生物化学：第四章 生物氧化与氧化磷酸化

l l绪论绪论绪论绪论l l第一章第一章第一章第一章 蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学l l第二章第二章第二章第二章 核酸化学核酸化学核酸化学核酸化学l l第三章第三章第三章第三章 酶化学酶化学酶化学酶化学l l第四章第四章第四章第四章 生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化生物氧化与氧化磷酸化l l第五章第五章第五章第五章 糖代谢糖代谢糖代谢糖代谢l l第六章第六章第六章第六章 脂类代谢脂类代谢脂类代谢脂类代谢l l第七章第七章第七章第七章 蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢l l第八章第八章第八章第八章 核酸的酶促降解及核苷酸代谢核酸的酶促降解及核苷酸代谢核酸的酶促降解及核苷酸代谢核酸的酶促降解及核苷酸代谢l l第九章第九章第九章第九章 核酸的生物合成核酸的生物合成核酸的生物合成核酸的生物合成l l第十章第十章第十章第十章 蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的合成l l第十一章第十一章第十一章第十一章 物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节生物化学生物化学目录目录第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述第二节第二节 电子传递链电子传递链(呼吸链）呼吸链）第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化（一）（一）（一）（一）概念概念概念概念 糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成成成成COCOCOCO2 2 2 2和和和和H H H H2 2 2 2O O O O并释放出能量的过程称为生物氧化并释放出能量的过程称为生物氧化并释放出能量的过程称为生物氧化并释放出能量的过程称为生物氧化（biological oxidationbiological oxidation）。）。）。）。l l又称又称又称又称“细胞氧化细胞氧化细胞氧化细胞氧化”或或或或“细胞呼吸细胞呼吸细胞呼吸细胞呼吸”。第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念（二）生物氧化的特点（二）生物氧化的特点（二）生物氧化的特点（二）生物氧化的特点1 1 1 1、反应条件温和；、反应条件温和；、反应条件温和；、反应条件温和；2 2 2 2、生物氧化由一系列酶催化；、生物氧化由一系列酶催化；、生物氧化由一系列酶催化；、生物氧化由一系列酶催化；3 3 3 3、氧化反应分阶段进行，能量逐步释放；、氧化反应分阶段进行，能量逐步释放；、氧化反应分阶段进行，能量逐步释放；、氧化反应分阶段进行，能量逐步释放；4 4 4 4、生生生生物物物物氧氧氧氧化化化化释释释释放放放放的的的的能能能能量量量量与与与与磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化反反反反应应应应偶偶偶偶联联联联，并并并并贮贮贮贮存存存存在在在在高高高高能磷酸化合物（主要是能磷酸化合物（主要是能磷酸化合物（主要是能磷酸化合物（主要是ATPATPATPATP）中。）中。）中。）中。第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念生物氧化反应的部位：生物氧化反应的部位：生物氧化反应的部位：生物氧化反应的部位：真核：真核：真核：真核：线粒体；线粒体；线粒体；线粒体；原核：原核：原核：原核：细胞膜。细胞膜。细胞膜。细胞膜。方方方方式式式式：糖糖糖糖、脂脂脂脂、蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质等等等等有有有有机机机机物物物物经经经经一一一一系系系系列列列列脱脱脱脱氢氢氢氢、加加加加水水水水等等等等反反反反应应应应，转转转转变变变变成成成成含含含含羧羧羧羧基基基基的的的的中中中中间间间间化化化化合合合合物物物物，然然然然后后后后在在在在酶酶酶酶催催催催化化化化下下下下脱脱脱脱羧羧羧羧而生成而生成而生成而生成COCOCOCO2 2 2 2。类型类型类型类型：直接脱羧和氧化脱羧。：直接脱羧和氧化脱羧。：直接脱羧和氧化脱羧。：直接脱羧和氧化脱羧。CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH+COCO2 2HH2 2N-CH-N-CH-COOCOOHHR R氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶CHCH2 2-NH-NH2 2R RCOCOCOCO2 2 2 2的生成的生成的生成的生成（三）生物氧化中（三）生物氧化中（三）生物氧化中（三）生物氧化中COCOCOCO2 2 2 2和和和和H H H H2 2 2 2O O O O 的产生的产生的产生的产生第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念直接直接直接直接脱羧脱羧脱羧脱羧氧化氧化氧化氧化脱羧脱羧脱羧脱羧 代代代代谢谢谢谢物物物物在在在在脱脱脱脱氢氢氢氢酶酶酶酶催催催催化化化化下下下下脱脱脱脱下下下下的的的的氢氢氢氢由由由由相相相相应应应应的的的的氢氢氢氢载载载载体体体体（NADNADNADNAD+、NADPNADPNADPNADP+、FADFADFADFAD、FMNFMNFMNFMN等等等等）所所所所接接接接受受受受，再再再再通通通通过过过过一一一一系系系系列列列列递递递递氢氢氢氢体体体体或或或或递递递递电电电电子子子子体体体体传递给被氧化酶激活的传递给被氧化酶激活的传递给被氧化酶激活的传递给被氧化酶激活的氧氧氧氧而生成而生成而生成而生成H H H H2 2 2 2O O O O 。CHCH3 3CHCH2 2OHOHCHCH3 3CHOCHONADNAD+NADH+H NADH+H+乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶12 12 OO2 2NADNAD+电子传递链电子传递链电子传递链电子传递链 HH2 2OO2e2eOO-2H2H+H H H H2 2 2 2O O O O的生成的生成的生成的生成（三）生物氧化中（三）生物氧化中（三）生物氧化中（三）生物氧化中COCOCOCO2 2 2 2和和和和H H H H2 2 2 2O O O O 的产生的产生的产生的产生第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念一、生物氧化的概念1 1、自由能（、自由能（、自由能（、自由能（free energyfree energy）的概念）的概念）的概念）的概念物物物物理理理理意意意意义义义义：恒恒恒恒温温温温恒恒恒恒压压压压下下下下，体体体体系系系系中中中中能能能能对对对对环环环环境境境境作作作作功功功功的的的的那那那那部部部部分分分分能能能能量称为量称为量称为量称为自由能自由能自由能自由能，又称，又称，又称，又称GibbsGibbs自由能，用自由能，用自由能，用自由能，用GG表示表示表示表示)。=H TS=H TS 第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述二、二、二、二、生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化自由能的变化预示某一过程能否自发进行，即：自由能的变化预示某一过程能否自发进行，即：自由能的变化预示某一过程能否自发进行，即：自由能的变化预示某一过程能否自发进行，即：G0G0G0，未达平衡，反应不能自发进行；，未达平衡，反应不能自发进行；，未达平衡，反应不能自发进行；，未达平衡，反应不能自发进行；G=0G=0，反应处于平衡状态。，反应处于平衡状态。，反应处于平衡状态。，反应处于平衡状态。A B A B GG仅取决于反应物与产物的自由能，与反应途径和反应机制无关。仅取决于反应物与产物的自由能，与反应途径和反应机制无关。2、氧化还原电位、氧化还原电位生生物物氧氧化化属属于于氧氧化化还还原原反反应应，失失去去电电子子的的物物质质为为还还原原剂剂；获获得得电子的物质为电子的物质为氧化剂氧化剂。物质失去或得到电子的倾向用物质失去或得到电子的倾向用氧化还原电位氧化还原电位(E)表示。表示。为比较不同物质的电位，规定以为比较不同物质的电位，规定以标准氢电极标准氢电极的电位为的电位为零零。第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述二、二、二、二、生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化2525，被平衡在，被平衡在0.1MPa H0.1MPa H2 2中，含有中，含有1 1 mol/L Hmol/L H+溶液中的铂电极的电位。溶液中的铂电极的电位。将任何具有氧化还原能力的物质与标准氢电极组成原电池，将任何具有氧化还原能力的物质与标准氢电极组成原电池，即可测出该物质的氧化还原电位即可测出该物质的氧化还原电位E E。E为为负负值值表表明明待待测测物物质质能能将将电电子子传传递递给给H H+，作作为为还还原原剂剂；反反之之则为氧化剂。则为氧化剂。第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述二、二、二、二、生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化生物化学反应的自由能变化强的还原剂强的还原剂(如如NADH)具有一个负的电位，而强的氧化剂具有一个负的电位，而强的氧化剂(如如O2)则有一个正的氧化还原电位。则有一个正的氧化还原电位。E愈大表明该物质获得电子的倾向愈大，愈大表明该物质获得电子的倾向愈大，E愈小则失去电子的愈小则失去电子的倾向愈大。倾向愈大。因此，在氧化还原体系中，电子总是因此，在氧化还原体系中，电子总是由低电位物质流向高电位物质。由低电位物质流向高电位物质。