第二章生物氧化(电子传递与氧化磷酸化)
电子传递体系与氧化磷酸化2
氧化
磷酸化
__________
NADH+H+ 2H+ ADP+Pi ATP 4H+ 2H+ H2 O 2e2H+ 4H+ 2H+
高 质 子 浓 度
质子流
2H+
线粒体电子传递和H+排出的数目和途径
复合物 III
2H+
FeS
4H+
Cytc CytbK
1
Cytc
Cytc Cytc
2H+
Cyta Cyta3 2e-
磷酸甘油穿梭系统 苹果酸—天冬氨酸穿梭系统
-磷酸甘油穿梭
NADH
（细胞液）
NAD+
3-磷酸甘油 3-磷酸甘油
磷酸二羟丙酮
磷酸二羟丙酮 线 粒 体 内 膜
FADH2
FAD
NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2
（线粒体基质）
苹果酸-草酰乙酸穿梭作用
细胞液 线粒体内膜体 线粒体基质
准确，因为质子泵、 ATP的合成以及代谢物的转运过程并不需要是完整的数 值甚至不需要是固定值，根据当前最新测定， H+经NADH-Q还原酶、细胞 色素还原酶和细胞色素氧化酶从线粒体内膜基质泵出到膜外的细胞液侧时， 一对电子泵出的质子数依次为4、2和4。合成一个ATP分子是由3个H+通过 ATP合酶所驱动，多余的一个H+ ，可能用于将ATP从基质运往膜外细胞溶胶 。因此一对电子从NADH传至02，所产生的 ATP分子数是2.5个。在细胞色素 还原酶的水平进人电子传递链的电子，如琥珀酸，或细胞液中的NADH，它
2、能量偶联假说
1953年 Edward Slater 化学偶联假说 1964年 Paul Boyer 构象偶联假说 1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说
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。
生物氧化习题汇总
第二章生物氧化习题汇总一、名词解释：1、生物氧化(biological oxidation):2、高能键(high-energy bond):4、呼吸链(电子传递链)(respiratory e 1 ectron-transport chain):5、氧化磷酸化(oxidative phosphorylation):6.底物水平磷酸化(substrate level phosphory 1 ation):7.磷氧比(P/0 ratio):8•解偶联剂(uncoupling agent):9.高能化合物(high energy compound):10.化学渗透学说(chemiosmotic theory):二、填空题1.生物氧化中C02生成的基本方式是：____________ 。
2.生物体发生氧化作用的三种主要方式是： __________ 、_________ 、 _______ 。
参与物质氧化的酶一般有________ 、__________ 和_______ 等几类。
3.电对的标准氧化还原电势负值越大，得电子 ________ ，倾向于________ 电子；相反，正值越大，则得电子________ 04.线粒体膜上存在的典型呼吸链有呼吸链和呼吸链两种，这是根据接受代物脱下的氢的___________ 不同而区别的，其P/0值分别为 __________________ 和 _________ 05.呼吸链上唯一的非蛋白组分是： ______________ ,呼吸链上唯一能溶于水的传递体是：_______ 。
6.ATP合酶由_______ 、_______ 、_______ 三部分构成，其活性部位存在于________ 亚基上，该亚基有_______ 、________ 、_______ 三种构型，在________ 状态下，该亚基可合成ATP。
7.体呼吸链的调节主要通过 ________ 调节，使用呼吸链抑制剂 __________________ 等可阻断电子传递，使用___________ 等，可使氧化过程与磷酸化近程脫节，使庄_______________________________ 等，可抑制氧化磷酸化过程。
生物氧化——电子传递和氧化磷酸化作用
氧还－回路机制示意图
质子转移的两种假设机制
