第9章生物氧化与氧化磷酸化
生物化学复习要点-生物氧化与氧化磷酸化
生物氧化与氧化磷酸化一、教学大纲基本要求教学大纲基本要求讲解生物氧化与氧化磷酸化，1.生物能学简介，包括化学反应的自由能，自由能变化与化学反应平衡常数的关系，标准自由能变化的加和性，高能磷酸化合物，生物氧化的概念和特点。
2.线粒体电子传递，包括线粒体电子传递过程，电子传递链，电子传递链有关的酶和载体,电子传递链的抑制剂。
3.氧化磷酸化作用，包括氧化磷酸化的,P／O比和由ADP形成ATP的部位,电子传递和ATP形成的偶联及调节机制概念，氧化磷酸化的偶联机理，氧化磷酸化的解偶联。
二、本章知识要点1、本章概述有机物分子在生物细胞内被逐步氧化生成CO2，并释放出能量。
电子传递和氧化磷酸化作用使NADH和和FADH2再氧化并以ATP捕获释放出的能量。
真核生物电子传递和氧化磷酸化作用在线粒体内膜进行，而原核生物中过程在质膜上进行。
2、自由能变、反应平衡常数、氧化还原电位体系内能用于做功的能量称为自由能。
对化学反应来说，可以把自由能看成促使化学反应达到平衡的一种驱动力。
反应物自由能的总和与产物的自由能总和之差就是该反应的自由能变化(△G)。
当△G<0时体系未达到平衡，反应可以自发正向进行；当△G>0时体系未达到平衡，必须供能反应才能正向进行；当△G=0时反应处于平衡状态。
在参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为一个大气压(0.1MPa)，温度为25℃、pH=0的条件下进行反应时自由能的变化称为标准自由能变化(△G0)。
标准自由能变化具有加和性。
对生物化学反应而言，在参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为0.1MPa，温度为25℃、pH=7.0的条件下进行反应时自由能变为标准自由能变化(△G0)。
生化反应中自由能变与反应的平衡常数间的关系可以用△G0=-RTlnK′eq =-2.303RTlogK′eq。
氧化-还原电位(E)是物质对电子亲和力的量度。
生化反应的标准氧化-还原电势(E0 )是在标准状况(参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为0.1MPa，温度为25℃)和pH7的条件下测量的，用伏特表示。
生物化学第章 氧化磷酸化
生物化学第章氧化磷酸化生物体内大量的生命过程需要 ATP 提供能量。
而 ATP 的合成则要靠氧化磷酸化作用，将每克葡萄糖氧化过程中产生的氢原子加上一个氧原子形成一个水分子，并利用释放的自由能将磷酸酯键与 ADP 合成 ATP。
在生物体内，ATP 能够提供细胞分裂、蛋白质合成、肌肉收缩、神经传导、离子泵等许多生命活动所需的能量。
而氧化磷酸化作为一种重要的细胞代谢途径，成为了生命活动最为重要的一环。
氧化磷酸化的反应过程氧化过程是指将有机物氧化成二氧化碳和水，同时释放能量。
这一过程常被描述为“燃烧”，但它发生在分步反应中，每个过程的自由能差不同，因此不会导致剧烈反应。
磷酸化过程是指将磷酸附加到分子中，通常是在酸性条件下进行的。
它可以与其他活动相关联，也可以单独发生。
氧化过程需要通过氧化物酶体（呼吸链）进行。
氧化物酶体是线粒体内的一组蛋白质，它们协同作用，形成一个长链来转移电子。
电子从氧化物酶体中的某些分子中开始，接着依次被传递，最终被氧气捕获。
这一过程涉及到多个氨基酸、多种辅助化合物和四种酶体：NAD+, FAD,醋酸辅酶A和辅酶Q。
这些氧化物酶体可以分成三个复合物：I、III、IV。
其中复合物 I 用于将 NADH 的电子传入呼吸链，复合物 II 用于将 FADH2 的电子传入呼吸链。
在将电子传入呼吸链时，同时也会将质子（H+）位移到细胞质的一侧，同时形成一个质子梯度，质子梯度被用来驱动 ATP合成酶（ATP Synthase）旋转。
ATP合成酶与复合物 IV 位于同一个酶体中，当ATP合成酶旋转时，释放自由能将 ADP 磷酸化成 ATP。
有些细胞需要更多能量，它们会经历较多循环来修复质子梯度，并更多地利用 ATP。
其他非氧化磷酸化的类型非氧化磷酸化有多种类型，包括孪生素磷酸化、硝化磷酸化、硫化磷酸化和自噬。
孪生素磷酸化在细胞内，孪生素需要通过磷酸化来激活，并作为调节因子使受体核酸酸激酶激活。
孪生素磷酸化的动力学已经被广泛研究，而目前尚不能完全理解许多的细节。
生物氧化与氧化磷酸化
