氧化磷酸化偶联部位复合体ⅠⅢ
生物化学--生物氧化
脱电子 Fe2+
Fe3+ + e
生物氧化中的CO2的生成
绝大部分有机物生物氧化中的CO2生成是经 ？ 中的脱羧作用产生的。
答案：三羧酸循环
其他一些CO2产生途径如： 糖异生
草酰乙酸 + GTP → PEP +GDP + CO2 氨基酸脱羧
NH2
脱羧酶
NH2
R C COOH
R C H + CO2
磷酸烯醇式丙酮 酸羧激酶
COCOOH
GTP
GDP
β-氧化脱羧：
CH2 CO～ P + CO2 COOH
CHOH－COOH CH－COOH CH2－COOH
异柠檬酸脱氢酶
CO－COOH CH2
NAD+
NADH+H+ CH2－COOH
+CO2
生物氧化中H2O的生成
真核生物线粒体内膜上的电子传递链作用下产生
化合物
磷酸烯醇式丙酮酸 氨基甲酰磷酸
kJ/mol －61.9 －51.4
△E0′
(kcal/mol) (－14.8) (－12.3)
1，3-二磷酸甘油酸 磷酸肌酸
ATP →ADP＋Pi 乙酰辅酶A
ADP →AMP＋Pi 焦磷酸
1-磷酸葡萄糖
－49.3 －43.1 －30.5 －31.5 －27.6 －27.6 －20.9
线粒体结构模式图
二、ATP
NH2
NN
O- OOPγ～- O
OP～β O O-
O Pα O-
O CH2
N O
N
OH OH AM P ADP
ATP
高能磷酸键与高能磷酸化合物
生物化学教案：第六章 生物氧化
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
通过加水脱氢反应使物
物质中的碳和氢直接氧
质能间接获得氧，并增加脱氢 结合生成 CO2 和 H2O 。 的机会；脱下的氢与氧结合产
生 H2O ， 有 机 酸 脱 羧 产 生 CO2。
二、生成 ATP 的氧化磷酸化体系 1、呼吸链
15 mins
教学主要内容
备注
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
高能磷酸化合物即含有高能磷酸键的化合物 5、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运
25 mins
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。 胞液中 NADH 的氧化 转运机制主要有：
Cyt c1 ，
Cyt a
复 合 细胞色素 162
体Ⅳ
C 氧化酶
13 血红素 a， Cyt c（膜
a3，
间隙侧）
CuA, CuB
排列顺序：（1）NADH 氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
（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→O2
氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度
偶联机制：化学渗透假说
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。
质子顺梯度回流释放能量被 ATP 合酶利用催化 ATP 合成
生化习题(答案)
简答题米-曼氏方程式：说明底物浓度与反应速率之间关系的方程式.K m意义：1.K m是酶的特征性常数之一;K m值只与酶的性质有关,与酶的浓度无关.K m值只在固定的底物,一定的温度和pH条件下,一定的缓冲体系中测定的,不同条件下具有不同的K m值. 2.K m可近似表示酶对底物的亲和力;K m 越小,表示酶与底物的亲和力越大K m越大,表示酶与底物的亲和力越小3.同一酶对于不同底物有不同的K m值.V max是酶完全被底物饱和时的反应速度,与酶浓度成正比.（意义）V max=K3 [E]如果酶的总浓度已知,可从V max计算K3试述乳糖操纵子的组成成分及其功能。
答:乳糖操纵子含Z,Y,A三个结构基因,分别编码β—半乳糖核苷酸,诱酶和乙酰基转移酶,此外还有一个操纵序列O,一个调节基因P和一个调节基因I。
I基因具有独立的启动序列(PI),编码一种阻遏蛋白,后者与O序列结合,使操纵子受阻遏而处于关闭状态。
P：RNA聚合酶识别结合位点，O：阻遏蛋白的结合位点。
乳糖操纵子的负性调节／正性调节／协调调节。
(1)阻遏蛋白的负性调节:在没有乳糖存在时,lac操纵子处于阻遏状态.此时I序列在PI启动序列作用下表达的Lac 阻遏蛋白与O序列结合,阻碍RNA聚合酶与P序列结合,抑制转录启动. 当由乳糖存在时,lac操纵子即可被诱导.(2)CAP的正性调节:当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时,cAMP与CAP结合,这时CAP结合在lac启动序列附近的CAP位点,可刺激RNA转录活性;当有葡萄糖存在时,cAMP浓度降低,cAM与CAP结合受阻,因此lac操纵子表达下降(3) ③当Lac阻遏蛋白封闭转录时,CAP对该系统不能发挥作用,但是如果没有CAP存在来加强转录活性,即使阻遏蛋白从操纵序列上结局仍无转录活性,由此可见两种机制相互协调相鸟氨酸循环的器官、亚细胞定位、步骤、限速酶、生理意义。
（肝的胞质）步骤:1、NH3、CO2和A TP缩合生成氨基甲酰磷酸反应在线粒体中进行2、氨基甲酰磷酸与鸟氨酸反应生成瓜氨酸3、瓜氨酸与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸反应在胞液中进行4、精氨酸代琥珀酸裂解生成精氨酸和延胡索酸反应在胞液中进行5、精氨酸水解释放尿素并再生成鸟氨酸反应在胞液中进行。
