电子传递体系与氧化磷酸化课件PPT
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第八章电子传递体系与氧化磷酸化ppt课件
谷草转氨酶
谷草转氨酶
天冬氨酸 -酮戊二酸 Ⅲ -酮戊二酸 天冬氨酸
呼吸链
Ⅳ
（Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ为膜上的转运载体）
2,4-二硝基苯酚的解偶联作用
NO2 H+
NO2
O-
NO2
外
内
NO2
NO2
NO2
线
OH
粒
体
内
膜
NO2 OH
一、生物氧化的特点 二、生物氧化过程中CO2的生成 三、生物氧化过程中H2O的生成 四、有机物在体内氧化释能的三个阶段
生物氧化的特点
在活的细胞中（pH接近中性、体温条件下）， 有机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体参与 下进行，其途径迂回曲折，有条不紊。 氧化过程中 能量逐步释放，其中一部分由一些高能化合物（如 ATP）截获，再供给机体所需。在此过程中既不会 因氧化过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释 放的能量尽可得到有效的利用。
线粒体呼吸链
线粒体基质是呼吸底
物氧化的场所，底物在这 里 氧 化 所 产 生 的 NADH 和 FADH2 将 质 子 和 电 子 转移到内膜的载体上，经 过一系列氢载体和电子载 体的传递，最后传递给 O2 生 成 H2O。 这 种 由 载 体组成的电子传递系统称 电 子 传 递 链 （ eclctron transfer chain),因为其 功能和呼吸作用直接相关， 亦称为呼吸链。
原
0.4
自
由
能
0.6
变
化
0.8
NADH
FMN Fe-S CoQ
复合体 I
NADH 脱氢酶
Cyt b Fe-S Cyt c1
复合物 III
细胞色素 C还原酶
Chapter 8 电子传递和氧化磷酸化
磷酸二羟丙酮
NAD+
甘油-3-磷酸
磷酸二羟丙酮 线 粒 体 膜 间 隙
甘油-3-磷酸
FADH2
FAD
NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2
线粒体基质 NADH通过穿梭系统带一对电子进入线粒体，只产生2分子ATP。
（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
在哺乳动物的心脏和肝脏等组织中，存在着活 跃的苹果酸-天冬氨酸穿梭系统。这一穿梭系统涉及 胞液和基质中的苹果酸脱氢酶和天冬氨酸转氨酶， 以及线粒体内膜中的载体。转运步骤如下： 1）NADH进入内膜 ①在苹果酸脱氢酶的催化下，胞液NADH将草酰乙 酸还原为苹果酸。 ②苹果酸经二羧酸转位酶进入线粒体基质。 ③在基质中，线粒体苹果酸脱氢酶催化苹果酸重 新氧化为草酰乙酸，使线粒体内的NAD＋还原为NADH ，经呼吸链氧化。
膜间隙：含许多可溶性酶、底 物及辅助因子。 基质：含三羧酸循环酶系、线 粒体基因 表达酶系等以及线粒 体 DNA, RNA，核糖体。
细胞质中脱氢、产 生CO2
细胞膜 产H2O、 产能
ห้องสมุดไป่ตู้
原核生物细胞
1. 呼吸链的概念 生物氧化体系中的传递体所组成 的电子传递体系称为呼吸链，或叫电 子传递链。
2. 呼吸链的组成——电子传递体
2、氧化磷酸化抑制剂 如寡霉素等直接抑制ATP的合成。ATP的合成受到 抑制后，质子浓度梯度得不到释放，电子传递过 程在难以泵出质子时也会慢慢停止。
氧化磷酸化的抑制和解偶联
质子浓 度梯度 抗霉素 A 氰化物 一氧化碳
鱼藤酮 寡霉素 2,4－二硝基苯酚 （解偶联剂） 安密妥
氧化磷酸化的抑制和解偶联
电子经由不同的呼吸链产生的P/O比值
膜间空隙
NAD+
甘油-3-磷酸
磷酸二羟丙酮 线 粒 体 膜 间 隙
甘油-3-磷酸
FADH2
FAD
NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2
线粒体基质 NADH通过穿梭系统带一对电子进入线粒体，只产生2分子ATP。
（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