（一）名词解释1．生物氧化2．呼吸链3．氧化磷酸化4．三羧酸循环5．底物水平磷酸化6．能荷7．糖异生8．乳酸循环9．发酵10．糖酵解途径11．糖的有氧氧化12．肝糖原分解13．磷酸戊糖途径14．UDPG(二) 填空题1．NADH 呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是_________、_________、_________。
2．举出4 种生物体内的天然抗氧化剂_________、_________、_________、_________。
3．高能磷酸化合物通常指水解时_________的化合物，其中最重要的是_________，被称为能量代谢的_________。
4．真核细胞生物氧化的主要场所是_________，呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于_________。
5．化学渗透学说主要论点认为：呼吸链组分定位于_________内膜上。
其递氢体有_________作用，因而造成内膜两侧的_________差，同时被膜上_________合成酶所利用、促使ADP + Pi → ATP6．动物体内高能磷酸化合物的生成方式有_________和_________两种。
7．α淀粉酶和β–淀粉酶只能水解淀粉的_________键，所以不能够使支链淀粉完全水解。
8．糖酵解过程中有3 个不可逆的酶促反应，这些酶是__________、____________ 和_____________。
9．糖酵解抑制剂碘乙酸主要作用于___________酶。
10．调节三羧酸循环最主要的酶是____________、__________ _、______________。
11 磷酸戊糖途径可分为______阶段，分别称为_________和_______，其中两种脱氢酶是_______和_________，它们的辅酶是_______。
12．糖酵解在细胞的_________中进行，该途径是将_________转变为_______，同时生成________和_______的一系列酶促反应。
生物化学 生物氧化小结及习题
生物氧化与氧化磷酸化一、知识要点生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO2 和H2O，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。
生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH 及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP 分子中活跃化学能，供生物体利用。
体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。
（一）氧化还原电势和自由能变化1．自由能生物氧化过程中发生的生化反应的能量变化与一般化学反应一样可用热力学上的自由能变化来描述。
自由能（free energy）是指一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量，又称为Gibbs 自由能，用符号G 表示。
物质中的自由能（G）含量是不易测定的，但化学反应的自由能变化（ΔG）是可以测定的。
ΔG 很有用，它表示从某反应可以得到多少有用功，也是衡量化学反应的自发性的标准。
例如，物质A 转变为物质B 的反应：A←→ BΔG＝G B—G A当ΔG 为负值时，是放能反应，可以产生有用功，反应可自发进行；若ΔG 为正值时，是吸能反应，为非自发反应，必须供给能量反应才可进行，其逆反应是自发的。
∆G = ∆G o + RT ln[A]/ [B]如果ΔG＝0 时，表明反应体系处于动态平衡状态。
此时，平衡常数为K eq，由已知的K eq 可求得ΔG°：ΔG°＝－RT ln K eq2．化还原电势在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂。
还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小，则称为氧化还原电势。
将任何一对氧化还原物质的氧化还原对连在一起，都有氧化还原电位的产生。
如果将氧化还原物质与标准氢电极组成原电池，即可测出氧化还原电势。
标准氧还原电势用E°表示。
第9章 生物氧化与氧化磷酸化