第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述氧化还原电位与自由能之间的关系：氧化还原电位与自由能之间的关系：在在氧氧化化还还原原反反应应系系统统中中，标标准准自自由由能能变变化化与与标标准准氧氧化化还还原原电电位位变化之间存在下列关系：变化之间存在下列关系：GG=-n F E=-n F E n n为电子转移数；为电子转移数；F F为法拉第常数为法拉第常数(F=96.5 KJ/V(F=96.5 KJ/Vmol)mol)l一般将水解或基团转移时能够释放一般将水解或基团转移时能够释放21 kJ/mol21 kJ/mol以上自由能以上自由能（G-21 kJ/mol）的化合物称为）的化合物称为高能化合物高能化合物。l根据生物体内根据生物体内高能键高能键的特点分成以下几种类型。的特点分成以下几种类型。(一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述三、高能化合物三、高能化合物三、高能化合物三、高能化合物 1 1 1 1、磷氧键型（、磷氧键型（、磷氧键型（、磷氧键型（-O-O-O-OP)P)P)P)(1)(1)酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物42.3kJ/mol(一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物（2 2）焦磷酸化合物）焦磷酸化合物30.5kJ/mol 1 1、磷氧键型（、磷氧键型（-O-OP)P)(一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物（3 3）烯醇式磷酸化合物）烯醇式磷酸化合物61.9 kJ/mol61.9 kJ/mol(一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物一）、生物体内的高能化合物第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物2 2、磷氮键型、磷氮键型 3 3、硫碳键型、硫碳键型 甲硫键型甲硫键型-31.4 kJ/mol-41.8 kJ/mol硫酯键型硫酯键型-43.1 kJ/mol(SAM)(SAM)ATPATP被被称称为为生生物物界界中中的的“能能量量货货币币”：生生物物氧氧化化过过程程中中释释放放的的能能量量一一般般不不能能直直接接用用来来做做功功，而而是是先先形形成成高高能能磷磷酸酸化化合合物物ATPATP，然然后后再再水水解解生生成成ADPADP和和PiPi并释放大量能量并释放大量能量(G(G =-30.5kJ/=-30.5kJ/摩尔摩尔)。（二）、（二）、（二）、（二）、ATPATPATPATP是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物 ATPATPATPATP是细胞内是细胞内是细胞内是细胞内磷酸基团转移磷酸基团转移磷酸基团转移磷酸基团转移的中间载体。的中间载体。的中间载体。的中间载体。PPPPATPP02108641214磷磷酸酸基基团团转转移移能能磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘磷酸甘油酸油酸磷酸肌酸磷酸肌酸 （磷酸基团储备物）（磷酸基团储备物）6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸甘油（二）（二）（二）（二）ATPATPATPATP是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物（二）、（二）、（二）、（二）、ATPATPATPATP是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物 生物体内，生物体内，生物体内，生物体内，ATPATPATPATP处于不断消耗和不断补充的动态平衡之中。处于不断消耗和不断补充的动态平衡之中。处于不断消耗和不断补充的动态平衡之中。处于不断消耗和不断补充的动态平衡之中。第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物三、高能磷酸化合物在细胞中，除了在细胞中，除了在细胞中，除了在细胞中，除了ATPATPATPATP作为主要的能量供体外，还有其作为主要的能量供体外，还有其作为主要的能量供体外，还有其作为主要的能量供体外，还有其他形式的核苷酸作为高能磷酸化合物，参与细胞的能他形式的核苷酸作为高能磷酸化合物，参与细胞的能他形式的核苷酸作为高能磷酸化合物，参与细胞的能他形式的核苷酸作为高能磷酸化合物，参与细胞的能量转换与利用。量转换与利用。量转换与利用。量转换与利用。UTP UTP UTP UTP 多糖合成多糖合成多糖合成多糖合成CTP CTP CTP CTP 磷脂合成磷脂合成磷脂合成磷脂合成GTP GTP GTP GTP 蛋白质合成蛋白质合成蛋白质合成蛋白质合成第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）一、线粒体一、线粒体一、线粒体一、线粒体细胞内的线粒体是生物氧化和氧化磷酸化的主要场所，细胞内的线粒体是生物氧化和氧化磷酸化的主要场所，细胞内的线粒体是生物氧化和氧化磷酸化的主要场所，细胞内的线粒体是生物氧化和氧化磷酸化的主要场所，l l电子传递链是电子传递链是电子传递链是电子传递链是一系列电子载体按对电子的亲和力逐渐升一系列电子载体按对电子的亲和力逐渐升一系列电子载体按对电子的亲和力逐渐升一系列电子载体按对电子的亲和力逐渐升高的顺序排列组成的电子传递系统。