关于电子传递与氧化磷酸化课件
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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
电子传递体系与氧化磷酸化幻灯片PPT
化学反响自由能的计算
a.利用化学反响平衡常数计算 根本公式：ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：计算磷酸葡萄糖异构酶反响的自由能变化
b.利用标准氧化复原电位〔E° 〕计算〔限于氧化还 原 响〕
根本公式：ΔG°′=－nFΔE°′ (ΔE°′=E+°′-E-°′)
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
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〕
NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
正极反响：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反响：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.3
ΔG°′ -nFΔE°′ -2×96485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
生物系统中的能流
四、高能化合物
例：计算NADH氧化反响的ΔG°′
计算磷酸葡萄糖异构酶反响的自由能变化
例题： 反响G-1-P G-6-P在380C到达平衡时， G-1-P 占5%，G-6-P占95%，求 G0 。如果反响未到
达平衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-
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
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)。
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。
第二章 生物氧化(电子传递与氧化磷酸化)
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
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
12-电子传递和氧化磷酸化
化学电池
线粒体中
（a）在化学电池中，电子通过连接两个原电池的导线从XH2流向氧化剂O2。 （b）在线粒体中，质子被跨膜转运到膜间隙，造成跨膜的质子浓度梯度，质 子沿着膜间隙水相环路（相当于导线）流回基质。
根据基质和胞液pH值，质子跨膜时的自由能的变化可表达为： △G ＝ 2.303RT(log[H＋外]－log[H＋内]) ＋ F△ψ ＝ -2.303RT(pH外－pH内) ＋ F△ψ ＝ 2.303RT(pH内－pH外) ＋ F△ψ ＝2.303RT△pH ＋ F△ψ (3)
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：
来时，它可以催化ATP的水解，习惯上都将F1称之F1ATP酶。
Fo是一个跨膜的质子通道，质子经过通道进入基质的过程
与ATP的形成耦联。每合成一分子ATP大约有3H＋经通道进入 基质。之所以命名为Fo是因为该成分对寡霉素敏感，寡霉素可
结合在通道中，防止质子的进入，抑制ATP的合成。
大肠杆菌ATP合成酶的球-柄形结构
C6H12O6 ＋ 6O2 —→ 6CO2 ＋ 6H2O
这一总反应实际上由两个不同的代谢过程偶联进 行的结果。前面讨论的有关糖酵解和柠檬酸循环只是 构成了其中一半的反应，即：
C6H12O6 ＋ 6H2O —→ 6CO2 ＋ 24H＋ ＋ 24e－
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。
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。
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❖ 以 FMN 或 FAD 为辅基的蛋白质统称黄素蛋白。
FMN通过氧化还原变化可接收NADH+H+的氢以及电子。
FMN(FAD)+2H
FAD(FMN)H2
NADH-Q 还原酶先与(NADH+H+)结合并 将(NADH+H+) 上的两个氢转移到 FMN 辅 基上，电子经铁硫蛋白的铁硫中心传递给 辅酶Q。
(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
例： R
H2N-CH-COOH
氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
O
CH3-C-COOH
CoASH
丙酮酸脱氢酶系 NAD+
CH3COSCoA+CO2
NADH+H+
三、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+、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 。
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
铁硫聚簇借Fe2+和 Fe3+的互变传递电子，每次传递
一个电子.(Fe3+ +e-Fe2+ )
Cys S
S
S Cys
+e-
Fe3+
Fe3+
Cys S
S
S Cys
Cys S
S
S Cys
Fe3+
Fe2+
Cys S
S
S Cys
(4)辅酶Q(泛醌,CoQ，是许多酶的辅酶)
辅酶Q（泛醌, CoQ, Q）是电子传递链中的唯一的一种非蛋 白质组分，功能基团是苯醌，在电子传递过程中可在醌型 （氧化型）与氢醌型（还原型）之间相互转变。NADH和 FADH2上的H和电子都必须经过辅酶Q最终传递到氧分子，因 此，它是电子传递链的中心和电子集中点。
NADH + H+ + FMN
FMNH2 + NAD+
e 铁硫蛋白复合物
e CoQ
(3)铁硫蛋白
含有Fe和对酸不稳定的S原子,Fe 和S常以等摩尔量存在（Fe2S2, Fe4S4 )，构成铁硫中心（铁硫 聚簇），Fe通过蛋白质分子中的 4个Cys残基的巯基与蛋白质相连 结。称为铁硫蛋白（非血红素铁 蛋白）。一次可传递一个电子至 CoQ。
CoA等）。
共同中间物进 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。
第二节 线粒体的结构与功能(P179)
线粒体的结构特点
线粒体有两层膜。中间有膜间隙。 1.外膜：平滑，透性高，外膜的蛋白质含有线
粒体孔道蛋白,外膜的主要功能：保持线粒 体的形态
关于电子传递与氧化磷酸化
第一节 生物氧化概述(P171)
一、生物氧化的概念和特点 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
一、生物氧化的概念和特点
（一）生物氧化的概念
概念：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）。 实质：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，又称为 细胞呼吸。
线粒体是生物氧化的发生场所
线粒体的功能
线粒体普遍存在于动植物细胞内，是需氧 细胞产生ATP的主要部位。 真核生物的电子传递和氧化磷酸化都是在 细胞的线粒体内膜发生的。
第三节 电子传递链（P180）
定义:线粒体基质是底物氧化的场所，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。这种由递氢体和递电子体按 一定顺序排列构成的电子传递系统称为电子传递链 （eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作 用直接相关，亦称为呼吸链。
2.内膜:含有许多生物活性蛋白质，包括电子传 递链和氧化磷酸化的有关组分及许多转运蛋 白，是线粒体功能的主要承担者.内膜形成 了许多向内褶叠的嵴，嵴的存在大大增加了 内膜的面积， 扩大了它产生ATP的能力。
3.基质(matrix)：在嵴和嵴之间构成分隔的区 室，内部充满胶状的基质,基质内含有大量 的酶及线粒体DNA和核糖体
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
2H+
1\2 O2 O2H2O
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）
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
（二）生物氧化的特点
1. 反应由酶催化，反应条件温和； 2. 反应分步进行，顺序性 3. 能量逐步放出，且放出的能量以化学能的 方式储存于 ATP中，能量利用率高。
注：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。
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二、生物氧化中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： 分为单纯脱羧和氧化脱羧
NAD+ + 2e- +2H+ NADH + H+ NADP+ + 2e- +2H+ NADPH + H+
大多数脱氢酶以NAD+ 为辅酶，所以NADH所携带的高能电 子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。
(2)NADH-Q还原酶（复合物 Ⅰ）
❖ NADH-Q还原酶是一个大的蛋白质复合体，以FMN 和铁-硫聚簇（Fe-S）为辅基，以辅酶Q为辅酶，由 辅基或辅酶负责传递电子和氢。