第六章 生物氧化 —— 电子传递链和氧化磷酸化
第七章 生物氧化
? 第一节 生物氧化概述
? 第二节 电子传递链
? 第三节 氧化磷酸化
第一节 概述
一、概念和意义,
概念:有机物质在细胞内的氧化作用。
高等
动物吸入 O2,呼出 CO2,故称为呼吸作
用 。
意义:提供能量
第一节 概述
生物氧化 体外燃烧
细胞内进行
有酶的参与 无酶的参与
体外进行
能量逐步释放
并转化成 ATP
能量一次释放
转换成光和热
二、生物氧化的特点(与燃烧的区别),
第一节 概述
? 三,C如何氧化生成 CO2
? —— 脱羧基作用
? 氧化脱羧基,
? 直接脱羧基,
? 四,H如何氧化生成 H2O,如何
释放能量
? —— 脱氢酶,电子传递链 生成
H2O。
? —— 氧化磷酸化 生成能量,还
有底物水平磷酸化。
第一节 概述
大分子 小分子
2H
辅酶 ( NAD+或 FAD) NADH+H+或 FADH2
2H+ + 2e
2H+ + 2e 2H+ + 2e
H2O 受氢体 ( O2)
ADP ATP
第一节 概述
电子传递链
脱氢酶
?一、概念,
代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落
后,经过一系列的传递体,最后传递
给被激活的氧分子,而生成水的全部
体系称为电子传递链。又称为呼吸链。
第二节 电子传递链
第二节 电子传递链
? 二、组成,
? 电子传递体:递氢体和递电子体。
可以传递 H或 e-。
? 以复合物 (酶 )的形式存在于 线粒体
内膜上(真核)
第二节 电子传递链
? 包括,
? NADH- Q还原酶(复合体 Ⅰ )
? 琥珀酸- Q还原酶(复合体 Ⅱ )
? 细胞色素 c还原酶(复合体 Ⅲ )
? 细胞色素 c氧化酶(复合体 Ⅳ )
? 辅酶 Q
? 细胞色素 c
第二节 电子传递链
? 三、种类,
电子传递链按氢的初始受体分为,
NADH呼吸链和 FADH2呼吸链 。
第二节 电子传递链
第二节 电子传递链
复合体 Ⅰ, 辅酶 Q,复合体 Ⅲ, 细胞色素 c和复合体 Ⅳ
( 一) NADH呼吸链
O2 FMN Fe-S Cytb Fe-S cytc1 cytaa3 CoQ Cyt c NADH+H+
Ⅰ Ⅲ Ⅳ
? 1.复合体 Ⅰ ( NADH- Q还原酶 )
? 辅基是 FMN和铁 -硫中心( Fe-S)
? 作用, 使 NADH被氧化,辅酶 Q被还原。
? 既是黄素蛋白,又是 铁硫蛋白。
第二节 电子传递链
第二节 电子传递链
? FMN的结构
C
C
C
H
C
C
H
C
N
C
C
N
N
C
N H
C
H 3 C
H 3 C
O
O
C H 2
H C
H C
H C
H 2 C
O H
O P O -
O
O -
O H
O H
C
C
C
H
C
C
H
C
N
C
C
H
N
N
C
N H
C
H
3
C
H
3
C
O
O
C H
2
H C
H C
H C
H
2
C
O H
O P O -
O
O -
O H
O H
C
C
C
H
C
C
H
C
N
C
C
H
N
N
H
C
N H
C
H
3
C
H
3
C
O
O
C H
2
H C
H C
H C
H
2
C
O H
O P O -
O
O -
O H
O H
e
?
+ H
+
e
?
+ H
+
F M N F M N H 2 F M N H ·
FMNH2 FMN+ 2H
第二节 电子传递链
? 铁-硫中心的结构
? Fe3+ + e ? Fe2+
Cys S S S Cys
Fe3+ Fe3+
Cys S S S Cys
氧化型
Cys S S S Cys
Fe3+ Fe2+
Cys S S S Cys
还原型
+e
NAD+
NADH+ H+ FMN
FMNH
2
2Fe3+
2Fe2+
2(Fe-S) 2e+ 2H+
CoQ
CoQH2