高的顺序排列组成的电子传递系统。高的顺序排列组成的电子传递系统。高的顺序排列组成的电子传递系统。由于它与细胞摄取氧的呼吸过程相关，称为由于它与细胞摄取氧的呼吸过程相关，称为由于它与细胞摄取氧的呼吸过程相关，称为由于它与细胞摄取氧的呼吸过程相关，称为呼吸链呼吸链呼吸链呼吸链。第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链（electrelectron transfer chainon transfer chain，ETCETC）电子传递与能量转换相偶联。电子传递与能量转换相偶联。电子传递与能量转换相偶联。电子传递与能量转换相偶联。（一）电子传递链的组成（一）电子传递链的组成（一）电子传递链的组成（一）电子传递链的组成1.1.黄素蛋白（黄素蛋白（黄素蛋白（黄素蛋白（flavoprotein,FPflavoprotein,FP）2.2.铁硫蛋白（铁硫蛋白（铁硫蛋白（铁硫蛋白（ironsulfur protein)ironsulfur protein)3 3.泛醌（泛醌（泛醌（泛醌（ubiquinoneubiquinone）4 4.细胞色素（细胞色素（细胞色素（细胞色素（cytochromescytochromes）第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链1 1 1 1、黄素蛋白、黄素蛋白、黄素蛋白、黄素蛋白 特点特点特点特点：以以以以FADFAD或或或或FMNFMN为辅基。为辅基。为辅基。为辅基。类别类别类别类别：NADHNADH脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶(FMN)(FMN)琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶(FAD)(FAD)机理机理机理机理：FAD(FMN)FAD(FMN)HFAD(FMN)FAD(FMN)H2 2第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分4Fe4S4Cys 特特特特点点点点：含含含含有有有有FeFeFeFe和和和和对对对对酸酸酸酸不不不不稳稳稳稳定定定定的的的的S S S S原原原原子子子子，FeFeFeFe和和和和S S S S常常常常以以以以等等等等摩摩摩摩尔尔尔尔存存存存在在在在，构构构构成成成成FeFeFeFeS S S S中中中中心心心心（FeFeFeFe2 2 2 2S S S S2 2 2 2,FeFeFeFe4 4 4 4S S S S4 4 4 4 )，FeFeFeFe与与与与蛋白质中的蛋白质中的蛋白质中的蛋白质中的4 4 4 4个个个个CysCysCysCys残基的巯基相连结。残基的巯基相连结。残基的巯基相连结。残基的巯基相连结。2Fe2S4Cys2 2 2 2、铁硫蛋白的结构及递电子机理、铁硫蛋白的结构及递电子机理、铁硫蛋白的结构及递电子机理、铁硫蛋白的结构及递电子机理第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链传递电子机理传递电子机理：Fe3+Fe2+-e+e（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分 特点特点特点特点：带有聚异戊二烯侧链的带有聚异戊二烯侧链的带有聚异戊二烯侧链的带有聚异戊二烯侧链的苯醌苯醌苯醌苯醌，脂溶性，位于膜，脂溶性，位于膜，脂溶性，位于膜，脂溶性，位于膜 双脂层中，能在膜脂中自由泳动双脂层中，能在膜脂中自由泳动双脂层中，能在膜脂中自由泳动双脂层中，能在膜脂中自由泳动。苯醌是电子传递链中唯一的非蛋白质组分。3 3 3 3、CoQCoQCoQCoQ的结构和递氢原理的结构和递氢原理的结构和递氢原理的结构和递氢原理第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分CoQ+2H CoQH2传递电子机理：醌传递电子机理：醌/酚结构互变酚结构互变3 3 3 3、CoQCoQCoQCoQ的结构和递氢原理的结构和递氢原理的结构和递氢原理的结构和递氢原理第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分 类类类类别别别别:含含含含5 5种种种种（b b、c c、c c1 1、a a和和和和a a3 3)，a a和和和和a a3 3以以以以复复复复合合合合物物物物存存存存在在在在于于于于电电电电子子子子传传传传递递递递链链链链末末末末端端端端，可可可可将将将将电电电电子子子子传传传传递递递递给给给给氧氧氧氧，因因因因此此此此亦亦亦亦称称称称其其其其为为为为末端氧化酶末端氧化酶末端氧化酶末端氧化酶。