第二章生物氧化(电子传递与氧化磷酸化)教学提纲
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生物化学复习要点-生物氧化与氧化磷酸化
生物氧化与氧化磷酸化一、教学大纲基本要求教学大纲基本要求讲解生物氧化与氧化磷酸化，1.生物能学简介，包括化学反应的自由能，自由能变化与化学反应平衡常数的关系，标准自由能变化的加和性，高能磷酸化合物，生物氧化的概念和特点。
2.线粒体电子传递，包括线粒体电子传递过程，电子传递链，电子传递链有关的酶和载体,电子传递链的抑制剂。
3.氧化磷酸化作用，包括氧化磷酸化的,P／O比和由ADP形成ATP的部位,电子传递和ATP形成的偶联及调节机制概念，氧化磷酸化的偶联机理，氧化磷酸化的解偶联。
二、本章知识要点1、本章概述有机物分子在生物细胞内被逐步氧化生成CO2，并释放出能量。
电子传递和氧化磷酸化作用使NADH和和FADH2再氧化并以ATP捕获释放出的能量。
真核生物电子传递和氧化磷酸化作用在线粒体内膜进行，而原核生物中过程在质膜上进行。
2、自由能变、反应平衡常数、氧化还原电位体系内能用于做功的能量称为自由能。
对化学反应来说，可以把自由能看成促使化学反应达到平衡的一种驱动力。
反应物自由能的总和与产物的自由能总和之差就是该反应的自由能变化(△G)。
当△G<0时体系未达到平衡，反应可以自发正向进行；当△G>0时体系未达到平衡，必须供能反应才能正向进行；当△G=0时反应处于平衡状态。
在参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为一个大气压(0.1MPa)，温度为25℃、pH=0的条件下进行反应时自由能的变化称为标准自由能变化(△G0)。
标准自由能变化具有加和性。
对生物化学反应而言，在参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为0.1MPa，温度为25℃、pH=7.0的条件下进行反应时自由能变为标准自由能变化(△G0)。
生化反应中自由能变与反应的平衡常数间的关系可以用△G0=-RTlnK′eq =-2.303RTlogK′eq。
氧化-还原电位(E)是物质对电子亲和力的量度。
生化反应的标准氧化-还原电势(E0 )是在标准状况(参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为0.1MPa，温度为25℃)和pH7的条件下测量的，用伏特表示。
《生物化学》生物氧化-电子传递和氧化磷酸化
真核生物的电子传递和氧化磷酸化均在线粒体 内膜上进行。原核生物则在质膜上进行。
线粒体结构
外膜: 平滑，含约50%脂类和50%蛋白，蛋白 质中有些可以形成孔道蛋白，能通过分子量 小于4000-5000的物质。
内膜: 含约20%脂类和80%蛋白。它是细胞质 和线粒体基质之间的主要屏障。内膜有许多 向内的折叠，称为嵴。嵴与嵴之间形成区室。 内膜上有许多球状颗粒（内膜球体），内膜 还含有许多富含蛋白质的跨膜颗粒（如电子 传递链颗粒、跨膜运送颗粒等）。
二、氧化磷酸化偶联部位及P/O比
1、P/O比：
1940年，S.Ochoa测定了在呼吸链中O2的消耗与 ATP生成的关系，提出P/O比的概念。
当一对电子经呼吸链传给氧（1/2O2)的过程中所产 生的ATP分子数。实质是伴随ADP磷酸化所消耗的无 机磷酸的分子数与消耗分子氧数之比,称为P/O比。
目前认为，每个NADH+H+的电子对，经传递能将10个 质子泵出，而琥珀酸则为6个质子，每驱动一个ATP合 成需4个质子，则NADH+H+经呼吸链氧化P/O比为2.5 (3), FADH2经呼吸链氧化P/O比为1.5 (2 )。
电子传递抑制剂的使用是研究呼吸链中 电子传递体顺序的有效方法。（阻断部位物 质的氧化-还原状态可以测出）
2）常用的几种电子传递 抑制剂及其作用部位
➢鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素: 其作用是 阻 断电子在NADH-Q还原酶内的传递，所以阻断 了电子由NADH向CoQ的传递。
➢抗霉素A：干扰电子在细胞色素还原酶中 Cytb上的传递，所以阻断电子由QH2向CytC1 的传递。
HC OH
HC OH 接受的氢原子
HC OH
HC OH
HC OH
