湖北大学生科院
第八章 生物氧化
（ biological oxidation ）
一、概念,生物氧化是有 机 物 在 生
物体 内 氧 化分 解 为 二 氧 化 碳和水
并 释放能量的过程。
实际是需氧细胞呼吸作用中一系
列氧化还原反应，因表现为细胞内 O2
的消耗和 CO2的形成，故又称组织呼吸、
细胞呼吸 （ celluar respiration） 。
第一节 概 论
二,生物氧化所讨论的问题
1、细胞如何在酶的催化下将代谢
物分子中的 C变成 CO2？
2、细胞如何利用 O2将代谢物分子
中的 H氧化成 H2O？
3、当有机物被氧化时，细胞如何
贮存和利用氧化所产生的能量？
三,生物氧化中 CO2生成方式
1,单纯脱羧基作用
（ 1） α— 单纯脱羧
O α---酮酸脱羧酶 O
CH3— C— COOH CH3— C + CO2
Mg2+ TPP H
（ 2） β— 单纯脱羧
CO— COOH β- 酮酸脱羧酶 O
CH2— COOH CH3— C— COOH + CO2
2,氧化脱羧作用
（ 1） α— 氧化脱羧
C 丙酮酸脱氢酶系
CH3— C— COOH + HSCoA + NAD+
O
CH3- C~SCoA + NADH+H+ + CO2
（ 2） β— 氧化脱羧
HO-CH— COOH 苹果酸酶 O
CH2— COOH CH3— C— COOH + CO2
NADP+ NADPH+H+
四、生物氧化中物质氧化的方式
生物体内氧化作用主要有三种方式：
1.失电子 如,Fe2+— →Fe 3++e—
2.脱氢 如,醇氧化为醛
3.加氧 如,醛氧化为酸（加水脱氢反应）
*生物体内氧化还原反应的同时，有能量的
释放和转移
五、生物氧化的特点
? 在活细胞内的水溶液中进行
? 体温条件（ 370C,pH7± ）
? 在一系列酶的催化下
? 逐步进行，能量逐步释放
加水脱氢方式使生物体能获取更多的能量
在学习生物氧化之前，有必要复习氧化还原电势
的概念
（一）概念：
一个氧化还原对失去电子或获得电子的倾向称为
氧化还原 电势 (电位 ),
生物氧化中包括许多氧化还原反应：
H2 ←→ 2H++2e Fe2+ ←→ Fe3++e
电子供体 电子受体 电子供体 电子受体
(还原型 ) (氧化型 ) (还原型 ) (氧化型 )
分别构成氧化还原 (电 )对, H+/1/2 H2, Fe3+/ Fe2+
在生物氧化反应中, 通常用氧化还原电位来相对
地表示各种化合物对电子亲合力的大小 。
六,氧化 -还原电势（电位）
在标准条件 (250C,常压,[氧化型 ][还原型 ]:1mol)下,
每一个氧化还原对都有一个标准氧化还原电势 (E0);
生物体氧化还原反应的标准条件,PH=7,故用 E0’表
示,此时氢电极 E0’= -0.421 (P.117 表 24-1)
（ 二 ） 标准电势与自由能的关系：
△ E0′；氧化还原体系中两个半反应的氧化还原 电
位差,E0′正极 - E0′负极 （失去电子倾向高）
ΔG0′ = -nΔE0’ F
（三）标准电势与平衡常数的关系：
ΔG0′= -2.303 RT logeK’eq = -nΔE0’ F
六,氧化 -还原电势
七, 参与生物氧化的酶类和电子载体
1,脱氢酶 （ dehydrogenase）
根据所含辅因子的不同，可将脱氢酶分为两类：
? 以黄素核苷酸为辅基的脱氢酶
SH2 + E-FMN→S+E -FMNH2
SH2 + E-FAD→S+E -FADH2 氧,递氢体
如琥珀酸脱氢酶（ FAD）,NADH脱氢酶（ FMN）等 ;
? 以烟酰胺核苷酸为辅酶的脱氢酶
这类酶均不能直接以氧为受氢体
