第十四章 生物氧化
主要内容
? 高能磷酸化合物
— 高能磷酸化合物的类型,ATP的特殊作用，磷酸肌酸
和磷酸精氨酸的贮能作用
? 呼吸链
— 呼吸链的概念，呼吸链电子传递的顺序，电子传递抑
制剂，呼吸链的多型性
? 氧化磷酸化作用
— 磷酸化的部位，解偶联作用，氧化磷酸化作用的机理
第一节 高能磷酸化合物
?高能磷酸化合物的类型
?ATP的特殊作用
?磷酸肌酸和磷酸精氨酸的贮能作用
一、高能磷酸化合物的类型
?在生物体内具有高能键的化合物是很多的。根据
键的特性可以分为以下几种类型,
? 磷氧键型
? 氮磷键型
? 硫酯键型
? 甲硫键型
1、磷氧键型 (－ O～ P)
?磷氧键型又可分为以下三种,
(1) 酰基磷酸化合物
C O
C H
O
H O
H
2
C O P
O
O
O
P O
O
O
～
H
3
C C
O
O P O
O
O
～ H 3 N C O
O
P O
O
O
～
R C
O
O P O
O
O
～ 腺 苷 C C
O
O P O
O
O
～ 腺 苷
H
N H
3
R
3 - 磷 酸 甘 油 酸 磷 酸
乙 酰 磷 酸 氨 甲 酰 磷 酸
酰 基 腺 苷 酸 氨 酰 腺 苷 酸
C
C O O H
O P O
O
O
～
C H 2
磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸
O P
O
O
O P O
O
O H
O P
O
O
P O
O
O
～腺 苷 P O
O
O
～O
1 2 3
A M P
腺 一 磷
A D P
腺 二 磷
A T P
腺 三 磷
无 机 焦 磷 酸
γβ
(2) 焦磷酸化合物
(3) 烯醇式磷酸化合物
2、氮磷键型
C H 2 N
C H 3
C
N H
N
H
P O
O
O
～ ( C H 2 ) 3 N
H
C
N H
N
H
P O
O
O
～C HH O O C
磷 酸 肌 酸 磷 酸 精 氨 酸
H O O C
H 2 N
3、硫酯键型
N
N
N
H
N
N H
2
O
O O H
H
H H
H
C H
2
P O
O
O
P
O
OO
O
S
O
O ～
3
6
O
- 磷 酸 腺 苷 -
（ 活 性 硫 酸 基 ）
- 磷 酰 硫 酸3 ′ 5 ′
CR
O
～ S C o A
酰 基 辅 酶 A
4、甲硫键型
H 3 C S～ C H 2 C H 2 C H
N H 2
C O O H
腺 苷
S - 腺 苷 蛋 氨 酸
（ 活 性 蛋 氨 酸 ）
二,ATP的特殊作用
?ATP在细胞的酶促磷酸基团转移中是一个“共同
中间体”。
?ATP可以接受在它以上的化合物的磷酸基团，所
形成的 ATP又可将磷酸基团转移给其他的受体，
形成在 ATP以下的磷酸化合物。
?ATP释放自由能影响因素,
1,ATP三个磷酸基团空间作用；
2,ATP水解产物 ADP3-和 HPO42+具有能量最小构象；
3,低浓度的 H+推动 ATP4-向分解方向进行。
三、磷酸肌酸和磷酸精氨酸的贮能作用
?脊椎动物是磷酸肌酸作为磷酸原
?无脊椎动物则以磷酸精氨酸作为磷酸原
第二节 呼 吸 链
?呼吸链的概念
?呼吸链电子传递的顺序
?电子传递抑制剂
?呼吸链的多型性
一、呼吸链的概念
?在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经过一系列的传
递体 (如 NADH和 FADH2 )的传递，最终交给分子氧生
成水，同时将释放的能量偶联形成 ATP，这一电子传
递体系称为 呼吸链 。
二、呼吸链电子传递的顺序
- 酮 戊 二 酸
丙 酮 酸
苹 果 酸
异 柠 檬 酸
谷 氨 酸
3 - 羟 酰 - C o A
脂 酰 - C o A
磷 酸 甘 油
琥 珀 酸F P 6
F P
5
N A D Q
F P
2
F P
3
F P
4
A T P
部 位 Ⅰ
F P
1
( 4 F e S ) ( 2 F e S ) c y t b ( F e S ) c y t c 1 c y t c c y t a a