2GSH
DHA
2Cu+
2e
1/2 O2
2H+
S
脱氢酶
+ NADPH+H
GSSG
AA
2Cu2+
2e 抗坏血酸氧化酶
O
H2O
谷胱甘肽还原酶 脱氢抗坏血酸还原酶
黄素蛋白氧化酶
一切以FMN或FAD为辅基的酶或传递体都可称为黄酶， 它的作用是不经过细胞色素或其他传递体而将氢直接交 给分子氧，生成过氧化氢。作用模式如下：
- - - ++++
H+ H+
1. 在呼吸链上传氢体和传电子体交替排列, 在线粒体的内膜上具有特定的位置,催化的 反应是定向的。 2. 传氢体具有氢泵的作用, 当传氢体由线粒 体内膜的内侧接受从底物传来的2H后, 将电 子(2e)传给其后的电子传递体, 而将质子泵出 内膜。
3. 质子不能自由通过内膜。泵出的质子不能 返回，从而形成了跨膜的质子浓度梯度，即： ∆pH，外正内负。此电位差包含着电子传递 过程中所释放的能量，象电池两极的离子浓 度差造成电位差而含有电能一样。 4. 质子通过特殊的通道返回内膜的途中， 驱动ATP合酶，合成ATP。由质子浓度 梯度所释放的自由能偶联ADP和Pi形成 ATP，质子的化学势梯度也随之消失。
过氧化氢酶催化 过氧化物酶催化
或
2H2O22H2OΒιβλιοθήκη + O2抗氰呼吸途径
I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为正常呼吸链的四个复合物； FPma 为一种具有 中等氧化还原电位的黄素蛋白； CRO 为抗氰氧化酶
本章重点：
磷酸化的类型，电子传递链（体）、 化学渗透学说的要点。
第九章 生物氧化
动物生物化学课件9 生物氧化
2.3 其它氧化酶
微粒体、过氧化物酶体也是生物氧化 的场所 氧化过程中不伴有偶联磷酸化,不能生 成ATP
2.3.1 过氧化物酶体中的氧化酶类 （一）过氧化氢酶（catalase）
又称触酶，辅基为血红素，催化反应如下：
2H2O2
2H2O + O2
（二）过氧化物酶（perioxidase）
辅基为血红素，催化反应如下：
（1）鱼藤酮、异戊巴比妥、杀粉蝶霉素A （2）抗霉素A（antimycin A)、二巯基丙醇
（3）氰化物、硫化氢、叠氮化物(NaN3)和CO
鱼藤酮 异戊巴比妥 杀粉蝶霉素A
FAD.H2 (Fe-S)
抗霉素A 二巯基丙醇
氰化物 硫化氢 叠氮化 CO
NADH FMN (Fe-S)
Cytb Cytc1 Cytc
1.生物氧化概述
1.2 生物氧化的特点 ﹡生物体活细胞中进行；
﹡温和环境（37℃, 中性）； ﹡在一系列酶、辅因子及中间递体的参与下逐 步进行；
﹡产生的能量一部分以热的形式散失 ,大部分 储存在ATP中，逐步释放。
生物氧化中物质的氧化方式：
脱氢(乳酸 丙酮酸)
失电子(Fe2+
加氧
Fe3+)
生物氧化的一般过程：
FADH呼吸链（琥珀酸呼吸链）的组成
a) 复 合 物 II （ 琥 珀 酸 -Q 脱 氢 酶 ， 含 FAD 、 Fe-S Cytb560）
b) CoQ c) 复合物III（同 NADH 呼吸链）
d) Cytc
e) 复合物IV （同 NADH 呼吸链）
5. 胞液NADH进入线粒体的穿梭机制 A、α-磷酸甘油穿梭作用
c、铁硫蛋白
辅基：铁硫簇（iron-sulfer cluster, Fe-S）
(理学)生物氧化与氧化磷酸化
O RCH C O N H3
+
O P O A O
-
氨甲酰磷酸
氨酰基腺苷酸
（2）焦磷酸化合物
O O P O
-
O O P O
-
O
-
NH2 N O O O P
-
N N N H H OH
O O P OCH2
-
焦磷酸
O P O
-
O
-
O
O
H H OH
ATP（三磷酸腺苷） 7.3千卡/摩尔
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 O
氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
CH3-C-COOH
CoASH
丙酮酸脱氢酶系
CH3COSCoA+CO2
NAD+
NADH+H+
物。
（一） 高能化合物的类型 1、磷氧键型（-O-P)
(1)酰基磷酸化合物
O C O CH2 O P O
-
O CH OH O O O
-
O CH3 C O
O
O P
P O
O
-
3-磷酸甘油酸磷酸 11.8千卡/摩尔
乙酰磷酸 10.1千卡/摩尔
(1)酰基磷酸化合物
O R C O
O P O
-
O A
O H3N+ C O