SH2 + E- NAD+ S+E-NADH+H+
SH2 + E-NADP+ S+E-NADPH+H+
参与生物氧化的酶类和电子载体
2,氧化酶 如细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等
3,加氧酶 加单氧酶,加双氧酶
4,传递体
递氢体 （ hydrogen carrier）
主要有黄素蛋白传递体及辅酶 Q（ CoQ）
递电子体 （ electron carrier），
主要有多种细胞色素及铁硫蛋白
第二节 线粒体氧化体系
生物氧化中最重要的是 线粒体氧化体系
此外，还有微粒体氧化体系，过氧化氢体
氧化酶体系，多酚氧化酶体系，抗坏血酸氧
化酶体系等 。
一,呼吸链 的概念 （ respiratory chain）
由一系列递氢体和递电子体以及相应的酶
系统按一定顺序排列在线粒体内膜上构成的
一条长链（生物氧化还原链或称为 电子传递
链 ），因与细胞摄取氧的呼吸过程有关，故
又称呼吸链。
组分 作用
?尼克酰胺腺嘌呤二核苷 酸 递氢体
（ NAD+ NADH+H+ ）
?（ NAD+ +NADPH+H+ NADH+H+ +NADP+ ）
?黄素蛋白（辅基为 FAD 递氢体
和 FMN）
?铁硫蛋白（ Fe-S） 单电子传递体
?辅酶 Q （ CoQ） 递氢体
?细胞色素类 单电子传递体
一、呼吸链的组成成分
（以 NAD或 NADP为辅酶的脱 氢酶）：
?生物体内大多数脱氢酶以 NAD+为辅酶，有的
以 NADP+为辅酶。
?反应机制如下：
1,吡啶核苷酸类
2,以黄素核苷酸为辅基的 脱氢酶
（ 1） NADH脱氢酶 （ FMN）
NADH+H+ + E-FMN NAD+ +E-FMNH2
（ 2）琥珀酸脱氢酶 （ FAD）
AH2 FADH2 CoQ
电子传递链上的唯一非蛋白组分,脂溶性,醌
类化合物，侧链为异戊二烯基的化合物是：
CoQ有许多辅酶特征：分子量低；必须从食物中获得；
不是蛋白质，但它是酶促反应的辅助因子；以游离或结
合蛋白的形式出现；它的长长的异戊二烯侧链使得其整
个分子在膜脂层中是可溶的。
CoQ（ 270— 290nm有光吸收）能可逆地还原成氢醌
（光吸收消失），这是它传递氢和电子功能的基础。
3,辅酶 Q （ CoQ）：
CoQ是来自连接 NADH和 FADH2两种脱氢酶的集合
点，因此它在传递链上居于中心位置。事实上,CoQ是
传递链上唯一没有紧密地或共价地与蛋白质结合地传
递体。这使得 CoQ在黄素蛋白和 Cyt C 之间作为流动的
电子传递体发挥了战略作用。
4,铁硫蛋白（ Fe-S ）：
非血红素铁蛋白的铁和硫原子以等摩尔量存在，并以四
面体形式与 4个 Cys— SH残基的巯基配位。铁原子实际上是
电子的受体或供体。当铁硫蛋白受到热或酸作用而变性时，
即放出 H2S 。
线粒体中有 Cyt b,Cyt c1,Cyt c,Cyt a,Cyt a3等。
微粒体中还有 P450等。是一类具有特殊吸收光谱的有色
物质。各种 Cyt的差别在于铁卟啉辅基侧链或辅基与酶
蛋白的连接方式不同。
这些细胞色素有其独特的结构和性质,Cyt 都以血红
素作为辅基，但各自的血红素的结构在卟啉的侧链基团
不同。大多数 Cyt 的铁卟啉以非共价键与酶蛋白结合，
唯 Cyt c例外（以硫醚键结合）。
Cyt 通过铁卟啉中的铁原子氧化还原而往复传递电子。
其中，只有 Cyt aa3 可直接以氧分子为电子受体,Cyt aa3
复合体含有两个血红素 A和 Cu,在氧化还原反应中也发
生价态变化（ Cu2+ Cu+），又称 细胞色素氧化酶 。
5,细胞色素类 （ cytochrome, Cyt）：
二、呼吸链中各组分的排列顺序