3 O 2
A T P
部 位 Ⅱ
A T P
部 位 Ⅲ
鱼 藤 酮
安 密 妥
抑 制 位 点
抑 制 位 点
抗 霉 素 A 氰 化 物
抑 制 位 点
图 1 4 - 2 哺 乳 动 物 的 呼 吸 链
2
1
S H
2 N A D
+
2 H
S N A D H
F M N H
2
C o Q
F e
2 +
C y t F e
3 +
C y t O 2
2 e
C y t F e
2 +
C y t F e
3 + C y t F e 3 + O
2 +
( a - a 3 )
F e
2 +
C y t
2 e
C o Q H
2
F M N
H
2
O
2 H
H
+
2 e
2 H
+
2 e
图 1 4 - 3 呼 吸 链 氧 化 - 还 原 反 应 示 意 图
( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( b c
1 )
c
2 H
三、电子传递抑制剂
?能够切断呼吸链中某一部位电子流的物质，称为
电子传递抑制剂 。
?经典的抑制剂有以下几种,
(1) 鱼藤酮、安密妥以及杀粉蝶菌素
(2) 抗霉素 A是由链霉菌分离出的抗菌素
(3) 氰化物、硫化物、叠氮化物和一氧化碳等
四、呼吸链的多型性
? 呼吸链在不同生物种类之间存在中间传递成员
的不同；在同一生物体、同一细胞内还存在末
端氧化酶体系的多样性。
?生物界中末端氧化酶体系有五种类型,
1、细胞色素氧化酶体系
2、酚氧化酶体系
3、抗坏血酸氧化酶体系
4、黄素蛋白氧化酶
5、过氧化氢酶与过氧化物酶
1、细胞色素氧化酶体系
? 细胞色素是以铁卟啉为辅基的蛋白质，因为有颜色，所以
称为细胞色素。
? 细胞色素的种类很多，已发现的有存在于线粒体中的 aa3、
b,c,c1和存在于微粒体中的 b5,P-450等多种，活性中心
是卟啉环中的铁离子 (Fe2+/Fe3+)，功能是传递电子。
NN
F e
N N
C
H
O
H O
血 红 素 A （ 细 胞 色 素 a a
3
的 辅 基 )
1
23
4
5
6 7
8
H O O C C O O H
2、酚氧化酶体系
? 酚氧化酶是一种含 Cu的氧化酶，在呼吸过程中的作用如
下,
S H 2
S
N A D
+
N A D F + H
+
2 P h
2 P h
O H
O H
O
O
O
1 / 2 O 2
2 e
2 H
+
H 2 O
脱 氢 酶 醌 还 原 酶 酚 氧 化 酶
C u
2 +
C u
+
3、抗坏血酸氧化酶体系
? 抗坏血酸氧化酶也是含 Cu氧化酶。在这一末端氧化酶体
系参与的呼吸链中还需要谷胱甘肽 (GSH)在 NADP和抗坏
血酸之间作递氢体。
S H 2
S
N A D P
+
N A D P H + H
+
2 G S H
G S S G
D H A
A A
2 C u
+
2 C u
2 +
1 / 2 O 2
O
2 H
+
H 2 O
脱 氢 酶 谷 胱 甘 肽 还 原 酶 脱 氢 抗 坏 血 酸 还 原 酶
抗 坏 血 酸 氧 化 酶
2 e
2 e
4、黄素蛋白氧化酶
? 一切以 FMN或 FAD为辅基的酶或传递体都可称为黄酶，
它的作用是不经过细胞色素或其他传递体而将氢直接交
给分子氧，生成过氧化氢。作用模式如下,
S H 2
S
N A D + ( 或 N A D P + )
N A D H ( 或 N A D P H ） + H +
F M N H 2 ( 或 F A D H 2 )
F M N ( 或 F A D )
O 2
H 2 O 2
5、过氧化氢酶与过氧化物酶
?过氧化物酶及过氧化氢酶总称为氢过氧化物酶，
也是含铁卟啉衍生物辅基的酶。这两种酶在生物
组织中起着消除 H2O2的, 解毒, 作用。
?反应模式如下,
过氧化氢酶催化 2 H
2 O 2 2 H 2 O + O 2
过氧化物酶催化
或
第三节 氧化磷酸化作用
?磷酸化的部位
