第六章生物氧化和生物能

生物氧化主要討論的問(wèn)題細(xì)胞如何利用O2將代謝產(chǎn)物分子中的H氧化成水。代謝產(chǎn)物中的C如何在酶的催化作用下生成CO2有機(jī)物被氧化時(shí)產(chǎn)生的自由能如何被收集、轉(zhuǎn)換或存儲(chǔ)現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四一、生物氧化概念有機(jī)物在生物體內(nèi)的氧化作用，稱為生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧并釋放出CO2，所以又稱為呼吸作用。主要指糖、脂肪、蛋白質(zhì)在體內(nèi)分解時(shí)逐步釋放能量，最終生成二氧化碳和水的過(guò)程。有機(jī)物在生物體內(nèi)的氧化包括物質(zhì)分解和產(chǎn)能

現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四二、生物氧化的方式生物氧化是在一系列氧化-還原酶催化下分步進(jìn)行的。每一步反應(yīng)，都由特定的酶催化。在生物氧化過(guò)程中，主要包括如下三種氧化方式。現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四1．脫氫氧化反應(yīng)（1）直接脫氫(最主要)在生物氧化中，脫氫反應(yīng)占有重要地位。它是許多有機(jī)物質(zhì)生物氧化的重要步驟。催化脫氫反應(yīng)的是各種類型的脫氫酶。現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四脂肪酸脫氫琥珀酸脫氫琥珀酸脫氫酶現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四醛酮脫氫乳酸脫氫現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四（2）加水脫氫酶催化的醛氧化成酸的反應(yīng)即屬于這一類?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四2．加氧的氧化反應(yīng)（1）加氧酶催化的加氧反應(yīng)加氧酶能夠催化氧分子直接加入到有機(jī)分子中。例如，

甲烷單加氧酶CH4+NADH+O2

CH3-OH+NAD++H2O現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四2．加氧的氧化反應(yīng)（2）氧化酶催化的生成水的反應(yīng)氧化酶主要催化以氧分子為電子受體的氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為水。在各種脫氫反應(yīng)中產(chǎn)生的氫質(zhì)子和電子，最后都是以這種形式進(jìn)行氧化的。2細(xì)胞色素c（Fe2+）+2H++1/2O2細(xì)胞色素c氧化酶2細(xì)胞色素c（Fe3+）+H2O現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四3．失電子的氧化反應(yīng)例如：Fe2+Fe3+現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四4、CO２生成的方式

基本方式：有機(jī)酸脫羧分類α-脫羧β-脫羧（羧基位置）直接脫羧（不伴氧化）氧化脫羧（伴氧化）現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四（1）直接脫羧作用氧化代謝的中間產(chǎn)物羧酸在脫羧酶的催化下，直接從分子中脫去羧基。例如丙酮酸的脫羧?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四α-直接脫羧

COOHC=OCH2COOHαββ-直接脫羧COOHC=O+CO2

CH3

O‖CH3CCOOH

O‖CH3CH+CO2

草酰乙酸丙酮酸草酰乙酸脫羧酶

α-酮酸脫羧酶現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四（2）氧化脫羧作用氧化代謝中產(chǎn)生的有機(jī)羧酸（主要是酮酸）在氧化脫羧酶系的催化下，在脫羧的同時(shí)，也發(fā)生氧化（脫氫）作用。例如蘋(píng)果酸的氧化脫羧現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四氧化脫羧COOHC=O+CO2+NADH+H+

CH3COOHCHOH+NAD+CH2COOHβα蘋(píng)果酸丙酮酸現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四5、H2O生成方式

代謝產(chǎn)物被各種脫氫酶催化作用下脫氫，脫下的氫經(jīng)過(guò)一系列傳遞體的傳遞，最后與氧結(jié)合生成水?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四三、生物氧化的特點(diǎn)1.生物氧化是在生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的酶促氧化過(guò)程，反應(yīng)條件溫和（水溶液，pH7和常溫）。2.生物氧化過(guò)程中，必然伴隨生物還原反應(yīng)的發(fā)生。3.水是許多生物氧化反應(yīng)的氧供體。通過(guò)加水脫氫作用直接參與了氧化反應(yīng)?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四三、生物氧化的特點(diǎn)4.在生物氧化中含碳化合物的氧化過(guò)程通過(guò)脫氫來(lái)實(shí)現(xiàn)（氫質(zhì)子和電子），脫下來(lái)的H通常由各種載體接受，如NAD+等，進(jìn)而把氫傳遞到氧并生成水（氫的氧化）。碳的氧化和氫的氧化是非同步進(jìn)行的?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四5.生物氧化是一個(gè)分步進(jìn)行的過(guò)程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反應(yīng)的產(chǎn)物都可以分離出來(lái)。這種逐步進(jìn)行的反應(yīng)模式有利于在溫和的條件下釋放能量，提高能量利用率。6.生物氧化釋放的能量，通過(guò)與ATP合成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用的生物能ATP?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四生物氧化的特點(diǎn)