7 第八章 生物氧化作业及答案
班级学号姓名第八章生物氧化作业及参考答案一. 填空1．生物氧化有3种方式：____ _____、______ _____和______ ____ 。
2．生物氧化是氧化还原过程，在此过程中有______ ___、_____ ____和____ ____ 参与。
3．原核生物的呼吸链位于__ _______。
4．G0＇为负值是_________反应，该反应可以_________进行。
5．△G0＇与平衡常数的关系式为_________，当Keq＝1时，△G0＇为_________。
6．生物分子的E0＇值小，则电负性_________，供出电子的倾向_________。
7．生物体内高能化合物有_________、_________、_________、_________、_________、_________等类。
8．细胞色素c的辅基是____ _____与蛋白质以_________键结合。
9．在无氧条件下，呼吸链各传递体都处于_________状态。
10．NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是_________、_________、_________。
11．磷酸甘油与苹果酸经穿梭后进人呼吸链氧化，其P/O比分别为_____和_____。
12．举出三种氧化磷酸化解偶联剂_________、_________、_________。
13．举出4种生物体内的天然抗氧化剂_________、_________、_________、_________。
15．生物氧化是_________在细胞中_________，同时产生_________的过程。
16．反应的自由能变化用_________表示，标准自由能变化用_________表示，生物化学中pH 7.0时的标准自由能变化则表示为_________。
17．高能磷酸化合物通常指水解时______ ___的化合物，其中最重要的是___ ____，被称为能量代谢的__ _______。
氧化磷酸化抑制剂寡霉素
第三节 呼吸链
一、呼吸链的组成
1. 烟酰胺脱氢酶类
Байду номын сангаас
以NAD+、NADP+为辅酶，递氢体。
2. 黄素脱氢酶类
以FMN、FAD为辅基，递氢体。
3. 辅酶Q类 递氢体。
4. 铁硫蛋白类
2
5. 细胞色素类 四种复合体。
2
复合体Ⅰ : NADH-泛醌还原酶
NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ 复合体Ⅰ
DCCP
DCCP
寡霉素
18
ATP合酶结构模式图
18
解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）
热能
H+
胞液侧
Cyt c
解偶联 蛋白
Ⅰ
基质侧
Q
Ⅱ
Ⅲ
F
0
Ⅳ
F1
19
ADP+Pi ATP
H+
19
20
20
CoQ
复合物II （琥珀酸脱氢酶）
2e2Cyt-Fe2+
－21 O2
S
NADH
+ H 2H
FM N Fe S
CoQH2
复合物I
2e -
2Cyt-Fe3+ 2H+
O2-
H2O
（ NADH-泛 醌 还 原 酶 ）
CoQ
2e-
Cyt-Fe2+
Cyt-Fe3+
Fe -S
b
c1
Fe -S
CoQH2 2e- Cyt-Fe3+
15
几种呼吸链抑制剂的作用位点
生物化学课件：13 电子传递和氧化磷酸化
电子传递的能量计算
ΔG°′=－nFΔE°′ ΔE°′= E0正极 - E0负极
三、电子传递与ATP合成
• 细胞内ATP 的合成是在ADP水平上进行的 ADP + Pi → ATP
• 异养生物体内高能磷酸键的形成方式有两 种：
– 底物水平磷酸化 – 氧化（电子传递水平）磷酸化
（一）生物体内ATP的生成方式
（一）呼吸链的组成
复合物Ｉ
NADH-CoQ 还原酶
(NADH脱氢酶)
辅助因子： FMN，Fe-S
复合物II
复合物III 复合物IV
琥珀酸-CoQ 还原酶
(琥珀酸脱氢酶)
辅助因子： FAD，Fe-S
CoQ-细胞色 素c还原酶
辅助因子： Fe-S，血 红素
细胞色素c 氧化酶
辅助因子： 血红素， Cu离子
2．复合体Ⅱ（琥珀酸-CoQ氧化还原酶）：
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
琥珀酸→ FAD；Fe-S1； Fe-S2 ；Fe-S3 →CoQ
➢ 2005年，我国饶子和院 士在Cell杂志上发表论 文“Crystal Structure of Mitochondrial Respiratory Membrane Protein Complex II” （Cell. 2005 121(7):1043-57） ，首 次解析了复合物Ⅱ的三 维结构
能
关于能量代谢的说明
➢ 传统的能量代谢理论认为，有机物脱下的H 经氧化呼吸链传递时: 1 FADH2可生成2 ATP 1 NADH•H+可产生3 ATP。
➢ 现在普遍认为呼吸链递氢和递电子所产生的 能量并不完全用于ATP的生成: 1 FADH2只生成1.5 ATP 1 NADH•H+只产生2.5 ATP。
复合体Ⅲ辅酶Q-细胞色素c还原酶功能
8
8
三、胞质中NADH的氧化
线粒体内生成的NADH可直接参加氧化磷酸化， 胞质中的NADH 不能自由透过线粒体内膜，必须通 过转运机制才能进入线粒体，在经呼吸链进行氧化磷
酸化。
两种转运机制：
1. α -磷酸甘油穿梭
