目 录第 六 章生 物 氧 化
Biological Oxidation
授课教师：张春晓目 录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
CO2和 H2O O2
能量
ADP+Pi
ATP
热能
* 生物氧化的概念目 录
* 生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化方式有加氧,脱氢,
失电子,遵循氧化还原反应的一般规律 。
物质在体内外氧化时所消耗的氧量,最终产物 （ CO2,H2O） 和释放能量均相同 。
目 录
是在细胞内温和的环境中 （ 体温,pH接近中性 ）,在一系列酶促反应逐步进行,能量逐步释放有利于机体捕获能量,提高 ATP生成的效率 。
进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧,并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生 H2O,有机酸脱羧产生 CO2。
*生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化 体外氧化
能量是突然释放的 。
产生的 CO2,H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成 。
目 录糖原 三酯酰甘油 蛋白质葡萄糖 脂酸 +甘油 氨基酸乙酰 CoA
TAC
2H 呼吸链 H2O
ADP+Pi ATP CO2
* 生物氧化的一般过程目 录第一节生成 ATP的氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
目 录
定义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
transfer chain)。
组成递氢体和电子传递体 （ 2H? 2H+ + 2e）
一、呼吸链目 录
（一）呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体 (complex)
* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
人线粒体呼吸链复合体复合体 酶名称复合体 Ⅰ
复合体 Ⅱ
复合体 Ⅲ
复合体 Ⅳ
NADH - 泛醌还原酶琥珀酸 - 泛醌还原酶泛醌 - 细胞色素 C 还原酶细胞色素 c 氧化酶辅基
FM N,Fe - S
FA D,Fe - S
铁卟啉,Fe - S
铁卟啉,Cu
多肽链数
39
4
10
13
复合体 酶名称复合体 Ⅰ
复合体 Ⅱ
复合体 Ⅲ
复合体 Ⅳ
泛醌还原酶琥珀酸 泛醌还原酶泛醌 细胞色素 还原酶细胞色素 氧化酶辅基
，
，
铁卟啉，
铁卟啉，
多肽链数目 录呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置目 录
ⅢⅠ Ⅱ Ⅳ
Cytc
Q
NADH+H+
NAD+
延胡索酸琥珀酸 1/2O2+2H
+
H2O
胞液侧基质侧线粒体内膜e-
e- e-
e-
e-
目 录
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→ →CoQFMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
目 录
NAD+和 NADP+的结构
R=H,NAD+; R=H2PO3:NADP+
目 录
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。
目 录
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? 。
目 录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 。
表示无机硫目 录铁硫蛋白
S S无机硫 半胱氨酸硫目 录泛醌（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。
目 录复合体 Ⅰ 的功能
NADH+H+
NAD+
FMN
FMNH2
还原型 Fe-S
氧化型 Fe-S
Q
QH2
目 录
2,复合体 Ⅱ,琥珀酸 -泛醌还原酶
功能,将电子从琥珀酸传递给泛醌复合体 Ⅱ
琥珀酸 → → CoQFe-S1;b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3
目 录细 胞 色 素细胞色素是一类以铁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。
目 录目 录目 录
3,复合体 Ⅲ,泛醌 -细胞色素 c还原酶
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素 c
复合体 Ⅲ
QH2→ →Cyt cb562; b566; Fe-S; c1
目 录目 录
4,复合体 Ⅳ,细胞色素 c氧化酶