反應(yīng)條件

溫和劇烈(體溫、pH近中性)(高溫、高壓)反應(yīng)過(guò)程

逐步進(jìn)行的酶促反應(yīng)一步完成能量釋放

逐步進(jìn)行瞬間釋放

（化學(xué)能、熱能）（熱能）CO2生成方式

有機(jī)酸脫羧碳和氧結(jié)合H2O

需要不需要速率受體內(nèi)多種因素調(diào)節(jié)

生物氧化

體外燃燒現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四本質(zhì)

生物氧化的本質(zhì)是電子的得失，失電子者為還原劑，是電子供體，得電子者為氧化劑，是電子受體.在生物體內(nèi)，它有三種方式：加氧氧化電子轉(zhuǎn)移

四、生物氧化的本質(zhì)及過(guò)程O(píng)2苯丙氨酸酪氨酸現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四乳酸脫氫酶

脫氫氧化現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四

在無(wú)氧條件下，兼性生物或厭氧生物能利用細(xì)胞中的氧化型物質(zhì)作為電子受體，將燃料分子氧化分解，這稱為無(wú)氧氧化。這些生物有的以有機(jī)物分子作為最終的氫受體(如厭氧發(fā)酵)，有的則以無(wú)機(jī)物分子作為氫受體(如微生物中的化能自養(yǎng)菌對(duì)NO3-、SO42-的利用)。2.無(wú)氧氧化現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四3.有氧氧化

生物氧化在有氧和無(wú)氧條件下都能進(jìn)行。在有氧條件下，好氧生物或兼性生物吸收空氣中的氧作為電子受體，可將燃料分子完全氧化分解，這稱為有氧氧化。因?yàn)橛醒跹趸紵耆?，產(chǎn)能多，所以，只要有氧氣存在，細(xì)胞都優(yōu)先進(jìn)行有氧氧化?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四第二節(jié)生物能及其存在形式一、生物能和ATP1.ATP是生物能存在的主要形式ATP是能夠被生物細(xì)胞直接利用的特殊能量形式。ATP是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體。ATP水解釋放出來(lái)的能量用于推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。光能——ATP化學(xué)能——ATP光合作用生物氧化現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四2.ATP的結(jié)構(gòu)ATP（三磷酸腺苷）腺嘌呤核糖核苷三磷酸生物能的化學(xué)本質(zhì)：存儲(chǔ)于ATP分子焦磷酸堿的化學(xué)能焦磷酸鍵現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四為什么ATP可以提供能量？釋放能量△Gθ=-31KJ/mol釋放能量△Gθ=-31KJ/molADP+PiATP水解或磷酸化AMP+PPiATP水解ATPADP+Pi光能（光合作用）化學(xué)能（生物氧化）儲(chǔ)存能量ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)變是生物利用光能或化學(xué)能的基本分子機(jī)制，是連接光能和化學(xué)能的紐帶現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四3.ATP的特點(diǎn)（1）ATP是一種瞬時(shí)的自由能供體。它一經(jīng)生成，即通過(guò)水解或磷?；磻?yīng)向各種需能活動(dòng)提供能量，而本身則變成ADP（或AMP）。因此，ATP不是能量的長(zhǎng)效貯存者。（2）ATP、ADP和Pi在細(xì)胞內(nèi)始終動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，以適應(yīng)細(xì)胞對(duì)能量的需求。如在細(xì)菌中，ATP、ADP和Pi的摩爾比約為8：1：8。（3）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，ATP和ADP的轉(zhuǎn)換率非常高。例如：一個(gè)靜臥的人24小時(shí)內(nèi)生成和消耗約40公斤ATP。

現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四二、生物化學(xué)反應(yīng)的自由能變化生物化學(xué)反應(yīng)與普通的化學(xué)反應(yīng)一樣,也服從熱力學(xué)的規(guī)律。自由能的公式：

G?=H?-TS?

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。自由能對(duì)于生物有特別重要的意義。因?yàn)槲覀儾粌H可以用它判斷生物化學(xué)反應(yīng)是否可以自發(fā)進(jìn)行，而且生物所利用的也正是生物化學(xué)反應(yīng)所釋放出的自由能?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四利用自由能判斷反應(yīng)的進(jìn)行方向自由能變化（ΔG）:AB

ΔG=GB-

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

ΔG=0，平衡狀態(tài)；

ΔG<0，放能，自發(fā)進(jìn)行，可以產(chǎn)生有用的功；

ΔG>0，吸能，非自發(fā)進(jìn)行，要想使過(guò)程進(jìn)行，必需向系統(tǒng)提供足夠多的能量。

現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四在生物系統(tǒng)中，為了使某一個(gè)G>0的反應(yīng)順利進(jìn)行，往往需要和另一個(gè)可以釋放能量的反應(yīng)偶聯(lián)：AB+CXY酶G=+20kJ/molG=-33.47kJ/mol則：G=-13.47kJ/mol可見(jiàn)，雖然上一個(gè)反應(yīng)的G為正，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，但由于它和另一個(gè)反應(yīng)偶聯(lián)，其總的G為負(fù)數(shù)，所以，總反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的。自由能變化的可加性及其