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 、
浙大生物化学课件9：生物氧化
2Fe2+ Cyta 2Fe3+
2Cu2+ 2Cu+
2Fe2+
Cyta3 2Fe3+
细胞色素氧化酶
1 2 O2 H2O
NADH呼吸链
AH2
NAD+
FMNH 2
CoQNADH来自A+H+
Fe-S
FMN
CoQH 2
2Fe2+
b-c1-c-aa3 2Fe3+
2H+ 1 2 O2
O2-
H2O
FADH2呼吸链
琥珀酸 延胡索酸
R
还原型
NAD+、NADP+
NADH、NADPH
FMN
R
H3C
N NO
H3C
NH N
O
FMN (醌型或氧化型)
H H3C H3C
CH2 O H C OH H C OH H C OH
O PO O-
N
O PO O-
CH2 H
N O
H
H OH
H OH
NH2 N
N
CH2
H3C
N
N
O
H3C
NH N
O
FMN
FAD
S Fe
组成复合体，参与电子传 递，而且两个Fe离子中只
Fe S Fe S
有一个参与，所以是单电 子传递。
S Fe S
铁硫簇(Fe4S4) C
泛醌（CoQ）
O
H3CO
CH 3
H3CO O
(CH2 CH
CH 3 C CH 2)nH
是脂溶性醌类化合物，由于在生物中广泛存在，所 以也称泛醌。它处于呼吸链的中心枢纽，也是中间 传递体。
考研科目动物生物化学 第9章 生物氧化
铁硫蛋白 (iron-sulfur protein)
Fe2S2,
Fe4S4 Fe4S4
铁硫蛋白通过Fe3+ 和Fe2+变化起传递电 子的作用。
辅酶Q (CoQ)
辅酶Q又称泛醌(ubiquinone)，是 脂溶性化合物。CoQ的功能是作为氢传 递体：
CoQ + 2H
CoQH2
辅酶Q既接受NADH脱氢酶的氢，还接受线 粒体其他脱氢酶（琥珀酸-Q还原酶）脱下的氢。
部位I：NADH和辅酶Q之间 部位II：辅酶Q和cyt-c1之间 部位III： cyt-a 和 O2 之间
（3）氧化磷酸化的偶联机理
① 化学偶联假说(chemical coupling hypothesis)
电子传递和ATP生成的偶联是通过一 系列连续的化学反应形成一个高能共价中 间物，这个中间物随后又裂解将其能量供 给ATP的合成。
NADH：，分子Pi和ADP生成分子 ATP，。
FMN：分子Pi和ADP生成分子ATP，。
（2）氧化磷酸化的偶联部位
当电子从一个氧化还原电位较低的 还原型递体转移到较高电位的氧化型递 体时，就有负自由能变化，即能量的释 放。
△
△
△
推动ADP磷酸化形成ATP所需的 标准自由能大约在
ADP形成ATP的部位
- Ⅲ---
--
延胡索酸 琥珀酸
H2O 1/2O2+2H+
Cyt氧化酶
Cyt还原酶
ADP+Pi
-
催化 F1 ATP
ATP
H+
化学渗透假说的要点是：
A H+和电子的传递体按一定的顺序 排列在线粒体内膜上，氧化磷酸化 作用的进行需有完整的线粒体。
生物氧化
糖 脂肪 蛋白质
O2 CO2、H2O ADP+Pi
能量
ATP
热能
2、生物氧化的特点：
① 与体外燃烧的化学本质相同：加氧、脱氢、失电子；但
反应条件温和，反应发生在活细胞的溶液环境中.
② 物质在体内、外氧化时，所消耗的氧量、释放的能量和 终产物（CO2，H2O）均相同. ③ 生物氧化时，氧化还原过程逐步进行，能量逐步释放， 利于能量的储存和利用，同时防止对机体的伤害。 ④ 释放的能量一部分以 ATP(GTP) 方式储存，为机体的需能 反应提供能量。
FAD、Fe-S、Cytb
● 需要氧的参与；
● 消耗氧、ADP和无机磷酸生成ATP； 电子传递水平的磷酸化.
COOH
2H
CH2CH2COOH 2H
SH 2 NAD
+
FMNH 2 2H CoQ Fe S
FAD Fe*S 复合物II Cytb - （琥珀酸脱氢酶） 2e
2+ 2C yt-Fe
2e
1 O － 2 2
（二）质子梯度的形成（耗能过程）
耗 能 过 程
质子转移的可能机制（略）
（三）ATP合成机制——ATP酶复合体 ● 线粒体内膜表面有一层规则间隔排列着的球状颗粒，
称为ATP酶复合体/ ATP合酶，是ATP合成的场所。
● 结构：
头部：ATP合酶（F1） 柄部：棒状Pr，对寡霉素敏感（OSCP）
基底部：疏水Pr，与内膜连接
（还原剂） 负极
● 氧化-还原反应中，失去电子的物质
● 氧化-还原反应中，得到电子的物质
→ 还原剂.