★ 确定呼吸链中各递氢体或递电子体的排列顺序的实
验方法有多种
（一） 测定各种电子传递体的标准氧化还原电位
（ E0′）,依还原电位大小排列：
NADH— FMN.Fe.S— CoQ— Cytb— Cytc1— Cytc— Cytaa3— O2
-0.32 -0.12 +0.045 +0.23 +0.25 +0.29 +0.8
琥珀酸 FAD- Fe.S
（二） 用分离出的电子传递体进行 呼吸链复合物 体外
重组实验
（三）利用呼吸链的特殊阻断抑制剂，阻断链中某些
特定的电子传递环节。
（四）利用光谱变化观察线粒体各传递体氧化顺序
三、线粒体內的两条重要呼吸链
（一） NADH氧化呼吸链
（二 ）琥珀酸氧化呼吸链
琥珀酸 → [FAD-Fe.S] → CoQ→[Cyt b — Fe.S— Cyt c1]
→Cyt c→ [Cyt a —— Cyt a3 ] →O 2
四、呼吸链抑制剂作用点
能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为
电子传递抑制剂
五, 胞液中 NADH及 NADPH的氧化
? （一） ?-磷酸甘油穿梭系统
主要存在于肌肉、神经组织等细胞内
? （二）苹果酸穿梭系统
主要存在于肝脏、心肌等细胞 内
（一） ?-磷酸甘油穿梭系统
(二 ) 苹果酸穿梭系统
（一） ATP生成的方式
（二）氧化磷酸化概念
（三）氧化磷酸化偶联部位
（四） ATP合成的结构基础
（五）氧化磷酸化偶联机理
（六）氧化磷酸化的调节
（七）氧化磷酸化抑制剂
第三节 ATP的生成
（一） ATP生成的方式
1.底物水平磷酸化,底物的高能磷酸基团直接转
移给 ADP生成 ATP。
2.氧化磷酸化,是指在电子传递过程中,释放的能量
使 ADP磷酸化成 ATP的过程。又称 电子传递水
平磷酸化。
当氢从代谢物分子脱下并进入呼吸链，在呼吸
链传递过程中消耗 O2，并伴有 ADP+Pi合成 ATP
的反应，同时有大量 能量 产生 （ ΔG0′= - 52.7 kcal /
mol）
释放出来的能量在细胞内以 ATP 的形式储存
（ 21.9/52.7 = 42 %）起来，以供细胞代谢活动的
需要，这就是 氧化磷酸化 。
AH2 A（ ΔG0′= - 52.7kcol/mol）或 （ -220.497KJ/ mol）
氧化, 2H NADH+H++1/2 O2 NAD++H2O
（ 放能反应 ） +1/2 O2 + H2O 氧化磷酸化
（ 吸能反应 ） 能量 偶联反应
磷酸化, 3ADP + 3H3PO4 3ATP + 3H2O
（ ΔG0′= +21.9kcol/mol） 或 （ +91.63 KJ/ mol）
在底物被氧化, 即电子或氢原子在呼吸链上传递过程
中伴随有 ADP 磷酸化生成 ATP 的作用称之 （ oxidative
phosphorylation ） 或偶联磷酸化
（二）氧化磷酸化概念
确定氧化磷酸化偶联部位 （ ATP生成部位）
的实验方法：
1,P/O比值测定, 一对电子通过呼吸链传递至
O2所产生的 ATP分子数。
经过几种不同底物在离体线粒体实验中测得：
琥珀酸 P/O = 1.7 苹果酸 P/O = 3.0
由此确定 NADH呼吸链中有三个偶联部位：
NADH-----CoQ Cytb ----- Cytc Cytaa3 --- O2
而琥珀酸呼吸链中只有二个 偶联部位：
Cytb ----- Cytc Cytaa3 --- O2
琥珀酸 （ FAD- Fe.S）
NADH— FMN.Fe.S— CoQ— Cytb— Cytc1— Cytc— Cytaa3— O2