2.苹果酸-天冬氨酸穿梭
（三）抑制剂 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 、二硝基苯酚。 3. 氧化磷酸化抑制剂15(ATP合酶抑制剂)
对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。
如：寡霉素 。
15
几种呼吸链抑制剂的作用位点
安米妥
16
16
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
3
功能：将NADH的氢传递给CoQ
3
复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶
琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
4
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌。
4
复合体Ⅲ: 辅酶Q-细胞色素c还原酶
QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
5
功能：将电子从辅酶Q传递给细胞色素c。
第五章
生物氧化
第三节 呼吸链
一、呼吸链的组成
1. 烟酰胺脱氢酶类 以NAD+、NADP+为辅酶，递氢体。 2. 黄素脱氢酶类 以FMN、FAD为辅基，递氢体。 3. 辅酶Q类 递氢体。 4. 铁硫蛋白类 2 5. 细胞色素类 四种复合体。
2
复合体Ⅰ : NADH-泛醌还原酶
NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ 复合体Ⅰ
生物氧化过程形成原理
琥珀酸 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
1.5
1.5
→Cyt c→复合体Ⅳ→O2 抗坏血酸 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 细胞色素c (Fe2+) 复合体Ⅳ→O2
0.88
1
0.61- 0.68
1
34
（二）自由能变化 根据热力学公式，时标准自由能变化(△G0′)与
还原电位变化(△E0′)之间有以下关系： △G0′ = -nF△E0′
Ⓢ 表示无机硫
13
铁硫蛋白
S 无机硫 S 半胱氨酸硫
14
泛醌
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。是内膜中可移动电子载体， 在电子传递和质子移动的偶联中起着核心作用。
CoQ 是递氢体
15
NADH+H+ NAD+
45
四、ATP在能量的生成、利用、转移和 储存中起核心作用
高能磷酸键 水解时释放的能量大于25kJ/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
46
一些生物学重要的有机磷酸化合物水解时释放的标准自由能
化合物
磷酸烯醇式丙酮酸 氨基甲酰磷酸
1, 3-二磷酸甘油酸 磷酸肌酸
血红素a，a3， CuA, CuB
含结合位点
NADH（基质侧） CoQ（脂质核心） 琥珀酸（基质侧） CoQ（脂质核心） Cyt c（膜间隙侧）
Cyt c（膜间隙侧）
➢ 泛醌与细胞色素c不包含在上述四种复合体中。
6
4H+
4H+ Cytc ox
2H+
胞液侧
Ⅰ
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18
二、ATP的生成与能量的利用及转移
（二）ATP生成的方式
2.氧化磷酸化
P/O比值:在氧化磷酸化过程中，代谢物氧化时无 机磷原子所消耗的摩尔数与氧原子所消耗的摩尔 数之比，即合成ATP的摩尔数。
19
19
2.氧化磷酸化
琥珀酸 氧化磷酸化偶联部位
FAD (Fe－S) NADH FMN CoQ (Fe－S)
（二）ATP生成的方式 1. 底物水平磷酸化 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。
17
17
二、ATP的生成与能量的利用及转移
（二）ATP生成的方式
2.氧化磷酸化 •概念：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。
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ根据自由 18 能变化和 P/O比值
抗霉素A CO、CN-、 N 3 -及 H 2 S
×
×
× 鱼藤酮 粉蝶霉素A 阿米妥
23
23
（四）ATP的储存和利用
核苷二磷酸激酶的作用 ATP + UDP ATP + CDP ATP + GDP ADP + UTP ADP + CTP ADP + GTP
24 腺苷酸激酶的作用
ADP + ADP
24
CH2OH
NADH+H+ C=O CH2O P
磷酸二羟丙酮
CH2OH C=O CH2O P
电子传递链
FADH2
CH2OH
NAD+ CH-OH CH2O
CH2OH CH-OH
FAD P 线粒体 内膜 线粒体 基质
P
28 CH2O
α-磷酸甘油
胞 浆
线粒体 外膜
28
膜间隙
2. 苹果酸-天冬氨酸穿梭机制
胞浆侧
Ⓢ
CH2
Fe
Fe
S
CH2
S
Ⓢ
CH2
S
Fe
9
Ⓢ
Fe S
CH2
Ⓢ
Ⓢ 表示无机硫
9
1.呼吸链的组成
（4）泛醌（辅酶Q）
o
H3C O H3C O CH3 H +e R
+
O H3C O
·
CH3
R H3C H +e O