功能：将电子从细胞色素 c传递给氧复合体 Ⅳ
还原型 Cyt c → → O2CuA→a→a 3→ CuB
其中 Cyt a3 和 CuB形成的活性部位将电子交给 O2。
目 录目 录由以下实验确定
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
（二） 呼吸链成分的排列顺序目 录
1,NADH氧化呼吸链
NADH → 复合体 Ⅰ →Q → 复合体 Ⅲ →Cyt c →
复合体 Ⅳ →O 2
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 →O 2
目 录
NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链目 录氧 化 还 原 对 E o ' (V)
NAD
+
/NADH+H
+
- 0.32
F MN/ F MNH
2
- 0.30
F AD / F ADH
2
- 0.06
Cyt b F e
3+
/Fe
2+
0.04 （ 或 0.1 0 ）
Q
10
/Q
10
H
2
0.07
Cyt c
1
Fe
3+
/ Fe
2+
0.22
Cyt c F e
3+
/F e
2+
0.25
Cyt a Fe
3 +
/ F e
2+
0.29
Cyt a
3
Fe
3 +
/ F e
2 +
0.55
1/2 O
2
/ H
2
O 0.82
呼 吸 链 中 各 种 氧 化 还 原 对 的 标 准 氧 化 还 原 电 位目 录电子传递链目 录二、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 。
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 。
目 录
（一）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位,复合体 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ
根据自由能变化和 P/O比值
⊿ Go'=-nF⊿ Eo'
目 录线 粒 体 离 体 实 验 测 得 的 一 些 底 物 的 P/ O 比 值底 物 呼 吸 链 的 组 成 P/ O 比 值 可 能 生 成 的 AT P 数
β - 羟 丁 酸 NAD
+
→ 复 合 体 Ⅰ → Co Q → 复 合 体 Ⅲ 2,4 ～ 2,8 3
→ Cy t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
琥 珀 酸 复 合 体 Ⅱ → Co Q → 复 合 体 Ⅲ 1,7 2
→ Cy t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
抗 坏 血 酸 Cy t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
0,88 1
细 胞 色 素 c ( F e
2+
) 复 合 体 Ⅳ → O
2
0,6 1 - 0.68 1
目 录ATP
ATP ATP
氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化区段电位变化
( ⊿ E o ′ )
自由能变化
⊿ G o ′ = - nF ⊿ E o ′
能否生成 A TP
( ⊿ G o ′ 是否大于 30,5 K J)
C yt aa
3
~O
2
0,53 V 10 2,3K J/ m ol 能
N AD + ~ C oQ 0,36 V 69,5 K J/ m ol 能
C oQ ~ C yt c 0.21V 40.5K J/m ol 能目 录
（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。
目 录线粒体基质线粒体膜
+ + + +
- - - -
H+
O2
H2O
H+
e-
ADP+
Pi ATP
化学渗透假说简单示意图化学渗透假说目 录目 录
ⅢⅠ Ⅱ Ⅳ
F
0
F1
Cyt c
Q
NADH+H+
NAD+
延胡索酸琥珀酸
H+
1/2O2+2H+
H2O
ADP+Pi ATP
H+
H+ H+ 胞液侧基质侧
+ + + + + + + + + +
- - - - - - - - -
化学渗透假说详细示意图目 录
2,ATP合酶由亲水部分
F1 （ α3β3γδε 亚基 ） 和疏水部分 F0（ a1b2c9～
12亚基 ） 组成 。
ATP合酶结构模式图目 录当 H+顺浓度递度经 F0中 a亚基和 c亚基之间回流时,γ亚基发生旋转,3个 β亚基的构象发生改变 。
ATP合酶的工作机制目 录三、影响氧化磷酸化的因素
1,呼吸链抑制剂阻断呼吸链中某些部位电子传递。
2,解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。
如：解偶联蛋白
3,氧化磷酸化抑制剂对电子传递及 ADP磷酸化均有抑制作用。
如：寡霉素
（一）抑制剂目 录鱼藤酮粉蝶霉素 A
异戊巴比妥
×
抗霉素 A