在哺乳动物的心脏和肝脏等组织中，存在着活 跃的苹果酸-天冬氨酸穿梭系统。这一穿梭系统涉及 胞液和基质中的苹果酸脱氢酶和天冬氨酸转氨酶， 以及线粒体内膜中的载体。转运步骤如下： 1）NADH进入内膜 ①在苹果酸脱氢酶的催化下，胞液NADH将草酰乙 酸还原为苹果酸。 ②苹果酸经二羧酸转位酶进入线粒体基质。 ③在基质中，线粒体苹果酸脱氢酶催化苹果酸重 新氧化为草酰乙酸，使线粒体内的NAD＋还原为NADH ，经呼吸链氧化。
膜间隙：含许多可溶性酶、底 物及辅助因子。 基质：含三羧酸循环酶系、线 粒体基因 表达酶系等以及线粒 体 DNA, RNA，核糖体。
细胞质中脱氢、产 生CO2
细胞膜 产H2O、 产能
ห้องสมุดไป่ตู้
原核生物细胞
1. 呼吸链的概念 生物氧化体系中的传递体所组成 的电子传递体系称为呼吸链，或叫电 子传递链。
2. 呼吸链的组成——电子传递体
2、氧化磷酸化抑制剂 如寡霉素等直接抑制ATP的合成。ATP的合成受到 抑制后，质子浓度梯度得不到释放，电子传递过 程在难以泵出质子时也会慢慢停止。
氧化磷酸化的抑制和解偶联
质子浓 度梯度 抗霉素 A 氰化物 一氧化碳
鱼藤酮 寡霉素 2,4－二硝基苯酚 （解偶联剂） 安密妥
氧化磷酸化的抑制和解偶联
电子经由不同的呼吸链产生的P/O比值
膜间空隙
第三节 电子传递与氧化磷酸化
第三节电子传递与氧化磷酸化三羧酸循环等呼吸代谢过程中脱下的氢被NAD+或FAD所接受。
细胞内的辅酶或辅基数量是有限的，它们必须将氢交给其它受体之后，才能再次接受氢。
在需氧生物中，氧气便是这些氢的最终受体。
这种有机物在生物活细胞中所进行的一系列传递氢和电子的氧化还原过程，称为生物氧化(biological oxidation)。
生物氧化与非生物氧化的化学本质是相同的，都是脱氢、失去电子或与氧直接化合，并产生能量。
然而生物氧化与非生物氧化不同，它是在生活细胞内，在常温、常压、接近中性的pH和有水的环境下，在一系列的酶以及中间传递体的共同作用下逐步地完成的，而且能量是逐步释放的。
生物氧化过程中释放的能量可被偶联的磷酸化反应所利用，贮存在高能磷酸化合物（如ATP、GTP等）中，以满足需能生理过程的需要。
线粒体中氧化磷酸化反应的一般机理一、呼吸链的概念和组成所谓呼吸链(respiratory chain)即呼吸电子传递链(electron transport chain)，是线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电子传递总轨道。
呼吸链传递体能把代谢物脱下的电子有序地传递给氧，呼吸传递体有两大类：氢传递体与电子传递体。
氢传递体包括一些脱氢酶的辅助因子，主要有NAD+、FMN、FAD、UQ等。
它们既传递电子，也传递质子；电子传递体包括细胞色素系统和某些黄素蛋白、铁硫蛋白。
呼吸链传递体传递电子的顺序是：代谢物→NAD+→FAD→UQ→细胞色素系统→O2。
呼吸链中五种酶复合体(enzyme complex)的组成结构和功能简要介绍如下(图5-11，5-12)。
图 5-11 植物线粒体内膜上的复合体及其电子传递Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别代表复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ； UQ库代表存在于线粒体中的泛醌库1.复合体Ⅰ 又称NADH∶泛醌氧化还原酶(NADH∶ubiquinone oxidoreductase)。
分子量700X103～900X103,含有25种不同的蛋白质,包括以黄素单核苷酸(flav in mononucleotide,FMN)为辅基的黄素蛋白和多种铁硫蛋白，如水溶性的铁硫蛋白(iron sulfur protein,IP)、铁硫黄素蛋白(iron sulfur flavoprotein，FP)、泛醌(ubiquinone,UQ)、磷脂(phospholipid)。
第六章电子传递链与氧化磷酸化
苹果酸-天冬氨酸穿梭
穿梭物质
α-酮戊二酸 异柠檬酸
α-磷酸甘油 苹果酸、 谷氨酸 磷酸二羟丙酮 天冬氨酸、α-酮戊二酸
进入线粒 体后转变
NADH+
成的物质 H+
FADH2
进入呼吸链 NADH 氧化呼吸链
琥珀酸氧化 呼吸链
生成ATP数
3
2
NADH+ H+
NADH 氧化呼吸链
3
存在组织
相同点
肝脏、 心肌组织
统带入一对氢原子，由于经NADH氧化呼吸 链进行氧化磷酸化，故可生成3分子ATP。
15
苹果酸穿梭系统
+
H3N
-
-
OOC-CH2-C-COO