→ 氧化剂.
● 氧化-还原电势的概念：
还原剂失掉电子或氧化剂得到电子的倾向.
生物氧化
传递电子机理：
Fe3+ +e
－e
Fe2+
Cu2+
+e
－e
Cu+
细胞色素氧化酶
CuA
复合物IV
a- CuA聚族
a3- CuB聚族
NADH呼吸链电子传递和水的生成
MH2
还原型代 谢底物
NAD+
FMNH2
CoQ
2e
2Fe2+
细胞色素
1 2 O2
Fe
NADH+H+ FMN
S
CoQH2
b- c1- c-aa3
乙酰CoA
+Pi
磷酸化
电子传递 （氧化）
e-
三羧酸 循环
氧 化 磷 酸 化 (Oxidative phosphorylation)
代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于
合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,这种氧化放能和ATP
生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。
生物氧化过程中 释放出的自由能
酵解 （细胞质）
氧化磷酸化 （线粒体）
甘油磷酸穿梭 苹果酸穿梭
（1）甘油-3-磷酸穿梭途径
甘油-3-磷酸脱氢酶 NADH
（细胞液）
NAD+
3-磷酸甘油
磷酸二羟丙酮
线 粒 体 内 膜
3-磷酸甘油
FADH2
FAD
NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2
（线粒体基质）
（2）苹果酸穿梭途径
化学渗透假说原理示意图
+++++++++
第八章 氧化磷酸化
5
10
13
有
有
—
+0.02
+0.20
0.57
—
有
有
(2) 电子来自两个方向: 复合体Ⅰ、复合体Ⅱ
(3) 复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中含有 FeS蛋白帮助电子的传递。
(4) ATP形成的部分。
线粒体内膜呼吸链的电子传递过程与 ADP的磷酸化过程偶联示意图
3.呼吸链的抑制剂:
能够切断呼吸链中某一部位电 子流的物质称为电子传递抑制剂（呼 吸链抑制剂）。如果把电子传递链中 断，那么，正常的生命现象活动就要 受到干扰或因此而告终。已知呼吸链 上有三处进行氧化磷酸化的偶联反应， 在三个部位分别受到不同的抑制剂抑 制。
(2) 这个顺序从热力学关系上看也是合理的, 大量的实验已经证明，它也符合细胞本身 的电子传递顺序。
电子载体的氧化还原电位
氧化还原对
NAD+/NADH FMN/FMNH2（酶结合型） Fe3+-S/Fe2+-S(平均)
CoQ/CoQH2 Cyt b(Fe3+)/Cyt b(Fe2+) Fe3+-S/Fe2+-S Cyt c1(Fe3+)/Cyt c1(Fe2+) Cyt c(Fe3+)/Cyt c(Fe2+) Cyt a(Fe3+)/Cyt a(Fe2+) Cu2+/Cu+（平均） Cyt a3(Fe3+)/Cyt a3(Fe2+) 1/2O2/H2O
总之:能荷由ATP、ADP和AMP的相对数量决
定，它在代谢中起控制作用。高能荷抑制ATP的生成( 分解代谢)途径而激活ATP利用(合成代谢)途径。
第一节 电子传递链 (呼吸链)
生物氧化与氧化磷酸化—电子传递链
（五）Cytc
接受复合体Ⅲ传递来电子，并传递给复合体Ⅳ 辅基：血红素C 位于膜间隙 可以移动的水溶性电子
20
(六）复合体Ⅳ （Cytc氧化酶 ）
将电子从Cyt c传递给分子氧，催化分子氧还原为 H2O, 泵出2个H＋ /2e－ 。
辅基：Cu-Cu中心（CuA ） 血红素a，血红素a3 Fe－Cu中心（ CuB ）
多个异戊二烯
半醌型泛醌
泛醌
15
16
17
(四）复合体Ⅲ（CoQ-CytC 还原酶）
1. 接受CoQ传递来的电子，并泵出4个H+ /2e－
2. 还原酶的辅基： 血红素b L
血红素bH
Fe－S
血红素c1
18
4.复合体Ⅲ的电子传递途径：
QH2
Cytb，Fe-S，Cytc1
复合体Ⅲ的电子传递
Cytc
19
8
(二）复合体Ⅱ（琥珀酸-辅酶Q还原酶）
1.另一条呼吸链的入口 2.将电子和氢从琥珀酸传递给CoQ 3.辅基： FAD
Fe-S簇
heme b
4.电子传递途径： 琥珀酸 FAD，Fe-S簇 CoQ
复合体Ⅱ的H2
FADH2 Fe3+S Fe2+S
FAD
21
22
复合体Ⅳ的传递途径: Cytc CuA Cyt a Cyt a 3 C uB O2
23
电 子 传 递 链
24
25
第二节 呼吸链（respiratory chain)
26