（2）质子泵机制
这个机制的内容是，电子传递导致复合 体构象的变化，氨基酸残基在膜内侧结合H+， 构象变化后在膜外侧释放H+，从而把H+从膜 内侧运到膜外。
三种类型的Fe-S cluster
半胱氨酸的巯基硫
Fe
Fe2-S2
Fe4-S4
每传递2个电子，可 驱动4个H+从膜内侧 运到膜外侧。
NADH-Q还原酶 催化的电子传递
电子传递链各个成员
2.辅酶Q
辅 酶 Q （ Coenzyme Q ） 又 称 泛 醌 （ubiquinone），有时简称为Q或UQ，是一种脂溶 性物质，它可以接受1个电子还原成半醌中间体，再 接受1个电子还原成对苯二酚形式。由于其脂溶性强， 可以在线粒体内膜中扩散。它有一个长长的碳氢侧 链，哺乳动物中最常见的是具有10个异戊二烯单位 的侧链，简写为Q10，在非哺乳动物中这个侧链可能 只有6~8个异戊二烯单位。
琥珀酸－Q还原酶 催化的电子传递
电子传递链各个成员
4.细胞色素还原酶
细胞色素还原酶又称复合体Ⅲ、辅酶Q－ 细胞色素c还原酶。它的作用是将还原型辅酶 Q的电子传递给细胞色素c。细胞色素还原酶 中含有细胞色素b，也含有2Fe-2S聚簇。
细胞色素（cytochrome)
细胞色素是一类含有血红素辅基的电子传递蛋 白质的总称。还原型细胞色素具有明显的可见光吸 收，可以看到α、β和γ三个吸收峰，其中α峰的波长 随细胞色素种类的不同而各有特异的变化，可用来 区分不同的细胞色素。氧化型细胞色素在可见光区 看不到吸收峰。细胞色素中的血红素有三种，分别 称为细胞色素a、b和c，同一种细胞色素血红素因结 合的蛋白质不同，其α吸收峰的波长会发生小的变化， 如 细 胞 色 素 还 原 酶 中 含 有 的 细 胞 色 素 b 就 分 为 bH （b562）和bL（b566）两种。
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)。
公卫执业医师生物化学考点：生物氧化
公卫执业医师生物化学考点：生物氧化公卫执业医师生物化学考点：生物氧化生物氧化是在生物体内，从代谢物脱下的氢及电子﹐通过一系列酶促反应与氧化合成水﹐并释放能量的过程。
下面是应届毕业生店铺为大家整理的公卫执业医师生物化学考点：生物氧化，希望对大家有所帮助。
生物氧化一、生物能学的几个概念（一）化学反应中的自由能变化及其意义1、化学反应中的自由能自由能：在一个体系中，能够用来做有用功的那一部分能量称自由能，用符号G表示。
在恒温、恒压下进行的化学反应，其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化来衡量。
自由能的变化：△G = G产物— G反应物= △H —T△S△G 代表体系的自由能变化，△H代表体系的焓变化，T代表体系的绝对温度，△S代表体系的熵变化。
焓与熵都是体系的状态函数。
焓代表体系的内能与压力P*体积V之和：H = U + P*V dH = dU + P*dV + V*dP熵代表体系中能量的分散程度，也就是体系的无序程度：△S = dQ/T ，△S = △S体系+△S环境，只有△S≥0，过程才能自发进行。
2、△G是判断一个过程能否自发进行的根据△G<0，反应能自发进行，能做有用功。
△G>0，反应不能自发进行，必须供给能量。
△G=0，反应处于平衡状态。
一个放热反应（或吸热反应）的总热量的变化（△H），不能作为此反应能否自发进行的判据，只有自由能的变化才是唯一准确的指标。
△G<0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行，催化剂（酶）只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正值，酶也无能为力。
当△G为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才能进行。
（二）标准自由能变化及其与化学反应平衡常数的关系aA+bB → cC+dD标准自由内能变化：在规定的标准条件下的自由能变化，用△G°表示。
标准条件：25℃，参加反应的物质的浓度都是1mol∕L（气体则是1大气压）。
生物氧化-电子传递
动物机体能量的产生与转移与利用