FMN Fe-S CoQ NADH+H+

2e+ 2H+
第二节 电子传递链
Aox + Bred ? Ared + Box
第二节 电子传递链
? 2.辅酶 Q( CoQ),
? 又称泛醌 。 处于中心,
在复合体 Ⅰ 和 Ⅲ 之间
及 Ⅱ 和 Ⅲ 之间传递氢
和电子。
O
O
C H
3
O
C H
3
C H
3
O
( C H
2
C H C C H
2
)
n
H
C H
3
O H
O H
C H
3
O
C H
3
C H
3
O
( C H
2
C H C C H
2
)
n
H
C H
3
2 e
?
+ 2 H
+
co en z y m e Q
co en z y m e Q H
2
Q + 2 e? + 2 H+ ?? QH2
? 3.复合体 Ⅲ (细胞色素还原酶)
? 辅基是细胞色素 b( Cytb) 和 Cytc1以及 Fe-S。
? 作用:将电子从 CoQH2传递给 Cytc,使 Cytc还
原 。
第二节 电子传递链
C y t och r om e c
PD B
5 C YT
Ly s 13
Ly s 72
hem e
Fe3+ + e ? Fe2+
N
N N
N
Fe3+
H3C-
-CH3
-CH=CH2
CH3
CH2
CH2
COO-
CH2
CH2
COO-
H3C-
H2C=CH



素b


Fe3+ + e ? Fe2+
Cytb Fe-S cytc1 CoQH2 cytc

2Fe2+ 2Fe3+
CoQH2
CoQ
2Fe3+
2cytb
2Fe2+ 2Fe3+
2Fe2+
2Cytc1
2Fe2+
2Fe3+
2(Fe-S) 2cytc

2e+ 2H+
第二节 电子传递链
第二节 电子传递链
? 4.Cytc:在复合体 III和 Ⅳ 之间传递电子 。
N
N N
N
Fe3+
H3C-
-CH3
-CH-CH3
CH3
CH2
CH2
COO-
H3C-
Cys
S
H3C-CH Cys S
蛋白质



素c


CH2
CH2
COO- Fe3+ + e ? Fe2+
第二节 电子传递链
? 5.复合体 Ⅳ (细胞色素氧化酶)
? 辅基是 Cytaa3及 2个铜原子( CuA,
CuB)。 作用:将电子从 Cytc传递给
O2。
N
N N
N
Fe3
+
CH3
CH2-(CH2-CH=C-CH2)3-H
HO-CH
H3C-
-CH3
-CH=CH2
O
HC-
CH3
CH2
CH2
COO-
CH2
CH2
COO-



素a


第二节 电子传递链
第二节 电子传递链
细胞色素氧化酶
M
MH2 NAD+
NADH2 FMN
FMNH2 2Fe3+
2Fe2+
2(Fe-S)
CoQH2
CoQ
2Fe3+
2Fe2+
2Cytb
复合体 Ⅰ
2Fe3+
2Fe2+ 2Fe3+
2Fe2+
2Cytc1
2Fe2+
2Fe3+
2Fe3+
2Fe2+
2Cytaa3 2(Fe-S) 2Cytc
H2O
1/2O2
复合体 Ⅳ 复合体 Ⅲ
O2 FMN Fe-S Cytb Fe-S cytc1 cytaa3 CoQ Cyt c NADH+H+
Ⅰ Ⅲ Ⅳ
NAD
H









( 二) FADH2呼吸链组成,
复合物 Ⅱ, CoQ,复合物 Ⅲ, Cytc和复合物 Ⅳ 。
第二节 电子传递链
Cytb Fe-S cytc1 cytaa3 FADH2 Fe-S CoQ cytc
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
O2
琥珀酸
延胡索酸
第二节 电子传递链
? 1.复合体 Ⅱ (琥珀酸- Q还原酶)。
? 辅基为 FAD和 Fe-S,包括琥珀酸脱氢酶。
? 作用:将氢和电子从琥珀酸传递给
辅酶 CoQ。
FADH2 Fe-S CoQ