线粒体结构
外膜: 平滑，含约50%脂类和50%蛋白，蛋白 质中有些可以形成孔道蛋白，能通过分子量 小于4000-5000的物质。
内膜: 含约20%脂类和80%蛋白。它是细胞质 和线粒体基质之间的主要屏障。内膜有许多 向内的折叠，称为嵴。嵴与嵴之间形成区室。 内膜上有许多球状颗粒（内膜球体），内膜 还含有许多富含蛋白质的跨膜颗粒（如电子 传递链颗粒、跨膜运送颗粒等）。
二、氧化磷酸化偶联部位及P/O比
1、P/O比：
1940年，S.Ochoa测定了在呼吸链中O2的消耗与 ATP生成的关系，提出P/O比的概念。
当一对电子经呼吸链传给氧（1/2O2)的过程中所产 生的ATP分子数。实质是伴随ADP磷酸化所消耗的无 机磷酸的分子数与消耗分子氧数之比,称为P/O比。
目前认为，每个NADH+H+的电子对，经传递能将10个 质子泵出，而琥珀酸则为6个质子，每驱动一个ATP合 成需4个质子，则NADH+H+经呼吸链氧化P/O比为2.5 (3), FADH2经呼吸链氧化P/O比为1.5 (2 )。
电子传递抑制剂的使用是研究呼吸链中 电子传递体顺序的有效方法。（阻断部位物 质的氧化-还原状态可以测出）
2）常用的几种电子传递 抑制剂及其作用部位
➢鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素: 其作用是 阻 断电子在NADH-Q还原酶内的传递，所以阻断 了电子由NADH向CoQ的传递。
➢抗霉素A：干扰电子在细胞色素还原酶中 Cytb上的传递，所以阻断电子由QH2向CytC1 的传递。
HC OH
HC OH 接受的氢原子
HC OH
HC OH
HC OH
生物氧化-电子传递
动物机体能量的产生与转移与利用
营养物质经过生物氧化生成二氧化碳和水， 营养物质经过生物氧化生成二氧化碳和水，在 此过程中释放能量。其中一部分以热的形式释放， 此过程中释放能量。其中一部分以热的形式释放， 另一部分被“截获”并储存到ATP分子中（使 分子中（ 另一部分被“截获”并储存到 分子中 ADP+Pi ATP, 即磷酸化），可以作为有用功 即磷酸化）， ），可以作为有用功 在各种生理活动，如肌肉收缩（机械能）、 ）、神经传 在各种生理活动，如肌肉收缩（机械能）、神经传 电能）、生物合成（化学能）、分泌吸收（ ）、生物合成 ）、分泌吸收 导（电能）、生物合成（化学能）、分泌吸收（渗 透能）中利用。 透能）中利用。 因此， 因此，ATP（三磷酸腺苷）被称为机体中通用 （三磷酸腺苷） 的能量货币。 的能量货币。
高能磷酸化合物有转移其磷酰基的倾向， 高能磷酸化合物有转移其磷酰基的倾向， 形成较低能量的磷酸脂。ATP是磷酰基的传递体 是磷酰基的传递体。 形成较低能量的磷酸脂。ATP是磷酰基的传递体。
线粒体——细胞的动力站 细胞的动力站 线粒体
生物氧化过程主要在线粒体的内膜上进行， 生物氧化过程主要在线粒体的内膜上进行，内膜上分布着 许多的酶和电子传递体，构成两条呼吸链 呼吸链。 许多的酶和电子传递体，构成两条呼吸链。内膜上结合的 颗粒（内膜粒子，或称基粒、三分体等）具有ATP合酶的 颗粒（内膜粒子，或称基粒、三分体等）具有 合酶的 活性， 活性，称FoF1ATPase 。
1、 烟酰胺脱氢酶类
NAD+
辅酶
NADP+
作用： 作用：递氢体
递氢机制
呼吸链
2H + NAD+
NADH + H+
第二章 生物氧化(电子传递与氧化磷酸化)
第二章 生物氧化
(电子传递与氧化磷酸化)
第一节 氧化还原电势 第二节 生物氧化概述 第三节 电子传递链（呼吸链） 第四节 氧化磷酸化 第五节 线粒体穿梭系统
1-还原电势
第一节、氧化还原电势
一、氧化还原电势： 1、概念： • 氧化还原反应：凡在反应过程中有电子从一种物质 （还原剂）转移到另一种物质（氧化剂）的化学反应。 往往是可逆的 • 还原剂：在氧化还原反应中提供电子的物质。 • 氧化剂：夺得电子的物质 • （氧化）还原电势：还原剂失去电子（氧化剂得到电 子）的倾向。 • 氧化－还原电子对：氧化剂和还原剂相偶联构成的， 任何氧化还原电子对都有特定的标准电势
1-还原电势-生物体内还原电势
生物体内一些反应的标准氧化还原电势（P117）
还原剂 铁氧还蛋白（还原态） 氧化剂 铁氧还蛋白（氧化态） E’0伏 －0.43
H2