4 4 4 4、细胞色素、细胞色素、细胞色素、细胞色素第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分 传递电子机理传递电子机理传递电子机理传递电子机理：+e+e Fe Fe3+3+FeFe2+2+-e -e +e +e Cu Cu2+2+Cu Cu+-e -e 4 4 4 4、细胞色素、细胞色素、细胞色素、细胞色素第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链（一）电子传递链的组分（一）电子传递链的组分第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链 酶名称酶名称酶名称酶名称NADH-CoQ NADH-CoQ NADH-CoQ NADH-CoQ 还原还原还原还原琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸-CoQ-CoQ-CoQ-CoQ还原酶还原酶还原酶还原酶CoQ-CytC CoQ-CytC CoQ-CytC CoQ-CytC 还原酶还原酶还原酶还原酶CytCytCytCyt氧化酶氧化酶氧化酶氧化酶 辅基辅基辅基辅基 FMNFMNFMNFMN，Fe-SFe-SFe-SFe-S FAD FAD FAD FAD，Fe-SFe-SFe-SFe-S，CytbCytbCytbCytb 铁卟啉，铁卟啉，铁卟啉，铁卟啉，Fe-SFe-SFe-SFe-S铁卟啉，铁卟啉，铁卟啉，铁卟啉，CuCuCuCu复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体 复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体复合体 呼呼呼呼吸吸吸吸链链链链中中中中的的的的电电电电子子子子传传传传递递递递有有有有着着着着严严严严格格格格的的的的方方方方向向向向和和和和顺顺顺顺序序序序，即即即即电电电电子子子子从从从从E E E E 低低低低的的的的传传传传递递递递体体体体依依依依次次次次通通通通过过过过E E E E 较较较较高高高高的的的的传传传传递递递递体体体体逐逐逐逐步步步步流流流流向向向向氧氧氧氧原原原原子子子子，这这这这些些些些成成成成员员员员不不不不可可可可缺缺缺缺少，顺序不可颠倒。少，顺序不可颠倒。少，顺序不可颠倒。少，顺序不可颠倒。（二）线粒体呼吸链（二）线粒体呼吸链（二）线粒体呼吸链（二）线粒体呼吸链第二节电子传递链第二节电子传递链(呼吸链）呼吸链）二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链二、电子传递链NADHCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等（FAD）（FMN）细胞色素类细胞色素类铁硫蛋白铁硫蛋白（Fe-S）铁硫蛋白铁硫蛋白NADH呼吸链呼吸链H2O12O2O2-MH2还原型代还原型代 谢底物谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+细胞色素细胞色素b-c1-c-aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 谢底物谢底物FADH2呼吸链呼吸链FADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+细胞色素细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸延胡索酸NADHNADHFMNFMNCoQCoQFe-SFe-SCyt c1Cyt c1O2O2Cyt bCyt bCyt cCyt cCyt aa3Cyt aa3Fe-SFe-S FAD FADFe-SFe-S琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸复合物复合物复合物复合物 IIII复合物复合物复合物复合物 IVIV复合物复合物复合物复合物 I I复合物复合物复合物复合物 IIIIII抗霉素抗霉素抗霉素抗霉素A A氰化物氰化物氰化物氰化物COCO鱼藤酮鱼藤酮鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥安密妥安密妥杀粉蝶菌素杀粉蝶菌素杀粉蝶菌素杀粉蝶菌素A AHH2 2S S、R RN N3 3三、三、三、三、电电电电子子子子传传传传递递递递抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂第第二二节节电电子子传传递递链链第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化概念概念概念概念:利用生物氧化过程中释放的自由能使利用生物氧化过程中释放的自由能使利用生物氧化过程中释放的自由能使利用生物氧化过程中释放的自由能使ADPADP磷酸化生成磷酸化生成磷酸化生成磷酸化生成ATPATP的过程，称为氧化磷酸化的过程，称为氧化磷酸化的过程，称为氧化磷酸化的过程，称为氧化磷酸化(o oxidative phosphorylationxidative phosphorylation)。