第七章
生物氧化
Biological Oxidation
生物氧化 的概念
生物氧化 的主要方式
脱氢、失电子、加氧
物质在生物体内进行氧化分解的作用
称为生物氧化，它主要指糖、脂肪和蛋
白质等在体内分解时逐步释放能量，最
终生成水和二氧化碳的过程。
体内氧化与体外氧化的主要异同点
相同点,1）终产物相同,CO2 + H2O
2）均需氧，且总耗氧量相同
3）产生的总能量相同
不同点,1）体内反应条件温和，体外剧烈
2）体内能量逐步释放，体外直接
3）能量产生形式：体内为化学能和热
能，体外为热能和光能。
4）体内 CO2由脱羧产生,H2O由脱下
的氢经呼吸链传递给氧生成；体外
则由碳、氢直接与氧结合生成。
第一节
生成 ATP的氧化体系
一、呼吸链
1.1 呼吸链的概念
1.2 呼吸链的组成
1.3 呼吸链成分的排列顺序
1.4 2 条重要的氧化呼吸链
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 。 此过程与细胞
呼吸有关, 故将此传递链称为 呼吸链
（ Respiratory chain）, 又称 电子传递链
（ Electron transfer chain）
呼吸链分布于线粒体内膜
1.1 呼吸链的概念
线粒体的结构
表：人线粒体呼吸链复合体
复合体 酶名称 多肽链数 辅基
复合体 I NADH-泛醌还原酶 39 FMN,Fe-S
复合体 II 琥珀酸 -泛醌还原酶 4 FAD,Fe-S
复合体 III 泛醌 -细胞色素 c还原酶 10 铁卟啉,Fe-S
复合体 IV 细胞色素氧化酶 13 铁卟啉,Fe-S
I
II
III IV Q
e- e-
e- e-
e-
O2
FADH2 NADH
胞液侧
线
粒
体
内
膜
基质侧
呼吸链各复合体位置示意图
Cyt c1
A、复合体 I,NADH-泛醌还原酶
a,NAD+（辅酶 I,Coenzyme I,Co I）
NADP +（辅酶 II,Coenzyme II,Co II）
b、黄素蛋白（辅基为,FMN； Flavoprotein）
c、铁硫蛋白（ Iron-sulfer protein）
d、泛醌（辅酶 Q,Coenzyme Q,Co Q）
a,NAD+ 烟
酰
胺
腺
嘌
呤
二
核
苷
酸
NAD+ + 2H NADH+H+
功能：作为脱氢酶的辅酶，接受代谢物脱下的
2H，并将其传递给复合体 I。
NADP+
NADP+ + 2H NADPH+H+
烟
酰
胺
腺
嘌
呤
二
核
苷
酸
磷
酸
b,黄素蛋白
辅基,FMN（黄素单核苷酸）
功能,从 NADH接受质子和电子并将其传递给 Co Q
c,铁硫蛋白
辅基：铁硫簇 （ iron-sulfer cluster,Fe-S）
功能,将 FMNH2的电子传递给 Co Q
Fe 2+ Fe 3+ +e
铁硫蛋白的分子结构
d、泛醌（辅酶 Q）
Co Q + 2H Co QH2
功能：将 2e传递给复合体 III，其后的传递过程
均为递电子。
B、复合体 II：琥珀酸 -泛醌还原酶
a、黄素蛋白（辅基为,FAD）
b、铁硫蛋白
c、细胞色素 b560
功能：将 2H由琥珀酸传递给 Co Q
1、概念,是生物细胞内一类电子传递的
酶类，因为呈红色，故名细胞色素。
2、分类,a,b,c 三类及亚类
3、辅基,铁卟啉
4、功能,传递电子
Fe 2+ Fe 3+ +e
细胞色素 （ Cytochrome,Cyt）
N
N N
N
Fe3+
H3C-
-CH3
-CH=CH2
CH3
CH2
CH2
COO-
CH2
CH2
COO-
细
胞
色
素
b
辅
基
H3C-
H2C=CH
细胞色素 b的分子结构
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-
细
胞
色
素
a
辅
基
N
N N
N
Fe3+
H3C-
-CH3
-CH-CH3
CH3
CH2
CH2
COO-
CH2
CH2
COO-
细
胞
色
素
c
辅
基
H3C-
Cys
S
H3C-CH Cys S
蛋白质
C、复合体 III：泛醌 - Cyt c还原酶
A,Cyt b562
B,Cyt b566
C、铁硫蛋白
D,Cyt C1
功能：将 2e由 Co Q传递给 Cyt C
D、复合体 IV,Cyt c 氧化酶
A,Cyt a
B,Cyt a3