NADH(+H+) NADPH(+H+) Cytb（Fe2＋) 泛醌（还原态） Cytc（Fe2＋） H2O
2H+
NAD+ NADP+ Cytb（Fe3＋） 泛醌（氧化态） Cytc（Fe3＋） 1/2O2+2H+
第三节
电子传递链（呼吸链)
一、线粒体的通透性
•外膜：自由透过小分子和离子 •内膜： •不能自由透过小分子和离子，包括 NADH、ATP、ADP、Pi和 H+。 •有电子传递体、ATP合酶（FoF1） •膜间隙：含有许多可溶性酶、底物和一 些辅助因子。 基质：有丙酮酸脱氢酶、TCA的酶、脂肪 酸氧化的酶、氨基酸氧化的酶、DNA、核 糖体、ATP、ADP、Pi、Mg2＋、可溶的中 间产物、其他酶
正极反应: Cu↔Cu2++2e
(电子传递与氧化磷酸化)
第一节 氧化还原电势 第二节 生物氧化概述 第三节 电子传递链（呼吸链） 第四节 氧化磷酸化 第五节 线粒体穿梭系统
1-还原电势
第一节、氧化还原电势
一、氧化还原电势： 1、概念： • 氧化还原反应：凡在反应过程中有电子从一种物质 （还原剂）转移到另一种物质（氧化剂）的化学反应。 往往是可逆的 • 还原剂：在氧化还原反应中提供电子的物质。 • 氧化剂：夺得电子的物质 • （氧化）还原电势：还原剂失去电子（氧化剂得到电 子）的倾向。 • 氧化－还原电子对：氧化剂和还原剂相偶联构成的， 任何氧化还原电子对都有特定的标准电势
1-还原电势-生物体内还原电势
生物体内一些反应的标准氧化还原电势（P117）
还原剂 铁氧还蛋白（还原态） 氧化剂 铁氧还蛋白（氧化态） E’0伏 －0.43
H2
NADH(+H+) NADPH(+H+) Cytb（Fe2＋) 泛醌（还原态） Cytc（Fe2＋） H2O
2H+
NAD+ NADP+ Cytb（Fe3＋） 泛醌（氧化态） Cytc（Fe3＋） 1/2O2+2H+
第三节
电子传递链（呼吸链)
一、线粒体的通透性
•外膜：自由透过小分子和离子 •内膜： •不能自由透过小分子和离子，包括 NADH、ATP、ADP、Pi和 H+。 •有电子传递体、ATP合酶（FoF1） •膜间隙：含有许多可溶性酶、底物和一 些辅助因子。 基质：有丙酮酸脱氢酶、TCA的酶、脂肪 酸氧化的酶、氨基酸氧化的酶、DNA、核 糖体、ATP、ADP、Pi、Mg2＋、可溶的中 间产物、其他酶
正极反应: Cu↔Cu2++2e
生物化学生物氧化课件
生物化学生物氧化课件一、教学内容二、教学目标1. 让学生掌握生物氧化的基本过程，理解氧化磷酸化的作用机理。
2. 使学生了解细胞色素氧化酶系统和电子传递链在生物氧化过程中的作用。
3. 培养学生的实践操作能力，能运用所学知识解决实际问题。
三、教学难点与重点重点：氧化磷酸化过程、细胞色素氧化酶系统、电子传递链。
难点：氧化酶的作用机制及其在生物氧化过程中的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件、黑板、粉笔。
五、教学过程1. 导入：通过展示生活中常见的生物氧化现象，引起学生的兴趣，从而导入新课。
2. 新课讲解：（1）氧化磷酸化过程：介绍氧化磷酸化的基本过程，结合PPT进行讲解。
（2）细胞色素氧化酶系统：通过动画演示，让学生了解细胞色素氧化酶系统的作用。
（3）电子传递链：讲解电子传递链的组成及其在生物氧化过程中的作用。
（4）氧化酶的作用机制：通过具体实例，讲解氧化酶在生物氧化过程中的作用。
3. 实践情景引入：让学生结合生活实际，讨论生物氧化在生活中的应用。
4. 例题讲解：针对本节课的重点内容，进行例题讲解，帮助学生巩固所学知识。
5. 随堂练习：布置相关练习题，让学生当堂完成，并及时给予反馈。
六、板书设计1. 氧化磷酸化过程2. 细胞色素氧化酶系统3. 电子传递链4. 氧化酶的作用机制七、作业设计1. 作业题目：（1）简述氧化磷酸化过程及其作用机理。
（2）说明细胞色素氧化酶系统和电子传递链在生物氧化过程中的作用。
（3）举例说明氧化酶在生物氧化中的应用。
2. 答案：（1）氧化磷酸化过程：ADP+Pi+能量→ ATP。
作用机理：通过氧化还原反应，将电子传递给氧分子，水，同时释放能量。
（2）细胞色素氧化酶系统：负责将电子从NADH和FADH2传递给氧分子。
电子传递链：传递电子，形成质子梯度，驱动ATP的合成。