在生物化學(xué)中的意義現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四ATP在生命活動(dòng)中起極其重要的作用，幾乎所有的生物需能反應(yīng)都由ATP釋放能量來(lái)驅(qū)動(dòng)。ATP末端磷酸基團(tuán)水解時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)自由能變化為－30.5千焦/摩爾，它通過(guò)酶和其它生物化學(xué)反應(yīng)相偶聯(lián)，即可以使多數(shù)不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)得以順利進(jìn)行。ATPADP+PiA+BC+D酶G>0

G<0G<0ATP與需能生化反應(yīng)相偶聯(lián)現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四二、高能化合物磷酸酯類化合物在生物體的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中起者重要作用。許多磷酸酯類化合物在水解過(guò)程中都能夠釋放出自由能。一般將水解時(shí)能夠釋放21kJ/mol以上自由能（G’<-21kJ/mol）的化合物稱為高能化合物。ATP是生物細(xì)胞中最重要的高能磷酸酯類化合物。根據(jù)生物體內(nèi)高能化合物鍵的特性可以把他們分成以下幾種類型?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四

1.磷氧鍵型（—O~P)酰基磷酸化合物1,3–二磷酸甘油酸乙酰磷酸42.2kJ/mol49kJ/mol現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四2.焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸31kJ/mol現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四3.烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸62kJ/mol現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四4.氮磷鍵型磷酸肌酸43kJ/mol這種高能化合物在生物體內(nèi)起儲(chǔ)存能量的作用?，F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四5.硫酯鍵型3’-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸酰基輔酶A現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四6.甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四第三節(jié)線粒體呼吸鏈和ATP合成生物氧化中所生成的水是代謝物脫下的氫，經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧結(jié)合而成的。生物體主要以脫氫酶、傳遞體及氧化酶組成生物氧化體系，以促進(jìn)水的生成。現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四H2OMH2M遞氫體遞氫體H2NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ還原型氧化型Cyt遞電子體b,c1,c,aa32H+2e?

O2O2-脫氫酶氧化酶現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四一、線粒體膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)原核細(xì)胞不含線粒體，大多數(shù)動(dòng)植物真核細(xì)胞都含有線粒體。線粒體為棒狀小粒，由內(nèi)外膜和基質(zhì)組成。外膜：平滑，有彈性。脂質(zhì)多，酶蛋白量少。通透性較大，分子量小于一萬(wàn)的分子都可以通過(guò)。內(nèi)膜：內(nèi)膜部分曲折伸入基質(zhì)使內(nèi)外膜之間形成孔穴。向內(nèi)折疊的突起為嵴，酶蛋白較多。半透膜，只有部分小分子物質(zhì)可以通過(guò)?；|(zhì)：富含酶和蛋白質(zhì)，還含有DNA、RNA等?，F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四嵴放大示意圖內(nèi)膜外膜內(nèi)、外膜間隔嵴ATP合酶ATP生成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四線粒體含有多種酶系。內(nèi)膜：主要是呼吸鏈電子傳遞酶系（脫氫酶和氧化還原酶）、氧化磷酸化酶系脂質(zhì)體內(nèi)：糖類分解氧化酶系、脂酸的氧化酶系、核酸合成酶系和蛋白質(zhì)合成酶系線粒體是進(jìn)行生物代謝和能量轉(zhuǎn)換最重要的場(chǎng)所?，F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四真核細(xì)胞：線粒體原核細(xì)胞：質(zhì)膜氧化還原酶，按一定順序排列。構(gòu)成它們的輔酶或輔基起到傳遞氫或電子的作用，稱為：傳遞體