又称为 Cyt aa3
Cu + Cu 2+ +e
功能：将 2e由 Cyt C传递给氧并激活氧
电子传递链
和氧化磷酸
化系统概貌
NADH氧化呼吸链
琥珀酸氧化呼吸链
（ FADH2氧化呼吸链）
NADH FMN Q10 Cytb Cytc1 Cytc aa3
(Fe-S) (Fe-S)
O2
FAD.H2
(Fe-S)
电子传递链各组份的排列顺序
II
I III
IV
琥珀酸
NADH氧化呼吸链
琥珀酸氧化呼吸链（ FADH2氧化呼吸链）
呼吸链各组份排列顺序的依据
一,由测得的标准还原电位 ?E0′推算。
二,Cyt,FMN（ FAD）或 NAD+等组份氧化
态和还原态的特异吸收光谱的变化。
三、电子传递链抑制剂应用后各组份的氧化
还原状态（阻断部位前的组份处还原状
态）。
四、各组份经分离和重组后的电子传递的变
化。
标准还原电位
半反应 ?E0′(V)
2H+ + 2e H2 - 0.41
NAD+ + 2H + 2e NADH + H+ - 0.32
FMN + 2H + 2e FMN.H2 - 0.30
FAD + 2H + 2e FAD.H2 - 0.06
Q10 + 2H + 2e Q10 (还原型 ) 0,04(或 0.10)
Cyt b (Fe3+) + e Cyt b (F 2 +) 0.07
Cyt c (Fe3+) + e Cyt c (F 2 +) 0.22
Cyt a (Fe3+) + e Cyt a (F 2 +) 0.29
Cyt a3 (Fe3+) + e Cyt a3 (F 2 +) 0.55
1/2O2 + 2H + 2e H2 0.82
1,NADH氧化呼吸链,
丙 酮 酸
α - 酮戊二酸 硫辛酸
F A D 2e
异柠檬酸
苹 果 酸
谷氨酸 NAD
+
→ [ FM N (Fe - S)] → C oQ → b(Fe - S) → c
1
→ c → aa
3
β - 羟丁酸 2 H 1/2O
2
β - 羟脂酰 Co A
2H
+
H
2
O
2,琥珀酸氧化呼吸链,
α - 磷酸甘油
[ F AD (F P )]
脂肪酰 CoA
F A D
琥珀酸 (F e - S) → CoQ → b(F e - S) → c
1
→ c → aa
3
→ 1/ 2O
2
Cy tb
二、氧化磷酸化
Oxidative Phosphorylation
2.1 概念,
2.2 偶联部位,
2.3 偶联机制,
2.1 概念,
代谢物脱下的 2H在呼吸链的
电子传递过程中偶联 ADP磷酸化
成 ATP的过程称为氧化磷酸化。
是体内生成 ATP的主要方式之一。
2.2 偶联部位,
指物质氧化时，每消耗 1mol
氧原子所消耗的无机磷的摩尔数
（或 ADP的摩尔数）。
A,P/O值,
不同底物氧化时的 P/O值,
FAD 琥珀酸 （ 2）
NADH FMN Co Q Cyt c Cytaa3 O2
β -羟丁酸 抗坏血酸 Cyt c（还原型）
（ 3） （ 1） （ 1）
从 NADH到 Co Q，从 CoQ到
Cyt c，从 Cyt aa3到氧自由能变化
依次为,69.5,40.5,102.3 kJ/mol,
超过生成 ATP所需的 30.5kJ/mol。
B,自由能变化,
2.3 偶联机制,
A、化学渗透假说
（ chemiosmotic hypothesis）
20世纪 60年代, Peter Mitchell提出
1978年诺贝尔化学奖得主
化
学
渗
透
假
说
示
意
图
a）电子经呼吸链传递时释放的能量，将
质子（ H+）从线粒体内膜基质侧泵到
内膜外侧。
化学渗透假说的基本要点
b）在线粒体内膜两侧形成质子电化学梯
度，积聚能量。
c）当质子顺此梯度经 ATP合酶 F0部分回
流时,F1催化 ADP磷酸化为 ATP。
B,ATP合酶 （ ATP synthase）
---复合体 V
b） F0部分：镶嵌在内膜质子通道中
F1部分：由 α3β3γδε亚基组成
当 H+顺浓度梯度经 F0部分回流时,
F1β亚基催化 ADP和 Pi合成 ATP
a）位于线粒体内膜基质侧的颗粒状突起
离子通道
基质面
胞液面
头
柄
A
T
P
合
成
酶
模
式
图 底
?亚基
?亚基
?亚基
?亚基
?亚基
IF1(inhibitor of F1)
OSCP
偶联因子 6（ F6）
a亚基
b亚基
c亚基
? 3? 3? ? ?