（ -0.32 -0.12 +0.10 +0.04 +0.23 +0.25 +0.29 +0.8）
① ② ③
ΔE0’=0.33V ΔE0’=0.31V ΔE0’ =0.58V
ΔG0′= - 63.7 = -59.8 = -110
(KJ/mol) (ATP-30.54 KJ/mol)
2,电位变化测定：
（三）氧化磷酸化偶联部位
氧化磷酸化如何偶联？
即氧化过程中释放的能量如何使 ADP磷酸化生成 ATP？
学习这个问题之前 需先复习线粒体内膜结构特点,见图
线粒体内膜上有 ATP-合成酶系统：由 F1和 F0二部分构成。
（ 1） F1球体,一种酶复合物,MW=360000,5种多肽，
有二种功能：形成 ATP（ ATP合成酶）
水解 ATP（ F1ATP酶）
（ 2） F0：一般认为是构成 H+通道（质子流通道），由几
种蛋白质构成，含有较多亮氨酸、丙氨酸等，是
疏水蛋白质，故可进入膜脂质，贯穿整个膜。
有调节质子流作用，而控制 ATP合成。
（四） ATP生成的结构基础
先后有三种假说 （ 1）化学 偶联假说（高能共价中间物？）
（ 2）构象偶联假说（构象变化？）
（ 3） 化学渗透假说, 1961年，英国 Mitchell
化学渗透假说基本要点：
电子经呼吸链传递的同时，可将质子（ H+）从内膜的基
质面排到内膜外，而造成膜内外的电化学梯度。
? 呼吸链中递氢体和递电子体是交替排列的，在内膜中都
有特定的位置，催化的反应是定向的；
? 当 递氢体 从内膜内侧接受底物传来的 2H后，可将其中的
电子传给其后的递电子体，而将 2H+泵到内膜外侧，故具有
氢泵 作用。
? 线粒体内膜不能让 H+自由通过,2 H+泵出使内膜外侧
[H+],造成“跨膜化学电位差”。电化学梯度的形成可看
成能量的储存，是由电子传递时释放的能量所引起。因而
当离子顺梯度回流（通过 F0回流到基质）时释放出自由能，
可使 ADP+Pi ATP。
（五）氧化磷酸化的偶联机理
(六 ) 氧化磷酸化抑制剂
? 1.解偶联剂,这类物质的作用是使电子传递和
ATP合成两个过程分离,即解偶联过程。典型
的解偶联剂是 2,4-二硝基苯酚,
?2.电子传递抑制剂：这类抑制剂通过与电子传
递体结合而阻断电子传递使底物氧化过程中断 。
（七）氧化磷酸化的调节
1.NADH/NAD+对氧化磷酸化的调节
2.ADP+Pi/ATP对氧化磷酸化的调节
3.Ca+的调节作用
4.甲状腺素作用
三,高能磷酸化合物的
储存和利用
(一 )高能建和高能化合物
(二 )ATP的利用
(三 )磷酸肌酸和 ATP的转换
(一 )高能健和高能化合物
生物化学中把磷酸化合物水解时放出
的能量大于 20KJ/mol者,称高能磷酸化合
物 。 其所含健称高能磷酸键。
高能磷酸化合物主要有四类：
1.磷酸酐
2.混合酐
3.烯醇磷酸
4.磷酸胍类
(二 )ATP的利用
?ATP参 1.与反应
?2.ATP促进其他多磷酸核酐的生
成
?3.ATP为生命活动直接供能
(三 )磷酸肌酸与 ATP的转换
四,其他氧化酶类
?(一 )需氧脱氢酶和氧化酶
?(二 )加氧酶类
? 1.加单氧酶 2.加双氧酶
?(三 )氢过氧化酶类
? 1.过氧化氢酶 2.过氧化物酶
? 3.超氧化物歧化酶
主 要 内 容
? 一 氧化呼吸链
? 二 ATP的生成
? 三 高能磷酸化合
物的储存和利
用
? 四 其他氧化酶类
? 五 二氧化碳的生
成
一, 氧 化 磷 酸 化
一、概念
二、呼吸链的组分
三、呼吸链中各组分
的排列顺序
四、线粒体中两条重
要呼吸链
五、胞液中 NADH和
NADPH的氧化
一、概 念
? 催化生物
氧化电子传递
的酶及其辅酶
的连锁反应体
系称为电子传
递链。
? 由于电子