遞氫體：傳遞氫的輔酶或輔基遞電子體：傳遞電子的輔酶或輔基。

現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四二、呼吸鏈定義:由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應(yīng)的酶系構(gòu)成的氧化還原體系，與細(xì)胞利用氧的呼吸過(guò)程有關(guān)，通常稱為呼吸鏈，生物氧化還原鏈或電子傳遞鏈。呼吸作用中的電子傳遞鏈，分布于線粒體內(nèi)膜。現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四1.典型的呼吸鏈有兩種，即NADH氧化呼吸鏈和琥珀酸氧化呼吸鏈。線粒體呼吸鏈的分類和組成現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四呼吸鏈的種類返回現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NADH氧化呼吸鏈電子從NADH傳遞到O2是線粒體呼吸鏈電子傳遞的一條主要途徑。包括電子載體和蛋白質(zhì)復(fù)合物。電子載體：NADH，泛醌Q或輔酶Q，細(xì)胞色素c蛋白質(zhì)復(fù)合物：NADH-泛醌還原酶（復(fù)合物I），泛醌-細(xì)胞色素c還原酶（復(fù)合物III），細(xì)胞色素c氧化酶（復(fù)合物IV）現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NADH：還原型輔酶。它是NAD+的還原產(chǎn)物，由NAD+接受多種代謝產(chǎn)物脫氫得到的產(chǎn)物。NADH所攜帶的高能電子是線粒體呼吸鏈主要電子供體之一。泛醌（Q）或輔酶-Q（CoQ）：是電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體。細(xì)胞色素c：電子傳遞鏈中一個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)電子載體。電子載體現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NADH中的功能結(jié)構(gòu)：NADH中的功能部分NAD+（煙酰胺環(huán)）NAD+接受電子和質(zhì)子，還原成NADH，NADH也容易給出電子和質(zhì)子，氧化成NAD+。因此可以作為電子和質(zhì)子的傳遞體。電子載體（煙酰胺環(huán)）現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)NAD+：R=HNADP+：R=PO32-尼克酰胺核苷酸類現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四泛醌（Q）或輔酶-Q（CoQ）Q容易接受電子和質(zhì)子，還原成QH2（還原性），QH2也容易給出電子和質(zhì)子，重新氧化成Q。因此可以作為電子和質(zhì)子的傳遞體。QQH2電子載體現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四輔酶-Q的功能Q(醌型結(jié)構(gòu))很容易接受電子和質(zhì)子，還原成QH2（還原型）；QH2也容易給出電子和質(zhì)子，重新氧化成Q。因此，它在線粒體呼吸鏈中作為電子和質(zhì)子的傳遞體。現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四細(xì)胞色素（簡(jiǎn)寫(xiě)為cyt）是含鐵的電子傳遞體，輔基為鐵卟啉的衍生物，鐵原子處于卟啉環(huán)的中心，構(gòu)成血紅素。各種細(xì)胞色素的輔基結(jié)構(gòu)略有不同。線粒體呼吸鏈中主要含有細(xì)胞色素a,b,c和c1等，組成它們的輔基分別為血紅素A、B和C。細(xì)胞色素a,b,c可以通過(guò)它們的紫外-可見(jiàn)吸收光譜來(lái)鑒別。

現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四細(xì)胞色素c（cyt.c）它是電子傳遞鏈中一個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)電子載體，位于線粒體內(nèi)膜外表，屬于膜周蛋白，易溶于水。它與細(xì)胞色素c1含有相同的輔基，但是蛋白組成則有所不同。在電子傳遞過(guò)程中，cyt.c通過(guò)Fe3+

Fe2+的互變起電子傳遞中間體作用。電子載體現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四功能：?jiǎn)坞娮觽鬟f體細(xì)胞色素主要是通過(guò)Fe3+

Fe2+的互變起傳遞電子的作用的?，F(xiàn)在是59頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NADH泛醌還原酶簡(jiǎn)寫(xiě)為NADHQ還原酶,即復(fù)合物I，它的作用是催化NADH的氧化脫氫以及Q的還原。所以它既是一種脫氫酶，也是一種還原酶。NADHQ還原酶最少含有16個(gè)多肽亞基。NADHQ還原酶NADH+Q+H+=========NAD++QH2蛋白質(zhì)復(fù)合物現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四FMN的作用是接受脫氫酶脫下來(lái)的電子和質(zhì)子，形成還原型FMNH2。還原型FMNH2可以進(jìn)一步將電子轉(zhuǎn)移給Q。(將電子從NADH傳遞給CoQ)蛋白質(zhì)復(fù)合物NADH泛醌還原酶輔基：FMN，鐵硫蛋白現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四FMN（黃素腺嘌呤單核苷酸）

FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）

功能結(jié)構(gòu)：異咯嗪環(huán)現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四黃素核苷酸的作用原理核黃素(黃色)FAD/FMN

FADH2/FMNH2+2H-2H+2H-2H還原型核黃素(無(wú)色)現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四鐵硫蛋白鐵硫蛋白(簡(jiǎn)寫(xiě)為Fe-S)是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與NADHQ還原酶的其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在。它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有兩個(gè)活潑的無(wú)機(jī)硫和兩個(gè)鐵原子。鐵硫蛋白通過(guò)Fe3+

Fe2+變化起傳遞電子的作用現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四Fe2+

Fe3+-e+e鐵硫蛋白的作用原理FMN（Fe-S）FAD(Fe-S)b現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NADH泛醌還原酶FMN接受脫氫酶脫下來(lái)的電子和質(zhì)子，形成還原型FMNH2。還原型FMNH2將電子轉(zhuǎn)移給鐵硫蛋白，鐵硫蛋白再將電子和電子傳遞給輔酶Q。(總過(guò)程是將電子和質(zhì)子從NADH傳遞給CoQ)現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四泛醌細(xì)胞色素c還原酶簡(jiǎn)寫(xiě)為QH2-cytc還原酶,即復(fù)合物III,它是線粒體內(nèi)膜上的一種跨膜蛋白復(fù)合物，其作用是催化還原型QH2的氧化和細(xì)胞色素c（cyt.c）的還原。

