j電子傳遞體系與氧化磷酸化

第六章電子傳遞體系與氧化磷酸化主要內(nèi)容和要求：重點討論線粒體電子傳遞體系的組成、電子傳遞機理和氧化磷酸化機理。對非線粒體氧化體系作一般介紹。返回思考目錄第一節(jié)生物氧化概述第二節(jié)線粒體電子傳遞體系第三節(jié)氧化磷酸化作用第四節(jié)非線粒體氧化體系（自學）第一節(jié)生物氧化概述

一、生物氧化的概念和特點二、生物能學簡介三、高能化合物生物氧化的特點和方式

糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)在細胞中進行氧化分解生成CO2和H2O并釋放出能量的過程稱為生物氧化（biologicaloxidation），其實質(zhì)是需氧細胞在呼吸代謝過程中所進行的一系列氧化還原反應過程。狹義生物氧化：專指H+和e-通過呼吸鏈傳遞給O2生成H2O并釋放能量的過程?；瘜W本質(zhì)——氧化還原反應氧化的形式：脫氫、加氧、失電子意義：生物體重要的基本反應，提供生命活動所需的大量能量1、生物氧化的特點2、生物氧化過程中CO2的生成和H2O的生成3、有機物在體內(nèi)氧化釋能的三個階段和相關(guān)酶類生物氧化的特點

在活的細胞中（pH接近中性、體溫條件下），有機物的氧化在一系列酶、輔酶和中間傳遞體參與下進行，其途徑迂回曲折，有條不紊。氧化過程中能量逐步釋放，其中一部分由一些高能化合物（如ATP）截獲，再供給機體所需。在此過程中既不會因氧化過程中能量驟然釋放而傷害機體，又能使釋放的能量盡可得到有效的利用。CO2的生成

方式：糖、脂、蛋白質(zhì)等有機物轉(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。

類型：直接脫羧和氧化脫羧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-NH2RH2O的生成

代謝物在脫氫酶催化下脫下的氫由相應的氫載體（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+乙醇脫氫酶例：1\2O2NAD+電子傳遞鏈

H2O2eO=2H+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）共同中間物進入三羧酸循環(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，其中一部分通過磷酸化儲存在ATP中。大分子降解成基本結(jié)構(gòu)單位

生物氧化的三個階段三、生物能學簡介1、生物能的轉(zhuǎn)換及生物系統(tǒng)中的能流2、自由能的概念及化學反應自由能的計算自由能（freeenergy）的概念定義：在恒溫恒壓條件下,體系可以用來對環(huán)境做功的那一部分能量。自由能與化學反應的關(guān)系:一個物質(zhì)（A）的自由能含量是不能測得，但在反應中A-B的自由能變化(ΔG）是可以測定的。ΔG=GB-GA，表示化學反應中產(chǎn)物與底物的自由能差。它們與化學反應的關(guān)系是：ΔG<0，反應能自發(fā)進行ΔG>0，反應不能自發(fā)進行ΔG=0，反應處于平衡狀態(tài)。自由能的變化能預示某一過程能否自發(fā)進行.

化學反應自由能的計算標準自由能差(ΔG0')：ΔG受溫度、物質(zhì)濃度的影響，因此采用標準條件（1個大氣壓，25oC，pH7，物質(zhì)濃度1mol/L），就用ΔG0'表示。

1.標準氧化還原電位（E0'）氧化還原反應和氧化還原電對：氧化還原反應：AH2+B=A+BH2

式中A、B為氧化型，AH2、BH2為還原型

A/AH2

和B/BH2

構(gòu)成兩個氧化還原電對。電對的電位是相對值。用標準條件，以標準氫電極做參比（0V）得到該電對的電位，表示為E0'。

P172表6-2列舉了生物體中重要的氧化還原電對的E0。（重要）2、E0'值的意義：表示電對中物質(zhì)對電子的親和力電位負正對電子的親和力小大還原型供出電子能力強弱氧化型接受電子能力弱強3、標準氧化還原電位差（ΔE0'）生化反應中，一種物質(zhì)的氧化與另一種物質(zhì)的還原相偶聯(lián)，兩物質(zhì)間電子流動的條件是它們的E0‘不相等，其差值就是ΔE0’。ΔE0'=E0'氧化劑-E0'還原劑如：乳酸發(fā)酵：丙酮酸+NADH+H+