一、概念： 呼吸链（respiratory chain）：代谢物脱下的氢原子通
过多种酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与 氧结合生成水的传递链，也叫电子传递链 （ electron transfer chain ）。 递氢体：传递氢的酶或辅酶 电子传递体：传递电子的酶或辅基/辅酶
第九章 生物氧化
• 生物氧化概述 • 电子传递链 • 生物氧化中ATP的生成
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的基本概念
• 生物氧化（biological oxidation）：有机物质（糖、脂肪 和蛋白质）在生物体内氧化分解成CO2 和H2O，并释放能 量的过程。
• 又称为细胞氧化或细胞呼吸、组织呼吸。
三种假说： • 化学偶联假说 高能共价中间产物 • 构象偶联假说 高能构象中间产物 • 化学渗透假说 1961，P.Mitchell
化学偶联假说（1953年）
chemical coupling hypothesis
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的 化学反应形成高能共价中间物，最后将其能量转 移到ADP中形成ATP。
HO OH ATP
ADP AMP
ATP
ATP在能量交换中的作用如同能量“货币”，是一种 可以流通的能量物质：即可从能量较高的化合物获得 能量，也可较容易地向能量较低的化合物传递能量。
表 各种磷酸化合物的水解自由能
磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
氨基甲酰磷酸 乙酰基磷酸 磷酸肌酸（CP） 焦磷酸（PPi） ATP（→ADP + Pi） 葡萄糖-1-磷酸（G-1-P） 葡萄糖-6-磷酸（G-6-P） α-磷酸甘油
三、生物氧化中CO2的生成
1. 直接脱羧作用
• α-直接脱羧：如氨基酸脱羧
• β-直接脱羧：如草酰乙酸脱羧
2. 氧化脱羧作用
• α-氧化脱羧：如丙酮酸的氧化脱羧
• β-氧化脱羧：如异柠檬酸的氧化脱羧
四、生物氧化过程中H2O的生成
1. 底物脱水
2. 由呼吸链生成水
在生物氧化中，水是代谢物上脱下的氢与生物体吸进的O2化合 生成的。代谢物上的氢需要在脱氢酶的作用下才能脱下，吸入的 O2要通过氧化酶的作用才能转化为高活性的氧。在此过程中， 还需要有一系列传递体才能把氢传递给氧，生成水。
第九章 生物氧化
2、琥珀酸氧化呼吸链
三、胞液中的NADH的氧化 胞液中的 的氧化
• 胞液中生成的 胞液中生成的NADH不能自由通透线粒体内膜， 不能自由通透线粒体内膜， 不能自由通透线粒体内膜 必织和骨骼肌） 甘油-3-磷酸穿梭作用 神经组织和骨骼肌） 磷酸穿梭作用（ 2. 苹果酸 天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌） 苹果酸-天冬氨酸穿梭作用 肝和心肌） 天冬氨酸穿梭作用（
1/2O2
脂肪
蛋白质 氨基酸
TCA
2H ADP ATP Pi H2 O
一、高能化合物的种类
☺ 水解时释放的自由能 ＞ 30 KJ/mol 的含有磷酸键 或硫酯键的化合物 ☺ 高能磷酸化合物
COOH C-O～P ～ CH2
ATP
ADP
☺ 高能硫酯化合物
CH3CO～SCoA ～
= = = =
二、ATP的生成 的生成
三、生物氧化的方式
（二）H2O的生成 的生成 O2 2H 酶与辅酶 H2O
代谢物（AH2） 代谢物（
三、生物氧化的方式
（三）氧化的本质 脱氢、加氧、加水脱氢、 脱氢、加氧、加水脱氢、脱电子
第二节 线粒体氧化体系
一、 呼吸链 (respiratory chain)
概念： 概念： 定位于线粒体内膜上的一组排列有序的递氢体 和递电子体（酶与辅酶）构成的链状传递体系， 和递电子体（酶与辅酶）构成的链状传递体系， 也称电子传递链 也称电子传递链(electron transport chain)。 电子传递链 。
1、抑制剂——呼吸链抑制 、抑制剂 呼吸链抑制
机理： 机理：阻断氢与电子的传递
1、抑制剂——解偶联剂 、抑制剂 解偶联剂
2，4-二硝基 苯酚（DNP） 苯酚（DNP） 解除偶联
《生物化学》生物氧化与氧化磷酸化
电子体传递给被氧化酶激活的氧而生成H2O 。
乙醇脱氢酶 CH3CH2OH
CH3CHO
NAD+ NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O-
2H+
H2O
第一节 生物氧化概述
二、 生物化学反应的自由能变化