O
-OOC-CH 2-C-COO -
草酰乙酸
NADH +H+
H
+
H3N
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
H
苹果酸 脱氢酶
NAD+
O -OOC-CH 2-CH2-C-COO -
2种异柠檬酸脱氢酶：
① Isocitrate DHase（NAD，线粒体） ② Isocitrate DHase （NADP，胞液）
4
胞液 NADPH→线粒体NADH，产生3/2.5个ATP
二羧酸载体
异柠檬酸
异柠檬酸 三羧酸载体
Isocitrate Shuttle
NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2
OH
-OOC-CH2-C-COO-
H
苹果酸
胞液
谷氨酸天冬氨酸
+
H3N
转运体
课件：电子传递和氧化磷酸化2
• 电子传递链抑制剂。阻断电子传递，不能形成跨 线粒体内膜的质子电化学梯度，从而不能合成ATP。
• 解偶联剂。解偶联剂使电子传递和氧化磷酸化解 偶联，此时电子传递能进行，但不能形成跨膜的 质子梯度，所以不能合成ATP。
• ATP合酶抑制剂。 寡霉素能与ATP合酶结合而使ATP 不能合成，同时电子传递也将停止。
• 2e- (NADH) Complex I CoQ III Cyt c IV 1/2O2 , – 10H+ 运输到膜间隙，P/O=2.5
• 2e- (FADH2) Complex II CoQ III Cyt c IV 1/2O2 , – 6H+ 运出了线粒体基质， P/O= 1.5
氧化磷酸化的抑制
to ATP
time
NADH的跨线粒体膜转运
• 线粒体内膜对NADH不通透，线粒体外的 NADH通过间接的途径 —— 穿梭机制进入线 粒体。已知有两个穿梭系统：
• 磷酸甘油穿梭系统，主要存在于肌肉和脑 • 苹果酸天冬氨酸穿梭系统，主要存在于肝
和心脏
磷酸甘油穿梭系统
苹果酸天冬氨酸穿梭系统
电子传递链复合体
NAD+
FMN
I
FeS
NADH脱氢酶 （NADH-Q还原酶）
FAD
FeS
ubiquinone
II
琥珀酸脱氢酶
Cyt b
（琥珀酸-Q还原酶）
ubiquinone
FeS
Cyt c1
III
细胞色素还原酶
Cyt bc1 复合体
细胞色素氧化酶
Cyt c
Cyt a
IV
Cyt a3 1/2 O2
• FADH2经呼吸链传递1对电子到氧泵出了6个质子
• 解偶联剂。解偶联剂使电子传递和氧化磷酸化解 偶联，此时电子传递能进行，但不能形成跨膜的 质子梯度，所以不能合成ATP。
• ATP合酶抑制剂。 寡霉素能与ATP合酶结合而使ATP 不能合成，同时电子传递也将停止。
• 2e- (NADH) Complex I CoQ III Cyt c IV 1/2O2 , – 10H+ 运输到膜间隙，P/O=2.5
• 2e- (FADH2) Complex II CoQ III Cyt c IV 1/2O2 , – 6H+ 运出了线粒体基质， P/O= 1.5
氧化磷酸化的抑制
to ATP
time
NADH的跨线粒体膜转运
• 线粒体内膜对NADH不通透，线粒体外的 NADH通过间接的途径 —— 穿梭机制进入线 粒体。已知有两个穿梭系统：
• 磷酸甘油穿梭系统，主要存在于肌肉和脑 • 苹果酸天冬氨酸穿梭系统，主要存在于肝
和心脏
磷酸甘油穿梭系统
苹果酸天冬氨酸穿梭系统
电子传递链复合体
NAD+
FMN
I
FeS
NADH脱氢酶 （NADH-Q还原酶）
FAD
FeS
ubiquinone
II
琥珀酸脱氢酶
Cyt b
（琥珀酸-Q还原酶）
ubiquinone
FeS
Cyt c1
III
细胞色素还原酶
Cyt bc1 复合体
细胞色素氧化酶
Cyt c
Cyt a
IV
Cyt a3 1/2 O2
• FADH2经呼吸链传递1对电子到氧泵出了6个质子
电子传递与氧化磷酸化
电子传递与氧化磷酸化在疾病中的作用研究
心血管疾病
研究表明，电子传递与氧化磷酸化在心血管 疾病中发挥重要作用。例如，某些遗传性疾 病如Leber遗传性视神经病和肌萎缩侧索硬 化症（ALS）与电子传递链的缺陷有关。
神经系统疾病
许多神经系统疾病如帕金森病、阿尔茨海默 病和亨廷顿氏病等也与电子传递与氧化磷酸 化的异常有关。这些疾病通常伴随着线粒体 功能障碍和氧化应激的增加。
02
在这个过程中，电子从还原剂（如NADH或FADH2）传递 到氧分子，同时伴随ATP的合成。