类别类别类别类别：底底底底物物物物水水水水平平平平磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化:高高高高能能能能中中中中间间间间代代代代谢谢谢谢物物物物通通通通过过过过酶酶酶酶促促促促磷磷磷磷酸酸酸酸基基基基团团团团转转转转移移移移反应直接把磷酸基团转给反应直接把磷酸基团转给反应直接把磷酸基团转给反应直接把磷酸基团转给ADPADP生成生成生成生成ATPATP的过程。的过程。的过程。的过程。X XP PADPADPXHXHATPATP电电电电子子子子传传传传递递递递磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化:电电电电子子子子从从从从NADHNADH或或或或者者者者FADHFADH2 2经经经经电电电电子子子子传传传传递递递递链链链链传传传传递递递递到到到到分分分分子子子子氧氧氧氧形形形形成成成成水水水水，同同同同时时时时偶偶偶偶联联联联ADPADP磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化形形形形成成成成ATPATP，是是是是需需需需氧氧氧氧生物生物生物生物合成合成合成合成ATPATP的主要方式。的主要方式。的主要方式。的主要方式。第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化一、氧化磷酸化的概念及类型一、氧化磷酸化的概念及类型一、氧化磷酸化的概念及类型一、氧化磷酸化的概念及类型（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降FADH22e-第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联呼吸链的呼吸链的偶联部位偶联部位-55.6kJ/mol-34.7kJ/mol-102.1kJ/moLG =-n FE=-n FE =-296.50.82-(-0.32)=-220.07 kJmol-1贮能效率贮能效率=91.5/220.07 100%=41.6%（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化NADHNADH呼吸链电子传递过程中自由能变化呼吸链电子传递过程中自由能变化呼吸链电子传递过程中自由能变化呼吸链电子传递过程中自由能变化FADH22e-二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联放能放能G=-n FE =-296.50.82-(-0.18)=-193.0 kJmol-1贮能效率贮能效率61/193100%=33.7%（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降（一）呼吸链中电子传递时自由能的下降第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化FADHFADH2 2呼吸链电子传递过程中自由能变化呼吸链电子传递过程中自由能变化呼吸链电子传递过程中自由能变化呼吸链电子传递过程中自由能变化FADH22e-二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联磷磷磷磷氧氧氧氧比比比比指指指指生生生生物物物物氧氧氧氧化化化化过过过过程程程程中中中中每每每每消消消消耗耗耗耗一一一一个个个个氧氧氧氧原原原原子子子子(或或或或每每每每对对对对电电电电子子子子通通通通过电子传递链传递至氧过电子传递链传递至氧过电子传递链传递至氧过电子传递链传递至氧)所生成的所生成的所生成的所生成的ATPATPATPATP分子数。分子数。分子数。分子数。（二）测定（二）测定（二）测定（二）测定P/OP/OP/OP/O比比比比第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化FADH22e-NADHNADH呼吸链的磷氧比呼吸链的磷氧比呼吸链的磷氧比呼吸链的磷氧比:3:3FADHFADH2 2呼吸链的磷氧比呼吸链的磷氧比呼吸链的磷氧比呼吸链的磷氧比:2:2二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联二、氧化磷酸化与电子传递的偶联（一）线粒体偶联因子（一）线粒体偶联因子（一）线粒体偶联因子（一）线粒体偶联因子F F F F0 0 0 0-F-F-F-F1 1 1 1l lF F F F1 1 1 1含有含有含有含有5 5 5 5种不同的亚基（种不同的亚基（种不同的亚基（种不同的亚基（3 3 3 3 3 3 3 3），），），），是合成是合成是合成是合成ATPATPATPATP的催化部位；的催化部位；的催化部位；的催化部位；l lF F F F0 0 0 0为一个疏水蛋白，含有质子通道；为一个疏水蛋白，含有质子通道；为一个疏水蛋白，含有质子通道；为一个疏水蛋白，含有质子通道；l lATPATPATPATP合酶。合酶。合酶。合酶。第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说l l要点：要点：要点：要点：a.a.a.a.