?解偶联作用
?氧化磷酸化作用的机理
?生物体中高能磷酸化合物的生成有两种类型,
? 底物水平的磷酸化作用,底物先生成磷酸化或硫
酯化的衍生物，然后用以生成 ATP。例如，糖酵
解反应中生成的 1,3-二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式
丙酮酸以及三羧酸循环中琥珀酰 CoA合成酶催化
的反应。
? 氧化磷酸化作用,与呼吸链偶联的磷酸化作用 。
一、磷酸化的部位
?呼吸链中在三个部位有较大的自由能变化,这三个部
位每一步释放的自由能，都足以保证 ADP和无机磷酸
形成 ATP。 如下图
- 酮 戊 二 酸
丙 酮 酸
苹 果 酸
异 柠 檬 酸
谷 氨 酸
3 - 羟 酰 - C o A
脂 酰 - C o A
磷 酸 甘 油
琥 珀 酸F P 6
F P
5
N A D Q
F P
2
F P
3
F P
4
A T P
部 位 Ⅰ
F P
1
( 4 F e S ) ( 2 F e S ) c y t b ( F e S ) c y t c 1 c y t c c y t a a
3 O 2
A T P
部 位 Ⅱ
A T P
部 位 Ⅲ
鱼 藤 酮
安 密 妥
抑 制 位 点
抑 制 位 点
抗 霉 素 A 氰 化 物
抑 制 位 点
图 1 4 - 2 哺 乳 动 物 的 呼 吸 链
二、解偶联作用
?在完整线粒体内，电子传递与磷酸化之间紧密偶
联，但这两个过程可被解偶联剂，如 2,4-二硝基
酚 (DNP)解偶联，这时虽然能进行电子传递，但
不能发生 ADP的磷酸化作用。这一过程称为解偶
联作用。
?解偶联效应的生物利用：如在冬眠动物和适应寒
冷的哺乳动物中，它是一种能够产生热以维持体
温的方法。
三、氧化磷酸化作用的机理
?化学渗透学说
形
成
质
子
梯
度
? 当两个质子穿过膜上的 F1-F0复合体 (即 ATP酶 )再回到内膜
内部时，由 ADP和无机磷酸就形成一个 ATP分子。
主要内容
? 高能磷酸化合物
— 高能磷酸化合物的类型,ATP的特殊作用，磷酸肌酸
和磷酸精氨酸的贮能作用
? 呼吸链
— 呼吸链的概念，呼吸链电子传递的顺序，电子传递抑
制剂，呼吸链的多型性
? 氧化磷酸化作用
— 磷酸化的部位，解偶联作用，氧化磷酸化作用的机理
第一节 高能磷酸化合物
?高能磷酸化合物的类型
?ATP的特殊作用
?磷酸肌酸和磷酸精氨酸的贮能作用
一、高能磷酸化合物的类型
?在生物体内具有高能键的化合物是很多的。根据
键的特性可以分为以下几种类型,
? 磷氧键型
? 氮磷键型
? 硫酯键型
? 甲硫键型
1、磷氧键型 (－ O～ P)
?磷氧键型又可分为以下三种,
(1) 酰基磷酸化合物
C O
C H
O
H O
H
2
C O P
O
O
O
P O
O
O
～
H
3
C C
O
O P O
O
O
～ H 3 N C O
O
P O
O
O
～
R C
O
O P O
O
O
～ 腺 苷 C C
O
O P O
O
O
～ 腺 苷
H
N H
3
R
3 - 磷 酸 甘 油 酸 磷 酸
乙 酰 磷 酸 氨 甲 酰 磷 酸
酰 基 腺 苷 酸 氨 酰 腺 苷 酸
C
C O O H
O P O
O
O
～
C H 2
磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸
O P
O
O
O P O
O
O H
O P
O
O
P O
O
O
～腺 苷 P O
O
O
～O
1 2 3
A M P
腺 一 磷
A D P
腺 二 磷
A T P
腺 三 磷
无 机 焦 磷 酸
γβ
(2) 焦磷酸化合物
(3) 烯醇式磷酸化合物
2、氮磷键型
C H 2 N
C H 3
C
N H
N
H
P O
O
O
～ ( C H 2 ) 3 N
H
C
N H
N
H
P O
O
O
～C HH O O C
磷 酸 肌 酸 磷 酸 精 氨 酸
H O O C
H 2 N
3、硫酯键型