ab2cn
F1
F0 内 膜
ATP合酶
结构模式图
ATP合酶的工作机制
寡酶素敏感蛋白
Oligomycin-sensitivity-conferring protein,OSCP
位于 ATP合酶 F0和 F1之间的柄部，
参与 F0和 F1的连接,OSCP存在时,F1
对寡酶素敏感而被抑制，使 ATP合酶
不能催化 ATP的合成。
三、影响氧化磷酸化的因素
3.1 抑制剂
3.2 ADP的调节作用
3.3 甲状腺素
3.4 线粒体 DNA突变
鱼藤酮 抗酶素 A CO
粉蝶霉素 二巯基丙醇 CNˉ
异戊巴比妥 N3ˉ
H2S
NADH→ FMN→ CoQ→ cytb→ cytc→ cytaa3→ O2
（ Fe-S）
A,呼吸链抑制剂,
阻断呼吸链某部位电子传递
3.1 抑制剂,
B,解偶联剂
使线粒体内膜外侧的 H+不经 ATP合
酶的 F0质子通道回流, 从而使氧化与磷
酸化偶联过程脱离 。
二硝基苯酚 （ dinitrophenol,DNP）
解偶联蛋白 （ uncoupling protein）
后者缺乏可导致, 新生儿硬肿, 。
C,氧化磷酸化抑制剂
即可阻断呼吸链的电子传递, 又
影响 ADP磷酸化为 ATP。 如寡霉素
（ oligomycin） 。
呼吸控制率 （ respiratory control ratio,RCR）
当有过量底物存在时，加入 ADP后
的耗氧速率与仅有底物时的耗氧速率之
比称为呼吸控制率。为观察氧化磷酸化
偶联程度较敏感的指标。
3.2 ADP的调节作用
ADP/ATP↑→ 氧化磷酸化 ↑→ TAC↑
甲状腺素 → 靶细胞膜 Na+,K+ - ATP酶活性 ↑
→ ATP水解 → ADP/ATP↑ → 氧化磷酸化 ↑
→ TAC↑
甲状腺素 → 解偶联蛋白合成 ↑
3.3 甲状腺素
甲状腺功能亢进患者基础代谢率增高
心跳、呼吸 ↑
大汗淋漓
兴奋
消瘦
甲亢病人,
耗氧 ↑
产 CO2↑
产 H2O↑
产热 ↑
ATP↑
营养物质分解 ↑
B,特点,
a） 影响氧化磷酸化功能
b） 耗能较多的组织先出现功能障碍
c） 母系遗传居多
d） 随年龄增长, 突变日趋严重
A,原因,
a） 裸露, 缺乏蛋白质保护
b） 缺乏损伤修复系统
3.4 线粒体 DNA(mtDNA)突变
四,ATP
4.1 高能键,
高能磷酸键, 高能硫酯键 。
高能化合物,
高能磷酸化合物, 高能硫酯化合物 。
高能键和高能化合物
高能磷酸键和高能磷酸化合物,
生物化学中,把磷酸化合物水解时释出的能量
>20KJ/mol者，其所含的磷酸酯键称为高能磷酸键
（ energy-rich phosphate bond)，以 ? P表示。
高能硫酯键,
由酰基和硫醇基构成，例如乙酰 CoA、脂酰 CoA
和琥珀酰 CoA等，水解时 ?Go?=-34.3 KJ/mol。
高 能 磷 酸 键
类 型 通 式 举 例 ?G0’ kj/mol
磷酸酐 O O
ATP,GTP
O - P - O ? P - O - -30.5
ADP,UTP
O O -
烯醇磷酸 CH2 O
磷酸烯醇
R - C - O ? P - O - 型丙酮酸 -61.9
O -
混合酐
（酰基磷酸） O O
1,3-二磷酸
R - C - O ? P - O- 甘油酸 -61.9
O-
磷酸胍类 NH O
R - C - N ? P - O- 磷酸肌酸 -43.9
H O-
O
N
N
N
N
NH2
-H H-
OH
H H
O O
-P-O-P-O-H2C
- O - O
CH3
CO-CH-C-CH2O
OH CH3
CH2-NH-
CH2
CO
NH
CH2
CH2
S~
乙酰辅酶 A（ SH-CoA)
O
- O-P-O-
- O
泛酸
?-巯基乙胺
CH3
C=O
O
N
N
N
N
NH2
-H H-
OH
H
O
- O-P ~ O
- O
O O
-P ~ O-P-O-CH2
- O - O
OH
? ? ?