二巯基丙醇
×
CO,CN-、
N3-及 H2S
×
各种呼吸链抑制剂的阻断位点目 录解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）
ⅢⅠ Ⅱ
F
0
F1
Ⅳ
Cyt c
Q
胞液侧基质侧解偶联蛋白热能
H+
H+
ADP+Pi ATP
目 录寡霉素 (oligomycin)
可阻止质子从 F0质子通道回流,抑制 ATP生成寡霉素
ATP合酶结构模式图目 录
（ 二 ） ADP的调节作用呼吸控制率 (respiratory control ratio,RCR)
（ 三 ） 甲状腺激素
Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加 。
（ 四 ） 线粒体 DNA突变与线粒体 DNA病及衰老有关 。
电子传递链及氧化磷酸化系统概貌
ΔμH+ 跨膜质子电化学梯度； H+m
内膜基质侧
H+； H+c内膜胞液侧 H+
目 录目 录四,ATP
高能磷酸键与高能磷酸化合物
高能磷酸键水解时释放的能量大于 21KJ/mol的磷酸酯键，
常表示为?P。
高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物目 录目 录核苷二磷酸激酶的作用
ATP + UDP ADP + UTP
ATP + CDP ADP + CTP
ATP + GDP ADP + GTP
腺苷酸激酶的作用
ADP + ADP ATP + AMP
目 录肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。
目 录
ATP的生成和利用
ATP
ADP
肌酸磷酸肌酸氧化磷酸化底物水平磷酸化 ~P
~P
机械能 (肌肉收缩 )
渗透能 (物质主动转运 )
化学能 (合成代谢 )
电能 (生物电 )
热能 (维持体温 )
生物体内能量的储存和利用都以 ATP为中心。
目 录五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白
(transporter)对各种物质的转运。
目 录线粒体内膜的主要转运蛋白胞 浆 线粒体基质磷酸盐转运蛋白 H
2
PO
4
—
H
+
H
2
PO
4
—
H
+
酸性氨基酸转运蛋白 谷氨酸 天冬氨酸
α - 酮戊二酸转运蛋白 苹果酸 α - 酮戊二酸腺苷酸转运蛋白 A DP A TP
丙酮酸转运蛋白 丙酮酸 OH
-
三羧酸转运蛋白 苹果酸 柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白 鸟氨酸 瓜氨酸肉碱转运蛋白 脂酰肉碱 肉 碱胞 浆 线粒体基质磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白 谷氨酸 天冬氨酸酸性氨基酸转运蛋白 谷氨酸 天冬氨酸酮戊二酸转运蛋白 苹果酸 酮戊二酸酮戊二酸转运蛋白 苹果酸 酮戊二酸腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白丙酮酸转运蛋白 丙酮酸丙酮酸转运蛋白 丙酮酸三羧酸转运蛋白 苹果酸 柠檬酸三羧酸转运蛋白 苹果酸 柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白 鸟氨酸 瓜氨酸碱性氨基酸转运蛋白 鸟氨酸 瓜氨酸肉碱转运蛋白 脂酰肉碱 肉 碱肉碱转运蛋白 脂酰肉碱 肉 碱转运蛋白功 能目 录
（一） 胞浆中 NADH的氧化
胞浆中 NADH必须经一定 转运机制 进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。
转运机制 主要有
α-磷酸甘油穿梭
(α-glycerophosphate shuttle)
苹果酸 -天冬氨酸穿梭
(malate-asparate shuttle)
目 录
1,α-磷酸甘油穿梭机制目 录
NADH+H+
FADH2
NAD+
FAD
线粒体内膜线粒体外膜膜间隙 线粒体基质
α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链磷酸二羟丙酮
PiCH 2O -
CH 2O H
C=O
PiCH 2O -
CH 2O H
C=O
α-磷酸甘油
PiCH 2O -
CH 2OH
C H O H
PiCH 2O -
CH 2OH
C H O H
目 录
2,苹果酸 -天冬氨酸穿梭 机制目 录
NADH
+H+
NAD+
-O O C -C H 2 -C -C O O -
O
-O O C - C H2 - C - C O O -
O H
H
NADH
+H+
NAD+
谷氨酸 -
天冬氨酸转运体苹果酸 -α-酮戊二酸转运体
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O H
H
苹果酸
-O O C -C H 2 -C -C O O -
O
草酰乙酸
- O O C -C H 2 -C H 2 -C -C O O -
O
- O O C -C H 2 -C H 2 -C -C O O -