传递链与细胞
摄取氧的呼吸
过程有关，通
第八章 生物氧化
（ biological oxidation ）
一、概念,生物氧化是有 机 物 在 生
物体 内 氧 化分 解 为 二 氧 化 碳和水
并 释放能量的过程。
实际是需氧细胞呼吸作用中一系
列氧化还原反应，因表现为细胞内 O2
的消耗和 CO2的形成，故又称组织呼吸、
细胞呼吸 （ celluar respiration） 。
第一节 概 论
二,生物氧化所讨论的问题
1、细胞如何在酶的催化下将代谢
物分子中的 C变成 CO2？
2、细胞如何利用 O2将代谢物分子
中的 H氧化成 H2O？
3、当有机物被氧化时，细胞如何
贮存和利用氧化所产生的能量？
三,生物氧化中 CO2生成方式
1,单纯脱羧基作用
（ 1） α— 单纯脱羧
O α---酮酸脱羧酶 O
CH3— C— COOH CH3— C + CO2
Mg2+ TPP H
（ 2） β— 单纯脱羧
CO— COOH β- 酮酸脱羧酶 O
CH2— COOH CH3— C— COOH + CO2
2,氧化脱羧作用
（ 1） α— 氧化脱羧
C 丙酮酸脱氢酶系
CH3— C— COOH + HSCoA + NAD+
O
CH3- C~SCoA + NADH+H+ + CO2
（ 2） β— 氧化脱羧
HO-CH— COOH 苹果酸酶 O
CH2— COOH CH3— C— COOH + CO2
NADP+ NADPH+H+
四、生物氧化中物质氧化的方式
生物体内氧化作用主要有三种方式：
1.失电子 如,Fe2+— →Fe 3++e—
2.脱氢 如,醇氧化为醛
3.加氧 如,醛氧化为酸（加水脱氢反应）
*生物体内氧化还原反应的同时，有能量的
释放和转移
五、生物氧化的特点
? 在活细胞内的水溶液中进行
? 体温条件（ 370C,pH7± ）
? 在一系列酶的催化下
? 逐步进行，能量逐步释放
加水脱氢方式使生物体能获取更多的能量
在学习生物氧化之前，有必要复习氧化还原电势
的概念
（一）概念：
一个氧化还原对失去电子或获得电子的倾向称为
氧化还原 电势 (电位 ),
生物氧化中包括许多氧化还原反应：
H2 ←→ 2H++2e Fe2+ ←→ Fe3++e
电子供体 电子受体 电子供体 电子受体
(还原型 ) (氧化型 ) (还原型 ) (氧化型 )
分别构成氧化还原 (电 )对, H+/1/2 H2, Fe3+/ Fe2+
在生物氧化反应中, 通常用氧化还原电位来相对
地表示各种化合物对电子亲合力的大小 。
六,氧化 -还原电势（电位）
在标准条件 (250C,常压,[氧化型 ][还原型 ]:1mol)下,
每一个氧化还原对都有一个标准氧化还原电势 (E0);
生物体氧化还原反应的标准条件,PH=7,故用 E0’表
示,此时氢电极 E0’= -0.421 (P.117 表 24-1)
（ 二 ） 标准电势与自由能的关系：
△ E0′；氧化还原体系中两个半反应的氧化还原 电
位差,E0′正极 - E0′负极 （失去电子倾向高）
ΔG0′ = -nΔE0’ F
（三）标准电势与平衡常数的关系：
ΔG0′= -2.303 RT logeK’eq = -nΔE0’ F
六,氧化 -还原电势
七, 参与生物氧化的酶类和电子载体
1,脱氢酶 （ dehydrogenase）
根据所含辅因子的不同，可将脱氢酶分为两类：
? 以黄素核苷酸为辅基的脱氢酶
SH2 + E-FMN→S+E -FMNH2
SH2 + E-FAD→S+E -FADH2 氧,递氢体
如琥珀酸脱氢酶（ FAD）,NADH脱氢酶（ FMN）等 ;
? 以烟酰胺核苷酸为辅酶的脱氢酶
这类酶均不能直接以氧为受氢体