ATP
4.2 ATP的结构,
4.3 ATP的生成和利用,
ATP是细胞内能量 的携带者和传递着
4.4 ATP的功能,
A,提供物质代谢所需要的能量
B,提供生命活动所需要的能量
C,生成其它核苷三磷酸，参与代谢
ATP+UDP→ ADP+UTP（糖原合成）
ATP+CDP→ ADP+CTP（磷脂合成）
ATP+GDP→ ADP+GTP（蛋白质合成）
D,合成其它高能化和物
磷酸肌酸 （ Creatine phosphate,CP）
肌酸 磷酸肌酸
磷酸肌酸是肌肉和大脑中能量的一种贮存形式
五、通过线粒体内膜的物质转运
5.1 胞液中 NADH的氧化
5.2 腺苷酸载体
5.3 线粒体蛋白质的跨膜转运
A,α-磷酸甘油穿梭作用
（ α- glycerophosphate shuttle）
B,苹果酸 -天冬氨酸穿梭作用
（ malate-asparate shuttle）
5.1 胞液中 NADH的氧化
A,α-磷酸甘油穿梭作用
（ α- glycerophosphate shuttle）
a） 部位：脑, 骨骼肌
b） 过程,
c） 能量生成,2分子 ATP
CH2OH
C=O
CH2O- P
磷酸二
羟丙酮
CH2OH
CHOH
CH2O- P
?-磷酸甘油
NADH+H+
NAD+
QH2
Q
1/2O2
H2O
2~P
FAD
Fe-S
线
粒
体
膜
基质 胞液
磷酸甘油穿梭机制示意图
?-磷酸甘
油脱氢酶
a） 部位：肝, 心肌
b） 过程,
c） 能量生成,3分子 ATP
B,苹果酸 -天冬氨酸穿梭作用
（ malate-asparate shuttle）
二羧酸
载体
Glu/Asp
载体 谷氨
酸
谷氨
酸
天冬氨酸
a— 酮
戊二酸 NAD+
NADH
+H+
草酰乙酸
NADH
+H+
NAD+
1/2O2
3~P
H2O
苹果酸 苹果酸 苹果酸 苹果酸
苹果酸 — 天冬氨酸穿梭
a— 酮
戊二酸
天冬氨酸
草酰乙酸
胞液 内膜 基质
H2PO4-
H+
ADP3+
ATP4+
H2O
H2PO4-
H+
ADP3+
ATP4+
胞液 线粒体 内膜 基质
腺苷酸
载体
磷酸盐
载体
5.2 腺苷酸载体
------又称 ADP-ATP载体（转位
酶）
ATP,ADP,Pi 的转运
5.3 线粒体蛋白质的跨膜转运
核 DNA编码的线粒体蛋白前体在 解
折叠酶 和 总插入蛋白 的作用下进入线粒
体，在 加工肽酶 的作用下，生成成熟蛋
白。
第二节
其 他 氧 化 体 系
? 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
一、需氧脱氢酶和氧化酶
1.1 氧化酶
辅基中含有 Cu离子，以氧为受氢体，
产物为 H2O。如：细胞色素 c氧化酶
1.2 需氧脱氢酶
辅基为 FMN和 FAD，以氧为受氢体，
产物为 H2O2。
需氧脱氢酶和氧化酶的主要区别
酶 类 辅 基 产 物 举 例
需氧脱氢酶 FMN H2O2 D-氨基酸脱氢酶（ FAD，肝肾）
FAD L-氨基酸脱氢酶（ FMN，肾）
醛氧化酶（ FAD，肝）
氧化酶 Cu2+ H2O 细胞色素 c 氧化酶
抗坏血酸氧化酶
儿茶酚胺氧化酶
氧化酶作用机制
二, 过氧化物酶体中的氧化酶类
2.1 过氧化氢酶 （ catalase）
又称触酶, 辅基为血红素, 催化,
2H2O2→ 2H2O + O2
2.2 过氧化物酶 （ perioxidase）
辅基为血红素, 催化,
R+ H2O2→ RO+ H2O
RH2+ H2O2→ R+2H2O
三、超氧化物歧化酶
superoxide dismutase,SOD
3.1 作用,
2O2ˉ+ 2H→ （ SOD） H2O2+ O2
生成的 H2O2被过氧化氢酶或谷胱苷肽
过氧化物酶还原成 H2O
H2O2或 2-SH NADP+
ROOH
H2O或 G-S-S-G NADPH+H +
ROH+ H2O
谷胱苷肽过氧化物酶作用
2H2O2→ 2H2O + O2 （过氧化氢酶作用）
3.2 辅基,
真核细胞,
胞液,Cu2+和 Zn2+,CuZn-SOD
线粒体,Mn2+,Mn-SOD。
3.3 意义,
防御内、外环境中超氧离子的损伤
四、微粒体中的氧化酶类
4.1 加单氧酶 （ monooxygenase）
混合功能氧化酶 （ mixed-function oxidase）
羟化酶 （ hydroxylase）
A,作用：催化一个氧原子加到底物上形
成羟基 （ 羟化 ）
RH+NADPH+H++O2→ ROH+NADP++H2O