03
氧化磷酸化主要发生在线粒体内膜上，是细胞呼吸链的主要 组成部分。
氧化磷酸化的过程
电子从NADH或FADH2开始， 经过一系列传递体（如复合体 Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ）传递到氧分子。
在这个过程中，质子被泵出线 粒体基质，形成质子梯度。
土壤修复
利用电子传递与氧化磷酸化原理，促进土壤中有机污染 物的降解和转化，实现土壤的生态修复。
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药物靶点
电子传递与氧化磷酸化过程中涉及的酶和蛋白质可以 作为药物设计的潜在靶点，用于开发新的药物。
药物筛选
利用电子传递与氧化磷酸化的机制，建立药物筛选模 型，快速筛选出具有潜在疗效的药物分子。
在环境保护领域的应用前景
废水处理
通过模拟电子传递与氧化磷酸化过程，开发高效、环保 的废水处理技术，降低废水中有害物质的含量。
03
氧化磷酸化过程中释放的能量可以用于合成高能化合物，如ATP、 GTP等，这些化合物在细胞内发挥着重要的生物学功能。
04
氧化磷酸化还参与细胞内氧化还原状态的调节，对于维持细胞内环境 的稳定具有重要意义。
电子传递和氧化磷酸化
解耦联剂存在和不存在条件下线粒体的呼吸 （a）过量的Pi和底物存在下，当加入ADP后，氧快速消耗， （b）加入解耦联剂2,4-二硝基苯酚后，底物的氧化过程没有发生ADP磷酸化
在没有ADP的条件下，称为解耦联剂的化合物可以刺激 底物的氧化，直至所有的可利用的氧被还原为止，但底物的 氧化过程没有发生ADP磷酸化。简言之，这些化合物的氧化 没有与磷酸化过程耦联。
12.3 贮存在质子浓度梯度中的能量具有电能和化学 能的成分
通过呼吸复合物转移到膜间隙的质子经过ATP合成酶返回基 质时，形成一个质子环流。质子浓度梯度的能量称为质子动力 势，类似于电化学中的电动势。
在一分子氧被一个还原剂 XH2 还原的电化学反应池中：
XH2＋1/2O2 X＋H2O
电子从阴极流出，阴极处的 XH2 被氧化：
12.1 真核生物中，氧化磷酸化发生在线粒体中 12.2 化学渗透假说解释了电子传递是如何与ADP的
磷酸化耦联的 12.3 贮存在质子浓度梯度中的能量具有电能和化学
能的成分 12.4 电子传递和氧化磷酸化取决于蛋白质复合物 12.5 穿梭机制使得胞液中的NADH可被有氧氧化
需氧生物能够利用氧将葡萄糖(以及其他有机物分 子)完全氧化，产生二氧化碳(CO2)和水(H2O)。葡萄糖 完全氧化的总反应可用下式表示：
1. 一个完整的线粒体内膜对于耦联是绝对需要的。膜对带电 的溶剂应当是不通透的，否则质子浓度梯度将消失，特殊的 转运体使得离子代谢物跨过膜。
2. 通过电子传递链的电子传递产生一个质子浓度梯度，线粒 体内膜外侧（膜间隙）的H＋浓度很高。
3. 一个结合于膜上的酶-ATP合成酶在跨膜的质子转移电子由阴极流到阳极，阳极处的分子氧被还原：
1/2O2＋2H＋＋2e- H2O
电子传递和氧化磷酸化途径微课件.ppt
辅基中不含金属(含FAD)，把脂肪分解，最后形成H2O2，对O2的亲和 力极低，不受氰化物抑制。 此外还有CAT、POD等
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《植物与植物生理》第四单元
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谢 谢 / THANKS
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《植物与植物生理》第四单元
（3）复合物III(泛醌-细胞色素c氧化还原酶)：包含2个cytb，c1，Fe-S 蛋白，催化电子从还原型泛醌到cytc，同时将2H转移到膜间空间。
（4）复合物IV(细胞色素氧化酶)：至少有13种蛋白质，包含cyta和 cyta3，含2Cu，催化电子从还原型cytc到O2，被激活的O2可与线粒体基 质中的氢结合生成水。
作物生产技术专业教学资源库植物与植物生理第四单元未端氧化系统的多样性作物生产技术专业教学资源库植物与植物生理第四单元重点电子传递链电子传递途径底物水平磷酸化和氧化磷酸化
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《植物与植物生理》第四单元
