(农业大学)生物化学 (13)第十章、生物氧化与氧化磷 酸化

第二节、电子传递链
一、电子传递过程



1、还原型辅酶上的氢原子以质子形式脱下，和离 子型氧结合成水；其电子沿着一系列的电子载体 转移，最后到分子氧，在电子传递过程中释放出 的大量自由能则使ADP磷酸化生成ATP。 2、细胞对其燃料物质的彻底氧化是形成二氧化碳 和水。二氧化碳主要是通过柠檬酸循环形成的， 水则是在电子传递过程的最后阶段生成。 3、电子传递链在原核细胞中存在于质膜上，在真 核细胞中存在于线粒体的内膜上。
二、氧化-还原电势



1、 氧化还原反应——凡是反应中有电子从一种 物质转移到另一种物质的化学反应称为氧化还原 反应。即电子转移反应就是氧化还原反应。 2、 氧化还原电势——还原剂失掉电子或氧化剂 得到电子的倾向称氧化还原电势。 3、 标准电势——任何的氧化-还原物质即氧还电 对都有其特定的电动势，称标准电势。用E0’或ε0 表示。氧还电对的标准电势值越大，越倾向于获 得电子。



3、作用机制：使内 膜对质子的通透性 增加，破坏跨膜质 子梯度形成。 4、解偶联剂对底物 水平的磷酸化没有 影响。 5、解偶联剂使电子 传递失去正常的控 制，造成过分地利 用氧和燃料底物而 能量得不到贮存。
㈡氧化磷酸化抑制剂


1、氧化磷酸化抑制剂：线粒体ATP合成酶的抑制 剂；直接干扰由电子传递的高能状态形成ATP的 过程，也使电子传递不能进行。 2、典型试剂：寡霉素。
~
ADP
~
ADP
~
ADP
P ATP

当电子对连续地通过复合酶Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ时，其 标准还原势的变化在这三个阶段都释放出足够 的自由能提供给ATP的形成。
5、在呼吸链中，各传递体的氧化还原电位 E0`从左到右依次升高；在整个传递过程中， 能量水平不断跌落。（图）
四、电子传递的抑制剂



1、电子传递抑制剂： 能够阻断呼吸链中某 部位电子传递的物质。 2、常见的抑制剂： ①、鱼藤酮 （rotenone）、安密 妥（amytal）、杀粉 蝶菌素：阻断电子在 NADH-Q还原酶内的 传递。
3-磷酸甘油穿梭
NADH + H+ 胞液
NAD+
①
磷酸二羟丙酮 磷酸二羟丙酮 线粒体 内膜 FADH2 3-磷酸甘油 3-磷酸甘油
②
FAD
CoQ b c1 c aa3 ①胞液中3-磷酸甘油脱氢酶(辅酶为NAD+) ②线粒体内3-磷酸甘油脱氢酶(辅基为FAD)
O2
2、苹果酸——天冬氨酸穿梭
苹果酸-天冬氨酸穿梭
2.5
肝脏和心肌组织
将胞浆中NADH的还原当量转送到线粒体内
七、氧化磷酸化的调控



1、氧化磷酸化作用的进行和细胞对ATP的需要是 相适应的。 2、电子传递和ATP的形成是偶联的。 3、对于完整的线粒体，只有当无机磷酸和ADP都 充分时，电子传递速度才能达到最高水平。 4、呼吸控制（resperitory control）：ADP作为关 键物质对氧化磷酸化作用的调节。
NADH+H +
F M NH 2
2H+ 2e
NAD + 2H+
FeS
QH2
2H+
2e
b
QH2
2H+
2H+
2e FeS c1 c a a3 1/2O2+2H+ H 2O 基质
胞液
线粒体内膜
五、氧化磷酸化的解偶联和抑制
㈠、解偶联剂


1、解偶联剂（uncouplers）：使电子传递和ATP形成两个 过程分离的试剂；它只抑制ATP的形成过程，不抑制电子 传递过程，使电子传递产生的自由能都变为热能。 2、典型的解偶联剂：2，4-二硝基苯酚（2，4-DNP）
2Cu
2+
2Fe
2+
1 O2 2
Cyta 2Fe
3+
Cyta3 2Cu
+
2Fe
3+
H2O
细胞色素氧化酶
组成：Cyta、Cyta3、Cu 功能：催化电子从Cytc最终传递到O2；
3、呼吸链上各成员的排列顺序

呼吸链的类型：NADH呼吸链和FADH2呼吸链
4、电子传递链上产生ATP的部位
FADH2 NADH FMN CoQ P ATP Cytb Cytc1 Cytc P ATP Cytaa3 O2