O
α-酮戊二酸
-
O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O
-
H 3 N
+
H谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链
-
O O C -C H 2 -C -C O O
-
H 3 N
+
H
天冬氨酸
-
O O C -C H 2 -C -C O O
-
H 3 N
+
H
-
O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O
-
H 3 N
+
H
目 录第二节其他氧化酶系
The Others Oxidation Enzyme
Systems
目 录一、需氧脱氢酶和氧化酶受 氢 体 辅 酶 （ 辅 基 ） 产 物不 需 氧 脱 氢 酶 辅 酶需 氧 脱 氢 酶 O
2
FMN 或 FAD H
2
O
2
氧 化 酶 O
2
含 Cu H
2
O
受 氢 体 辅 酶 （ 辅 基 ） 产 物不 需 氧 脱 氢 酶 辅 酶需 氧 脱 氢 酶 或氧 化 酶 含目 录二、过氧化物酶体中的酶类
（一）过氧化氢酶 (catalase)
又称触酶，其辅基含 4个血红素
2H2O2 2H2O + O2过氧化氢酶目 录
（二）过氧化物酶 (perioxidase)
以血红素为辅基，催化 H2O2直接氧化酚类或胺类化合物
R + H2O2 RO + H2O
RH2+ H2O2 R + 2H2O
过氧化物酶过氧化物酶目 录反应氧族超氧离子 (O2﹣ ),H2O2、羟自由基 (?OH)
的统称。
三、超氧化物歧化酶
2O2﹣ + 2H+ SOD H2O2 + O2
H2O + O2 过氧化氢酶
SOD：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase)
目 录谷胱甘肽过氧化物酶
H2O2
(ROOH)
H2O
(ROH+H2O)
2G –SH
G –S – S – G
NADP+
NADPH+H+
* 此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤谷胱甘肽还原酶
3,含硒的谷胱甘肽过氧化物酶目 录四、微粒体中的酶类
（一）加单氧酶 (monoxygenase)
* 催化的反应：
RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2O
故又称混合功能氧化酶 (mixed-function oxidase)
或羟化酶 (hydroxylase)。
上述反应需要 细胞色素 P450 (Cyt P450)参与。
目 录目 录
（二）加双氧酶此酶催化氧分子中的 2个氧原子加到底物中带双键的 2个碳原子上。
O
N H 2
N
H
N H
O
C O O H
N H 2
C HO
例 如：
(O2)
色氨酸吡咯酶
Biological Oxidation
授课教师：张春晓目 录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
CO2和 H2O O2
能量
ADP+Pi
ATP
热能
* 生物氧化的概念目 录
* 生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化方式有加氧,脱氢,
失电子,遵循氧化还原反应的一般规律 。
物质在体内外氧化时所消耗的氧量,最终产物 （ CO2,H2O） 和释放能量均相同 。
目 录
是在细胞内温和的环境中 （ 体温,pH接近中性 ）,在一系列酶促反应逐步进行,能量逐步释放有利于机体捕获能量,提高 ATP生成的效率 。
进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧,并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生 H2O,有机酸脱羧产生 CO2。
*生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化 体外氧化
能量是突然释放的 。
产生的 CO2,H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成 。
目 录糖原 三酯酰甘油 蛋白质葡萄糖 脂酸 +甘油 氨基酸乙酰 CoA
TAC
2H 呼吸链 H2O
ADP+Pi ATP CO2
* 生物氧化的一般过程目 录第一节生成 ATP的氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
目 录
定义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
transfer chain)。
组成递氢体和电子传递体 （ 2H? 2H+ + 2e）
一、呼吸链目 录
（一）呼吸链的组成四种具有传递电子功能的酶复合体 (complex)
* 泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