营养物质经过生物氧化生成二氧化碳和水， 营养物质经过生物氧化生成二氧化碳和水，在 此过程中释放能量。其中一部分以热的形式释放， 此过程中释放能量。其中一部分以热的形式释放， 另一部分被“截获”并储存到ATP分子中（使 分子中（ 另一部分被“截获”并储存到 分子中 ADP+Pi ATP, 即磷酸化），可以作为有用功 即磷酸化）， ），可以作为有用功 在各种生理活动，如肌肉收缩（机械能）、 ）、神经传 在各种生理活动，如肌肉收缩（机械能）、神经传 电能）、生物合成（化学能）、分泌吸收（ ）、生物合成 ）、分泌吸收 导（电能）、生物合成（化学能）、分泌吸收（渗 透能）中利用。 透能）中利用。 因此， 因此，ATP（三磷酸腺苷）被称为机体中通用 （三磷酸腺苷） 的能量货币。 的能量货币。
高能磷酸化合物有转移其磷酰基的倾向， 高能磷酸化合物有转移其磷酰基的倾向， 形成较低能量的磷酸脂。ATP是磷酰基的传递体 是磷酰基的传递体。 形成较低能量的磷酸脂。ATP是磷酰基的传递体。
线粒体——细胞的动力站 细胞的动力站 线粒体
生物氧化过程主要在线粒体的内膜上进行， 生物氧化过程主要在线粒体的内膜上进行，内膜上分布着 许多的酶和电子传递体，构成两条呼吸链 呼吸链。 许多的酶和电子传递体，构成两条呼吸链。内膜上结合的 颗粒（内膜粒子，或称基粒、三分体等）具有ATP合酶的 颗粒（内膜粒子，或称基粒、三分体等）具有 合酶的 活性， 活性，称FoF1ATPase 。
1、 烟酰胺脱氢酶类
NAD+
辅酶
NADP+
作用： 作用：递氢体
递氢机制
呼吸链
2H + NAD+
NADH + H+
第二章 生物氧化(电子传递与氧化磷酸化)
(电子传递与氧化磷酸化)
第一节 氧化还原电势 第二节 生物氧化概述 第三节 电子传递链（呼吸链） 第四节 氧化磷酸化 第五节 线粒体穿梭系统
1-还原电势
第一节、氧化还原电势
一、氧化还原电势： 1、概念： • 氧化还原反应：凡在反应过程中有电子从一种物质 （还原剂）转移到另一种物质（氧化剂）的化学反应。 往往是可逆的 • 还原剂：在氧化还原反应中提供电子的物质。 • 氧化剂：夺得电子的物质 • （氧化）还原电势：还原剂失去电子（氧化剂得到电 子）的倾向。 • 氧化－还原电子对：氧化剂和还原剂相偶联构成的， 任何氧化还原电子对都有特定的标准电势
1-还原电势-生物体内还原电势
生物体内一些反应的标准氧化还原电势（P117）
还原剂 铁氧还蛋白（还原态） 氧化剂 铁氧还蛋白（氧化态） E’0伏 －0.43
H2
NADH(+H+) NADPH(+H+) Cytb（Fe2＋) 泛醌（还原态） Cytc（Fe2＋） H2O
2H+
NAD+ NADP+ Cytb（Fe3＋） 泛醌（氧化态） Cytc（Fe3＋） 1/2O2+2H+
第三节
电子传递链（呼吸链)
一、线粒体的通透性
•外膜：自由透过小分子和离子 •内膜： •不能自由透过小分子和离子，包括 NADH、ATP、ADP、Pi和 H+。 •有电子传递体、ATP合酶（FoF1） •膜间隙：含有许多可溶性酶、底物和一 些辅助因子。 基质：有丙酮酸脱氢酶、TCA的酶、脂肪 酸氧化的酶、氨基酸氧化的酶、DNA、核 糖体、ATP、ADP、Pi、Mg2＋、可溶的中 间产物、其他酶
正极反应: Cu↔Cu2++2e
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
12 电子传递与氧化磷酸化
电子传递过程中的一系列氧化还原反应 是由许多电子传递体（即电子载体）所组成 的电子传递链（即呼吸链）完成的。
电子传递链的主要组分: 烟酰胺腺嘌呤核苷酸、黄素蛋白、铁-硫蛋白、
辅酶Q﹑以及 细胞色素类蛋 白，由它们所 构成的酶复合 物在线粒体内 膜上的定位关 系与它们在电 子传递链中的 严格顺序是一 致的。
4、辅酶Q
它占据 着电子传递 链的中心， 是电子传递 过程中的电 子集中点
5、细胞色素(cytochromes)
细胞色素的吸收 光谱位于可见光范围 内 。 根 据 α- 吸 收 带 的 实 际 波 长 可 分 为 a、b、 c三类细胞色素。在哺 乳动物线粒体电子传 递 链 中 ， 至 少 存 在 b、 c、c1、a 和 a3 等 五 种 细胞色素蛋白。图是 细胞色素c氧化型和还 原型的吸收光谱。
