135復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ三、電子傳遞鏈的各成員復(fù)合體Ⅰ復(fù)合體Ⅱ復(fù)合體Ⅲ復(fù)合體Ⅳ三、電子傳遞鏈的各成員136復(fù)合體Ⅰ是一個(gè)大的蛋白質(zhì)復(fù)合體,包括以FMN為輔基的黃素蛋白和以鐵硫中心為輔基的鐵硫蛋白1、復(fù)合體Ⅰ(NADH-Q還原酶)作用：催化NADH氧化，從中獲得2個(gè)高能電子輔酶Q；由輔基FMN和（Fe-S）負(fù)責(zé)傳遞電子。1、復(fù)合體Ⅰ(NADH-Q還原酶)作用：催化NADH氧化，137FMN或FAD通過氧化還原變化傳遞氫。NADH+H++FMNFMNH2+NAD+NADH+H++FMN138鐵硫中心主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在鐵硫中心2Fe-2S4Fe-4S鐵硫中心主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式139CysSSSCysFe3+Fe3+

CysSSSCysCysSSSCysFe3+Fe2+

CysSSSCys+e--e-鐵硫中心通過Fe3+

Fe2+變化起傳遞電子的作用，每次傳遞一個(gè)電子.CysSS140

FMNH2

2(Fe-S)CoQ

2e-2e-M

MH2NAD+NADHFMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)

CoQH2

CoQ基質(zhì)2H+

復(fù)合體Ⅰ基質(zhì)H+FMNH22(Fe-S)1412、輔酶Q（泛醌)2、輔酶Q（泛醌)142脂溶性醌類化合物，分子較小，可在線粒體內(nèi)膜的磷脂雙分子層的疏水區(qū)自由擴(kuò)散功能基團(tuán)是苯醌,通過醌/酚的互變傳遞氫電子傳遞鏈中唯一的非蛋白組分。氧化型還原型輔酶Q（泛醌)脂溶性醌類化合物，分子較小，可在線粒體內(nèi)膜的磷脂雙分子層的疏143

FMNH22(Fe-S)CoQ

2e-2e-M

MH2NAD+NADHFMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)

CoQH2

CoQH+基質(zhì)2H+

復(fù)合體Ⅰ基質(zhì)H+FMNH22(Fe-S)144以FAD和Fe-S中心為輔基。3、復(fù)合體Ⅱ

（琥珀酸-Q還原酶

or琥珀酸脫氫酶）（2）FADH2又將電子傳遞給Fe-S中心，最后電子由Fe-S中心傳遞給CoQ。（1）以FAD和Fe-S中心為輔基。3、復(fù)合體Ⅱ

（琥珀酸-Q還1454、復(fù)合體Ⅲ

（細(xì)胞色素bc1復(fù)合體

or細(xì)胞色素還原酶）含有兩種細(xì)胞色素（b、c1）和一個(gè)鐵硫蛋白。關(guān)于細(xì)胞色素(下頁)作用：將電子從QH2轉(zhuǎn)移到細(xì)胞色素c4、復(fù)合體Ⅲ

（細(xì)胞色素bc1復(fù)合體

or細(xì)胞色素還原酶146細(xì)胞色素血紅素輔基是以鐵卟啉（血紅素）為輔基的色素蛋白根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類

高等動(dòng)物線粒體呼吸鏈中主要含有5種細(xì)胞色素a、a3、b、c、c1等細(xì)胞色素主要是通過輔基中Fe3+

Fe2+的互變傳遞電子。一個(gè)細(xì)胞色素每次傳遞一個(gè)電子。細(xì)胞色素血紅素輔基是以鐵卟啉（血紅素）為輔基的色素蛋白147MMH2NAD+NADHFMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2cytc12Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2cytaa32(Fe-S)2cytcH2O1/2O2H+2H+H+2H+2cytb→鐵硫中心→2cytc12e-2e-MMH2NAD+NADHFMNFMNH22Fe3+2Fe2+1485、細(xì)胞色素c在復(fù)合體Ⅲ和Ⅳ之間傳遞電子。是一個(gè)分子質(zhì)量較小的球形蛋白質(zhì)，它處于線粒體內(nèi)膜外側(cè)，是電子傳遞鏈中唯一的外周蛋白質(zhì)。5、細(xì)胞色素c在復(fù)合體Ⅲ和Ⅳ之間傳遞電子。149MMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Cytc12Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2cytaa32(Fe-S)2cytcH2O1/2O2H+2H+2H+2H+細(xì)胞色素cMMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe21506、復(fù)合體Ⅳ（細(xì)胞色素氧化酶）由cyta和a3組成，催化電子從cytc分子O2形成水6、復(fù)合體Ⅳ由cyta和a3組成，催化電子從cytc分151復(fù)合體Ⅳ還含有2個(gè)銅原子（CuA，CuB），銅離子可在+1和+2價(jià)之間變化cyt.c→CuA→Cyta→cyt.a3-CuB→O2(cyt.a3-CuB上有

O2結(jié)合位點(diǎn))復(fù)合體Ⅳ也叫末端氧化酶cyt.c→CuA→Cyta→cyt.a3-C152MMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2(Fe-S)CoQH2CoQ2Fe3+2Fe2+2cytb2Fe3+2Fe2+2Fe3+2Fe2+2Cytc12Fe2+2Fe3+2Fe3+2Fe2+2cytaa32(Fe-S)2cytcH2O1/2O2H+2H+H+2H+復(fù)合體Ⅳ還原1個(gè)氧原子需2個(gè)電子，生成1H2OMMH2NAD+NADH2FMNFMNH22Fe3+2Fe2153四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑

能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。電子傳遞抑制劑的使用是研究呼吸鏈中電子傳遞體順序的有效方法。1、概念四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物1542、常用的幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位魚藤酮、安密妥、殺蝶素A阻斷電子在復(fù)合體內(nèi)Ⅰ的傳遞，即阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞抗霉素A阻斷電子從cytb向cytc1的傳遞氰化物、一氧化碳、硫化氫、疊氮化合物能與cytaa3結(jié)合形成復(fù)合物，抑制其活力，阻斷電子由cytaa3向分子氧的傳遞2、常用的幾種電子傳遞抑制劑魚藤酮、安密妥、殺蝶素A阻斷電子155第七章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述第二節(jié)電子傳遞鏈第三節(jié)氧化磷酸化有機(jī)物被氧化成CO2和H2O時(shí)，釋放的能量怎樣轉(zhuǎn)化成ATP?第七章生物氧化第一節(jié)生物氧化概述有機(jī)物被氧化成CO2和H156第三節(jié)氧化磷酸化

oxidativephosphor