（3）氧化酶在生物氧化中的应用：例如，细胞色素C氧化酶参与呼吸链的组成，促进电子传递。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过讲解生物氧化的基本过程，使学生掌握了氧化磷酸化、细胞色素氧化酶系统和电子传递链等知识点。
电子传递和氧化磷酸化
解耦联剂存在和不存在条件下线粒体的呼吸 （a）过量的Pi和底物存在下，当加入ADP后，氧快速消耗， （b）加入解耦联剂2,4-二硝基苯酚后，底物的氧化过程没有发生ADP磷酸化
在没有ADP的条件下，称为解耦联剂的化合物可以刺激 底物的氧化，直至所有的可利用的氧被还原为止，但底物的 氧化过程没有发生ADP磷酸化。简言之，这些化合物的氧化 没有与磷酸化过程耦联。
12.3 贮存在质子浓度梯度中的能量具有电能和化学 能的成分
通过呼吸复合物转移到膜间隙的质子经过ATP合成酶返回基 质时，形成一个质子环流。质子浓度梯度的能量称为质子动力 势，类似于电化学中的电动势。
在一分子氧被一个还原剂 XH2 还原的电化学反应池中：
XH2＋1/2O2 X＋H2O
电子从阴极流出，阴极处的 XH2 被氧化：
12.1 真核生物中，氧化磷酸化发生在线粒体中 12.2 化学渗透假说解释了电子传递是如何与ADP的
磷酸化耦联的 12.3 贮存在质子浓度梯度中的能量具有电能和化学
能的成分 12.4 电子传递和氧化磷酸化取决于蛋白质复合物 12.5 穿梭机制使得胞液中的NADH可被有氧氧化
需氧生物能够利用氧将葡萄糖(以及其他有机物分 子)完全氧化，产生二氧化碳(CO2)和水(H2O)。葡萄糖 完全氧化的总反应可用下式表示：
1. 一个完整的线粒体内膜对于耦联是绝对需要的。膜对带电 的溶剂应当是不通透的，否则质子浓度梯度将消失，特殊的 转运体使得离子代谢物跨过膜。
2. 通过电子传递链的电子传递产生一个质子浓度梯度，线粒 体内膜外侧（膜间隙）的H＋浓度很高。
3. 一个结合于膜上的酶-ATP合成酶在跨膜的质子转移电子由阴极流到阳极，阳极处的分子氧被还原：
1/2O2＋2H＋＋2e- H2O
生物氧化与氧化磷酸化—电子传递链
（五）Cytc
接受复合体Ⅲ传递来电子，并传递给复合体Ⅳ 辅基：血红素C 位于膜间隙 可以移动的水溶性电子
20
(六）复合体Ⅳ （Cytc氧化酶 ）
将电子从Cyt c传递给分子氧，催化分子氧还原为 H2O, 泵出2个H＋ /2e－ 。
辅基：Cu-Cu中心（CuA ） 血红素a，血红素a3 Fe－Cu中心（ CuB ）
多个异戊二烯
半醌型泛醌
泛醌
15
16
17
(四）复合体Ⅲ（CoQ-CytC 还原酶）
1. 接受CoQ传递来的电子，并泵出4个H+ /2e－
2. 还原酶的辅基： 血红素b L
血红素bH
Fe－S
血红素c1
18
4.复合体Ⅲ的电子传递途径：
QH2
Cytb，Fe-S，Cytc1
复合体Ⅲ的电子传递
Cytc
19
8
(二）复合体Ⅱ（琥珀酸-辅酶Q还原酶）
1.另一条呼吸链的入口 2.将电子和氢从琥珀酸传递给CoQ 3.辅基： FAD
Fe-S簇
heme b
4.电子传递途径： 琥珀酸 FAD，Fe-S簇 CoQ
复合体Ⅱ的H2
FADH2 Fe3+S Fe2+S
FAD
21
22
复合体Ⅳ的传递途径: Cytc CuA Cyt a Cyt a 3 C uB O2
23
电 子 传 递 链
24
25
第二节 呼吸链（respiratory chain)
26
一、概念： 呼吸链（respiratory chain）：代谢物脱下的氢原子通
过多种酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与 氧结合生成水的传递链，也叫电子传递链 （ electron transfer chain ）。 递氢体：传递氢的酶或辅酶 电子传递体：传递电子的酶或辅基/辅酶
生物氧化与电子传递与氧化磷酸化
细胞内的线粒体是生物氧化的主要场所
第14页/共73页
一 电子传递过程
还原型的辅酶通过电子传递再氧化，这个过程叫 电子传递过程。电子传递过程包括电子从还原型 辅酶通过一系列按照电子亲和力递增顺序排列的 电子载体所构成的电子传递链传递到氧的过程。
电子传递和形成ATP形成的偶联机制称为氧化磷 酸化。氧化磷酸化作用是电子在沿着电子传递链 传递过程中所伴随的将ADP磷酸化而形成ATP的 全过程。这个过程又称为氧化呼吸或呼吸代谢。
增加
第13页/共73页