植物与植物生理》第四单元教学子单元4：植物的呼 吸作用微课件3
电子传递和氧化磷酸化途径
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2.氧化磷酸化：是指电子从NADH或 FADH2经电子传递链传递给分子氧 生成水，并偶联ADP和Pi生成ATP的 过程；它是需氧生物合成ATP的主 要途径。
《植物与植物生理》第四单元
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《植物与植物生理》第四单元
（二）P/O比
每吸收一个氧原子与所酯化的无机磷分子数之比，或每传递两个电子 与产生的ATP数之比，称为P/O比。是衡量线粒体氧化磷酸化作用的活 力指标。
在植物中普遍存在，果蔬中含量多，定位于细胞质中，含Cu。该酶 对氧的亲和力低，受氰化物抑制，对CO不敏感。
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《植物与植物生理》第四单元
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《植物与植物生理》第四单元
（3）复合物III(泛醌-细胞色素c氧化还原酶)：包含2个cytb，c1，Fe-S 蛋白，催化电子从还原型泛醌到cytc，同时将2H转移到膜间空间。
（4）复合物IV(细胞色素氧化酶)：至少有13种蛋白质，包含cyta和 cyta3，含2Cu，催化电子从还原型cytc到O2，被激活的O2可与线粒体基 质中的氢结合生成水。
作物生产技术专业教学资源库植物与植物生理第四单元未端氧化系统的多样性作物生产技术专业教学资源库植物与植物生理第四单元重点电子传递链电子传递途径底物水平磷酸化和氧化磷酸化
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《植物与植物生理》第四单元
植物与植物生理》第四单元教学子单元4：植物的呼 吸作用微课件3
电子传递和氧化磷酸化途径
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2.氧化磷酸化：是指电子从NADH或 FADH2经电子传递链传递给分子氧 生成水，并偶联ADP和Pi生成ATP的 过程；它是需氧生物合成ATP的主 要途径。
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（二）P/O比
每吸收一个氧原子与所酯化的无机磷分子数之比，或每传递两个电子 与产生的ATP数之比，称为P/O比。是衡量线粒体氧化磷酸化作用的活 力指标。
在植物中普遍存在，果蔬中含量多，定位于细胞质中，含Cu。该酶 对氧的亲和力低，受氰化物抑制，对CO不敏感。
氧化磷酸化ppt课件
定义：呼吸链又叫电子传递体系或电子传递链， 它是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经 过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧原子， 而生成水的全部体系。
在真核生物细胞内，它位于线粒体内膜上，原核 生物中，它位于细胞膜上。
.
15
4.2.2.2 呼吸链中传递体的顺序
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
能量重新分布 ——与氧的存在与否无关
.
37
2，氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)
概念：电子从NADH或FADH2经过电子传递链 给分子氧时，将释放的能量转移给ADP， 形成ATP的过程。
（是生成ATP的主要形式）
电子传递过程和磷酸化作用相偶联 （两者联在一起）
.
38
4.3.2.2 测定Ｐ／Ｏ比
4，释放的化学能被偶联磷酸化反应所利用, 贮存在高能磷酸化合物 (如ATP) 中。
5，氧化部位：真核细胞——线粒体
原核细胞——细胞膜
.
5
4.1.2.3 CO2和H2O的生成 1, CO2的生成
直接脱羧：由特殊的脱羧酶催化
α-脱羧：如酵母菌发酵时丙酮酸脱羧生成乙醛 β-脱羧：如在糖异生过程中，草酰乙酸在PEP羧化酶催化下脱羧
定义：利用生物氧化过程释放的自由能驱动 ADP磷酸化，形成ATP的过程
产生ATP的方式：底物水平磷酸化 电子传递链的磷酸化 (氧化磷酸化)
.