SH2 + E- NAD+ S+E-NADH+H+
SH2 + E-NADP+ S+E-NADPH+H+
参与生物氧化的酶类和电子载体
2,氧化酶 如细胞色素氧化酶、抗坏血酸氧化酶等
3,加氧酶 加单氧酶,加双氧酶
4,传递体
递氢体 （ hydrogen carrier）
主要有黄素蛋白传递体及辅酶 Q（ CoQ）
递电子体 （ electron carrier），
主要有多种细胞色素及铁硫蛋白
第二节 线粒体氧化体系
生物氧化中最重要的是 线粒体氧化体系
此外，还有微粒体氧化体系，过氧化氢体
氧化酶体系，多酚氧化酶体系，抗坏血酸氧
化酶体系等 。
一,呼吸链 的概念 （ respiratory chain）
由一系列递氢体和递电子体以及相应的酶
系统按一定顺序排列在线粒体内膜上构成的
一条长链（生物氧化还原链或称为 电子传递
链 ），因与细胞摄取氧的呼吸过程有关，故
又称呼吸链。
组分 作用
?尼克酰胺腺嘌呤二核苷 酸 递氢体
（ NAD+ NADH+H+ ）
?（ NAD+ +NADPH+H+ NADH+H+ +NADP+ ）
?黄素蛋白（辅基为 FAD 递氢体
和 FMN）
?铁硫蛋白（ Fe-S） 单电子传递体
?辅酶 Q （ CoQ） 递氢体
?细胞色素类 单电子传递体
一、呼吸链的组成成分
（以 NAD或 NADP为辅酶的脱 氢酶）：
?生物体内大多数脱氢酶以 NAD+为辅酶，有的
以 NADP+为辅酶。
?反应机制如下：
1,吡啶核苷酸类
2,以黄素核苷酸为辅基的 脱氢酶
（ 1） NADH脱氢酶 （ FMN）
NADH+H+ + E-FMN NAD+ +E-FMNH2
（ 2）琥珀酸脱氢酶 （ FAD）
AH2 FADH2 CoQ
电子传递链上的唯一非蛋白组分,脂溶性,醌
类化合物，侧链为异戊二烯基的化合物是：
CoQ有许多辅酶特征：分子量低；必须从食物中获得；
不是蛋白质，但它是酶促反应的辅助因子；以游离或结
合蛋白的形式出现；它的长长的异戊二烯侧链使得其整
个分子在膜脂层中是可溶的。
CoQ（ 270— 290nm有光吸收）能可逆地还原成氢醌
（光吸收消失），这是它传递氢和电子功能的基础。
3,辅酶 Q （ CoQ）：
CoQ是来自连接 NADH和 FADH2两种脱氢酶的集合
点，因此它在传递链上居于中心位置。事实上,CoQ是
传递链上唯一没有紧密地或共价地与蛋白质结合地传
递体。这使得 CoQ在黄素蛋白和 Cyt C 之间作为流动的
电子传递体发挥了战略作用。
4,铁硫蛋白（ Fe-S ）：
非血红素铁蛋白的铁和硫原子以等摩尔量存在，并以四
面体形式与 4个 Cys— SH残基的巯基配位。铁原子实际上是
电子的受体或供体。当铁硫蛋白受到热或酸作用而变性时，
即放出 H2S 。
线粒体中有 Cyt b,Cyt c1,Cyt c,Cyt a,Cyt a3等。
微粒体中还有 P450等。是一类具有特殊吸收光谱的有色
物质。各种 Cyt的差别在于铁卟啉辅基侧链或辅基与酶
蛋白的连接方式不同。
这些细胞色素有其独特的结构和性质,Cyt 都以血红
素作为辅基，但各自的血红素的结构在卟啉的侧链基团
不同。大多数 Cyt 的铁卟啉以非共价键与酶蛋白结合，
唯 Cyt c例外（以硫醚键结合）。
Cyt 通过铁卟啉中的铁原子氧化还原而往复传递电子。
其中，只有 Cyt aa3 可直接以氧分子为电子受体,Cyt aa3
复合体含有两个血红素 A和 Cu,在氧化还原反应中也发
生价态变化（ Cu2+ Cu+），又称 细胞色素氧化酶 。
5,细胞色素类 （ cytochrome, Cyt）：
二、呼吸链中各组分的排列顺序
★ 确定呼吸链中各递氢体或递电子体的排列顺序的实