第三节 电子传递和氧化呼吸链
需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解 途径，所形成的还原型辅酶，包括NADH和 FADH，经过电子传递途径被重新氧化。还原型 辅酶上的氢原子以质子形式脱下，其电子沿着一 系列的电子传递体，最后传递给分子氧，质子和 离子型氧结合而成水。在电子传递过程中释放出 的大量自由能则使ADP磷酸化生成ATP。(p118)
第4页/共73页
二、生物氧化的特点
1. 生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程， 反应条件温和（水溶液，pH7和体温）。
2. 氧化进行过程中，必然伴随还原反应的发生。 3. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步
进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子， 通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
2.氧激活学说：1913年，Warburg发现，极少量的氰化 物即能全部抑制组织与细胞对氧的利用，而氰化物对于 脱氢酶并没有抑制。氰化物与铁原子可以形成非常稳定 的化合物（铁氰化物）。 于是提出：生物氧化作用需要一种含铁的呼吸酶，这种 呼吸酶起着激活分子氧的利用，氧的激活是生物氧化的 主要步骤。(氰化物能抑制对分子氧的利用）
第一节、生物氧化的概念
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一 电子传递过程
还原型的辅酶通过电子传递再氧化，这个过程叫 电子传递过程。电子传递过程包括电子从还原型 辅酶通过一系列按照电子亲和力递增顺序排列的 电子载体所构成的电子传递链传递到氧的过程。
电子传递和形成ATP形成的偶联机制称为氧化磷 酸化。氧化磷酸化作用是电子在沿着电子传递链 传递过程中所伴随的将ADP磷酸化而形成ATP的 全过程。这个过程又称为氧化呼吸或呼吸代谢。
增加
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第三节 电子传递和氧化呼吸链
需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解 途径，所形成的还原型辅酶，包括NADH和 FADH，经过电子传递途径被重新氧化。还原型 辅酶上的氢原子以质子形式脱下，其电子沿着一 系列的电子传递体，最后传递给分子氧，质子和 离子型氧结合而成水。在电子传递过程中释放出 的大量自由能则使ADP磷酸化生成ATP。(p118)
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二、生物氧化的特点
1. 生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程， 反应条件温和（水溶液，pH7和体温）。
2. 氧化进行过程中，必然伴随还原反应的发生。 3. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步
进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子， 通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
2.氧激活学说：1913年，Warburg发现，极少量的氰化 物即能全部抑制组织与细胞对氧的利用，而氰化物对于 脱氢酶并没有抑制。氰化物与铁原子可以形成非常稳定 的化合物（铁氰化物）。 于是提出：生物氧化作用需要一种含铁的呼吸酶，这种 呼吸酶起着激活分子氧的利用，氧的激活是生物氧化的 主要步骤。(氰化物能抑制对分子氧的利用）
第一节、生物氧化的概念
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△G0’ = -Wmax = -nF△E0′ n = 转移电子数 F = 法拉第常数
（1摩尔 = 6.02×1023个电子 = 1法拉第 = 96485 库仑/摩尔＝96.5KJ/V.Mol＝23.062Kcal/Mol）