36
1,底物水平磷酸化(substrate-level phospharylation)
特点： ——形成一个高能磷酸化合物的中间产物，
通过酶使细胞中的ADP生成ATP ——其能量来源伴随有底物脱氢，分子内
.
42
在真核生物细胞内，它位于线粒体内膜上，原核 生物中，它位于细胞膜上。
.
15
4.2.2.2 呼吸链中传递体的顺序
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
能量重新分布 ——与氧的存在与否无关
.
37
2，氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)
概念：电子从NADH或FADH2经过电子传递链 给分子氧时，将释放的能量转移给ADP， 形成ATP的过程。
（是生成ATP的主要形式）
电子传递过程和磷酸化作用相偶联 （两者联在一起）
.
38
4.3.2.2 测定Ｐ／Ｏ比
4，释放的化学能被偶联磷酸化反应所利用, 贮存在高能磷酸化合物 (如ATP) 中。
5，氧化部位：真核细胞——线粒体
原核细胞——细胞膜
.
5
4.1.2.3 CO2和H2O的生成 1, CO2的生成
直接脱羧：由特殊的脱羧酶催化
α-脱羧：如酵母菌发酵时丙酮酸脱羧生成乙醛 β-脱羧：如在糖异生过程中，草酰乙酸在PEP羧化酶催化下脱羧
定义：利用生物氧化过程释放的自由能驱动 ADP磷酸化，形成ATP的过程
产生ATP的方式：底物水平磷酸化 电子传递链的磷酸化 (氧化磷酸化)
.
36
1,底物水平磷酸化(substrate-level phospharylation)
特点： ——形成一个高能磷酸化合物的中间产物，
通过酶使细胞中的ADP生成ATP ——其能量来源伴随有底物脱氢，分子内
.
42
生物化学课件：13 电子传递和氧化磷酸化
电子传递的能量计算
ΔG°′=－nFΔE°′ ΔE°′= E0正极 - E0负极
三、电子传递与ATP合成
• 细胞内ATP 的合成是在ADP水平上进行的 ADP + Pi → ATP
• 异养生物体内高能磷酸键的形成方式有两 种：
– 底物水平磷酸化 – 氧化（电子传递水平）磷酸化
（一）生物体内ATP的生成方式
（一）呼吸链的组成
复合物Ｉ
NADH-CoQ 还原酶
(NADH脱氢酶)
辅助因子： FMN，Fe-S
复合物II
复合物III 复合物IV
琥珀酸-CoQ 还原酶
(琥珀酸脱氢酶)
辅助因子： FAD，Fe-S
CoQ-细胞色 素c还原酶
辅助因子： Fe-S，血 红素
细胞色素c 氧化酶
辅助因子： 血红素， Cu离子
2．复合体Ⅱ（琥珀酸-CoQ氧化还原酶）：
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
琥珀酸→ FAD；Fe-S1； Fe-S2 ；Fe-S3 →CoQ
➢ 2005年，我国饶子和院 士在Cell杂志上发表论 文“Crystal Structure of Mitochondrial Respiratory Membrane Protein Complex II” （Cell. 2005 121(7):1043-57） ，首 次解析了复合物Ⅱ的三 维结构
能
关于能量代谢的说明
➢ 传统的能量代谢理论认为，有机物脱下的H 经氧化呼吸链传递时: 1 FADH2可生成2 ATP 1 NADH•H+可产生3 ATP。
➢ 现在普遍认为呼吸链递氢和递电子所产生的 能量并不完全用于ATP的生成: 1 FADH2只生成1.5 ATP 1 NADH•H+只产生2.5 ATP。
第八章电子传递与氧化磷酸化ppt课件
AH2 2H(2H++2e)
A
呼 吸 链
1 2
O2
H2O
能
氧化
偶
ADP+Pi
联 ATP 磷酸化
RCOOH ECO2+RH
AH2 A
代谢物 氧化产物
2H α-磷酸甘
油穿梭
苹果酸穿梭
2H 呼吸链 + 12O2
能量
H2O 氧 化 磷
酸
ADP+H3PO4
ATP+ H2O 化
胞液
线粒体
2、ATP的生成方式
一、呼吸链的种类
返回
二.呼吸链的组成
呼吸链由一系列的递氢体和递电子体组成。 (1) 以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶
(2) NADH-Q还原酶(复合物Ⅰ）
(3) 铁硫蛋白 (4) 辅酶Q
(5) 细胞色素还原酶(复合物Ⅲ） (6) 细胞色素氧化酶(复合物Ⅳ） (7) 琥珀酸-Q还原酶复合物(复合物Ⅱ ） 返回
(1)以NAD+或NADP+为辅酶的脱 氢酶
(烟酰胺腺嘌呤核苷酸类)
NAD+ 和NADP+的
结构
功能：将底物上的氢
激活并脱下。
辅酶：NAD+或 NADP+
NAD+：R=H
NADP+：
OR
R=PO32-
(1)NAD+或NADP(烟+ 酰胺腺嘌呤核苷酸类)
