05第八讲义章生物氧化与氧化磷酸化

（一）复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ是氧化磷酸化偶联部位
1. 根据P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位
底物
呼吸链的组成
P/O比值 可能生成的 ATP数
β-羟丁酸 NAD+ →复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ 2.5
2.5
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2
琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
1.5
1.5
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2 抗坏血酸 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 细胞色素c (Fe2+) 复合体Ⅳ→O2
糖原
三酯酰甘油
葡萄糖
脂酸+甘油
乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
P141
细胞呼
一、呼吸链
➢定义
吸
P142
代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种
酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与
氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链
(respiratory chain) 又 称 电 子 传 递 链 (electron
铁硫蛋白
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是 异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是 FMN• 。
铁硫蛋白中辅基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原 子和硫原子，其中铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。
0.88
1
0.61～ 0.68
1
线粒体离体实验
2.根据电子传递时自由能变化确定偶联部位 ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
电子传递链自由能变化
区段
电位变化 自由能变化 能否生成ATP (⊿Eº ′) ⊿Gº ′=-nF⊿Eº ′(⊿Gº ′是否大于30.5KJ)
NAD+~CoQ 0.36V 69.5KJ/mol
05第八章生物氧化与氧化磷酸化
精品
生物氧化
体外氧化
* 生物氧化(biological oxidation)
物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主 要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释 放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP
热能
* 生物氧化的一般过程
能
CoQ~Cytc 0.21V 40.5KJ/mol
能
Cytaa3~O2 0.53V 102.3KJ/mol
能
氧化磷酸化偶联部位
ATP
ATP
ATP
P149 （二） 氧化磷酸化的
偶联机理
1. 化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)
电子经呼吸链传递时，可将质子（H+）从线粒体 内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化 学梯度储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动ADP 与Pi生成ATP。
复合体Ⅳ 还原型Cyt c → CuA→a→a3--CuB
→ O2
其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
复 合 体
Ⅳ 的 电 子 传 递 过 程
P148 （二）呼吸链成分的排列顺序
由以下实验确定 ① 标准氧化还原电位 ② 拆开和重组 ③ 特异抑制剂阻断 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧
表示无机硫
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接 形成较长的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应 时可生成中间产物半醌型泛醌。
NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2
还原型Fe-S
Q
氧化型Fe-S
QH2
复合体Ⅰ的功能
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
复合体Ⅱ 琥珀酸→ FAD; Fe-S1 ; Fe-S2 ; Fe-S3; b560 →CoQ
化学渗透假说 简单示意图
线粒体膜
线粒体基质
ADP
H2O
ATP
+
e-
Pi
O2
----
++++
H+
H+
化 学 渗 透 假 说
化学渗透假说详细示意图
4H+ + 4H + + 2H +
胞液侧 H+
黄素蛋白
铁硫蛋白
细胞色素b560
细胞色素 细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子 传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
复合体Ⅲ QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
细胞色素b 铁硫蛋白
细胞色素c1
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶 功能：将电子从细胞色素c传递给氧
transfer chain)。
➢组成 递氢体和电子传递体（2H 2H+ + 2e）
四种具有传递电子功能的酶复合体(complex)
人线粒体呼吸链复合体
* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
Cytc
e-
胞液侧
e-
Q e-
Ⅰ
Ⅱ e-
Ⅲ
e- 线粒体内膜
1. NADH氧化呼吸链
NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体Ⅳ→O2
2. 琥珀酸氧化呼吸链
琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt c → 复合体Ⅳ→O2
NADH氧化呼吸链
琥珀酸氧化呼吸链
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
N A D +/N A D H +H +
FM N/ FM NH2 FAD/ FADH2 C yt b Fe3+/Fe2+
Q 10/Q 10H 2 C yt c1 Fe3+/ Fe2+ C yt c Fe3+/Fe2+ C yt a Fe3+ / Fe2+ C yt a3 Fe3+ / Fe2+ 1/2 O 2/ H 2O
E º' (V ) -0.32 -0.30 -0.06 0.04（ 或 0.10） 0.07 0.22 0.25 0.29 0.55 0.82
Ⅳ
NADH+H+ NAD+
延胡索酸 琥珀酸
基质侧 H2O 1/2O2+2H+
1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶
功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone)
复合体Ⅰ NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ
黄素蛋白
电子传递链
P148
二、氧化磷酸化
* 定义 氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)
是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸 化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。
来自百度文库底 物 水 平 磷 酸 化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重新分 布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的 过程。