----乳酸+NAD+確定氧化還原電對，并查表6-2丙酮酸/乳酸E0'=-0.19VNAD+/NADH2E0'=-0.32V反應正行:ΔE0’=丙酮酸-NADH+H+

=

-0.19-（-0.32）=0.13V自由能與氧化還原電位的關(guān)系：

標準條件下，電子從低（越負）的氧化還原電位流向高（越正）的氧化還原電位，自由能降低。兩者的關(guān)系可定量的表示為：

ΔG0'(KJ/mol)=-nFΔE0'（P172，要求記）將上述列子帶入計算：反應正行:ΔG0'=-2×96.403×0.13=-25.1(KJ/mol)（放能反應）生物系統(tǒng)中的能流四、高能化合物1、高能化合物的類型

2、ATP的特點及其特殊作用

生化反應中，在水解時或基團轉(zhuǎn)移反應中可釋放出大量自由能（>21千焦/摩爾）的化合物稱為高能化合物。高能化合物類型ATP的特點

在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個磷酸基團完全解離成帶4個負電荷的離子形式（ATP4-），具有較大勢能，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）。腺嘌呤—核糖—O—P—O—P—O—P—O-OOOO-O-O-+++Mg2+ATP4-+H2O＝ADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ?MOL-1ATP3-+H2O＝ADP2-+Pi3-+H+G＝-33.1kJ?MOL-1ATP的特殊作用

★

ATP是細胞內(nèi)的“能量通貨”★

ATP是細胞內(nèi)磷酸基團轉(zhuǎn)移的中間載體

～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基團轉(zhuǎn)移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基團儲備物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油第二節(jié)線粒體電子傳遞體系

一、線粒體結(jié)構(gòu)特點二、電子傳遞呼吸鏈的概念三、呼吸鏈的組成四、機體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈及其能量變化五、電子傳遞抑制劑線粒體呼察吸鏈線粒體物基質(zhì)是飾呼吸底點物氧化碌的場所奪，底物牙在這里催氧化所毯產(chǎn)生的NAD所H和FAD超H2將質(zhì)子和掛電子轉(zhuǎn)移沈到內(nèi)膜的勸載體上，掉經(jīng)過一系霧列氫載體倍和電子載繳體的傳遞源，最后傳班遞給O2生成H2O。這種由賣載體組烤成的電爸子傳遞孟系統(tǒng)稱鹿電子傳朵遞鏈（eclc葛tron連tra講nsfe握rch兵ain)思,因為其功孕能和呼吸卷作用直接看相關(guān)，亦湯稱為呼吸釣鏈。呼吸鏈虛的組成1.黃素蛋仔白酶類（fla糟vop艷rot誓ein娛s,謎FP）2.鐵-硫蛋稍白類（iron果—sul拍fur固prot倍eins賓)3.輔酶Ｑ（ubi塌qui妥non阿e,亦寫作CoQ恩）4.細胞色儉素類（cyto潤chro改mes）NAD記H輔酶Q（Co院Q）Fe-仙SCyt幼c1O2Cyt披bCyt付cCyt候aa3琥珀酸耽等黃素蛋白雄（FA棚D）黃素蛋盲白（FMN）細胞色素滴類鐵硫蛋白悟（Fe-托S）鐵硫蛋涌白（Fe-代S）NAD慣H呼吸鏈H2O12O2O2-MH2還原型代謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NAD疼H+H+2Fe2+2Fe3+細胞色示素b-擺c-拳c1-aa3FeS2H+M氧化型代謝底物FADH2呼吸鏈FADFADH2琥珀酸FeS2Fe2+2Fe3+細胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸NAD什H呼吸鏈蓮和FADH2呼吸鏈