以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶将底物上的两个氢原子激 活脱下，其中一个氢原子以氢阴离子(hydride ion)(H-)的形式转 移到NAD+或NADP+上，另外一个则以氢离子(H+)形式游离到溶 液中。 每一个氢阴离子(H- )携带着两个电子，即
氧化磷酸化作用的机理.ppt
（
化 学 渗 透 模 型
Chemiosmotic Model)
阻断细胞色素氧化酶 到O2的电子传递，抑 制呼吸和ATP合成
杀黑星菌素或寡霉素抑 制ATP合成酶，阻断ATP 合成和呼吸作用
ATP
线
联
粒 体
中
的 合 成
电 子 传 递
偶
ATP合成酶
位于线粒体内膜的内表面，又称 F1/F0-ATP合成酶。F1由5种亚基组成， 为酶复合物的球状头部，也是活性中心， 位于内膜基质表面。F0横贯内膜，含有 质子通道，由4种亚基组成。茎部有寡霉 素敏感蛋白（OSCP），有调节F0、F1的 功能。
有三个测到的实验事实支持假说：底物被 氧AT化P合（成琥（珀依酸赖生于成可延氧胡化索底酸物）和、AOD2被P和消P耗i）、。有
化学渗透假说 （Chemiosmotic hypothesis）
电子传递链是一个质子 泵，使质子从线粒体基 质排到内模外，形成H ＋浓度梯度，产生的电 动势驱动H＋通过ATP合 成酶系统上的特殊通道 回流到线粒体基质，同 时释放出自由能与ATP 的合成相偶联．
由催化含黄分素子的氧脱的氢两酶个、氧铁原硫子蛋分白别、进C行y不tP同450的组反成应，， 其中一个O加到底物分子上，另一个与 NADPH+H+的氢生成水，与ATP的生成无关。 这种系统又称为加单氧酶(monooxygenase)，也 称双功能加氧酶(double function oxygenase)， 也有称之为CytP450羟化体（酶）系。 意义: (1) 胆酸生成中的环核羟化；
氧化磷酸化作用的机理
(3) 化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis），认为电子传递的结果 把H+从线粒体内膜基质泵到膜外液 体中形成一个跨内膜的H+梯度，这 种H+梯度渗透能（质子推动力，质 力）用于ATP的生成。
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线粒体基质 (bH)
Cyt b
细胞色素还原酶 部分结构模式
Cyt c
23K
III
21K 36K
,4K ,12K
8K
线粒体基质 17K
,, 4K
细胞色素氧化酶 结构示意图
NADH呼吸链电子传递过程中自由能变化
总反应: NADH+H++1/2O2→NAD++H2O ΔG°′=-nFΔE°′
生物氧化的化学本质
——氧化还原反应
脱电子、氢，加氧 ——氧化反应 接受电子、氢，脱氧 ——还原反应 供电子体或供氢体
偶联进行
受电子体或受氢体
5
• 生物氧化与体外燃烧的比较
生物氧化
体外燃烧
反应条件
温和
剧烈
(体温、pH近中性) (高温、高压)
反应过程 逐步进行的酶促反应 一步完成
能量释放 逐步进行
瞬间释放
琥珀酸等
黄素蛋白 （FAD）
铁硫蛋白 （Fe-S）
NADH
黄素蛋白 （FMN） 铁硫蛋白 （Fe-S）
辅酶Q （CoQ）
Cyt b
Fe-S 细胞色素类 Cyt c1
Cyt c
Cyt aa3 O2
21
FADH2 呼吸链
琥珀酸等 FADLeabharlann Fe-S复合物 II
琥珀酸-辅酶Q 还原酶
NADH
FMN Fe-S CoQ
能量转换
1 、食物中有机大分子在消化道消化降解为有机小分子
• 如：淀粉→葡萄糖
2、有机小分子被细胞摄取，在细胞质内进一步降解为 更小的有机小分子（糖酵解）
• 如：葡萄糖→2丙酮酸 +2ATP
3、有机小分子丙酮酸穿过线粒体膜进入线粒体基质
• 丙酮酸+辅酶A→乙酰辅酶A+2H++CO2
4、乙酰辅酶A 三羧酸循环（2ATP） 2CO2+ 8H+ +辅酶A 5、电子传递和氧化磷酸化
一、生物氧化的特点 二、生物氧化过程中CO2的生成 三、生物氧化过程中H2O的生成 四、有机物在体内氧化释能的三个阶段
生物氧化的特点
生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件 温和，一系列酶和电子传递体参与氧化过程， 逐步氧化，逐步释放能量，转化成ATP。
对于真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行； 在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞 膜上进行。
丙酮酸脱氢酶系
CH3-C-COOH
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体 （NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再 通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。 例：