1、烟酰胺腺嘌呤核苷酸(NAD+和NADP+)
多 数 脱 氢 酶 是 以 NAD+ 作 为 辅 酶 ； NAD＋ 具有集中电子的作用。
2、黄素蛋白
黄 素 蛋 白 ( flavoproteins， 简 为 fp) 或 黄 酶 (flavoenzymes) 辅基或是FMN，或是FAD，它 们在氧化还原反应中可以接受或供出一个或二 个电子。
一、线粒体的形态和结构
线粒体的外形很象动物的肾，其大小与一 个细菌的大小接近，很可能是由内共生细菌进 化而来，故有线粒体内共生起源之说.
线粒体是由双层膜包围的细胞器:
二、线粒体的跨膜转运系统
1、细胞溶质（胞液）还原当量的跨膜转运
胞液中糖酵解产生的NADH上的电子可 通过苹果酸-天冬氨酸穿梭或者磷酸甘油穿梭 系统转运进入到线粒体内膜的电子传递系统 中。
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
生物氧化习题汇总
生物氧化习题汇总第二章生物氧化习题汇总一、名词解释：1、生物氧化（biological oxidation）：2、高能键（high-energy bond）：4、呼吸链（电子传递链）（respiratory electron-transport chain ）:5、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）：6. 底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）：7. 磷氧比（P/O ratio）：8.解偶联剂（uncoupling agent）：9. 高能化合物（high energy compound）：10. 化学渗透学说(chemiosmotic theory)：二、填空题生成的基本方式1.生物氧化中CO2是：。
2.生物体内发生氧化作用的三种主要方式是：、、。
参与物质氧化的酶一般有_________、_________和_________等几类。
3.电对的标准氧化还原电势负值越大，得电子，倾向于电子；相反，正值越大，则得电子。
4.线粒体内膜上存在的典型呼吸链有_________呼吸链和_________呼吸链两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的_________不同而区别的，其P/O值分别为_________和_________。
5.呼吸链上唯一的非蛋白组分是：，呼吸链上唯一能溶于水的传递体是：。
6.A TP合酶由、、三部分构成，其活性部位存在于亚基上，该亚基有、、三种构型，在状态下，该亚基可合成ATP。
7.体内呼吸链的调节主要通过调节，使用呼吸链抑制剂等可阻断电子传递，使用等，可使氧化过程与磷酸化过程脱节，使用等，可抑制氧化磷酸化过程。
8.线粒体外的氧化主要通过穿梭和穿梭完成，前者可将胞质中NADH转换成线粒体中的，主要发生在组织，后者可将胞质中NADH 转换成线粒体中的，主要发生在组织，其P/O值分别为_________和_________。
2014 生物氧化—电子传递和氧化磷酸化
非标准状态下，根据实际参加反应物和产物浓度， 用能斯特方程式计算，求出反应的电动势。
第三节 电子传递链
1. 电子传递过程: 指还原型的辅酶（NADH、 FADH2）通过电子传递再氧化的过程。
电子传递链：由一系列具有氧化还原作用的载体组成，
电子、质子通过呼吸链中4个复合体概况
(四)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。
电子传递的抑制剂： 1. 鱼藤酮 、安密妥 、杀粉蝶菌素
NADH || CoQ
2. 抗霉素A
Cytb || CytC1
3. 氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO
铂酸-Q还原酶（复合体II)、细胞色素还原酶（复合体
III)、细胞色素C和细胞色素氧化酶（复合体IV ） 。
• 主链上形成三个复合物，包埋在线粒体内膜，每
一复合体包括几个电子或氢传递体，三个复合物之间 由两个小电子载体(CoQ和CytC)相连。
•有三个ATP形成位点.