FADH2

↓FeS↓

NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈電子傳短遞鏈中掠各中間天體的順奸序NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸等復合物II復合物IV復合物I復合物IIINADH脫氫酶輔酶Q-細胞色素璃還原酶細胞色忍素C還原酶琥珀酸-蹤蝶輔酶Q還原酶呼吸鏈墊中電子贏傳遞時興自由能憲的下降FAD文H22e-NADHNAD住H呼吸鏈桃電子傳千遞過程億中自由挽能變化總反應:NAD昌H+H++1/2渠O2→NA升D++H2OΔG°御′=-暴nFΔ賀E°′=-2導×96跑.5×齡[0.胳82-懲(-0挺.32葡)]=-22鵝0.07千焦·mol-1總反應：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煙酰胺脫報氫酶類特點：以NAD+或NAD鎮(zhèn)P+為輔酶，抹存在于線座粒體、基晚質(zhì)或胞液顛中。傳遞氫瞞機理:NAD(P)++2H++2eNAD(P)H+H+黃素蛋該白酶類特點：以FAD或FMN為輔基，乖酶蛋白為下細胞膜組兇成蛋白類別：黃素脫蜜氫酶類理（如NADH脫氫酶彼、琥珀很酸脫氫喪酶）需氧脫捐氫酶類蜂（如L—氨基酸氧洲化酶）加單氧酶罵（如賴氨乘酸羥化酶舟）遞氫機理：FAD(FMN)+2HFAD(FMN)H2鐵硫蛋白

+e

傳遞電子機理：Fe3+Fe2+

-e特點：含有Fe和對酸葛不穩(wěn)定刊的S原子，F(xiàn)e和S常以等紀摩爾量擋存在（Fe2S2,Fe4S4)，構(gòu)成Fe—息S中心，F(xiàn)e與蛋白級質(zhì)分子蛋中的4竿個Cys殘基的珠巰基與絲式蛋白質(zhì)膽相連結(jié)趴。CoQ特點：帶有聚松異戊二隱烯側(cè)鏈牽的苯醌鞭，脂溶城性，位誼于膜雙終脂層中芝，能在劑膜脂中景自由泳柄動。+2H

傳遞氫機理：CoQCoQH2

－2H細胞色素傳遞電子機理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+－e－e

特點：以血紅素彩（heme盯）為輔基劇，血紅架素的主啊要成份設為鐵卟碰啉。類別:根據(jù)吸收朋光譜分成a、b、驅(qū)c三類，旁呼吸鏈爬中含5私種（b、c泊、c1、a和a3)找，cy年tb和cytc假1、cy宗tc在呼吸鏈解中的中為吧電子傳遞陽體，a和a3以復合物喪物存在，厚稱細胞色宴素氧化摟酶，其分子冤中除含F(xiàn)e外還含有Cu，可將電點子傳遞給解氧，因此姻亦稱其為末端氧毒化酶。CoQ的結(jié)構(gòu)似和遞氫演原理CoQ+2HCoQH2鐵硫蛋懼白的結(jié)撤構(gòu)及遞曉電子機辟理SFe1Fe0S2-4Cys2Fe2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys傳遞電子機理：Fe3+Fe2+-e+e細胞色餃素的結(jié)洲構(gòu)和遞到電子機岸理傳遞電子機理：Fe3+Fe2+-e+e線粒體結(jié)跨構(gòu)第三節(jié)氧化磷爆酸化作偶用一、氧化磷愈酸化和磷氧比（P/O帖）的概念二、氧化磷酸來化的偶聯(lián)柴機理三、線粒體氣外NADH的氧化念磷酸化含作用四、能荷氧化磷漏酸化代謝物在晨生物氧化課過程中釋至放出的自牽由能用于鈔合成ATP（即ADP+啞Pi→ATP再）,這種氧化剛放能和ATP生成（喬磷酸化晶）相偶覆聯(lián)的過錢程稱氧隸化磷酸拼化(廣義）。類別：底物水私平磷酸蛙化電子傳厭遞水平晝磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化過程中釋放出的自由能磷氧比番（P/O）P/O的數(shù)值賭相當于糠一對電眠子經(jīng)呼雪吸鏈傳援遞至分久子氧所勺產(chǎn)生的ATP分子數(shù)偉。NAD援HFADH2O212H2OH2O例實測得NAD帳H呼吸鏈：P/O~2.5ADP+PiATP實測得FAD弱H2呼吸鏈：P/O~1.5O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP氧化磷助酸化的懷偶聯(lián)機段理1、化學滲恥透假說2、氧化磷酸餐化的抑制解偶聯(lián)悟劑氧化磷腔酸化抑易制劑離子載縣體抑制兼劑三、蜜線粒體墾外NAD胃H的氧化蘆磷酸化卵作用磷酸甘油眉穿梭系統(tǒng)蘋果酸連—天冬墊氨酸穿爪梭系統(tǒng)酵解（細胞質(zhì)）氧化磷酸化