人线粒体呼吸链复合体复合体 酶名称复合体 Ⅰ
复合体 Ⅱ
复合体 Ⅲ
复合体 Ⅳ
NADH - 泛醌还原酶琥珀酸 - 泛醌还原酶泛醌 - 细胞色素 C 还原酶细胞色素 c 氧化酶辅基
FM N,Fe - S
FA D,Fe - S
铁卟啉,Fe - S
铁卟啉,Cu
多肽链数
39
4
10
13
复合体 酶名称复合体 Ⅰ
复合体 Ⅱ
复合体 Ⅲ
复合体 Ⅳ
泛醌还原酶琥珀酸 泛醌还原酶泛醌 细胞色素 还原酶细胞色素 氧化酶辅基
，
，
铁卟啉，
铁卟啉，
多肽链数目 录呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置目 录
ⅢⅠ Ⅱ Ⅳ
Cytc
Q
NADH+H+
NAD+
延胡索酸琥珀酸 1/2O2+2H
+
H2O
胞液侧基质侧线粒体内膜e-
e- e-
e-
e-
目 录
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→ →CoQFMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
目 录
NAD+和 NADP+的结构
R=H,NAD+; R=H2PO3:NADP+
目 录
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。
目 录
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? 。
目 录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 。
表示无机硫目 录铁硫蛋白
S S无机硫 半胱氨酸硫目 录泛醌（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。
目 录复合体 Ⅰ 的功能
NADH+H+
NAD+
FMN
FMNH2
还原型 Fe-S
氧化型 Fe-S
Q
QH2
目 录
2,复合体 Ⅱ,琥珀酸 -泛醌还原酶
功能,将电子从琥珀酸传递给泛醌复合体 Ⅱ
琥珀酸 → → CoQFe-S1;b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3
目 录细 胞 色 素细胞色素是一类以铁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。
目 录目 录目 录
3,复合体 Ⅲ,泛醌 -细胞色素 c还原酶
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素 c
复合体 Ⅲ
QH2→ →Cyt cb562; b566; Fe-S; c1
目 录目 录
4,复合体 Ⅳ,细胞色素 c氧化酶
功能：将电子从细胞色素 c传递给氧复合体 Ⅳ
还原型 Cyt c → → O2CuA→a→a 3→ CuB
其中 Cyt a3 和 CuB形成的活性部位将电子交给 O2。
目 录目 录由以下实验确定
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
（二） 呼吸链成分的排列顺序目 录
1,NADH氧化呼吸链
NADH → 复合体 Ⅰ →Q → 复合体 Ⅲ →Cyt c →
复合体 Ⅳ →O 2
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 →O 2
目 录
NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链目 录氧 化 还 原 对 E o ' (V)
NAD
+
/NADH+H
+
- 0.32
F MN/ F MNH
2
- 0.30
F AD / F ADH
2
- 0.06
Cyt b F e
3+
/Fe
2+
0.04 （ 或 0.1 0 ）
Q
10
/Q
10
H
2
0.07
Cyt c
1
Fe
3+
/ Fe
2+
0.22
Cyt c F e
3+
/F e
2+
0.25
Cyt a Fe
3 +
/ F e
2+
0.29
Cyt a
3
Fe
3 +
/ F e
2 +
0.55
1/2 O
2
/ H
2
O 0.82
呼 吸 链 中 各 种 氧 化 还 原 对 的 标 准 氧 化 还 原 电 位目 录电子传递链目 录二、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 。
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 。
目 录
（一）氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位,复合体 Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ
根据自由能变化和 P/O比值
⊿ Go'=-nF⊿ Eo'
目 录线 粒 体 离 体 实 验 测 得 的 一 些 底 物 的 P/ O 比 值底 物 呼 吸 链 的 组 成 P/ O 比 值 可 能 生 成 的 AT P 数