QH2-cyt.c還原酶QH2+2cyt.c(Fe3+)====Q+2cyt.c(Fe2+)+2H+QH2-cyt.c還原酶由9個(gè)多肽亞基組成。活性部分主要包括細(xì)胞色素b和c1，以及鐵硫蛋白（2Fe-2S）。蛋白質(zhì)復(fù)合物現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四功能：將電子從CoQ傳遞給Cytc組成：Cytb、Fe-S、Cytc1細(xì)胞色素(Cyt)：含鐵卟啉輔基的色蛋白，分a、b、c三類，每類中又分幾種亞類。泛醌細(xì)胞色素c還原酶現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四泛醌細(xì)胞色素c還原酶還原型的輔酶Q，脫去H+，并將電子給了Cytb,Cytb將電子傳遞給氧化型的鐵硫蛋白，還原型鐵硫蛋白將電子給了Cytc1，還原型Cytc1又將電子給了Cytc?？傔^(guò)程：還原型輔酶Q中的電子傳遞給了Cytc現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四由于QH2是一個(gè)雙電子載體，而參與上述反應(yīng)過(guò)程的其它組分(如cyt.c)都是單電子傳遞體，所以，實(shí)際反應(yīng)情況比較復(fù)雜。QH2所攜帶的一個(gè)高能電子通過(guò)鐵硫蛋白，傳遞給cyt.c，本身形成半醌自由基（QH）；另一個(gè)電子則傳遞給cyt.b。還原型cyt.b可以將QH還原成QH2。其結(jié)果是通過(guò)一個(gè)循環(huán)，QH2將其中的一個(gè)電子傳遞給cyt.c?，F(xiàn)在是70頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四簡(jiǎn)寫(xiě)為cyt.c氧化酶，即復(fù)合物IV，它是位于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物，由12個(gè)多肽亞基組成?；钚圆糠种饕╟yt.a和a3。蛋白質(zhì)復(fù)合物細(xì)胞色素c氧化酶現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從Cytc最終傳遞到O2現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四cyt.a和a3組成一個(gè)復(fù)合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。cyt.aa3可以直接以O(shè)2為電子受體。在電子傳遞過(guò)程中，分子中的銅離子可以發(fā)生Cu+

Cu2+的互變，將cyt.c所攜帶的電子傳遞給O2?，F(xiàn)在是73頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NADH呼吸鏈NADH呼吸鏈應(yīng)用最廣，糖、蛋白質(zhì)、脂肪三大燃料分子分解代謝中的脫氫氧化反應(yīng)，絕大部分是通過(guò)NADH呼吸鏈完成?，F(xiàn)在是74頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四電子傳遞的另一條途徑是從琥珀酸傳遞到O2，在這條呼吸鏈中，代謝中間物的氫原子是由以FAD為輔基的脫氫酶脫氫，即底物脫下氫的初始受體是FAD。所以琥珀酸氧化呼吸鏈又稱為FADH2呼吸鏈。琥珀酸氧化呼吸鏈現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四功能：將電子從琥珀酸傳遞給CoQ輔基：FAD、Fe-S琥珀酸-Q還原酶現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四琥珀酸是生物代謝過(guò)程（三羧酸循環(huán)）中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，它在琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合物II）催化下，將兩個(gè)高能電子傳遞給Q。再通過(guò)QH2-cyt,c還原酶、cyt.c和cyt.c氧化酶將電子傳遞到O2。琥珀酸-Q還原酶也是存在于線粒體內(nèi)膜上的蛋白復(fù)合物,它比NADH-Q還原酶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由4個(gè)不同的多肽亞基組成。其活性部分含有輔基FAD和鐵硫蛋白。琥珀酸-Q還原酶的作用是催化琥珀酸的脫氫氧化和Q的還原。琥珀酸氧化呼吸鏈現(xiàn)在是77頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-S復(fù)合物IV復(fù)合物I復(fù)合物IIINADH-Q還原酶細(xì)胞色素還原酶細(xì)胞色素氧化酶FADH2Fe-S琥珀酸等復(fù)合物II琥珀酸-Q還原酶兩條呼吸鏈現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四呼吸鏈中，在CoQ之前是傳遞氫的，在CoQ之后是傳遞電子，而氫以H+質(zhì)子形式進(jìn)入介質(zhì)中?，F(xiàn)在是79頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四氧化還原反應(yīng)—指反應(yīng)過(guò)程中凡是有電子從一物質(zhì)（還原劑）轉(zhuǎn)移到另一物質(zhì)（氧化劑）的化學(xué)反應(yīng)都屬于氧化還原反應(yīng)。氧化劑A3+A2+B2+還原劑B3+A3+/A2+氧化-還原電對(duì)B3+/B2+得失電子能力不同e二、氧化-還原電勢(shì)與自由能的變化現(xiàn)在是81頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四1、氧化還原電勢(shì)：指氧化還原反應(yīng)中，反應(yīng)物得失電子的能力。用E表示。通常所說(shuō)某一物質(zhì)的氧化還原電勢(shì)都是和標(biāo)準(zhǔn)氫電極比較得到的。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)得的為標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電勢(shì)E0；而生化反應(yīng)是在pH=7.0條件下進(jìn)行的，故此時(shí)測(cè)得的氧化還原電位為生化氧化還原電勢(shì)E0。生物體內(nèi)一些氧化還原體系的生化氧化還原電勢(shì)E0。P.206現(xiàn)在是82頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四一般E0