呼呼呼呼吸吸吸吸链链链链中中中中的的的的电电电电子子子子传传传传递递递递体体体体在在在在线线线线粒粒粒粒体体体体内内内内膜膜膜膜中中中中有有有有着着着着特特特特定定定定的的的的不不不不对对对对称称称称分分分分布布布布，递递递递氢氢氢氢体体体体和和和和递递递递电电电电子子子子体体体体是是是是间间间间隔隔隔隔交交交交替替替替排排排排列列列列的的的的，催催催催化化化化反反反反应应应应是是是是定定定定向的；向的；向的；向的；b.b.b.b.利利利利用用用用在在在在电电电电子子子子传传传传递递递递链链链链中中中中释释释释放放放放的的的的能能能能量量量量，复复复复合合合合物物物物、中中中中的的的的递递递递氢氢氢氢体体体体作作作作为为为为质质质质子子子子泵泵泵泵，将将将将H H+从从从从线线线线粒粒粒粒体体体体内内内内膜膜膜膜基基基基质质质质定定定定向向向向地地地地泵泵泵泵至至至至内内内内膜膜膜膜外侧空间；外侧空间；外侧空间；外侧空间；第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理要点：要点：要点：要点：c.c.c.c.线线线线粒粒粒粒体体体体内内内内膜膜膜膜对对对对质质质质子子子子是是是是不不不不透透透透性性性性的的的的，在在在在线线线线粒粒粒粒体体体体内内内内膜膜膜膜两两两两侧侧侧侧建建建建立立立立质质质质子子子子浓浓浓浓度度度度梯梯梯梯度度度度，形形形形成成成成膜膜膜膜电电电电位位位位；跨跨跨跨膜膜膜膜的的的的质质质质子子子子电电电电化化化化学学学学梯梯梯梯度度度度就就就就是是是是推推推推动动动动ATPATPATPATP合合合合成成成成的的的的原原原原动动动动力力力力，称称称称为为为为质质质质子子子子推推推推动力动力动力动力；（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理d.d.当当存存在在足足够够高高的的跨跨膜膜质质子子电电化化学学梯梯度度时时，膜膜外外质质子子沿沿着着一一个个特特殊殊通通道道（ATPATP酶酶的的F F0 0组组分分），跨跨膜膜回回到到膜膜内内侧侧。质质子子跨跨膜膜过过程程中中释释放放的的能能量量，直直接接驱驱动动ADPADP和磷酸合成和磷酸合成ATPATP。（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说（二）化学渗透学说第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理化学渗透假说示意图化学渗透假说示意图化学渗透假说示意图化学渗透假说示意图4H+4H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高高质质子子浓浓度度H2O2e-2e-2e-+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _质子流质子流线粒体内膜线粒体内膜F0-F1 解偶联剂（解偶联剂（解偶联剂（解偶联剂（uncoupler)uncoupler)氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 离子载体抑制剂离子载体抑制剂离子载体抑制剂离子载体抑制剂第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制1 1 1 1、解偶联剂（、解偶联剂（、解偶联剂（、解偶联剂（uncoupleruncoupleruncoupleruncoupler）使电子传递与使电子传递与使电子传递与使电子传递与ADPADPADPADP磷酸化分离，只抑制磷酸化分离，只抑制磷酸化分离，只抑制磷酸化分离，只抑制ATPATPATPATP的形成，而不的形成，而不的形成，而不的形成，而不 抑制电子传递。抑制电子传递。抑制电子传递。抑制电子传递。NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线线粒粒体体内内膜膜内内外外第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制 例例例例12,4-12,4-二硝基苯酚二硝基苯酚二硝基苯酚二硝基苯酚（dinitrophenoldinitrophenol,DNPDNP）解偶联剂只抑制电子传递磷酸化，不影响底物水平磷酸化。解偶联剂只抑制电子传递磷酸化，不影响底物水平磷酸化。解偶联剂只抑制电子传递磷酸化，不影响底物水平磷酸化。解偶联剂只抑制电子传递磷酸化，不影响底物水平磷酸化。2 2 2 2、氧化磷酸化抑制剂、氧化磷酸化抑制剂、氧化磷酸化抑制剂、氧化磷酸化抑制剂【作用作用】直接干扰直接干扰ATPATP的合成，间接抑制电子传递。的合成，间接抑制电子传递。例例 寡霉素寡霉素:与与ATPATP合酶的合酶的F F0 0部位结合，破坏部位结合，破坏H H+回流，影响回流，影响 呼吸链质子泵的功能，抑制电子传递。呼吸链质子泵的功能，抑制电子传递。第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制3 3 3 3、离子载体抑制剂、离子载体抑制剂、离子载体抑制剂、离子载体抑制剂 【作用作用作用作用】脂溶性物质，嵌入线粒体内膜的脂双层，结合并脂溶性物质，嵌入线粒体内膜的脂双层，结合并脂溶性物质，嵌入线粒体内膜的脂双层，结合并脂溶性物质，嵌入线粒体内膜的脂双层，结合并使离子穿过膜，破坏膜两侧的电位梯度，从而破坏使离子穿过膜，破坏膜两侧的电位梯度，从而破坏使离子穿过膜，破坏膜两侧的电位梯度，从而破坏使离子穿过膜，破坏膜两侧的电位梯度，从而破坏A A A ADPDPDPDP的磷的磷的磷的磷酸化。