B,作用机制,
C,意义：参与类固醇激素、胆汁酸、胆
色素的生成以及药物, 毒物的生物转化
4.2 加双氧酶 （ dioxygenase）
将 2个氧原子加到底物中带双键的 2
个碳原子上。
End of Chapter 7
第七章 结束
生物氧化
Biological Oxidation
生物氧化 的概念
生物氧化 的主要方式
脱氢、失电子、加氧
物质在生物体内进行氧化分解的作用
称为生物氧化，它主要指糖、脂肪和蛋
白质等在体内分解时逐步释放能量，最
终生成水和二氧化碳的过程。
体内氧化与体外氧化的主要异同点
相同点,1）终产物相同,CO2 + H2O
2）均需氧，且总耗氧量相同
3）产生的总能量相同
不同点,1）体内反应条件温和，体外剧烈
2）体内能量逐步释放，体外直接
3）能量产生形式：体内为化学能和热
能，体外为热能和光能。
4）体内 CO2由脱羧产生,H2O由脱下
的氢经呼吸链传递给氧生成；体外
则由碳、氢直接与氧结合生成。
第一节
生成 ATP的氧化体系
一、呼吸链
1.1 呼吸链的概念
1.2 呼吸链的组成
1.3 呼吸链成分的排列顺序
1.4 2 条重要的氧化呼吸链
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 。 此过程与细胞
呼吸有关, 故将此传递链称为 呼吸链
（ Respiratory chain）, 又称 电子传递链
（ Electron transfer chain）
呼吸链分布于线粒体内膜
1.1 呼吸链的概念
线粒体的结构
表：人线粒体呼吸链复合体
复合体 酶名称 多肽链数 辅基
复合体 I NADH-泛醌还原酶 39 FMN,Fe-S
复合体 II 琥珀酸 -泛醌还原酶 4 FAD,Fe-S
复合体 III 泛醌 -细胞色素 c还原酶 10 铁卟啉,Fe-S
复合体 IV 细胞色素氧化酶 13 铁卟啉,Fe-S
I
II
III IV Q
e- e-
e- e-
e-
O2
FADH2 NADH
胞液侧
线
粒
体
内
膜
基质侧
呼吸链各复合体位置示意图
Cyt c1
A、复合体 I,NADH-泛醌还原酶
a,NAD+（辅酶 I,Coenzyme I,Co I）
NADP +（辅酶 II,Coenzyme II,Co II）
b、黄素蛋白（辅基为,FMN； Flavoprotein）
c、铁硫蛋白（ Iron-sulfer protein）
d、泛醌（辅酶 Q,Coenzyme Q,Co Q）
a,NAD+ 烟
酰
胺
腺
嘌
呤
二
核
苷
酸
NAD+ + 2H NADH+H+
功能：作为脱氢酶的辅酶，接受代谢物脱下的
2H，并将其传递给复合体 I。
NADP+
NADP+ + 2H NADPH+H+
烟
酰
胺
腺
嘌
呤
二
核
苷
酸
磷
酸
b,黄素蛋白
辅基,FMN（黄素单核苷酸）
功能,从 NADH接受质子和电子并将其传递给 Co Q
c,铁硫蛋白
辅基：铁硫簇 （ iron-sulfer cluster,Fe-S）
功能,将 FMNH2的电子传递给 Co Q
Fe 2+ Fe 3+ +e
铁硫蛋白的分子结构
d、泛醌（辅酶 Q）
Co Q + 2H Co QH2
功能：将 2e传递给复合体 III，其后的传递过程
均为递电子。
B、复合体 II：琥珀酸 -泛醌还原酶
a、黄素蛋白（辅基为,FAD）
b、铁硫蛋白
c、细胞色素 b560
功能：将 2H由琥珀酸传递给 Co Q
1、概念,是生物细胞内一类电子传递的
酶类，因为呈红色，故名细胞色素。
2、分类,a,b,c 三类及亚类
3、辅基,铁卟啉
4、功能,传递电子
Fe 2+ Fe 3+ +e
细胞色素 （ Cytochrome,Cyt）
N
N N
N
Fe3+
H3C-
-CH3
-CH=CH2
CH3
CH2
CH2
COO-
CH2
CH2
COO-
细
胞
色
素
b
辅
基
H3C-
H2C=CH
细胞色素 b的分子结构
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-
细
胞
色
素
a
辅
基
N
N N
N
Fe3+
H3C-
-CH3
-CH-CH3
CH3
CH2
CH2
COO-
CH2
CH2
COO-
细
胞
色
素
c
辅
基
H3C-
Cys
S
H3C-CH Cys S
蛋白质
C、复合体 III：泛醌 - Cyt c还原酶
A,Cyt b562
B,Cyt b566
C、铁硫蛋白
D,Cyt C1