1-还原电势-生物体内还原电势
生物体内一些反应的标准氧化还原电势（P117）
还原剂
氧化剂
E’0伏
铁氧还蛋白（还原态） 铁氧还蛋白（氧化态） －0.43
H2 NADH(+H+) NADPH(+H+) Cytb（Fe2＋) 泛醌（还原态） Cytc（Fe2＋）
H2O
2H+ NAD+ NADP+ Cytb（Fe3＋） 泛醌（氧化态） Cytc（Fe3＋）
1/2O2+2H+
－0.42 －0.32 －0.32
F：法拉第常数 （96485库仑/mol） T：绝对温度 R：气体常数 （8.314焦耳/升·摩尔） N：为电子价数的变化
1-还原电势-概念
3、电子转移的方式
（1）电子形式转移： Fe2＋＋Cu2＋
Fe3＋＋Cu＋
（2) 氢原子形式的转移：
AH2+B
A+BH2
(3) 有机还原剂直接加氧时，电子转移至O:
NADH ＋ H+ ＋ FMN ↔ NAD+＋ FMNH2 琥珀酸 ＋ FAD ↔ 延胡索酸 ＋ FADH2 作用：传递电子和质子
广 有机物的C→CO2（脱羧作用：如TCA）
义
生 物
氧 化
有机物的H+O2→ H2O（氧化的电子传递过程） 狭 义 生
当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量是如 物
何贮存在ATP中（氧化磷酸化）
氧
化
2-生物氧化-特点
二、生物氧化的特点：
• 酶促反应（是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作 用下逐步完成）
基质
外膜
嵴
膜间腔
F 1 -F 0 复合体
内膜
线粒体结构模式图
3-呼吸链-线粒体
线粒体嵴的ATP合酶分子组成
F 1亚基 F 0亚基
外膜 内膜
膜间腔
3-呼吸链-概念
二、电子传递链（ETS）概念
概念：线粒体内膜（真核）上由多种蛋白质复合物组成并按一定 的顺序排列，能传递质子和电子的连续反应体系。
类型：NADH呼吸链
第二章生物氧化(电子传递与氧 化磷酸化)
1-还原电势-概念
原电池
负极
Zn
Zn电极标准电极 势： -0.763V
ZnSO 4
e 盐桥
正极
Cu
Cu电极标准电 极势： +0.34V
CuSO 4
Zn ＋ Cu2+ ↔ Zn2+ + Cu 还原剂 氧化剂 被氧化 被还原
两个半 反应
负极反应: Zn↔Zn2++2e 正极反应: Cu↔Cu2++2e
COOH 琥珀酸脱氢酶
CH2
CH2
COOH
COOH
CH + 2H+ + 2eCH
COOH
2-生物氧化-类型
•如乳酸脱氢酶
OH CH3CHCOOH
NAD+
（2）加水脱氢
O CH3CCOOH NADH
• 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。
H
H
H 2O
酶
RCO
R C OH
O R C OH + 2H + + 2e -
在光和作用生物体中，最初的电子供体＝受吸收光激发的 化学物质
• 如果存在2种对电子有亲和力的物质，那么电子能够通过 “连接线路”在两种物质间自然流动，通过电动势驱动到 另一亲电子物质
1、自由能和氧化还原电势的关系
生物体内的氧化还原反应基本原理和化学电池一 样，也可做成化学电池。
△G=-Wmax 且电池所做的最大功 = 电势差×电 量
0.07 0.10 0.235
0.815
1-还原电势-生物体内还原电势
• 电子从E0′值小的物质转移到E0′大的物质 • △E0′＝E0′电子受体－E0′电子供体 • △G0’ = -nF△E0′ △E0′ > 0 △G0 ’ <0
例题
练习
2-生物氧化-概念
第二节 生物氧化概述
一、生物氧化概念：
RH+½ O2
ROH
(4) 电子以氢负离子（：H-）的形式转移
1-还原电势-生物体内还原电势
二、生物体内的氧化还原电势
生物体内所有的工作都直接或间接地依赖氧化还原反应 中的电子流，电子流能为生物化学做功。
•“生物学电路”：电子源＝相关的还原性化合物如葡萄糖； 通过酶促氧化，释放的电子通过电子传递体自然地流向另一 具有高电子亲和力地物质如O2 • 在非光和作用生物体中，电子源＝还原性化合物（食物）
第三节 电子传递链（呼吸链)
一、线粒体的通透性
•外膜：自由透过小分子和离子 •内膜：
•不能自由透过小分子和离子，包括 NADH、ATP、ADP、Pi和 H+。
