5電子傳遞和氧化磷酸化

1、呼吸（有氧分解）的三個階段第一階段，所有的燃料分子氧化分解產生一個共同的二碳單位，乙酰-CoA第二階段 乙酰-CoA 通過檸檬酸循環(huán)完全氧化成CO2，釋放的電子被NAD+ 和 FAD收集 （線粒體）第三階段 第二階段產生的還原型輔酶通過電子傳遞系統(tǒng)氧化，通過氧化磷酸化產生ATP （線粒體）糖有氧代謝的三個階段糖酵解 glycolysis檸檬酸循環(huán) citric acid cycle電子傳遞和氧化磷酸化 electron transport and oxidative phosphorylation糖酵解途徑葡萄糖己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶-ATP-ATP+ATP+ATPNADH催化此過程的

2、是丙酮酸脫氫酶復合體。丙酮酸脫氫酶 (E1),二氫硫辛酰轉乙?；?(E2),二氫硫辛酰脫氫酶 (E3)輔酶：TPP, 硫辛酸, CoA, FAD, NAD+丙酮酸氧化檸檬酸循環(huán)又稱為三羧酸循環(huán)，Krebs 循環(huán)檸檬酸循環(huán)的生理意義是糖、脂、氨基酸等燃料分子完全降解為CO2的共同代謝途徑。是一個釋放大量能量的途徑（以GTP和NADH，F(xiàn)ADH2的形式，還原型輔酶通過電子傳遞和氧化磷酸化產生大量ATP）為生物合成提供大量前體檸檬酸循環(huán)乙酰CoA草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸a-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶3 NADH 3 NAD+ 電子傳遞和氧化磷酸化

3、 3X2.5=7.5 ATPFADH2FAD1.5 ATP 底物水平磷酸化1 GTP10 ATP 一輪循環(huán)電子傳遞和氧化磷酸化 檸檬酸循環(huán)的能量計算電子傳遞和氧化磷酸化概述生物氧化指有機化合物（糖、脂、蛋白質等）在生物細胞中由酶催化進行的氧化，生物氧化的目的是獲取能量電子傳遞：在生物氧化過程中，代謝物氧化脫下的電子由還原型輔酶(NADH/FADH2)攜帶，經過一系列的電子傳遞體的傳遞，最終交給分子氧生成水，這一電子傳遞體系稱為電子傳遞鏈或呼吸鏈氧化磷酸化: 電子傳遞（氧化）和ATP合成（磷酸化）的偶聯(lián)在真核細胞中，發(fā)生在線粒體或線粒體內膜對大多數(shù)離子和化合物都是不可透過的內膜球體線粒體 Cri

4、stae標準氧化還原電勢E0表示了氧化還原物質接受電子被還原的相對趨勢可以通過和標準氫電極組成原電池而測定傳遞的電子數(shù)目法拉第常數(shù)(96485 J/volt/mole)關鍵公式: Go = -nF Eo = Eo(電子受體) - Eo(電子供體)E0=標準氧化還原電勢如果 Eo 為正，則電子傳遞反應可自發(fā)發(fā)生 (Go 0)FAD/FADH2的標準還原電勢隨特異蛋白不同而不同延胡索酸+2H+2e- 琥珀酸 0.031FAD+ 2H+2e- FADH2 0NAD+ 2H+2e- NADH+H+ -0.32偶聯(lián)氧化還原反應:琥珀酸+FAD 延胡索酸+ FADH2 G = - n F E Eo = E

5、o(電子受體) - Eo(電子供體)G =-2*96485*(0-0.031)= 5.98KJ/mol琥珀酸+ NAD+ 延胡索酸+ NADH+H+ G =-2*96485*(-0.32- 0.031)= 67.7KJ/molEoC-C 間脫氫形成雙鍵時，氧化所釋放出來的能量較低，不足以使NAD+還原，只能使FAD還原.因此琥珀酸脫氫酶只能以FAD為輔酶電子傳遞鏈從NADH 或是從 FADH2進入呼吸鏈有兩條都是脫氫酶的輔酶電子并不是直接傳遞給氧，而是經過酶和輔酶進行傳遞的NAD+總是傳遞2 e- 和 2 H+呼吸鏈中的電子傳遞體維生素前體是煙酸黃素蛋白以黃素核苷酸(FAD或FMN)為輔基的酶

6、維生素前體是核黃素黃素輔酶的氧化與還原FMN 可以接受/給出1 或 2個電子。接受一個電子而形成半醌自由基 ，半醌自由基再接受第二個電子形成 FMNH2. 所以FMN在介導單電子載體(e.g., Fe+)和雙電子載體(e.g., NADH)的電子傳遞具有重要作用例如，NADH進入呼吸鏈時，最初的電子傳遞如下： NADH + H+ + FMN NAD+ + FMNH2 FMNH2 + Fe3+ FMNH + Fe2+ + H+鐵硫蛋白含鐵原子(非血紅素的鐵)和硫原子，稱為鐵硫中心，常用符號“Fe-S”表示。鐵硫中心通過Fe與蛋白質的半胱氨酸殘基連接。鐵硫蛋白在呼吸鏈中不傳遞氫，只傳遞電子呼吸鏈中