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
CH3CHO
氧化电子传递链位于原核生物的质膜上，真核生物中位于 线粒体的内膜上。
19
呼吸链的组成
1. 黄素蛋白酶类 （flavoproteins, FP） 2. 铁-硫蛋白类 （iron—sulfur proteins) 3. 辅酶Ｑ （ubiquinone,亦写作CoQ） 4. 细胞色素类 （cytochromes）
• 不同点: • 普遍程度 • 起始物 • ATP
NADH呼吸链 较普遍 NADH 2.5
琥珀酸呼吸链 次要 FADH2 1.5
24
呼吸链中电子传递时自由能的下降
NADH FADH2
2e-
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
铁-硫蛋白
2Fe-2S
(bL)
c1
(b566)
(b562)
10
11
细胞质 线粒体
12
第二节 线粒体电子传递体系
一、线粒体结构特点 二、电子传递呼吸链的概念 三、呼吸链的组成 四、机体内两条主要的呼吸链及其能量变化 五、电子传递抑制剂
线粒体结构
15
16
17
线粒体呼吸链
线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产 生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经 过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给O2生成H2O 。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链（eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼 吸链。
第4章 电子传递体系与氧化磷酸化
主要内容：重点讨论线粒体电 子传递体系的组成、电子传递机理 和氧化磷酸化机理。对非线粒体氧 化体系作一般介绍。
思考
目录
第一节 生物氧化的特点和方式 第二节 线粒体电子传递体系 第三节 氧化磷酸化作用*** 第四节 其它氧化体系（自学）
第一节 生物氧化的特点和方式
糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生 成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化（biological oxidation），其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的 一系列氧化还原反应过程。
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
2H+
1\2 O2 O=
H2O
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
生物氧化的三个阶段
大分子降解成 基本结构单位
小分子化合 物分解成共同 的中间产物（ 如丙酮酸、乙 酰CoA等）
共同中间产 物进入三羧酸循 环,氧化脱下的 氢由电子传递链 传递生成H2O,释 放出大量能量, 其中一部分通过 磷酸化储存在 ATP中。
（化学能、热能）
（热能）
CO2生成方式 有机酸脱羧
H2O
需要
碳和氧结合 不需要 6
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧 基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成 CO2。
类型：α-脱羧和β-脱羧
氧化脱羧和单纯脱羧
例： R
H2N-CH-COOH
氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
O
复合体 I
NADH 脱氢酶
Cyt b Fe-S Cyt c1
复合物 III
细胞色素 还原酶
NADH 呼吸链
Cyt c
Cyt aa3
复合物 IV
细胞色素
氧化酶
O2
NADH呼吸链电子传递和水的生成
MH2
还原型代 谢底物
M
氧化型代 谢底物
NAD+ NADH+H+
FMNH2
Fe
FMN
CoQ
S
CoQH2
2e 2Fe2+
细胞色素
b- c1- c -aa3
2Fe3+
2H+
1
2 O2 O2H2O
琥珀酸 延胡索酸
FADH2呼吸链电子传递和水的生成
2H+
FAD
Fe
FADH2
CoQH2
S
CoQ
2Fe3+
细胞色素
b- c1 - c-aa3
2e 2Fe2+
O2-
1
2 O2
H2O
两种呼吸链的比较:
相同: 1. 将H传递给O2生成水； 2. H和O2消耗，其它可反复使用； 3. CoQ是两种呼吸链的汇合点。