N
N
N
H
N
N H
2
O
O O H
H
H H
H
C H
2
P O
O
O
P
O
OO
O
S
O
O ～
3
6
O
- 磷 酸 腺 苷 -
（ 活 性 硫 酸 基 ）
- 磷 酰 硫 酸3 ′ 5 ′
CR
O
～ S C o A
酰 基 辅 酶 A
4、甲硫键型
H 3 C S～ C H 2 C H 2 C H
N H 2
C O O H
腺 苷
S - 腺 苷 蛋 氨 酸
（ 活 性 蛋 氨 酸 ）
二,ATP的特殊作用
?ATP在细胞的酶促磷酸基团转移中是一个“共同
中间体”。
?ATP可以接受在它以上的化合物的磷酸基团，所
形成的 ATP又可将磷酸基团转移给其他的受体，
形成在 ATP以下的磷酸化合物。
?ATP释放自由能影响因素,
1,ATP三个磷酸基团空间作用；
2,ATP水解产物 ADP3-和 HPO42+具有能量最小构象；
3,低浓度的 H+推动 ATP4-向分解方向进行。
三、磷酸肌酸和磷酸精氨酸的贮能作用
?脊椎动物是磷酸肌酸作为磷酸原
?无脊椎动物则以磷酸精氨酸作为磷酸原
第二节 呼 吸 链
?呼吸链的概念
?呼吸链电子传递的顺序
?电子传递抑制剂
?呼吸链的多型性
一、呼吸链的概念
?在生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经过一系列的传
递体 (如 NADH和 FADH2 )的传递，最终交给分子氧生
成水，同时将释放的能量偶联形成 ATP，这一电子传
递体系称为 呼吸链 。
二、呼吸链电子传递的顺序
- 酮 戊 二 酸
丙 酮 酸
苹 果 酸
异 柠 檬 酸
谷 氨 酸
3 - 羟 酰 - C o A
脂 酰 - C o A
磷 酸 甘 油
琥 珀 酸F P 6
F P
5
N A D Q
F P
2
F P
3
F P
4
A T P
部 位 Ⅰ
F P
1
( 4 F e S ) ( 2 F e S ) c y t b ( F e S ) c y t c 1 c y t c c y t a a
3 O 2
A T P
部 位 Ⅱ
A T P
部 位 Ⅲ
鱼 藤 酮
安 密 妥
抑 制 位 点
抑 制 位 点
抗 霉 素 A 氰 化 物
抑 制 位 点
图 1 4 - 2 哺 乳 动 物 的 呼 吸 链
2
1
S H
2 N A D
+
2 H
S N A D H
F M N H
2
C o Q
F e
2 +
C y t F e
3 +
C y t O 2
2 e
C y t F e
2 +
C y t F e
3 + C y t F e 3 + O
2 +
( a - a 3 )
F e
2 +
C y t
2 e
C o Q H
2
F M N
H
2
O
2 H
H
+
2 e
2 H
+
2 e
图 1 4 - 3 呼 吸 链 氧 化 - 还 原 反 应 示 意 图
( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( b c
1 )
c
2 H
三、电子传递抑制剂
?能够切断呼吸链中某一部位电子流的物质，称为
电子传递抑制剂 。
?经典的抑制剂有以下几种,
(1) 鱼藤酮、安密妥以及杀粉蝶菌素
(2) 抗霉素 A是由链霉菌分离出的抗菌素
(3) 氰化物、硫化物、叠氮化物和一氧化碳等
四、呼吸链的多型性
? 呼吸链在不同生物种类之间存在中间传递成员
的不同；在同一生物体、同一细胞内还存在末
端氧化酶体系的多样性。
?生物界中末端氧化酶体系有五种类型,
1、细胞色素氧化酶体系
2、酚氧化酶体系
3、抗坏血酸氧化酶体系
4、黄素蛋白氧化酶
5、过氧化氢酶与过氧化物酶
1、细胞色素氧化酶体系
? 细胞色素是以铁卟啉为辅基的蛋白质，因为有颜色，所以
称为细胞色素。
? 细胞色素的种类很多，已发现的有存在于线粒体中的 aa3、
b,c,c1和存在于微粒体中的 b5,P-450等多种，活性中心
是卟啉环中的铁离子 (Fe2+/Fe3+)，功能是传递电子。