功能：将 2e由 Co Q传递给 Cyt C
D、复合体 IV,Cyt c 氧化酶
A,Cyt a
B,Cyt a3
又称为 Cyt aa3
Cu + Cu 2+ +e
功能：将 2e由 Cyt C传递给氧并激活氧
电子传递链
和氧化磷酸
化系统概貌
NADH氧化呼吸链
琥珀酸氧化呼吸链
（ FADH2氧化呼吸链）
NADH FMN Q10 Cytb Cytc1 Cytc aa3
(Fe-S) (Fe-S)
O2
FAD.H2
(Fe-S)
电子传递链各组份的排列顺序
II
I III
IV
琥珀酸
NADH氧化呼吸链
琥珀酸氧化呼吸链（ FADH2氧化呼吸链）
呼吸链各组份排列顺序的依据
一,由测得的标准还原电位 ?E0′推算。
二,Cyt,FMN（ FAD）或 NAD+等组份氧化
态和还原态的特异吸收光谱的变化。
三、电子传递链抑制剂应用后各组份的氧化
还原状态（阻断部位前的组份处还原状
态）。
四、各组份经分离和重组后的电子传递的变
化。
标准还原电位
半反应 ?E0′(V)
2H+ + 2e H2 - 0.41
NAD+ + 2H + 2e NADH + H+ - 0.32
FMN + 2H + 2e FMN.H2 - 0.30
FAD + 2H + 2e FAD.H2 - 0.06
Q10 + 2H + 2e Q10 (还原型 ) 0,04(或 0.10)
Cyt b (Fe3+) + e Cyt b (F 2 +) 0.07
Cyt c (Fe3+) + e Cyt c (F 2 +) 0.22
Cyt a (Fe3+) + e Cyt a (F 2 +) 0.29
Cyt a3 (Fe3+) + e Cyt a3 (F 2 +) 0.55
1/2O2 + 2H + 2e H2 0.82
1,NADH氧化呼吸链,
丙 酮 酸
α - 酮戊二酸 硫辛酸
F A D 2e
异柠檬酸
苹 果 酸
谷氨酸 NAD
+
→ [ FM N (Fe - S)] → C oQ → b(Fe - S) → c
1
→ c → aa
3
β - 羟丁酸 2 H 1/2O
2
β - 羟脂酰 Co A
2H
+
H
2
O
2,琥珀酸氧化呼吸链,
α - 磷酸甘油
[ F AD (F P )]
脂肪酰 CoA
F A D
琥珀酸 (F e - S) → CoQ → b(F e - S) → c
1
→ c → aa
3
→ 1/ 2O
2
Cy tb
二、氧化磷酸化
Oxidative Phosphorylation
2.1 概念,
2.2 偶联部位,
2.3 偶联机制,
2.1 概念,
代谢物脱下的 2H在呼吸链的
电子传递过程中偶联 ADP磷酸化
成 ATP的过程称为氧化磷酸化。
是体内生成 ATP的主要方式之一。
2.2 偶联部位,
指物质氧化时，每消耗 1mol
氧原子所消耗的无机磷的摩尔数
（或 ADP的摩尔数）。
A,P/O值,
不同底物氧化时的 P/O值,
FAD 琥珀酸 （ 2）
NADH FMN Co Q Cyt c Cytaa3 O2
β -羟丁酸 抗坏血酸 Cyt c（还原型）
（ 3） （ 1） （ 1）
从 NADH到 Co Q，从 CoQ到
Cyt c，从 Cyt aa3到氧自由能变化
依次为,69.5,40.5,102.3 kJ/mol,
超过生成 ATP所需的 30.5kJ/mol。
B,自由能变化,
2.3 偶联机制,
A、化学渗透假说
（ chemiosmotic hypothesis）
20世纪 60年代, Peter Mitchell提出
1978年诺贝尔化学奖得主
化
学
渗
透
假
说
示
意
图
a）电子经呼吸链传递时释放的能量，将
质子（ H+）从线粒体内膜基质侧泵到
内膜外侧。
化学渗透假说的基本要点
b）在线粒体内膜两侧形成质子电化学梯
度，积聚能量。
c）当质子顺此梯度经 ATP合酶 F0部分回
流时,F1催化 ADP磷酸化为 ATP。
B,ATP合酶 （ ATP synthase）
---复合体 V
b） F0部分：镶嵌在内膜质子通道中
F1部分：由 α3β3γδε亚基组成
当 H+顺浓度梯度经 F0部分回流时,
F1β亚基催化 ADP和 Pi合成 ATP
a）位于线粒体内膜基质侧的颗粒状突起
离子通道
基质面
胞液面
头
柄
A
T
P
合
成
酶
模
式
图 底
?亚基
?亚基
?亚基
?亚基
?亚基
IF1(inhibitor of F1)
OSCP
偶联因子 6（ F6）
a亚基
b亚基
c亚基
? 3? 3? ? ?