值越小，表示該氧還對(duì)的還原態(tài)失電子能力越大，即還原能力越強(qiáng)，是強(qiáng)還原劑。E0’值越大，表示該氧還對(duì)的氧化態(tài)得電子能力越大，即氧化能力越強(qiáng)，是強(qiáng)氧化劑。在氧化還原反應(yīng)中，電子總是從E0’值較小的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到值較大的物質(zhì)，即從還原劑流向氧化劑。氧化劑A3+A2+B2+還原劑B3+A3+/A2+氧化-還原電對(duì)B3+/B2+得失電子能力不同e現(xiàn)在是83頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是84頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四呼吸鏈中電子傳遞方向是從E0’值小向大的方向傳遞★E0’越小，越易失去電子，處于呼吸鏈的前面，反之，E0’越大，越易得到電子，處于呼吸鏈的后面。

★當(dāng)電子從E0’值小的物質(zhì)傳到E0’值大的物質(zhì)時(shí)，伴隨著自由能的降低，即有熱量放出:

△G0’=－nF△E0’

=－nF

（E0’受體－E0’供體）

其中：n是轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)?，F(xiàn)在是85頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四在生物氧化反應(yīng)中，氧化與還原總是相互偶聯(lián)的。一個(gè)化合物（還原劑）失去電子，必然伴隨另一個(gè)化合物(氧化劑）接受電子。在線粒體呼吸鏈中，推動(dòng)電子從NADH傳遞到O2的力，是由于NAD+/NADH+H+和1/2O2/H2O兩個(gè)半反應(yīng)之間存在很大的電勢(shì)差。(a)?O2+2H++2e-

H2OE0’=+0.82V(b)NAD++H++2e-

NADHE0’=-0.322V將(a)減去(b)，即得(c)式：(c)?O2+NADH+2H+

H2O+NAD+E0’=+1.14VG’=-nFE0’=-2965001.14=-220kJ/mol現(xiàn)在是86頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四三、電子傳遞和ATP的合成

NADH或琥珀酸所攜帶的高能電子通過(guò)線粒體呼吸鏈傳遞到O2的過(guò)程中，釋放出大量的能量。這種高能電子傳遞過(guò)程的釋能反應(yīng)與ADP和磷酸合成ATP的需能反應(yīng)相偶聯(lián)，是ATP形成的基本機(jī)制?，F(xiàn)在是87頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四1.ATP酶復(fù)合體

線粒體內(nèi)膜的表面有一層規(guī)則地間格排列著的球狀顆粒，稱為ATP酶復(fù)合體，是ATP合成的場(chǎng)所。線粒體呼吸鏈的電子傳遞過(guò)程是在其內(nèi)膜上進(jìn)行的?，F(xiàn)在是88頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四ATP酶，含有5種不同的亞基（按3、3、1、1和1

的比例結(jié)合）。F0為一個(gè)疏水蛋白，是與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接的部位。ATP酶復(fù)合體現(xiàn)在是89頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四2.ATP合成反應(yīng)-氧化磷酸化電子從NADH經(jīng)電子傳遞鏈轉(zhuǎn)移到分子氧時(shí)，同時(shí)伴隨有大量的自由能釋放。電子傳遞鏈中釋放出的自由能大于30.5kJ/mol部位可能就是氧化磷酸化的偶聯(lián)部位?，F(xiàn)在是90頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四電子傳遞體系的氧化磷酸化(也稱氧化磷酸化)定義：呼吸鏈電子傳遞過(guò)程中釋放的能量，在ATP合成酶的催化下，使ADP磷酸化成ATP的過(guò)程，由于代謝物的氧化反應(yīng)與ADP的磷酸化反應(yīng)偶聯(lián)進(jìn)行，故稱為氧化磷酸化。呼吸鏈AH22H(2H++2e)A能ADP+PiATPO212氧化磷酸化偶聯(lián)H2O現(xiàn)在是91頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四

