电子传递和氧化呼吸链

脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递（氧化）Fra bibliotek+Pi
e-
三羧酸循环
生物氧化的三个阶段
大分子降解成基本结构单位
小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）
共同中间产物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。
Reduced
方法四:分离并鉴定每个多蛋白质复合物：
链上组分中特有的电子供体和受体可以确定。
（三）呼吸链的组成琥珀酸等
黄素蛋白酶类（flavoproteins, FP）
黄素蛋白（FAD）
铁-硫蛋白类（iron—sulfur proteins)
铁硫蛋白（Fe-S）
细胞色素类
二、电子传递链（呼吸链）
（一）线粒体结构特点（二）电子传递呼吸链的概念（三）呼吸链的组成（四）机体内两条主要的呼吸链及其能量变化（五）电子传递抑制剂
（一）线粒体结构
嵴
➢线粒体外膜
自由透过小分子和离子
➢线粒体内膜
不能自由透过大部分小分子和离子 ,包括H+。
含有：电子传递体（复合体I、II 、III、IV）
（二）线粒体呼吸链
线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链（ electron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。

生物化学：第二节电子传递链

4.辅酶Q（CoQ）
辅酶Q属于醌类，由于它广泛存在于生物系统中，所以又叫泛醌(UQ)。
辅酶Q是呼吸链中唯一的非蛋白质组分。它分子小，且呈脂溶性，可以在线粒体内膜的磷脂双分子层的疏水区自由扩散，往返于比较固定的蛋白质类的电子传递体之间进行电子传递。
5、细胞色素
细胞色素是以铁卟啉(血红素)为辅基的蛋白质，红色，广泛存在于生物细胞中。
由NADH开始的呼吸链 —— NADH呼吸链；由FADH2开始的呼吸链 —— FADH2呼吸链。
2、电子传递链分布原核细胞存在于质膜上真核细胞存在于线粒体的内膜上
二. 呼吸链的组成
电子传递中有四个复合体参与：
NADH-CoQ还原酶（复合物I）琥珀酸-CoQ还原酶（复合物Ⅱ ） CoQ-细胞色素c还原酶（复合物III ）细胞色素氧化酶（复合物Ⅳ）
五. 呼吸链的电子传递过程
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
呼吸链中的电子传递体：
1. 烟酰胺脱氢酶
是指以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶, 属于烟酰胺的衍生物。以NAD+为辅酶的脱氢酶主要参与线粒体底物到分子氧的传递, 以 NADP+为辅酶的脱氢酶主要参与将电子传给生物合成过程.
呼吸链中的电子传递体：
琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时其辅基FAD 还原为FADH2，然后FADH2又将电子传递给Fe-S聚簇。
最后电子由Fe-S聚簇传递给琥珀酸-Q还原酶的辅酶CoQ。这一步不能形成的ATP.
功能：将电子从琥珀酸传递给泛醌
三、CoQ-细胞色素c还原酶（复合体Ⅲ）
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素 C
2. 黄素脱氢酶以FMN,FAD为辅酶

第三节电子传递和氧化呼吸链

传递电子机理：Fe3+
-e
Fe2+
铁硫蛋白参与电子传递
2Fe-2S
2Fe-2S
4Fe-4S
Different types of iron-sulfur centers
Iron atoms cycle between Fe2+ (reduced) and Fe3+(oxidized). Ferredoxin（铁氧还蛋白）
CoASH NAD+
CH3COSCoA+CO2
NADH+H+
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。例：
CH3CH2OH
乙醇脱氢酶
（三）H2O的生成
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，都生成CO2和H2O，所释放的能量也相同。但二者进行的方式和历程却不同：
细胞内温和条件（常温、常压、高温或高压、干燥条件中性pH、水溶液）
一系列酶促反应
逐步氧化放能，能量利用率高释放的能量转化成ATP被利用
（一）生物氧化的特点
在活的细胞中（pH接近中性、体温条件下），有机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体参与下进行，其途径迂回曲折，有条不紊。氧化过程中能量逐步释放，其中一部分由一些高能化合物（如 ATP）截获，再供给机体所需。在此过程中既不会
因氧化过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释
放的能量尽可能得到有效的利用。