2Fe3+
2Fe2+
2(Fe-S)
CoQH2
CoQ FAD
FADH
2

2e+ 2H+
延胡索酸
琥珀酸
第二节 电子传递链
延胡索酸
琥珀酸 FAD
FADH2 2Fe3+
2Fe2+
2(Fe-S)
CoQH2
CoQ
2Fe3+
2Fe2+
2Cytb
复合体 Ⅱ
2Fe3+
2Fe2+ 2Fe3+
2Fe2+
2Cytc1
2Fe2+
2Fe3+
2Fe3+
2Fe2+
2Cytaa3 2(Fe-S) 2Cytc
H2O
1/2O2
复合体 Ⅳ 复合体 Ⅲ
Cytb Fe-S cytc1 cytaa3 FADH2 Fe-S CoQ cytc
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
O2
FAD
H
2







第二节 电子传递链
?四、电子传递体的排列顺序证据,
?1.拆开和重组
?2.氧化还原电位:从低电位向高
电位传递。
- 0,32 + 0,1 + 0,03 + 0,22 + 0,25 + 0,29 + 0,816- 0,06
FADH
- 0,18
电子迁移方向
低 高
NADH F M N Co Q b c 1 c aa 3 O
2
E
0
'
2
E
0
'
⊿ Go'=-nF⊿E o'
第二节 电子传递链
3.电子传递抑制剂,
阻断呼吸链中某部位电子传递的物质。
第二节 电子传递链
O2
NADH
NADH-Q还原酶
被鱼藤酮、安密妥、杀蝶素 A抑制
CoQ
Cytb
Cytc1
Cytc
Cytaa3
被氰化物、一氧化碳、硫化氢、叠氮化合物抑制
被抗霉素 A抑制
电子传递抑制剂
及作用部位
第三节 氧化磷酸化
? 一、氧化磷酸化的概念
? 二、氧化磷酸化的偶联部位和 P/O比
? 三、氧化磷酸化的作用机理
? 四、氧化磷酸化的解偶联剂
? 五、氧化磷酸化的抑制剂
? 六、线粒体穿梭系统
?一, 概念
?电子传递或氧化过程与 ADP磷酸化
形成高能 ATP相偶联的作用。
?部位:线粒体 内膜 上,ATP合成酶
参与。
第三节 氧化磷酸化
FMN Fe-S Cytb Fe-S cytc1 cytaa3
Fe-S
FADH2
NADH+H+ CoQ cytc

ADP+Pi ADP+Pi ADP+Pi ATP ATP ATP
琥珀酸
O2
Eo' = -0.32V ?Eo
' = 0.42V
?Eo' = 0.07V
Eo' = 0.03V
?Eo' = 0.19V E
o' =
0.10V
Eo' = 0.29V ?Eo' = 0.53V
Eo' = 0.82V
⊿ Go'=-nF⊿E o'
第三节 氧化磷酸化
是 需氧生物 获得能量的主要方。
底物水平磷酸化、光合磷酸化。
?二, 生成 ATP相关
?偶联部位:复合体 Ⅰ, Ⅲ, Ⅳ
?P/O比值,
NADH呼吸链= 3( 2.5) = 3ATP
FADH2呼吸链= 2( 1.5) = 2ATP
第三节 氧化磷酸化
第三节 氧化磷酸化
三, 作用机理
?化学渗透学说
第三节 氧化磷酸化
?电子传递体利用传递过程释放
的能量将 H+泵到内膜外侧胞质
中, 形成 电化学梯度和浓度梯
度, 将能量贮存 。 H+ 会顺浓度
梯度回流, 将贮存的能量释放
同时被 ATP合成酶利用, 驱动
ADP与 Pi生成 ATP。
基质侧
? 四, 解偶联剂
如:解偶联蛋白
? 五, 氧化磷酸化抑制剂,
如:寡霉素
第三节 氧化磷酸化
? 六, 线粒体的穿梭系统 (真核 )
—— 胞质 ( 浆 ) 中 NADH的氧化
第三节 氧化磷酸化
1.α -磷酸甘油穿梭,1NADH=2ATP
① 胞液中 α -磷酸甘油脱氢酶;② 线粒体内 α -磷酸甘油脱氢酶
肌肉、神经组织
2.苹果酸 -天冬氨酸穿梭 1NADH=3ATP
① 胞液或线粒体苹果酸脱氢酶;
② 胞液或线粒体谷 -草转氨酶;
肝、肾等组织