NN
F e
N N
C
H
O
H O
血 红 素 A （ 细 胞 色 素 a a
3
的 辅 基 )
1
23
4
5
6 7
8
H O O C C O O H
2、酚氧化酶体系
? 酚氧化酶是一种含 Cu的氧化酶，在呼吸过程中的作用如
下,
S H 2
S
N A D
+
N A D F + H
+
2 P h
2 P h
O H
O H
O
O
O
1 / 2 O 2
2 e
2 H
+
H 2 O
脱 氢 酶 醌 还 原 酶 酚 氧 化 酶
C u
2 +
C u
+
3、抗坏血酸氧化酶体系
? 抗坏血酸氧化酶也是含 Cu氧化酶。在这一末端氧化酶体
系参与的呼吸链中还需要谷胱甘肽 (GSH)在 NADP和抗坏
血酸之间作递氢体。
S H 2
S
N A D P
+
N A D P H + H
+
2 G S H
G S S G
D H A
A A
2 C u
+
2 C u
2 +
1 / 2 O 2
O
2 H
+
H 2 O
脱 氢 酶 谷 胱 甘 肽 还 原 酶 脱 氢 抗 坏 血 酸 还 原 酶
抗 坏 血 酸 氧 化 酶
2 e
2 e
4、黄素蛋白氧化酶
? 一切以 FMN或 FAD为辅基的酶或传递体都可称为黄酶，
它的作用是不经过细胞色素或其他传递体而将氢直接交
给分子氧，生成过氧化氢。作用模式如下,
S H 2
S
N A D + ( 或 N A D P + )
N A D H ( 或 N A D P H ） + H +
F M N H 2 ( 或 F A D H 2 )
F M N ( 或 F A D )
O 2
H 2 O 2
5、过氧化氢酶与过氧化物酶
?过氧化物酶及过氧化氢酶总称为氢过氧化物酶，
也是含铁卟啉衍生物辅基的酶。这两种酶在生物
组织中起着消除 H2O2的, 解毒, 作用。
?反应模式如下,
过氧化氢酶催化 2 H
2 O 2 2 H 2 O + O 2
过氧化物酶催化
或
第三节 氧化磷酸化作用
?磷酸化的部位
?解偶联作用
?氧化磷酸化作用的机理
?生物体中高能磷酸化合物的生成有两种类型,
? 底物水平的磷酸化作用,底物先生成磷酸化或硫
酯化的衍生物，然后用以生成 ATP。例如，糖酵
解反应中生成的 1,3-二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式
丙酮酸以及三羧酸循环中琥珀酰 CoA合成酶催化
的反应。
? 氧化磷酸化作用,与呼吸链偶联的磷酸化作用 。
一、磷酸化的部位
?呼吸链中在三个部位有较大的自由能变化,这三个部
位每一步释放的自由能，都足以保证 ADP和无机磷酸
形成 ATP。 如下图
- 酮 戊 二 酸
丙 酮 酸
苹 果 酸
异 柠 檬 酸
谷 氨 酸
3 - 羟 酰 - C o A
脂 酰 - C o A
磷 酸 甘 油
琥 珀 酸F P 6
F P
5
N A D Q
F P
2
F P
3
F P
4
A T P
部 位 Ⅰ
F P
1
( 4 F e S ) ( 2 F e S ) c y t b ( F e S ) c y t c 1 c y t c c y t a a
3 O 2
A T P
部 位 Ⅱ
A T P
部 位 Ⅲ
鱼 藤 酮
安 密 妥
抑 制 位 点
抑 制 位 点
抗 霉 素 A 氰 化 物
抑 制 位 点
图 1 4 - 2 哺 乳 动 物 的 呼 吸 链
二、解偶联作用
?在完整线粒体内，电子传递与磷酸化之间紧密偶
联，但这两个过程可被解偶联剂，如 2,4-二硝基
酚 (DNP)解偶联，这时虽然能进行电子传递，但
不能发生 ADP的磷酸化作用。这一过程称为解偶
联作用。
?解偶联效应的生物利用：如在冬眠动物和适应寒
冷的哺乳动物中，它是一种能够产生热以维持体
温的方法。
三、氧化磷酸化作用的机理
?化学渗透学说
形
成
质
子
梯
度
? 当两个质子穿过膜上的 F1-F0复合体 (即 ATP酶 )再回到内膜
内部时，由 ADP和无机磷酸就形成一个 ATP分子。