验方法有多种
（一） 测定各种电子传递体的标准氧化还原电位
（ E0′）,依还原电位大小排列：
NADH— FMN.Fe.S— CoQ— Cytb— Cytc1— Cytc— Cytaa3— O2
-0.32 -0.12 +0.045 +0.23 +0.25 +0.29 +0.8
琥珀酸 FAD- Fe.S
（二） 用分离出的电子传递体进行 呼吸链复合物 体外
重组实验
（三）利用呼吸链的特殊阻断抑制剂，阻断链中某些
特定的电子传递环节。
（四）利用光谱变化观察线粒体各传递体氧化顺序
三、线粒体內的两条重要呼吸链
（一） NADH氧化呼吸链
（二 ）琥珀酸氧化呼吸链
琥珀酸 → [FAD-Fe.S] → CoQ→[Cyt b — Fe.S— Cyt c1]
→Cyt c→ [Cyt a —— Cyt a3 ] →O 2
四、呼吸链抑制剂作用点
能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为
电子传递抑制剂
五, 胞液中 NADH及 NADPH的氧化
? （一） ?-磷酸甘油穿梭系统
主要存在于肌肉、神经组织等细胞内
? （二）苹果酸穿梭系统
主要存在于肝脏、心肌等细胞 内
（一） ?-磷酸甘油穿梭系统
(二 ) 苹果酸穿梭系统
（一） ATP生成的方式
（二）氧化磷酸化概念
（三）氧化磷酸化偶联部位
（四） ATP合成的结构基础
（五）氧化磷酸化偶联机理
（六）氧化磷酸化的调节
（七）氧化磷酸化抑制剂
第三节 ATP的生成
（一） ATP生成的方式
1.底物水平磷酸化,底物的高能磷酸基团直接转
移给 ADP生成 ATP。
2.氧化磷酸化,是指在电子传递过程中,释放的能量
使 ADP磷酸化成 ATP的过程。又称 电子传递水
平磷酸化。
当氢从代谢物分子脱下并进入呼吸链，在呼吸
链传递过程中消耗 O2，并伴有 ADP+Pi合成 ATP
的反应，同时有大量 能量 产生 （ ΔG0′= - 52.7 kcal /
mol）
释放出来的能量在细胞内以 ATP 的形式储存
（ 21.9/52.7 = 42 %）起来，以供细胞代谢活动的
需要，这就是 氧化磷酸化 。
AH2 A（ ΔG0′= - 52.7kcol/mol）或 （ -220.497KJ/ mol）
氧化, 2H NADH+H++1/2 O2 NAD++H2O
（ 放能反应 ） +1/2 O2 + H2O 氧化磷酸化
（ 吸能反应 ） 能量 偶联反应
磷酸化, 3ADP + 3H3PO4 3ATP + 3H2O
（ ΔG0′= +21.9kcol/mol） 或 （ +91.63 KJ/ mol）
在底物被氧化, 即电子或氢原子在呼吸链上传递过程
中伴随有 ADP 磷酸化生成 ATP 的作用称之 （ oxidative
phosphorylation ） 或偶联磷酸化
（二）氧化磷酸化概念
确定氧化磷酸化偶联部位 （ ATP生成部位）
的实验方法：
1,P/O比值测定, 一对电子通过呼吸链传递至
O2所产生的 ATP分子数。
经过几种不同底物在离体线粒体实验中测得：
琥珀酸 P/O = 1.7 苹果酸 P/O = 3.0
由此确定 NADH呼吸链中有三个偶联部位：
NADH-----CoQ Cytb ----- Cytc Cytaa3 --- O2
而琥珀酸呼吸链中只有二个 偶联部位：
Cytb ----- Cytc Cytaa3 --- O2
琥珀酸 （ FAD- Fe.S）
NADH— FMN.Fe.S— CoQ— Cytb— Cytc1— Cytc— Cytaa3— O2
（ -0.32 -0.12 +0.10 +0.04 +0.23 +0.25 +0.29 +0.8）