ab2cn
F1
F0 内 膜
ATP合酶
结构模式图
ATP合酶的工作机制
寡酶素敏感蛋白
Oligomycin-sensitivity-conferring protein,OSCP
位于 ATP合酶 F0和 F1之间的柄部，
参与 F0和 F1的连接,OSCP存在时,F1
对寡酶素敏感而被抑制，使 ATP合酶
不能催化 ATP的合成。
三、影响氧化磷酸化的因素
3.1 抑制剂
3.2 ADP的调节作用
3.3 甲状腺素
3.4 线粒体 DNA突变
鱼藤酮 抗酶素 A CO
粉蝶霉素 二巯基丙醇 CNˉ
异戊巴比妥 N3ˉ
H2S
NADH→ FMN→ CoQ→ cytb→ cytc→ cytaa3→ O2
（ Fe-S）
A,呼吸链抑制剂,
阻断呼吸链某部位电子传递
3.1 抑制剂,
B,解偶联剂
使线粒体内膜外侧的 H+不经 ATP合
酶的 F0质子通道回流, 从而使氧化与磷
酸化偶联过程脱离 。
二硝基苯酚 （ dinitrophenol,DNP）
解偶联蛋白 （ uncoupling protein）
后者缺乏可导致, 新生儿硬肿, 。
C,氧化磷酸化抑制剂
即可阻断呼吸链的电子传递, 又
影响 ADP磷酸化为 ATP。 如寡霉素
（ oligomycin） 。
呼吸控制率 （ respiratory control ratio,RCR）
当有过量底物存在时，加入 ADP后
的耗氧速率与仅有底物时的耗氧速率之
比称为呼吸控制率。为观察氧化磷酸化
偶联程度较敏感的指标。
3.2 ADP的调节作用
ADP/ATP↑→ 氧化磷酸化 ↑→ TAC↑
甲状腺素 → 靶细胞膜 Na+,K+ - ATP酶活性 ↑
→ ATP水解 → ADP/ATP↑ → 氧化磷酸化 ↑
→ TAC↑
甲状腺素 → 解偶联蛋白合成 ↑
3.3 甲状腺素
甲状腺功能亢进患者基础代谢率增高
心跳、呼吸 ↑
大汗淋漓
兴奋
消瘦
甲亢病人,
耗氧 ↑
产 CO2↑
产 H2O↑
产热 ↑
ATP↑
营养物质分解 ↑
B,特点,
a） 影响氧化磷酸化功能
b） 耗能较多的组织先出现功能障碍
c） 母系遗传居多
d） 随年龄增长, 突变日趋严重
A,原因,
a） 裸露, 缺乏蛋白质保护
b） 缺乏损伤修复系统
3.4 线粒体 DNA(mtDNA)突变
四,ATP
4.1 高能键,
高能磷酸键, 高能硫酯键 。
高能化合物,
高能磷酸化合物, 高能硫酯化合物 。
高能键和高能化合物
高能磷酸键和高能磷酸化合物,
生物化学中,把磷酸化合物水解时释出的能量
>20KJ/mol者，其所含的磷酸酯键称为高能磷酸键
（ energy-rich phosphate bond)，以 ? P表示。
高能硫酯键,
由酰基和硫醇基构成，例如乙酰 CoA、脂酰 CoA
和琥珀酰 CoA等，水解时 ?Go?=-34.3 KJ/mol。
高 能 磷 酸 键
类 型 通 式 举 例 ?G0’ kj/mol
磷酸酐 O O
ATP,GTP
O - P - O ? P - O - -30.5
ADP,UTP
O O -
烯醇磷酸 CH2 O
磷酸烯醇
R - C - O ? P - O - 型丙酮酸 -61.9
O -
混合酐
（酰基磷酸） O O
1,3-二磷酸
R - C - O ? P - O- 甘油酸 -61.9
O-
磷酸胍类 NH O
R - C - N ? P - O- 磷酸肌酸 -43.9
H O-
O
N
N
N
N
NH2
-H H-
OH
H H
O O
-P-O-P-O-H2C
- O - O
CH3
CO-CH-C-CH2O
OH CH3
CH2-NH-
CH2
CO
NH
CH2
CH2
S~
乙酰辅酶 A（ SH-CoA)
O
- O-P-O-
- O
泛酸
?-巯基乙胺
CH3
C=O
O
N
N
N
N
NH2
-H H-
OH
H
O
- O-P ~ O
- O
O O
-P ~ O-P-O-CH2
- O - O
OH
? ? ?