（線粒體）-磷駁酸甘油導穿梭（線粒體薄基質(zhì)）磷酸二載羥丙酮3-磷脹酸甘油磷酸二羥滲丙酮3-磷酸塑甘油FADFAD昏H2NADHFM曬N另CoQ扎b賭c1c運aa3O2NADHNAD+線粒體內(nèi)楊膜（細胞液違）蘋果酸糧-草酰銳乙酸穿耽梭作用細胞液線粒體內(nèi)劉膜體天冬氨練酸-酮戊漠二酸蘋果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二仔酸天冬氨辦酸蘋果酸谷氨酸NADH初+H+NAD+草酰乙酸NAD+線粒體菜基質(zhì)蘋果酸脫氫酶NADH來+H+ⅣⅠⅡⅢ蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（Ⅰ、筍Ⅱ、Ⅲ腎、Ⅳ為膜上的浮轉(zhuǎn)運載體囑）呼吸鏈2,4-二硝基壩苯酚的假解偶聯(lián)黑作用NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+線粒體內(nèi)慣膜內(nèi)外線粒體ATP酶化學滲錫透假說范示意圖2H+2H+2H+2H+NADH禾+H+2H+2H+2H+ADP+棍PiATP高質(zhì)子濃覆度H2O2e-++攀+耳++粒+濱++僚+__若__架__刷__館__質(zhì)子流線粒體內(nèi)笨膜磷酸化

氧化

ATPa燃se的旋轉(zhuǎn)催泥化模型IIIIVIII定子轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)催父化理論夸認為質(zhì)肚子流通古過Fo引起亞族基III寡聚體鍋和及亞基一起捧轉(zhuǎn)動,這稀種旋轉(zhuǎn)配鋪置/亞基之間當?shù)牟粚ΨQ膊的相互作援用,引起烤催化位點皂性質(zhì)的轉(zhuǎn)襲變,亞基的中味心-螺旋被巴認為是轉(zhuǎn)市子,亞基I和II與亞基組噴合在一侵起組成唯定子,枯它壓住/異質(zhì)六聚紐奉體.ADP+壞PiProt尖enF圍luxH2OH+ATP酶作用機猛理電子傳奸遞抑腳制劑NAD塞HFMNCoQFe-亮SCyt伙c1O2Cyt枝bCyt孤cCyt象aa域3Fe-SFMNFe-療S琥珀酸復合物II復合物IV復合物I復合物III魚藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO能涼荷定義式：能荷=—————————

[ATP]+0.5[ADP][ATP]+[ADP]+[AMP]意義：能閘荷由ATP、ADP和AMP的相對逢數(shù)量決懸定，數(shù)攝值在0倚~1之咬間(常為0.8-策0.95撈)，反映細俱胞能量水增平。能荷相對速率ATP的利用途徑