β - 羟 丁 酸 NAD
+
→ 复 合 体 Ⅰ → Co Q → 复 合 体 Ⅲ 2,4 ～ 2,8 3
→ Cy t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
琥 珀 酸 复 合 体 Ⅱ → Co Q → 复 合 体 Ⅲ 1,7 2
→ Cy t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
抗 坏 血 酸 Cy t c → 复 合 体 Ⅳ → O
2
0,88 1
细 胞 色 素 c ( F e
2+
) 复 合 体 Ⅳ → O
2
0,6 1 - 0.68 1
目 录ATP
ATP ATP
氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化区段电位变化
( ⊿ E o ′ )
自由能变化
⊿ G o ′ = - nF ⊿ E o ′
能否生成 A TP
( ⊿ G o ′ 是否大于 30,5 K J)
C yt aa
3
~O
2
0,53 V 10 2,3K J/ m ol 能
N AD + ~ C oQ 0,36 V 69,5 K J/ m ol 能
C oQ ~ C yt c 0.21V 40.5K J/m ol 能目 录
（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。
目 录线粒体基质线粒体膜
+ + + +
- - - -
H+
O2
H2O
H+
e-
ADP+
Pi ATP
化学渗透假说简单示意图化学渗透假说目 录目 录
ⅢⅠ Ⅱ Ⅳ
F
0
F1
Cyt c
Q
NADH+H+
NAD+
延胡索酸琥珀酸
H+
1/2O2+2H+
H2O
ADP+Pi ATP
H+
H+ H+ 胞液侧基质侧
+ + + + + + + + + +
- - - - - - - - -
化学渗透假说详细示意图目 录
2,ATP合酶由亲水部分
F1 （ α3β3γδε 亚基 ） 和疏水部分 F0（ a1b2c9～
12亚基 ） 组成 。
ATP合酶结构模式图目 录当 H+顺浓度递度经 F0中 a亚基和 c亚基之间回流时,γ亚基发生旋转,3个 β亚基的构象发生改变 。
ATP合酶的工作机制目 录三、影响氧化磷酸化的因素
1,呼吸链抑制剂阻断呼吸链中某些部位电子传递。
2,解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。
如：解偶联蛋白
3,氧化磷酸化抑制剂对电子传递及 ADP磷酸化均有抑制作用。
如：寡霉素
（一）抑制剂目 录鱼藤酮粉蝶霉素 A
异戊巴比妥
×
抗霉素 A
二巯基丙醇
×
CO,CN-、
N3-及 H2S
×
各种呼吸链抑制剂的阻断位点目 录解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）
ⅢⅠ Ⅱ
F
0
F1
Ⅳ
Cyt c
Q
胞液侧基质侧解偶联蛋白热能
H+
H+
ADP+Pi ATP
目 录寡霉素 (oligomycin)
可阻止质子从 F0质子通道回流,抑制 ATP生成寡霉素
ATP合酶结构模式图目 录
（ 二 ） ADP的调节作用呼吸控制率 (respiratory control ratio,RCR)
（ 三 ） 甲状腺激素
Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加 。
（ 四 ） 线粒体 DNA突变与线粒体 DNA病及衰老有关 。
电子传递链及氧化磷酸化系统概貌
ΔμH+ 跨膜质子电化学梯度； H+m
内膜基质侧
H+； H+c内膜胞液侧 H+
目 录目 录四,ATP
高能磷酸键与高能磷酸化合物
高能磷酸键水解时释放的能量大于 21KJ/mol的磷酸酯键，
常表示为?P。
高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物目 录目 录核苷二磷酸激酶的作用
ATP + UDP ADP + UTP
ATP + CDP ADP + CTP
ATP + GDP ADP + GTP
腺苷酸激酶的作用
ADP + ADP ATP + AMP
目 录肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。
目 录
ATP的生成和利用
ATP
ADP
肌酸磷酸肌酸氧化磷酸化底物水平磷酸化 ~P
~P
机械能 (肌肉收缩 )
渗透能 (物质主动转运 )
化学能 (合成代谢 )
电能 (生物电 )
热能 (维持体温 )
生物体内能量的储存和利用都以 ATP为中心。
目 录五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白
(transporter)对各种物质的转运。
目 录线粒体内膜的主要转运蛋白胞 浆 线粒体基质磷酸盐转运蛋白 H
2
PO
4
—
H
+
H
2
PO
4
—
H
+
酸性氨基酸转运蛋白 谷氨酸 天冬氨酸
α - 酮戊二酸转运蛋白 苹果酸 α - 酮戊二酸腺苷酸转运蛋白 A DP A TP