7、的鐵硫蛋白通常與其它的電子傳遞體的蛋白質（如黃素蛋白、細胞色素）結合成復合物，從而具有不同的氧化還原電勢，在呼吸鏈的不同部位傳遞電子鐵硫中心可含有1-4個鐵原子鐵硫中心只有1個Fe起氧化還原反應，在氧化型（Fe3+）和還原型（Fe2+）之間轉變。例如，含 4-Fe 的鐵硫中心可能反應:Fe3+3, Fe2+1 (氧化型) + 1 e- Fe3+2, Fe2+2 (還原型)輔酶Q (CoQ)，又叫泛醌(UQ)，Q常見n = 10游離的CoQ可以進行2個電子的氧化還原反應Q + 2 e- + 2 H+ QH2. CoQ可以接受一個電子形成半醌自由基 (Q-)，半醌自由基可以接受第二個電子和兩個質子

8、成為還原型的QH2CoQ是脂溶性的，能溶解于膜的疏水核心是唯一不和蛋白結合的電子載體能接受/給出1個或者2個電子，所以可以在單電子載體和雙電子載體間介導細胞色素能從QH2 或者 FeS接受電子電子最終傳遞給氧細胞色素是以鐵卟啉(血紅素)為輔基的蛋白質細胞色素通過輔基中的鐵離子價的可逆變化進行電子傳遞。它在呼吸鏈中作為單電子傳遞體。根據(jù)還原型細胞色素的吸收光譜的吸收峰位置不同，將細胞色素分為a、b、c三類。每一類中又有不同的亞類。有些細胞色素是膜蛋白的一部分 (如b,c1,a,a3)細胞色素C是一個小的水溶性的蛋白細胞色素cytochromes細胞色素中的鐵離子可傳遞一個電子: Fe3+ + e

9、- Fe2+在細胞色素a，a3中含有銅離子，也可以傳遞電子：Cu2+e- Cu+NAD+, 黃素蛋白 和 Q可以攜帶電子和質子；細胞色素和鐵硫蛋白質只攜帶電子NAD+只進行2個電子的反應; 細胞色素，F(xiàn)eS 只能進行1個電子的反應；FMN Q FAD可傳遞一個電子也可傳遞兩個電子電子載體電子傳遞鏈Electron Transport chain(呼吸鏈respiratory chain)電子從還原型輔酶(NADH or FADH2) 通過由蛋白質和輔酶組成的呼吸鏈最終傳遞給氧電子傳遞鏈由4個線粒體內膜復合體組成， 復合體 I, II, III & IV, 還有 CoQ & cyt c穿梭在復合

10、體之間。每個復合體內，有一系列的電子載體. 電子傳遞鏈四個復合體(I, II, III, IV)位于線粒體內膜脂溶性的CoQ和水溶性的細胞色素C穿梭于蛋白復合體之間 O2NADH FMNFe-S FADFe-SCoQ Cytb Fe-S Cytc1Cytc Cytaa3電子傳遞鏈復合體NADH脫氫酶（NADH-Q還原酶）琥珀酸脫氫酶（琥珀酸-Q還原酶）CoQ-cyt c 還原酶Cyt bc1 復合體細胞色素氧化酶 電子鏈電子傳遞體順序的確定呼吸鏈中的電子傳遞有著嚴格的順序能量有利，電子從還原電位較低的傳遞體依次通過還原電位較高的傳遞體逐步流向氧分子特異性的電子傳遞抑制劑的應用阻斷呼吸鏈某個部位

11、的電子流動，導致阻斷位置之前的電子傳遞體呈還原態(tài)，之后的傳遞體呈氧化態(tài)氧化態(tài)與還原態(tài)的傳遞體的吸收光譜不同，從而可以確定阻斷的部位單個復合體分析NADH 可以還原復合體I，但不能還原其他復合體順序與還原電勢+0.077+0. 22+0. 25+0. 29+0. 55-0.32+0.03+0.045+0.82-0.3阻斷呼吸鏈的抑制劑安密妥魚藤酮抗霉素ACN- CO，疊氮化物亞馬遜雨林土著用魚藤酮捕魚CN- 能緊密結合a3的高鐵形式魚藤酮是一種極強的殺蟲劑和魚類毒藥。（1）為什么魚和昆蟲吃了魚藤酮后會死去？（2）預計魚藤酮是否對其他動物的生命（例如人類）也是有潛在的威脅？作出解釋。（3）預計魚藤酮是否象它能毒害魚類一樣，對在這種環(huán)境中存在的水生植物也具有潛在的威脅？H+ 運輸復合體 I, III, IV傳遞電子的同時將質子從線粒體基質運輸?shù)侥らg隙，線粒體內膜對質子不具有通透性，從而形成了跨線粒體內膜的質子梯度proton gradient(電化學梯度electrochemical potential)每2e- 通過復合體III，泵出4H+ H+/e- 對其他復合體來說，不確定，一般認為：復合體I 4H+/2