•有电子传递体、ATP合酶（FoF1） •膜间隙：含有许多可溶性酶、底物和一 些辅助因子。 基质：有丙酮酸脱氢酶、TCA的酶、脂肪 酸氧化的酶、氨基酸氧化的酶、DNA、核 糖体、ATP、ADP、Pi、Mg2＋、可溶的中 间产物、其他酶
• 条件温和（常温常压、近中性pH、有水的活细胞中） • 复杂的氧化还原过程 • 逐步放能，以ATP形式储存和转运能量 • 真核细胞在线粒体，原核细胞在细胞质进行。
2-生物氧化-类型
三、生物中氧化还原类型：
在生物氧化过程中，主要包括如下几种氧化方式。
1．脱氢氧化反应
（1）脱氢 • 催化脱氢反应的是各种类型的脱氢酶。
OH
2-生物氧化-类型
2．氧直接参加的氧化反应
• 加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子中。
甲烷单加氧酶
CH4 + NADH + O2 CH3-OH + NAD+ + H2O
• 氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应， 反应产物为水。是各种脱氢反应中产生的氢质子 和电子的最后氧化形式。
练习
3-呼吸链-线粒体
E0
2+ Zn /
Zn=
-
0.76V
E0
2+ Cu /
Cu=+
0.34V
ΔE0 = E0正极-E0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V
1-还原电势-概念
2、电极电势计算：
a[氧化态] + ne = b [还原态] 任意电极电位(电势)的能斯特方程：
E=
E0
+
RT nF
ln[氧化剂]a [还原剂]b
FADH2呼吸链
AH2 2H
A
NADH++H (或 FADH2)
H2O
电子传递链
氧化过程
NAD+ (或 FAD)
氧
1/2 O2
化
磷
释放能量
酸 化
ADP + Pi ATP合成酶 ATP 磷酸化过程
3-呼吸链-组成
三、电子传递链的组成：
1、黄素蛋白类（FP）
与电子传递有关的黄素蛋白有两种，分别以FMN或FAD为辅基
（1摩尔 = 6.02×1023个电子 = 1法拉第 = 96485 库仑/摩尔＝96.5KJ/V.Mol＝23.062Kcal/Mol）
1-还原电势-生物体内还原电势
生物体内一些反应的标准氧化还原电势（P117）
还原剂
氧化剂
E’0伏
铁氧还蛋白（还原态） 铁氧还蛋白（氧化态） －0.43
H2 NADH(+H+) NADPH(+H+) Cytb（Fe2＋) 泛醌（还原态） Cytc（Fe2＋）
H2O
2H+ NAD+ NADP+ Cytb（Fe3＋） 泛醌（氧化态） Cytc（Fe3＋）
1/2O2+2H+
－0.42 －0.32 －0.32
F：法拉第常数 （96485库仑/mol） T：绝对温度 R：气体常数 （8.314焦耳/升·摩尔） N：为电子价数的变化
1-还原电势-概念
3、电子转移的方式
（1）电子形式转移： Fe2＋＋Cu2＋
Fe3＋＋Cu＋
（2) 氢原子形式的转移：
AH2+B
A+BH2
(3) 有机还原剂直接加氧时，电子转移至O:
NADH ＋ H+ ＋ FMN ↔ NAD+＋ FMNH2 琥珀酸 ＋ FAD ↔ 延胡索酸 ＋ FADH2 作用：传递电子和质子
广 有机物的C→CO2（脱羧作用：如TCA）
义
生 物
氧 化
有机物的H+O2→ H2O（氧化的电子传递过程） 狭 义 生
当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量是如 物
何贮存在ATP中（氧化磷酸化）
氧
化
2-生物氧化-特点
二、生物氧化的特点：
• 酶促反应（是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作 用下逐步完成）
基质
外膜
嵴
膜间腔
F 1 -F 0 复合体
内膜
线粒体结构模式图
3-呼吸链-线粒体
线粒体嵴的ATP合酶分子组成
F 1亚基 F 0亚基
外膜 内膜
膜间腔
3-呼吸链-概念
二、电子传递链（ETS）概念
概念：线粒体内膜（真核）上由多种蛋白质复合物组成并按一定 的顺序排列，能传递质子和电子的连续反应体系。
类型：NADH呼吸链
第二章生物氧化(电子传递与氧 化磷酸化)
1-还原电势-概念
原电池
负极
Zn