丙酮酸转运蛋白 丙酮酸 OH
-
三羧酸转运蛋白 苹果酸 柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白 鸟氨酸 瓜氨酸肉碱转运蛋白 脂酰肉碱 肉 碱胞 浆 线粒体基质磷酸盐转运蛋白磷酸盐转运蛋白酸性氨基酸转运蛋白 谷氨酸 天冬氨酸酸性氨基酸转运蛋白 谷氨酸 天冬氨酸酮戊二酸转运蛋白 苹果酸 酮戊二酸酮戊二酸转运蛋白 苹果酸 酮戊二酸腺苷酸转运蛋白腺苷酸转运蛋白丙酮酸转运蛋白 丙酮酸丙酮酸转运蛋白 丙酮酸三羧酸转运蛋白 苹果酸 柠檬酸三羧酸转运蛋白 苹果酸 柠檬酸碱性氨基酸转运蛋白 鸟氨酸 瓜氨酸碱性氨基酸转运蛋白 鸟氨酸 瓜氨酸肉碱转运蛋白 脂酰肉碱 肉 碱肉碱转运蛋白 脂酰肉碱 肉 碱转运蛋白功 能目 录
（一） 胞浆中 NADH的氧化
胞浆中 NADH必须经一定 转运机制 进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。
转运机制 主要有
α-磷酸甘油穿梭
(α-glycerophosphate shuttle)
苹果酸 -天冬氨酸穿梭
(malate-asparate shuttle)
目 录
1,α-磷酸甘油穿梭机制目 录
NADH+H+
FADH2
NAD+
FAD
线粒体内膜线粒体外膜膜间隙 线粒体基质
α-磷酸甘油脱氢酶呼吸链磷酸二羟丙酮
PiCH 2O -
CH 2O H
C=O
PiCH 2O -
CH 2O H
C=O
α-磷酸甘油
PiCH 2O -
CH 2OH
C H O H
PiCH 2O -
CH 2OH
C H O H
目 录
2,苹果酸 -天冬氨酸穿梭 机制目 录
NADH
+H+
NAD+
-O O C -C H 2 -C -C O O -
O
-O O C - C H2 - C - C O O -
O H
H
NADH
+H+
NAD+
谷氨酸 -
天冬氨酸转运体苹果酸 -α-酮戊二酸转运体
-O O C - C H 2 - C - C O O -
O H
H
苹果酸
-O O C -C H 2 -C -C O O -
O
草酰乙酸
- O O C -C H 2 -C H 2 -C -C O O -
O
- O O C -C H 2 -C H 2 -C -C O O -
O
α-酮戊二酸
-
O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O
-
H 3 N
+
H谷氨酸苹果酸脱氢酶谷草转氨酶胞液线粒体内膜基质呼吸链
-
O O C -C H 2 -C -C O O
-
H 3 N
+
H
天冬氨酸
-
O O C -C H 2 -C -C O O
-
H 3 N
+
H
-
O O C - C H 2 - C H 2 - C - C O O
-
H 3 N
+
H
目 录第二节其他氧化酶系
The Others Oxidation Enzyme
Systems
目 录一、需氧脱氢酶和氧化酶受 氢 体 辅 酶 （ 辅 基 ） 产 物不 需 氧 脱 氢 酶 辅 酶需 氧 脱 氢 酶 O
2
FMN 或 FAD H
2
O
2
氧 化 酶 O
2
含 Cu H
2
O
受 氢 体 辅 酶 （ 辅 基 ） 产 物不 需 氧 脱 氢 酶 辅 酶需 氧 脱 氢 酶 或氧 化 酶 含目 录二、过氧化物酶体中的酶类
（一）过氧化氢酶 (catalase)
又称触酶，其辅基含 4个血红素
2H2O2 2H2O + O2过氧化氢酶目 录
（二）过氧化物酶 (perioxidase)
以血红素为辅基，催化 H2O2直接氧化酚类或胺类化合物
R + H2O2 RO + H2O
RH2+ H2O2 R + 2H2O
过氧化物酶过氧化物酶目 录反应氧族超氧离子 (O2﹣ ),H2O2、羟自由基 (?OH)
的统称。
三、超氧化物歧化酶
2O2﹣ + 2H+ SOD H2O2 + O2
H2O + O2 过氧化氢酶
SOD：超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase)
目 录谷胱甘肽过氧化物酶
H2O2
(ROOH)
H2O
(ROH+H2O)
2G –SH
G –S – S – G
NADP+
NADPH+H+
* 此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤谷胱甘肽还原酶
3,含硒的谷胱甘肽过氧化物酶目 录四、微粒体中的酶类
（一）加单氧酶 (monoxygenase)
* 催化的反应：
RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2O
故又称混合功能氧化酶 (mixed-function oxidase)
或羟化酶 (hydroxylase)。
上述反应需要 细胞色素 P450 (Cyt P450)参与。
目 录目 录
（二）加双氧酶此酶催化氧分子中的 2个氧原子加到底物中带双键的 2个碳原子上。
O
N H 2
N
H
N H
O
C O O H
N H 2
C HO
例 如：
(O2)
色氨酸吡咯酶