ATP的生成途徑能荷對ATP的生成途徑和ATP的利用途徑相對速率的影響化學滲透米假說示意殿圖2H+2H+2H+2H+NADH+H+2H+2H+2H+ADP+PiATP高質(zhì)子濃度H2O2e-2e-2e-+++++++++__________質(zhì)子流線粒體內(nèi)膜F0-F1寡霉素非線粒體籮氧化系統(tǒng)通過線粒另體細胞色您素系統(tǒng)進輸行氧化的豈體系是一尖切動物、纖植物、微蝴生物主要太氧化途徑崗，它與ATP的生成緊牧密相關(guān)。已除此以外賤，生物體嚼內(nèi)還存在正非線粒體喊氧化系統(tǒng)訴，其特點鉆是從底物寄脫氫到H2O的生成是謹經(jīng)過其它父末端氧化繳酶完成的惡，與ATP的生成無維關(guān)，但各圈自具有重料要的生理舉功能。生物體內(nèi)圣主要的非窮線粒體氧具化系統(tǒng)如療下：1、多酚摘氧化酶系救統(tǒng)2、抗搖壞血酸跨氧化酶邀系統(tǒng)3、黃素站蛋白氧化笑酶系統(tǒng)4、超窮氧化物止歧化酶火氧化系裳統(tǒng)5、植物何抗氰氧化定酶系統(tǒng)生物氧化盈有關(guān)的酶他類(一)脫尾氫酶類1、不需灑氧脫氫啟酶（最匠重要）特點：駕催化底庸物脫氫慢后，不閃能以O2為直接受氫體酶蛋白組成：雀結(jié)合酶籮輔酶：NAD+、NA鑰DP+輔因子輔基：FMN殺、FAD2、需氧躍脫氫酶特點：催訂化底物脫畫氫后，以O2為直接受薦氫體，生成H2O2。組成：露結(jié)合酶酶蛋白輔基：FAD例：乙醇蟲酸氧化酶書等組成：妹結(jié)合酶酶蛋白輔基：匆含F(xiàn)e、Cu例：細鵝胞色素仍氧化酶、酚氧化酶既等3、氧化慚酶類特點：催抵化底物脫敲氫后，以O2為直接踢受氫體，生成H2O。問答題1、生物籌氧化有何捕特點？以昆葡萄糖為邀例，比較壤體內(nèi)氧化駐和體外氧翻化異同。2、何謂籍高能化合協(xié)物？體內(nèi)ATP有那些鋒生理功懼能？3、氰效化物和裝一氧化漢碳為什賤麼能引愈起窒息輸死亡？輝原理何殊在？名詞解沈釋生物氧崇化怎氧化磷接酸化呈底物蔑水平磷抽酸化饒呼吸潑鏈磷氧比（P\0?。┠芎杀菊聝?nèi)猴容提要目（P167）。思考題：1、何謂踐生物氧資化？其啦特點如喚何？2、ΔG0’和ΔE0’各表示盟什么，悄它們之熊間的定嶺量關(guān)系貞如何？3、簡述謙高能化仆合物的越定義及凱種類，業(yè)為什么ATP可以作為柜細胞中能精量的“通便幣”。4、呼吸補鏈中各碎成員的秒排列順燈序根據(jù)斯什么原埋則確定杯。5、用化學何滲透學說羊解釋氧化隆磷酸化機椅理。6、NAD糠H呼吸鏈黨由哪些喪成分組掏成？電楊子傳遞虧抑制劑衛(wèi)有哪些廚？練習題1、用表絞8-1召的數(shù)據(jù)副，計算鋤乙醛被NADH還原為乙專醇時的ΔE0’及ΔG0’姓。2、計算1邊分子3俘-磷酸嬸甘油醛通過貪有氧分去解被徹娛底氧化痛為CO2和H2O時生成的ATP分子數(shù)歇。（假林設通過3-女磷酸甘油擁穿梭）3、P21召9第4題4、解釋名義詞：氧化標磷酸化、做底物水平泉磷酸化、險能荷、解面偶聯(lián)劑,忠ATP合酶、末端氧方化酶、P/O、電子傳輩遞抑制劑一、填端空題：1、處于覽電子傳遞達鏈末端的友氧化酶稱太為（底）。2、CoQ是電子火傳遞鏈是中的（急）遞體。3、復合搞體Ⅰ的電冠子傳遞抑州制劑是（膀）。4、通蜘過3-鏡磷酸甘鬼油穿梭腦，1分墨子的外庸源NADH2生成（贏）ATP。5、ATP的1個高能缸鍵斷裂釋淘放（嘉）kJ／mol的能量。6、氧化還止原反應中E0’小的物質(zhì)