②、抗霉素A （antimycin）： 干扰细胞色素还原 酶中电子从细胞色 素b的传递作用， 从而抑制电子从还 原型CoQ到cytc1的 传递。

③、氰化物、 叠氮化物、一 氧化碳、H2S ： 阻断电子在细 胞色素氧化酶 中的传递作用。
第三节、氧化磷酸化
一、线粒体的结构与功能
1、主要功能：氧化营养物，生成ATP。 2、结构（图） 外膜：通透性较高 内膜：对物质的通过有严格选择性 内膜高度折叠形成嵴 膜间腔 基质
Fe -S 2Fe
2+
Cytc1 2Fe3+
Cytc 2Fe2+
CoQ-Cytc还原酶
功能：催化电子从CoQ传递给Cytc 组成：Cytb、Fe-S、Cytc1
细胞色素(Cyt)：分a、b、c三类，每类中又分几
种亚类
（4）细胞色素氧化酶（末端氧化酶）
2Fe3+ Cytc 2Fe
2+
2Fe
2+
复合体Ⅰ：NADH-Q还原酶 复合体Ⅱ：琥珀酸-Q还原酶 复合体Ⅲ：细胞色素还原酶 复合体Ⅳ：细胞色素氧化酶
（1） NADH-Q还原酶（NADH脱氢酶）
NADH +H+ NAD
+
FMN
2Fe2+ Fe -S
3+
CoQ
FMNH 2
2Fe
CoQH 2
NADH-CoQ还原酶
辅基：为FMN和铁硫聚簇（Fe-S）。 功能：催化电子从NADH传递给CoQ
二、氧化磷酸化作用（oxidative phosphorylation）：
1、氧化磷酸化：电子在呼吸链上传递的过程中释
放的能量，在ATP合酶的催化下，使ADP磷酸化 成ATP的过程，由于代谢物的氧化反应与ADP的 磷酸化反应偶联进行，故称为氧化磷酸化 。
2、部位：线粒体内膜

底物水平磷酸化（substrate phosphorylation）： ADP或其他的核苷-5`-二磷酸的磷酸化是直接由一 个代谢中间产物上的磷酸基团转移而来，这种磷 酸化与电子传递链无关。
㈢、离子载体抑制剂


1、离子载体抑制剂：一类脂溶性物质，通过增加 线粒体内膜对一价阳离子（质子除外）的通透性 而破坏氧化磷酸化过程。 2、典型试剂：缬氨霉素（K+载体）
六、细胞溶胶内NADH的再氧化
㈠、采用穿梭途径的原因 细胞溶胶内的NADH不能透过线粒体内膜进入线 粒体氧化。 ㈡细胞溶胶内NADH的再氧化的途径 1、甘油-3-磷酸穿梭途径 该途径将NADH的电子转移进入电子传递链的中 介体是线粒体内膜上的甘油-3-磷酸脱氢酶的辅基 FAD， FADH2将电子传递给CoQ，这就使从 NADH脱下的电子通过氧化磷酸化最后生成的 ATP分子数少1个。
（2）琥珀酸-Q还原酶
succinate FAD Fe2+－ S Fe3+－S CoQ CoQH2
Fumarate
FADH 2

辅基：FAD和Fe-S聚簇。 功能：将电子从琥珀酸传递给CoQ
（3）细胞色素还原酶
CoQ 2Fe
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
2Fe
3+
Cytb CoQH 2 2Fe
3+
三、氧化磷酸化作用机制
AH2 2H NADH+H (或 FADH2) 电子传递链 A NAD (或 FAD) 释放能量 ADP + Pi ATP合成酶 ATP 磷酸化过程
+ +
H2O 氧化过程 1/2 O2 氧 化 磷 酸 化
㈠、磷氧比



1、磷氧比（P/O比）：氧化磷酸化时每消耗1mol 氧原子所需消耗无机磷的mol数；每消耗1mol氧 原子所产生的ATP的mol数。 2、NADH的P/O比=2.5 一对电子流经NADH-Q还原酶 所产生的质子动力 足够形成1个ATP分子，流经细胞色素还原酶形成 0.5个ATP分子，流经细胞色素氧化酶形成1个ATP 分子。 3、FADH2的P/O比=1.5 它通过CoQ进入电子传递链。
二、电子传递链

1、电子传递链：又称呼吸链（respiratory
chain），由一系列可作为电子载体的酶复合体和 辅助因子构成，可将来自还原型辅酶或底物的电 子传递给有氧代谢的最终电子受体-分子氧。由于 参与这一系列催化作用的酶和辅酶一个接一个构 成了链状反应，常形象的称为呼吸链（图）
2、电子传递链组成


ADP浓度高时，电子传递和氧化还原反应活跃，底 物不断氧化，氧的利用增加，ATP合成加速。 若ATP积累，ADP浓度低，则电子传递缓慢，整个 呼吸练受到抑制或停止。
八、葡萄糖彻底氧化的总结算

当一分子葡萄糖彻底氧化为CO2和水，所得到的 ATP分子数是30/32个。
第十章、生物氧化与氧化磷 酸化
第一节、生物氧化概述
一、生物氧化概念、特点 1、生物氧化：有机分子在细胞内氧化分解为 二氧化碳和水并释放能量形成ATP的过程。
2、生物氧化的特点
（1）在体温条件下进行，通过酶的催化作用，有 机分子发生一系列的化学变化，在此过程中逐步 氧化并释放能量。 （2）在氧化过程中产生的能量一般都贮存在一些 特殊的化合物中，主要是ATP。