ATP產(chǎn)生的部位都是有大的電位差變化的地方，例如，NADH呼吸鏈生成ATP的三個(gè)部位是：E0'值在此三個(gè)部位有大的“跳動(dòng)”，都在0.2伏以上。ATP產(chǎn)生的部位現(xiàn)在是92頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四NADH氧化呼吸鏈——以NAD為輔酶的脫氫酶催化的物質(zhì)氧化，是細(xì)胞內(nèi)最重要的呼吸鏈。偶聯(lián)式：現(xiàn)在是93頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四琥珀酸氧化呼吸鏈——FAD為輔基的脫氫酶催化氧化。體內(nèi)尚有少數(shù)代謝物如琥珀酸，脂肪酰CoA，α—磷酸甘油等的脫氫酶是琥珀酸脫氫酶復(fù)合體[包括FAD，鐵硫中心和細(xì)胞色素b，它們?cè)谘趸^(guò)程中脫去的氫，在呼吸鏈中的傳遞順序和上述的略有不同。琥珀酸氧化呼吸鏈現(xiàn)在是94頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四琥珀酸氧化呼吸鏈簡(jiǎn)寫(xiě)式：與NADH氧化呼吸鏈相比，琥珀酸氧化呼吸鏈在CoQ之前少一步遞氫過(guò)程，所以，其呼吸鏈稍短一些，釋放的能量也少一些?，F(xiàn)在是95頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四電子傳遞鏈將NADH和FADH2上的電子傳遞給氧的過(guò)程中釋放自由能，供給ATP的合成。根據(jù)氧化-還原電勢(shì)與自由能變化關(guān)系式，計(jì)算出在NADH氧化過(guò)程中，有三個(gè)反應(yīng)的G’<-30.5kJ/mol。

NADH

Qcyt.bcyt.c1cyt.aa3

O2G’-55.6kJ/mol-34.7kJ/mol-102.1kJ/moL這三個(gè)反應(yīng)分別與ADP的磷?；磻?yīng)偶聯(lián)，產(chǎn)生3個(gè)ATP。這些反應(yīng)稱為呼吸鏈的偶聯(lián)部位。從琥珀酸O2產(chǎn)生2個(gè)ATP.現(xiàn)在是96頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四底物水平磷酸化：這是不需氧，也不通過(guò)呼吸鏈的一種氧化磷酸化，它是在代謝底物脫氫（氧化）時(shí)，分子內(nèi)部發(fā)生能量重新分配而形成高能鍵，并用于ATP生成?，F(xiàn)在是97頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四非氧化性磷酸化——沒(méi)有氧化過(guò)程的ATP生成這種方式既不需氧也沒(méi)有代謝物脫氫，而是代謝物在脫水、基團(tuán)轉(zhuǎn)移等過(guò)程中，分子內(nèi)部能量重新分布，形成一個(gè)高能鍵，然后再轉(zhuǎn)移到ADP形成ATP。

現(xiàn)在是98頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四P／O：是指1對(duì)電子（相當(dāng)于1個(gè)氧原子）通過(guò)呼吸鏈傳遞到氧所產(chǎn)生ATP的分子數(shù)。實(shí)質(zhì)是伴隨ADP磷酸化所消耗的Pi的分子數(shù)與消耗氧原子數(shù)之比,稱為P/O比。反映了ATP產(chǎn)生的效率。NADH的P/O=3，F(xiàn)ADH2的P/O=2。磷氧比P/O現(xiàn)在是99頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四氧化磷酸化偶聯(lián)部位

P/O=1P/O=1P/O=1

NADH

FMNFe-SCoQcytbFe-Scytc1cytccytaa3O2

FAD

琥珀酸

P/O=2現(xiàn)在是100頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四體內(nèi)重要的兩條呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈SH2NAD+FMNH2CoQ2Cyt-Fe2+1/2O2

（Fe-S）SNADHFMNCoQH22Cyt-Fe3+O2-（Fe-S）每2H通過(guò)此呼吸鏈可生成3分子ATP。現(xiàn)在是101頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四每2H通過(guò)此呼吸鏈可生成2分子ATP。琥珀酸氧化呼吸鏈琥珀酸