ATP
4.2 ATP的结构,
4.3 ATP的生成和利用,
ATP是细胞内能量 的携带者和传递着
4.4 ATP的功能,
A,提供物质代谢所需要的能量
B,提供生命活动所需要的能量
C,生成其它核苷三磷酸，参与代谢
ATP+UDP→ ADP+UTP（糖原合成）
ATP+CDP→ ADP+CTP（磷脂合成）
ATP+GDP→ ADP+GTP（蛋白质合成）
D,合成其它高能化和物
磷酸肌酸 （ Creatine phosphate,CP）
肌酸 磷酸肌酸
磷酸肌酸是肌肉和大脑中能量的一种贮存形式
五、通过线粒体内膜的物质转运
5.1 胞液中 NADH的氧化
5.2 腺苷酸载体
5.3 线粒体蛋白质的跨膜转运
A,α-磷酸甘油穿梭作用
（ α- glycerophosphate shuttle）
B,苹果酸 -天冬氨酸穿梭作用
（ malate-asparate shuttle）
5.1 胞液中 NADH的氧化
A,α-磷酸甘油穿梭作用
（ α- glycerophosphate shuttle）
a） 部位：脑, 骨骼肌
b） 过程,
c） 能量生成,2分子 ATP
CH2OH
C=O
CH2O- P
磷酸二
羟丙酮
CH2OH
CHOH
CH2O- P
?-磷酸甘油
NADH+H+
NAD+
QH2
Q
1/2O2
H2O
2~P
FAD
Fe-S
线
粒
体
膜
基质 胞液
磷酸甘油穿梭机制示意图
?-磷酸甘
油脱氢酶
a） 部位：肝, 心肌
b） 过程,
c） 能量生成,3分子 ATP
B,苹果酸 -天冬氨酸穿梭作用
（ malate-asparate shuttle）
二羧酸
载体
Glu/Asp
载体 谷氨
酸
谷氨
酸
天冬氨酸
a— 酮
戊二酸 NAD+
NADH
+H+
草酰乙酸
NADH
+H+
NAD+
1/2O2
3~P
H2O
苹果酸 苹果酸 苹果酸 苹果酸
苹果酸 — 天冬氨酸穿梭
a— 酮
戊二酸
天冬氨酸
草酰乙酸
胞液 内膜 基质
H2PO4-
H+
ADP3+
ATP4+
H2O
H2PO4-
H+
ADP3+
ATP4+
胞液 线粒体 内膜 基质
腺苷酸
载体
磷酸盐
载体
5.2 腺苷酸载体
------又称 ADP-ATP载体（转位
酶）
ATP,ADP,Pi 的转运
5.3 线粒体蛋白质的跨膜转运
核 DNA编码的线粒体蛋白前体在 解
折叠酶 和 总插入蛋白 的作用下进入线粒
体，在 加工肽酶 的作用下，生成成熟蛋
白。
第二节
其 他 氧 化 体 系
? 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
一、需氧脱氢酶和氧化酶
1.1 氧化酶
辅基中含有 Cu离子，以氧为受氢体，
产物为 H2O。如：细胞色素 c氧化酶
1.2 需氧脱氢酶
辅基为 FMN和 FAD，以氧为受氢体，
产物为 H2O2。
需氧脱氢酶和氧化酶的主要区别
酶 类 辅 基 产 物 举 例
需氧脱氢酶 FMN H2O2 D-氨基酸脱氢酶（ FAD，肝肾）
FAD L-氨基酸脱氢酶（ FMN，肾）
醛氧化酶（ FAD，肝）
氧化酶 Cu2+ H2O 细胞色素 c 氧化酶
抗坏血酸氧化酶
儿茶酚胺氧化酶
氧化酶作用机制
二, 过氧化物酶体中的氧化酶类
2.1 过氧化氢酶 （ catalase）
又称触酶, 辅基为血红素, 催化,
2H2O2→ 2H2O + O2
2.2 过氧化物酶 （ perioxidase）
辅基为血红素, 催化,
R+ H2O2→ RO+ H2O
RH2+ H2O2→ R+2H2O
三、超氧化物歧化酶
superoxide dismutase,SOD
3.1 作用,
2O2ˉ+ 2H→ （ SOD） H2O2+ O2
生成的 H2O2被过氧化氢酶或谷胱苷肽
过氧化物酶还原成 H2O
H2O2或 2-SH NADP+
ROOH
H2O或 G-S-S-G NADPH+H +
ROH+ H2O
谷胱苷肽过氧化物酶作用
2H2O2→ 2H2O + O2 （过氧化氢酶作用）
3.2 辅基,
真核细胞,
胞液,Cu2+和 Zn2+,CuZn-SOD
线粒体,Mn2+,Mn-SOD。
3.3 意义,
防御内、外环境中超氧离子的损伤
四、微粒体中的氧化酶类
4.1 加单氧酶 （ monooxygenase）
混合功能氧化酶 （ mixed-function oxidase）
羟化酶 （ hydroxylase）
A,作用：催化一个氧原子加到底物上形
成羟基 （ 羟化 ）
RH+NADPH+H++O2→ ROH+NADP++H2O
B,作用机制,
C,意义：参与类固醇激素、胆汁酸、胆
色素的生成以及药物, 毒物的生物转化
4.2 加双氧酶 （ dioxygenase）
将 2个氧原子加到底物中带双键的 2
个碳原子上。
End of Chapter 7
第七章 结束
