生物化学生物氧化

① 二聚体 (两个相同的单体，每个单体含11不同的亚基)。 ② 每个单体含有一个功能核心：bH(Cytb562)、bL(Cytb566)、Cytc1、 Rieske铁硫蛋白[2Fe-2S]中心。 功能：通过Q循环传递电子
QH2 2Cytc1 (氧化型) 2H内 Q 2Cytc1 (还原型) 4H外
－0.22 PhotosystemP 700
3 2 －0.20 Fe e Fe 1 －0.18 O2 2 H 2e H 2O 2
(三) 电势和自由能的关系
体系自由能的改变等于体系所做最大功的能量
G Wmax
体系所做最大功也可以看成是自由能的变化
' Wmax Go ' nEo F
0.36 0.42 0.43 0.77 0.82
GSSG 2H 2e 2GSH
FAD 2H 2e FADH2 FMN 2H 2e FMNH2
Acetyldehyde 2H 2e Ethanol Pyruvate 2H 2e Lactate
＝ －2×96485×[0.82－(－0.32)]
＝ －220 KJ· －1 mol
二、电子传递和氧化呼吸链
（一）电子传递过程 电子传递过程包括电子从还原型辅酶上通过 一系列 按照电子亲和力递增顺序排列的电子载体所构成的电子 传递链传递到氧的过程。
1 NADH H O2 NAD H 2O 2 1 FADH 2 O2 FAD H 2O 2
安密妥、鱼藤酮等抑制电子从复 合体Ⅰ中铁硫中心到Q的传递。
辅酶Q：是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传 递电子。有3种氧化还原形式即氧化型醌Q，还原型氢醌(QH2)和介 于两者之者的自由基半醌(QH)。
O CH3 O CH3 O O CH3 (CH2 CH C CH2 )n H CH3
n=6-10
Biological
Oxidation
Oxydative phosphorylation
To teach is not to fill a vase but to light a fire
一、氧化还原电势 (一) 原电池 在容器A中放入硫酸锌溶液并插入锌片，在容器B中放入硫酸铜溶 液并插入铜片，两溶液间用盐桥(饱和氯化钾和琼脂凝胶)，再用导线 将两金属片连接起来。
4. 复合体Ⅳ (细胞色素c氧化酶)
由13个 (哺乳)和3个(细菌)亚基组成，推出只有3个亚基与传递电 子和转移氢质子有关。 亚基1和亚基2上有四个氧化还原活性(金属离子)中心：血红素a (Cyta), 血红素a3 (Cyta3), CuB中心, CuA (两个相邻铜原子)中心。其中， 血红素a3和CuB组成为双核中心(氧分子在此接受电子)。 电子传递： Cyt c→CuA→Cyt a→Cyta3-CuB→O2
－
e
－
＋
负极反应: 氧化反应
正极反应: 还原反应
Zn Zn2 2e
负极电极电势: 锌片与硫酸锌溶液间
o o E负极 EZn2 / Zn 0.76V
Cu 2 2e Cu
正极电极电势: 铜片与硫酸铜溶液间
o o E正极 ECu2 /Cu 0.34V
o o 电动势(正负电极间) E正极 E负极 0.34V (0.76) 1.10V
（二）电子传递链
电子从NADH到O2的传递所经过的途径形象地被称为电子链，也 称呼吸链。由一系列的递氢体和递电子体按一定的顺序排列所组成的 连续反应体系，它将代谢物脱下的成对氢原子交给氧生成水，同时有 ATP生成。
复合体 复合体 I. NADH-Q还原酶 复合体 II. 琥珀酸-Q还原酶
亚基数 46 5 11 13
Go ' 220kJ / mol 52.6kcal / mol Go ' 181.6kJ / mol 43.4kcal / mol
需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解途 径，所形成的还原型辅酶，包括NADH和FADH2通过电 子传递途径被重新氧化。还原型辅酶上的氢原子以质子 形式脱下， 其电子沿着一系列的电子载体转移，最后转 移到分子氧。质子和离子型氧结合成水。在电子传递过 程中释放出的大量自由能则使ADP磷酸化成ATP。
Ferredoxin, Fe3 e Fe2
2H 2e H2
Eo’(v)
Reduction half-reactions
Eo’(v)
－0.17
0.02 0.03
AcetylCoA CO2 H 2e Pyruvate CoA －0.48 Oxaloacetate 2H 2e Malate
铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通 过Fe2+、Fe3+互变进行电子传递，有FeS、2Fe-2S和4Fe-4S三种 类型。
2. 复合体Ⅱ (琥珀酸-Q还原酶)
包含TCA循环中的琥珀酸脱氢酶、FAD、铁硫中心 和A、B、C、D四种蛋白亚基。每个亚基都有3个跨膜螺 旋，都有血红素和一个与泛醌结合的位点。 功能：琥珀酸 FAD 铁硫中心 Cytb560 Q 无氢质子横穿线粒体内膜。
Cyta, Cyta3, CuA, CuB
电子传递链标准氧化还原势和ATP形成部位
抑制剂 鱼藤酮 安密妥 ADP+Pi ATP 抑制剂 抗霉素A
－0.4 －0.2
NADH NAD+ 琥珀酸 延胡索酸 复合体Ⅰ
复合体 Ⅱ
ADP+Pi
ATP
Eo’ (V)
0
ADP+Pi
ATP
Q
0.2
0.4 0.6
复合体 Ⅲ
③ 电子以氢负离子(H－)的形式转移
3 - 磷酸甘油醛+ Pi+ NAD+ 1,3 - 二磷酸甘油酸+ NADH + H +
④ 有机氧化剂加氧，电子转移至氧原子
1 R - CH 3 + O2 R - CH 2 - OH 2
(二) 生物体中某些重要的氧化-还原电势
Reduction half-reactions
抑制剂 CN－
200
(三) 电子传递链各个成员 1. 复合体Ⅰ(NADH-Q还原酶) 由42个不同的多肽链构成，包含有FMN辅基的黄素蛋白和至少6个 铁硫中心[Fe-S]。同时催化两个紧密相连的过程： ①通过FMN将基质中NADH上的氢负离子和一个质子转移个辅酶Q。 ②从基质中转移4个质子(每对电子)到线粒体内膜外侧。 + 全过程 NADH 5H内 Q NAD +QH2 +4H外 产生的QH2在线粒体内膜中从复合体Ⅰ扩散到复合体Ⅲ并将电 子传递给复合体Ⅲ后，本身被氧化。
琥珀酸 ↓
抗霉素A 二巯基丙醇
CO, CN－ N 3－, H 2S
↓ NADH→FMN→CoQ→Cyt b→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2
×
鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥
FADH2
×
×
三、氧化磷酸化 (一) 线粒体结构 (二) 氧化磷酸化机制 1. ATP合成部位
Cytochrome c (×2) c
e e
－
－
c1
Cytochrome c1 QH2 Q
e e Fe-S e e b 4e ee e
－ － － L － － －
ISP 4 H＋ 2Q 2 QH2
－
outsite
－
bH Cytochrome b
2 H＋
insite
Q循环 二个QH2参与电子传递过程，使二个CytC还原，该过程 又产生了一个QH2。这样使得携带二个电子的载体QH2经过 细胞色素还原酶后转交给带一个电子的CytC。这有利于电子 的有效利用。
(四) 标准电动势和平衡常数的关系
RT RT RT [氧化剂] o Eo ln Keq 2.3 lg Keq 2.3 lg nF nF nF [还原剂]
例：计算NADH氧化反应的ΔGo’
1 NADH H O2 NAD H 2O 2
正极反应：½ O2＋2H+＋ 2e＝H2O Eo’＝0.82 负极反应：NAD+＋H+＋2e＝NADH Eo’＝－0.3 ΔGo’ ＝－nFΔEo’
辅基 FMN, 9 Fe-S中心 FAD, Cytb560, 3 Fe-S中心
氧化还原组分 NADH, Q 琥珀酸, Q Q, Cyt C Cyt C
复合体 III. 细胞色素还原酶
复合体 IV. 细胞色素氧化酶
CytbH(Cytb-562), Cytc1, CytbL(Cytb-566), Fe-SRieske
4Cytc1 (还原型) 8H内 O2 4Cytc1 (氧化型) 4H外 2H2O
c
2 H＋
e e
－
－
CuA
e ea
－ －
Cytochrome c oxidase
3
outsite
－
a 2 H＋
CuB
e e
－
insite
H2O
½O2＋2H＋
(四) 电子传递的抑制剂
① 抑制第一位点的有异戊巴比妥、粉蝶霉素A、鱼藤酮等； ② 抑制第二位点的有抗霉素A和二巯基丙醇； ③ 抑制第三位点的有CO、H2S和CN－、N3－。其中，CN－和N3 －主要抑制氧化型Cytaa -Fe3+，而CO和H S主要抑制还原型 3 2 Cytaa3-Fe2+。
Lipidacid 2H 2e Dihydrolipoicacid
－0.29 Cytochromea, Fe3 e Fe2
－0.23 Cytochromef , Fe3 e Fe2 －0.22