+
OH
CH3
R
H3C O
oH
泛醌H•
10
H3C O
泛醌
氧化型或醌型
o
oH
二氢泛醌
半醌型
#43; AMP
（四）ATP的储存和利用
肌酸激酶的作用
25
磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。
25
ATP的生成、储存和利用
26
26
三、细胞质中NADH的氧化
胞浆中NADH必须穿梭进入线粒体，再 经呼吸链进行氧化磷酸化。 α -磷酸甘油穿梭 穿梭机制 苹果酸-天冬氨酸穿梭
27
27
1. α -磷酸甘油穿梭机制
NAD ① NADH+H
+ +
线粒体 内膜
基质侧
CHOHCOOH
NAD+ ① CH2COOH 苹果酸 COCOOH (CH2) 2COOH α-酮戊二酸 COCOOH CH2COOH 草酰乙酸 NADH+H+
CHOHCOOH CH2COOH 苹果酸 COCOOH (CH2) 2COOH α-酮戊二酸
和FAD）
R N R R N O NH +H -H N H3C H3C
H
N O NH
N
O +H NH H3C H3C
N
H3C
H3C N O
-H
N
N
H O
8
H
O
FMN(或FAD)
FMNH(或FADH),即FMN•
FMNH2(或FADH2)
氧化型或醌型
半醌型
8
还原型或氢醌型
1.呼吸链的组成
（3）铁硫蛋白
全国卫生职业教育护理类专业“十三五”创新教材
生物化学
第五章 生物氧化
目录
第一节 概述
第二节 线粒体氧化体系
第二节 线粒体氧化体系
本节重点
呼吸链的概念、组成及排列顺序；
底物水平磷酸化及氧化磷酸化的概念和偶联
部位；
ATP的生成、储存和利用； 影响氧化磷酸化的因素。
5
5
一、呼吸链
呼吸链的定义： 代谢物脱下的成对氢原子（ 2H）通过多种
辅基
FMN ，Fe-S FAD ，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
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
12
泛醌 和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。
12
（二）呼吸链的排列顺序
13
13
两条重要的呼吸链
1.NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→Q →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2 2.琥珀酸氧化呼吸链 c →复合体Ⅳ→O2
1.呼吸链的组成
（5）细胞色素体系（Cyt）
细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的结合酶 类，参与呼吸链组成的有有细胞色素b、c1、c、 aa3。 细胞色素氧化酶：细胞色素 aa3 11
11
2.组成呼吸链的酶复合体
线粒体呼吸链复合体组成成分
复合体
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
酶名称
NADH- 泛醌还原酶
14
琥珀酸 →复合体Ⅱ →Q →复合体Ⅲ→Cyt
14
两条呼吸链的排列顺序
NADH氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链
复合体Ⅱ
15
复合体Ⅰ
复合体Ⅲ
15
复合体Ⅳ
二、ATP的生成与能量的利用及转移
（一）高能化合物
含有高能键的化合物
~P：高能磷酸键
~S：高能硫酯键
16
16
二、ATP的生成与能量的利用及转移
③
COCOOH CH2COOH 草酰乙酸
② CHNH2COOH CHNH2COOH
(CH2)2COOH 谷氨酸 CH2COOH 天冬氨酸
②
CHNH2COOH
CHNH2COOH
(CH2)2COOH 谷氨酸
29
④
CH2COOH 天冬氨酸
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
又称电子传递链。
6
6
1.呼吸链的组成
（1）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）
H
H C CONH 2 + N R
H CONH2
+H + e + H+
7 N R
+ H+
7
1.呼吸链的组成
（2）黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸（FMN
21
（三）影响氧化磷酸化的因素
3.抑制剂的影响 （1）呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子 传递。如鱼藤酮、氰化物、CO等。
（2）解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如 解偶联蛋白、2，4-二硝基酚。 （3）ATP合酶抑制剂 对电子传递及ATP合酶均有 抑制作用。如寡霉素。
22
22
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
ATP
20
Cyt b
Cyt c1 Cyt c
ATP
Cyt aa3 O2
ATP
20
（三）影响氧化磷酸化的因素
1.ADP/ATP的调节
比值增大，氧化加快，ATP生成增加；比值减 小氧化减慢，ATP生成减少。 2.甲状腺激素的调节 使ATP分解加速，Na+,K+–ATP酶和解偶联蛋 白基因表达均增加。
21