氧化呼吸链各组分的顺序排列是由以下实验确定的
并且按其对电子亲和力递增的顺序排列, 即电子从 NADH(-0.32V)系列电子传递体 氧(+0.82V)的方向传递。
2. 电子传递链(呼吸链)的组成特点
• 呼吸链中的传递体大多和水不溶性蛋白相结合，多
数嵌合在线粒体内膜中。传递体包括氢传递体（电 子、质子）和电子传递体两大类。
• 组成包括：NAD-Q还原酶（复合体I ）、CoQ、琥
第二节 氧化还原电势 (E°)
还原电位可以 通过电化学装 置定量地测定。 其原理可以通 过一对电子从 锌原子转移到 一个铜离子 （Cu2+）的简 单的氧化－还 原反应来说明。
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。
《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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1-还原电势-生物体内还原电势
二、生物体内的氧化还原电势
生物体内所有的工作都直接或间接地依赖氧化还原反应 中的电子流，电子流能为生物化学做功。 •“生物学电路”：电子源＝相关的还原性化合物如葡萄糖； 通过酶促氧化，释放的电子通过电子传递体自然地流向另一 具有高电子亲和力地物质如O2 • 在非光和作用生物体中，电子源＝还原性化合物（食物） 在光和作用生物体中，最初的电子供体＝受吸收光激发的 化学物质 • 如果存在2种对电子有亲和力的物质，那么电子能够通过 “连接线路”在两种物质间自然流动，通过电动势驱动到 另一亲电子物质
1-还原电势-概念
原电池
负极
Zn
Zn电极标准电极 势： -0.763V
e 盐桥
正极
Cu
Cu电极标准电 极势： +0.34V
ZnSO4
CuSO4
Zn ＋ Cu2+ ↔ Zn2+ + Cu 还原剂 氧化剂 被氧化 被还原
两个半 反应 负极反应: Zn↔Zn2++2e E0 Zn2+/ Zn= - 0.76V
例题
练习
2-生物氧化-概念
第二节
一、生物氧化概念：
生物氧化概述
广 义 生 物 氧 化
有机物的C→CO2（脱羧作用：如TCA）
有机物的H+O2→ H2O（氧化的电子传递过程）
狭 义 生 当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量是如 物 何贮存在ATP中（氧化磷酸化） 氧 化
2-生物氧化-特点
二、生物氧化的特点：
• 酶促反应（是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作 用下逐步完成） • 条件温和（常温常压、近中性pH、有水的活细胞中）
• 复杂的氧化还原过程
• 逐步放能，以ATP形式储存和转运能量 • 真ຫໍສະໝຸດ 细胞在线粒体，原核细胞在细胞质进行。
2-生物氧化-类型
三、生物中氧化还原类型：
在生物氧化过程中，主要包括如下几种氧化方式。 1．脱氢氧化反应
H R C O H 2O H R C OH OH ø O R C OH + 2H + + 2e -
2-生物氧化-类型
2．氧直接参加的氧化反应 • 加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子中。
甲烷单加氧酶
CH4 + NADH + O2
CH3-OH + NAD+ + H2O
• 氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应， 反应产物为水。是各种脱氢反应中产生的氢质子 和电子的最后氧化形式。
1-还原电势-生物体内还原电势
生物体内一些反应的标准氧化还原电势（P117）