① ② ③
ΔE0’=0.33V ΔE0’=0.31V ΔE0’ =0.58V
ΔG0′= - 63.7 = -59.8 = -110
(KJ/mol) (ATP-30.54 KJ/mol)
2,电位变化测定：
（三）氧化磷酸化偶联部位
氧化磷酸化如何偶联？
即氧化过程中释放的能量如何使 ADP磷酸化生成 ATP？
学习这个问题之前 需先复习线粒体内膜结构特点,见图
线粒体内膜上有 ATP-合成酶系统：由 F1和 F0二部分构成。
（ 1） F1球体,一种酶复合物,MW=360000,5种多肽，
有二种功能：形成 ATP（ ATP合成酶）
水解 ATP（ F1ATP酶）
（ 2） F0：一般认为是构成 H+通道（质子流通道），由几
种蛋白质构成，含有较多亮氨酸、丙氨酸等，是
疏水蛋白质，故可进入膜脂质，贯穿整个膜。
有调节质子流作用，而控制 ATP合成。
（四） ATP生成的结构基础
先后有三种假说 （ 1）化学 偶联假说（高能共价中间物？）
（ 2）构象偶联假说（构象变化？）
（ 3） 化学渗透假说, 1961年，英国 Mitchell
化学渗透假说基本要点：
电子经呼吸链传递的同时，可将质子（ H+）从内膜的基
质面排到内膜外，而造成膜内外的电化学梯度。
? 呼吸链中递氢体和递电子体是交替排列的，在内膜中都
有特定的位置，催化的反应是定向的；
? 当 递氢体 从内膜内侧接受底物传来的 2H后，可将其中的
电子传给其后的递电子体，而将 2H+泵到内膜外侧，故具有
氢泵 作用。
? 线粒体内膜不能让 H+自由通过,2 H+泵出使内膜外侧
[H+],造成“跨膜化学电位差”。电化学梯度的形成可看
成能量的储存，是由电子传递时释放的能量所引起。因而
当离子顺梯度回流（通过 F0回流到基质）时释放出自由能，
可使 ADP+Pi ATP。
（五）氧化磷酸化的偶联机理
(六 ) 氧化磷酸化抑制剂
? 1.解偶联剂,这类物质的作用是使电子传递和
ATP合成两个过程分离,即解偶联过程。典型
的解偶联剂是 2,4-二硝基苯酚,
?2.电子传递抑制剂：这类抑制剂通过与电子传
递体结合而阻断电子传递使底物氧化过程中断 。
（七）氧化磷酸化的调节
1.NADH/NAD+对氧化磷酸化的调节
2.ADP+Pi/ATP对氧化磷酸化的调节
3.Ca+的调节作用
4.甲状腺素作用
三,高能磷酸化合物的
储存和利用
(一 )高能建和高能化合物
(二 )ATP的利用
(三 )磷酸肌酸和 ATP的转换
(一 )高能健和高能化合物
生物化学中把磷酸化合物水解时放出
的能量大于 20KJ/mol者,称高能磷酸化合
物 。 其所含健称高能磷酸键。
高能磷酸化合物主要有四类：
1.磷酸酐
2.混合酐
3.烯醇磷酸
4.磷酸胍类
(二 )ATP的利用
?ATP参 1.与反应
?2.ATP促进其他多磷酸核酐的生
成
?3.ATP为生命活动直接供能
(三 )磷酸肌酸与 ATP的转换
四,其他氧化酶类
?(一 )需氧脱氢酶和氧化酶
?(二 )加氧酶类
? 1.加单氧酶 2.加双氧酶
?(三 )氢过氧化酶类
? 1.过氧化氢酶 2.过氧化物酶
? 3.超氧化物歧化酶
主 要 内 容
? 一 氧化呼吸链
? 二 ATP的生成
? 三 高能磷酸化合
物的储存和利
用
? 四 其他氧化酶类
? 五 二氧化碳的生
成
一, 氧 化 磷 酸 化
一、概念
二、呼吸链的组分
三、呼吸链中各组分
的排列顺序
四、线粒体中两条重
要呼吸链
五、胞液中 NADH和
NADPH的氧化
一、概 念
? 催化生物
氧化电子传递
的酶及其辅酶
的连锁反应体
系称为电子传
递链。
? 由于电子
传递链与细胞
摄取氧的呼吸
过程有关，通