1、自由能（free energy）的概念 物理意义：恒温恒压下，体系中能对环境作功的那部分能 量称为自由能，又称Gibbs自由能，用G表示)。
抑[例制1电]2,子4-二传硝递。基苯酚（dinitrophenol, DNP）
NO2 H+Fra bibliotekNO2 O-NO2
外 线内 粒
体
NO2
内 膜
OH
NO2
NO2
NO2
OH H+
NO2 O-
第三节 氧化磷酸化
五、线粒体穿梭系统
胞液中生成的NADH不能自由通过线粒体内膜 转运胞液NADH的机制主要有： ➢磷酸甘油穿梭系统（肌细胞） ➢苹果酸-天冬氨酸穿梭系统（肝细胞）
CH3-C-COOH
CoASH NAD+
NADH+H+
R CH2-NH2 +CO2
CH3COSCoA+CO2
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念
（三）生物氧化中CO2和H2O 的产生 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
第一节 生物氧化概述
三、高能化合物
(一）生物体内的高能化合物
2、磷氮键型 3、硫碳键型
《生物化学》生物氧化与氧化磷酸化 (2)
FADH2 2e-
-55.6kJ/mol -34.7kJ/mol
呼吸链的 偶联部位
-102.1kJ/moL
第三节 氧化磷酸化
二、氧化磷酸化与电子传递的偶联 （一）呼吸链中电子传递时自由能的下降
NADH呼吸链电子传递过程中自由能变化
FADH2
2e-
ΔG’ = - n FΔEӨ′ = - 2×96.5×[0.82-(-0.32)] = - 220.07 kJ·mol-1
第二节电子传递链(呼吸链）
二、电子传递链 （一）电子传递链的组成
1. 黄素蛋白（flavoprotein, FP） 2. 铁硫蛋白（iron—sulfur protein) 3. 泛醌（ubiquinone） 4. 细胞色素（cytochromes）
第二节电子传递链(呼吸链）
二、电子传递链
（一）电子传递链的组分
EӨ愈大表明该物质获得电子的倾向愈大， EӨ愈小则失去电子的 倾向愈大。
因此，在氧化还原体系中，电子总 是由低电位物质流向高电位物质。
第一节 生物氧化概述
氧化还原电位与自由能之间的关系：
在氧化还原反应系统中，标准自由能变化与标准氧化还原电位 变化之间存在下列关系：
ΔGӨ’ = - n F ΔEӨ’
Cyt氧化酶
辅基 FMN，Fe-S FAD，Fe-S，Cytb
铁卟啉，Fe-S
铁卟啉，Cu
第二节电子传递链(呼吸链） 琥珀酸等
二、电子传递链 （二）线粒体呼吸链
（FAD）
NADH
（FMN）
铁硫蛋白
呼吸链中的电子传递有着严格的方 铁硫蛋白 向和顺序，即电子从EӨ’低的传递 （Fe-S）
体依次通过EӨ’较高的传递体逐步
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第9章生物氧化与氧化磷酸化
3. 质子不能自由通过内膜。泵出的质子不能 返回，从而形成了跨膜的质子浓度梯度，即： ΔpH，外正内负。此电位差包含着电子传递 过程中所释放的能量，象电池两极的离子浓 度差造成电位差而含有电能一样。
铁硫蛋白
第9章生物氧化与氧化磷酸化
辅酶Q
O
H3CO
CH3
CH3
H3CO
O
(CH2
C H
C
CH2)nH
CH3
CoQ
H2C C C CH2
H
isoprene
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
细胞色素类（Cytochrome, Cyt）
• 是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。 • 呼吸链中主要有a、b、c、三类。差别在于铁卟
高能磷酸化合物的基本概念
• 化学概念：键断裂需要的能量 • 生化概念：键断裂放出的能量
第9章生物氧化与氧化磷酸化
肌酸
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
氮磷键型
氧 磷 键 型
硫酯键型 第9章生物氧化与氧化磷酸化
（二）线粒体的结构与功能
1 双层膜（内膜与外膜）。外膜通透性大，内 膜具有高度的不通透性，物质运输要通过在 内膜上的特殊载体。
Reactive oxygen species produced in mitochondria are inactivated by a set of protective enzymes, including superoxide Dismutase（SOD） and glutathione peroxidase. 第9章生物氧化与氧化磷酸化