还原剂 铁氧还蛋白（还原态） 氧化剂 铁氧还蛋白（氧化态） E’0伏 －0.43
H2
NADH(+H+) NADPH(+H+) Cytb（Fe2＋) 泛醌（还原态）
2H+
NAD+ NADP+ Cytb（Fe3＋） 泛醌（氧化态）
（1）脱氢 • 催化脱氢反应的是各种类型的脱氢酶。
COOH CH2 CH2 COOH
琥珀酸脱氢酶
COOH CH CH COOH + 2H+ + 2e-
2-生物氧化-类型
•如乳酸脱氢酶
OH C H3C H C O O H N AD
+
O
C H 3C C O O H N ADH
（2）加水脱氢
• 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。
练习
3-呼吸链-线粒体
第三节 电子传递链（呼吸链)
一、线粒体的通透性
•外膜：自由透过小分子和离子 •内膜： •不能自由透过小分子和离子，包括 NADH、ATP、ADP、Pi和 H+。 •有电子传递体、ATP合酶（FoF1） •膜间隙：含有许多可溶性酶、底物和一 些辅助因子。 基质：有丙酮酸脱氢酶、TCA的酶、脂肪 酸氧化的酶、氨基酸氧化的酶、DNA、核 糖体、ATP、ADP、Pi、Mg2＋、可溶的中 间产物、其他酶
正极反应: Cu↔Cu2++2e
E0 Cu2+/ Cu=+ 0.34V
ΔE0 = E0正极-E0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V
1-还原电势-概念
2、电极电势计算：
a[氧化态] + ne = b [还原态] 任意电极电位(电势)的能斯特方程： E= E0 + RT ln nF [还原剂]b
F：法拉第常数 （96485库仑/mol） T：绝对温度 R：气体常数 （8.314焦耳/升· 摩尔） N：为电子价数的变化
[氧化剂]a
1-还原电势-概念
3、电子转移的方式
（1）电子形式转移： Fe2＋＋Cu2＋ Fe3＋＋Cu＋ A+BH2
（2) 氢原子形式的转移： AH2+B
(3) 有机还原剂直接加氧时，电子转移至O: RH+½ O2 ROH
基质 外膜 嵴 膜间腔 F1-F0复合体 内膜
线粒体结构模式图
3-呼吸链-线粒体
线粒体嵴的ATP合酶分子组成
1、自由能和氧化还原电势的关系 生物体内的氧化还原反应基本原理和化学电池一 样，也可做成化学电池。 △G=-Wmax 且电池所做的最大功 = 电势差×电 量 △G0’ = -Wmax = -nF△E0′ n = 转移电子数 F = 法拉第常数 （1摩尔 = 6.02×1023个电子 = 1法拉第 = 96485 库仑/摩尔＝96.5KJ/V.Mol＝23.062Kcal/Mol）
第二章 生物氧化
(电子传递与氧化磷酸化)
第一节 氧化还原电势 第二节 生物氧化概述 第三节 电子传递链（呼吸链） 第四节 氧化磷酸化 第五节 线粒体穿梭系统
1-还原电势
第一节、氧化还原电势
一、氧化还原电势： 1、概念： • 氧化还原反应：凡在反应过程中有电子从一种物质 （还原剂）转移到另一种物质（氧化剂）的化学反应。 往往是可逆的 • 还原剂：在氧化还原反应中提供电子的物质。 • 氧化剂：夺得电子的物质 • （氧化）还原电势：还原剂失去电子（氧化剂得到电 子）的倾向。 • 氧化－还原电子对：氧化剂和还原剂相偶联构成的， 任何氧化还原电子对都有特定的标准电势
－0.42
－0.32 －0.32 0.07 0.10
Cytc（Fe2＋）
H2O
Cytc（Fe3＋）
1/2O2+2H+
0.235
0.815
1-还原电势-生物体内还原电势
• 电子从E0′值小的物质转移到E0′大的物质
• △E0′＝E0′电子受体－E0′电子供体
• △ G 0’ = -nF△E0′ △ E0′ > 0 △G0 ’ <0