Zn电极标准电极 势： -0.763V
ZnSO 4
e 盐桥
正极
Cu
Cu电极标准电 极势： +0.34V
CuSO 4
Zn ＋ Cu2+ ↔ Zn2+ + Cu 还原剂 氧化剂 被氧化 被还原
两个半 反应
负极反应: Zn↔Zn2++2e 正极反应: Cu↔Cu2++2e
COOH 琥珀酸脱氢酶
CH2
CH2
COOH
COOH
CH + 2H+ + 2eCH
COOH
2-生物氧化-类型
•如乳酸脱氢酶
OH CH3CHCOOH
NAD+
（2）加水脱氢
O CH3CCOOH NADH
• 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。
H
H
H 2O
酶
RCO
R C OH
O R C OH + 2H + + 2e -
在光和作用生物体中，最初的电子供体＝受吸收光激发的 化学物质
• 如果存在2种对电子有亲和力的物质，那么电子能够通过 “连接线路”在两种物质间自然流动，通过电动势驱动到 另一亲电子物质
1、自由能和氧化还原电势的关系
生物体内的氧化还原反应基本原理和化学电池一 样，也可做成化学电池。
△G=-Wmax 且电池所做的最大功 = 电势差×电 量
0.07 0.10 0.235
0.815
1-还原电势-生物体内还原电势
• 电子从E0′值小的物质转移到E0′大的物质 • △E0′＝E0′电子受体－E0′电子供体 • △G0’ = -nF△E0′ △E0′ > 0 △G0 ’ <0
例题
练习
2-生物氧化-概念
第二节 生物氧化概述
一、生物氧化概念：
RH+½ O2
ROH
(4) 电子以氢负离子（：H-）的形式转移
1-还原电势-生物体内还原电势
二、生物体内的氧化还原电势
生物体内所有的工作都直接或间接地依赖氧化还原反应 中的电子流，电子流能为生物化学做功。
•“生物学电路”：电子源＝相关的还原性化合物如葡萄糖； 通过酶促氧化，释放的电子通过电子传递体自然地流向另一 具有高电子亲和力地物质如O2 • 在非光和作用生物体中，电子源＝还原性化合物（食物）
第三节 电子传递链（呼吸链)
一、线粒体的通透性
•外膜：自由透过小分子和离子 •内膜：
•不能自由透过小分子和离子，包括 NADH、ATP、ADP、Pi和 H+。
•有电子传递体、ATP合酶（FoF1） •膜间隙：含有许多可溶性酶、底物和一 些辅助因子。 基质：有丙酮酸脱氢酶、TCA的酶、脂肪 酸氧化的酶、氨基酸氧化的酶、DNA、核 糖体、ATP、ADP、Pi、Mg2＋、可溶的中 间产物、其他酶
• 条件温和（常温常压、近中性pH、有水的活细胞中） • 复杂的氧化还原过程 • 逐步放能，以ATP形式储存和转运能量 • 真核细胞在线粒体，原核细胞在细胞质进行。
2-生物氧化-类型
三、生物中氧化还原类型：
在生物氧化过程中，主要包括如下几种氧化方式。
1．脱氢氧化反应
（1）脱氢 • 催化脱氢反应的是各种类型的脱氢酶。
OH
2-生物氧化-类型
2．氧直接参加的氧化反应
• 加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子中。
甲烷单加氧酶
CH4 + NADH + O2 CH3-OH + NAD+ + H2O
• 氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应， 反应产物为水。是各种脱氢反应中产生的氢质子 和电子的最后氧化形式。
练习
3-呼吸链-线粒体
E0
2+ Zn /
Zn=
-
0.76V
E0
2+ Cu /
Cu=+
0.34V
ΔE0 = E0正极-E0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V
1-还原电势-概念
2、电极电势计算：
a[氧化态] + ne = b [还原态] 任意电极电位(电势)的能斯特方程：
E=
E0
+
RT nF
ln[氧化剂]a [还原剂]b
FADH2呼吸链
AH2 2H
A
NADH++H (或 FADH2)
H2O
电子传递链
氧化过程
NAD+ (或 FAD)
氧
1/2 O2
化
磷
释放能量
酸 化
ADP + Pi ATP合成酶 ATP 磷酸化过程
3-呼吸链-组成
三、电子传递链的组成：
1、黄素蛋白类（FP）
与电子传递有关的黄素蛋白有两种，分别以FMN或FAD为辅基