延胡索酸12FAD（Fe-S）b

FADH2

（Fe-S）bCoQH2CoQ2Cyt-Fe3+2Cyt-Fe2+

O2O2-(b、c1、c

、aa3)現(xiàn)在是102頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四偶聯(lián)機(jī)制化學(xué)滲透假說(shuō)：在呼吸鏈上傳遞時(shí)給H+泵提供了動(dòng)力，而H+通過(guò)特殊通道（離子通道）時(shí)又給ATP的形成提供了能量?；瘜W(xué)滲透假說(shuō)的要點(diǎn)：a.線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€(gè)質(zhì)子泵；b.在電子傳遞鏈中，電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時(shí)釋放出來(lái)的能量，用于驅(qū)動(dòng)膜內(nèi)側(cè)的H+遷移到膜外側(cè)（膜對(duì)H+是不通透的）。這樣，在膜的內(nèi)側(cè)與外側(cè)就產(chǎn)生了跨膜質(zhì)子梯度(pH)和電位梯度（）；c.在膜內(nèi)外勢(shì)能差（pH和）的驅(qū)動(dòng)下，膜外高能質(zhì)子沿著一個(gè)特殊通道（ATP酶的組成部分），跨膜回到膜內(nèi)側(cè)。質(zhì)子跨膜過(guò)程中釋放的能量，直接驅(qū)動(dòng)ADP和磷酸合成ATP?，F(xiàn)在是103頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有質(zhì)子泵作用4H+4H+4H+4H+2H+2H+內(nèi)膜表面基質(zhì)NADH＋H＋NAD＋琥珀酸延胡索酸?O2＋2H+H2O現(xiàn)在是104頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四線粒體基質(zhì)線粒體膜++++----H+O2H2OH+e-ADP+PiATP化學(xué)滲透假說(shuō)簡(jiǎn)單示意圖現(xiàn)在是105頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四氧化磷酸化的影響因素①電子傳遞抑制劑

（呼吸毒物）：某些物質(zhì)，能抑制呼吸鏈傳遞氫和傳遞電子，使氧化作用受阻，ATP不能生成。魚(yú)藤酮、異戊巴比妥，抗霉素、一氧化碳、氰化物等，這些物質(zhì)稱為呼吸毒物。

現(xiàn)在是106頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四氧化磷酸化的影響因素②氧化磷酸化抑制劑

：同時(shí)抑制電子傳遞和ADP磷酸化。如寡霉素（oligomycin）可與ATP合酶柄部OSCP結(jié)合，阻斷質(zhì)子通道回流，抑制ATP生成；H+在線粒體內(nèi)膜外積累，影響呼吸鏈質(zhì)子泵的功能，從而抑制電子傳遞?，F(xiàn)在是107頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四氧化磷酸化的影響因素③解偶聯(lián)劑（uncoupler）：抑制劑破壞內(nèi)膜兩側(cè)的電化學(xué)梯度，而使氧化與磷酸化偶聯(lián)脫離。最常見(jiàn)的解偶聯(lián)劑是二硝基苯酚（dinitrophenol，DNP）。

現(xiàn)在是108頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四底物氧化放能磷酸化吸能物質(zhì)氧化與磷酸化相偶聯(lián)氧化磷酸化現(xiàn)在是109頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四解偶聯(lián)使呼吸鏈釋放的能量不能形成ATP，以至ADP堆積，刺激細(xì)胞呼吸，氧化過(guò)程加速，這樣氧化所釋放的能量大部分以熱的形成散失，不能為機(jī)體有效地利用。感冒或患傳染性疾病時(shí)，體溫升高，就是因?yàn)榧?xì)菌或病毒產(chǎn)生一種解偶聯(lián)劑，使呼吸作用釋放的能量較多地轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬男问蕉贵w溫升高?，F(xiàn)在是110頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四第六章

生物氧化和生物能復(fù)習(xí)題

一名詞解釋1．生物氧化2．呼吸鏈3．氧化磷酸化4．磷氧比P/O現(xiàn)在是111頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四答案1．生物氧化：有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)的氧化作用，稱為生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又稱為呼吸作用。在整個(gè)生物氧化過(guò)程中，有機(jī)物質(zhì)最終被氧化成CO2和水，并釋放出能量。2．呼吸鏈在生物氧化過(guò)程中，由供氫體、傳遞體、受氫體以及相應(yīng)的酶催化系統(tǒng)組成的代謝途徑一般稱為生物氧化還原鏈，當(dāng)受氫體是氧時(shí)，稱為呼吸鏈。電子在逐步的傳遞過(guò)程中釋放出能量被用于合成ATP，以作為生物體的能量來(lái)源?，F(xiàn)在是112頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四3．氧化磷酸化：生物氧化的釋能反應(yīng)與ADP的磷酰化反應(yīng)偶聯(lián)合成ATP的過(guò)程，稱為氧化磷酸化。4．磷氧比P/O：是指1對(duì)電子（相當(dāng)于1個(gè)氧原子）通過(guò)呼吸鏈傳遞到氧所產(chǎn)生ATP的分子數(shù)。實(shí)質(zhì)是伴隨ADP磷酸化所消耗的Pi的分子數(shù)與消耗氧原子數(shù)之比,稱為P/O比。反映了ATP產(chǎn)生的效率?，F(xiàn)在是113頁(yè)\一共有123頁(yè)\編輯于星期四二填空題1.典型的呼吸鏈包括______和_____兩種，這是根據(jù)接受代謝物脫下的氫的____

不同而區(qū)別的。2.NADH呼吸鏈中氧化磷酸化的偶聯(lián)部位是_______、_______、_______。3.體內(nèi)CO2

的生成不是碳與氧的直接結(jié)合，而是______。4.△G0＇為負(fù)值是_________反應(yīng)，可以_________進(jìn)行。5.化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)主要論點(diǎn)認(rèn)為：呼吸鏈組分定位于_____內(nèi)膜上。其遞氫體有