酸化。酸化。酸化。例例例例 缬氨霉素结合缬氨霉素结合缬氨霉素结合缬氨霉素结合K K K K 短杆菌肽结合短杆菌肽结合短杆菌肽结合短杆菌肽结合K K K K 、NaNaNaNa 只抑制只抑制只抑制只抑制ATPATPATPATP的合成，而不抑制电子传递。的合成，而不抑制电子传递。的合成，而不抑制电子传递。的合成，而不抑制电子传递。第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制四、氧化磷酸化的解偶联和抑制胞液中生成的胞液中生成的胞液中生成的胞液中生成的NADHNADHNADHNADH不能自由通过不能自由通过不能自由通过不能自由通过线粒体线粒体线粒体线粒体内膜内膜内膜内膜转运胞液转运胞液转运胞液转运胞液NADHNADHNADHNADH的机制主要有：的机制主要有：的机制主要有：的机制主要有：磷酸甘油穿梭系统（肌细胞）磷酸甘油穿梭系统（肌细胞）磷酸甘油穿梭系统（肌细胞）磷酸甘油穿梭系统（肌细胞）苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭系统（肝细胞）天冬氨酸穿梭系统（肝细胞）天冬氨酸穿梭系统（肝细胞）天冬氨酸穿梭系统（肝细胞）第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化五、线粒体穿梭系统五、线粒体穿梭系统五、线粒体穿梭系统五、线粒体穿梭系统第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化五、线粒体穿梭系统五、线粒体穿梭系统五、线粒体穿梭系统五、线粒体穿梭系统1 1磷磷酸酸甘甘油油穿穿梭梭机机制制3-3-磷酸甘油磷酸甘油脱氢酶脱氢酶3-3-磷酸甘油磷酸甘油脱氢酶脱氢酶3 3细胞液细胞液线粒体内膜线粒体内膜天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酮戊二酸酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+线粒体基质线粒体基质苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+H+苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶、为膜上的转运载体为膜上的转运载体呼吸链呼吸链2、苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭系统天冬氨酸穿梭系统定义式：能荷定义式：能荷定义式：能荷定义式：能荷=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMPATP+ADP+AMP 意义意义意义意义：能荷由能荷由能荷由能荷由ATP ATP、ADPADP和和和和AMPAMP的相对数量决定，数值在的相对数量决定，数值在的相对数量决定，数值在的相对数量决定，数值在0101之间，反映细胞能量状态，之间，反映细胞能量状态，之间，反映细胞能量状态，之间，反映细胞能量状态，大多数细胞的能荷变化为大多数细胞的能荷变化为大多数细胞的能荷变化为大多数细胞的能荷变化为0.8-0.8-0.950.95。能荷对代谢的调节能荷对代谢的调节能荷对代谢的调节能荷对代谢的调节:ATP:ATP、ADPADP和和和和AMPAMP作为某些酶分子的作为某些酶分子的作为某些酶分子的作为某些酶分子的别构效应剂。别构效应剂。别构效应剂。别构效应剂。能荷能荷相相对对速速率率ATP的利用途径的利用途径 ATP的的生成途径生成途径能荷对能荷对能荷对能荷对ATPATP的生成途径和的生成途径和的生成途径和的生成途径和ATPATP的利用途径相对速率的影响的利用途径相对速率的影响的利用途径相对速率的影响的利用途径相对速率的影响第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化六、能六、能六、能六、能 荷荷荷荷(energy charge)(energy charge)总的腺苷酸系统中（即总的腺苷酸系统中（即总的腺苷酸系统中（即总的腺苷酸系统中（即ATPATP、ADPADP和和和和AMPAMP浓度之和）高能磷浓度之和）高能磷浓度之和）高能磷浓度之和）高能磷酸基所占的比值。酸基所占的比值。酸基所占的比值。酸基所占的比值。本章要点：本章要点：1、生物氧化及特点；、生物氧化及特点；2、电子传递链定义及组成；、电子传递链定义及组成；3、氧化磷酸化；、氧化磷酸化；4、P/O;5、化学渗透学说的主要内容；、化学渗透学说的主要内容；6、能荷。、能荷。（三）腺苷酸的转运（三）腺苷酸的转运（三）腺苷酸的转运（三）腺苷酸的转运第三节第三节 氧化磷酸化氧化磷酸化三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理三、氧化磷酸化的机理腺苷酸载体腺苷酸载体腺苷酸载体腺苷酸载体:ATPATPATPATP/ADPADPADPADP交换体交换体交换体交换体