即: ATP:O=2:1
第9章生物氧化与氧化磷酸化
磷氧比(P/O):每消耗一分子氧所形成ATP的分子数
因此NADH: P/O=3
因此FADH : P/O=2
第9章生物氧化与氧化磷酸化
2. 氧化磷酸化的机理
1961年，Mitchell提出了化学渗透学说
第9章生物氧化与氧化磷酸化
化 学 渗 透 假 说
磷酸化的类型：
1 氧化磷酸化—呼吸链上的磷酸化
2 光合磷酸化—光合链上的磷酸化
3 底物磷酸化—不经电子链而进行
的磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
1. 氧化磷酸化的部位
抗霉素A CN、N 、CO
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
可见由一分子的NADH将电子传递到氧形成3ATP
即: ATP:O=3:1 由一分子的FADH 将电子传递到氧形成2ATP
第9章生物氧化与氧化磷酸化
啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式不同。 Cyt b、c的铁卟啉与血红素相同； Cyt a的铁卟 啉为血红素A。 • 分子中的铁通过氧化还原而传递电子，为单电子 传递体。
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
（三）氧化磷酸化
磷酸化的定义： 由ADP和磷酸合成ATP的过程
偶联因子
第9章生物氧化与氧化磷酸化
ATP合酶
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
（三）呼吸链—电子传递链
第9章生物氧化与氧化磷酸化
电子传递体
烟酰胺酶类（以NAD为辅酶） 黄素酶类（以FAD为辅酶） 铁硫蛋白（中心） 辅酶Q类 细胞色素类
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
化学渗透假说简单示意图
线粒体膜
线粒体基质
ADP
H2O
e-
ATP
+ Pi
O2
----
+&3;
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
1. 在呼吸链上传氢体和传电子体交替排列, 在线粒体的内膜上具有特定的位置,催化的 反应是定向的。
第9章生物氧化与氧化磷酸化
（五）NADH的跨膜运输 ——穿梭作用
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
2. 氧化磷酸化的调控
能荷= （EC）
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
（六）其他末端氧化酶
➢生物界中末端氧化酶体系有五种类型： 1、细胞色素氧化酶体系 2、酚氧化酶体系 3、抗坏血酸氧化酶体系 4、黄素蛋白氧化酶 5、过氧化氢酶与过氧化物酶
2 内膜向内折叠形成嵴，以扩大反应的表面积。 3 线粒体的中间部分成为衬质或称基质。 4 在内膜上的小颗粒为ATP合成酶（又成为偶
联因子）。
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
线粒体结构--嵴 第9章生物氧化与氧化磷酸化
4. 质子通过特殊的通道返回内膜的途中， 驱动ATP合酶，合成ATP。由质子浓度 梯度所释放的自由能偶联ADP和Pi形成 ATP，质子的化学势梯度也随之消失。
第9章生物氧化与氧化磷酸化
Chemi第o9s章m生物o氧t化i与c氧m化磷o酸d化 el
跨膜pH梯度的测定 解偶联剂的应用
化学渗透的多种现象
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
The Role of Mitochondria in Apoptosis(细胞凋亡) and Oxidative
Stress（氧化胁迫）
Mitochondrial cytochrome c, released into the cytosol, participates in activation of one of the proteases (caspase 9) involved in apoptosis.
第九章 生物氧化
第9章生物氧化与氧化磷酸化
一 生物氧化的概述 • 1 生物体能量的主要来源，在动物中成
为呼吸作用。实质上是解决由NADH+H+ 形成ATP的过程。 • 2 与体外氧化本质相同。 • 3 在温和的条件下进行，能量利用率高。 • 4 在线粒体（真核）或质膜上进行。
第9章生物氧化与氧化磷酸化