生物化学复习总结之呼吸链

细胞色素（cห้องสมุดไป่ตู้tochromes）
• 细胞色素都是膜结合蛋
白。 • 不同种类的细胞色素的辅基结构及与蛋白质连接的方式是不同的 • 不同的血红素有不同的特征吸收谱带； • 血红素的氧化态与还原态的光吸收是不同的。 • 唯一水溶性的细胞色素； • 分子量为~13,000；
Cytochrome C
复合物Ⅱ ：琥珀酸到泛醌
呼吸链上还有其他底物的电子流经Q，但不经过复合物II： – 脂酰CoA脱氢酶 – 3-磷酸甘油脱氢酶往往将这些由FAD作为辅基的脱氢酶统称为琥珀酸脱氢酶类。
复合物Ⅲ ：泛醌到Cyt c
（细胞色素bc1复合物或CoQ: Cyt c氧化还原酶）
又称细胞色素bc1复合物，或泛醌：细胞色
底物水平磷酸化
(Substrate Level Phosphorylation)
• 底物分子首先因脱氢、脱水等作用形成一种高能中间化合物; • 高能中间化合物是由于底物氧化时底物内分子重排形成的； • 高能键通过转磷酰基给ADP，转移时有非常大的平衡常数和一个大的ΔGº’ 负值；
• 一分子高能中间化合物只能形成一个ATP；
• 基质水平磷酸化是酵解过程中获取能量的唯一方式。
氧化磷酸化
（Oxidative Phosphorylation)
生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化
为水时所释放的能量转移给ADP形成ATP的过程。实际上是氧化作用与氧化作用过程释放的能量用于形成 ATP的过程（磷酸化作用）两种作用的偶联反应。
F1F0-ATP合酶抑制剂
解偶联剂
ATP/ADP交换体抑制剂
的活性基团。铁硫中心的结构：最简单的是单铁原子与4个Cys的SH相连；更复杂的是有2个或4个铁原子。Rieske铁硫蛋白则为1个铁原子与两个His残基相连。蛋白含有的铁是非血红素铁,它借铁的价态变进行电子传递，氧化型与还原型的的颜色不同，Fe3+为红、绿，而Fe2+为无色. 注意：铁硫蛋白在电子传递链中，虽然起到传电子的作用，但这不是传递链中一个单独的组分，往往是与其它组分结合在一起共同起传递电子的作用。

生物化学第24章生物氧化——电子传递和氧化磷酸化作用

原电池的结构
检流计负极，氧化反应负极，正极，还原反应正极，
电解装置
阴极，还原反应阴极，阳极，氧化反应阳极，
电极电势和电动势
RT [电子受体] 能斯特方程 E n = E 0 + ln b nF [电子供体]
a
式中E 为标准电极电势，式中 0 为标准电极电势，即反应物和产物的活度都为1（如果是气体则为1atm），温度 ℃ 下的度都为（如果是气体则为）温度25℃ 电极电势。规定氢电极的标准电极电势为0。电极电势。规定氢电极的标准电极电势为。令标准氢电极为负极，其它电极为正极，氢电极为负极，其它电极为正极，得到电池的电动此电动势即为其它电极的标准电极电势。势，此电动势即为其它电极的标准电极电势。两个电极组成电池的电动势
电子传递链
呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体组成，呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体组成，在线粒体内膜上有4种参与电子传递的蛋白质复在线粒体内膜上有种参与电子传递的蛋白质复合体，合体，分别为 NADH－Q还原酶 NADH－Q还原酶（NADH-Q reductase）还原酶（ reductase）琥珀酸－还原酶还原酶（琥珀酸－Q还原酶（succinate-Q reductase））细胞色素还原酶（细胞色素还原酶（cytochrome reductase））细胞色素氧化酶（细胞色素氧化酶（cytochrome oxidase））
电子传递形成跨膜的质子梯度
在电子传递过程中，伴随有H 在电子传递过程中，还伴随有 +从线粒体内膜的基质侧，向内膜的外侧运输，的基质侧，向内膜的外侧运输，结果造成跨线粒体内膜的质子梯度，这样在膜内外既造成质子的浓度内膜的质子梯度，梯度，又造成电势梯度，梯度，又造成电势梯度，这种电化学势梯度贮存有能量。能量。也就是电子传递过程中释放的能量转变成跨线粒体内膜的电化学势梯度中贮存的能量。线粒体内膜的电化学势梯度中贮存的能量。当质子由膜的外侧向内侧运动时，推动ATP合成。这个过合成。由膜的外侧向内侧运动时，推动合成程称为氧化磷酸化。程称为氧化磷酸化。

生物化学：第二节电子传递链

由NADH开始的呼吸链 —— NADH呼吸链；由FADH2开始的呼吸链 —— FADH2呼吸链。
2、电子传递链分布原核细胞存在于质膜上真核细胞存在于线粒体的内膜上
二. 呼吸链的组成
电子传递中有四个复合体参与：
NADH-CoQ还原酶（复合物I）琥珀酸-CoQ还原酶（复合物Ⅱ ） CoQ-细胞色素c还原酶（复合物III ）细胞色素氧化酶（复合物Ⅳ）
铁硫中心只有1个Fe起氧化还原反应，在氧化型（ Fe3+）和还原型（Fe2+）之间转变。
呼吸链中的电子传递体：
3. 铁硫蛋白
铁硫蛋白在呼吸链中作为电子传递体，不传递氢。
呼吸链中的铁硫蛋白通常与其它的电子传递体的蛋白质（如黄素酶、细胞色素）结合成复合物，从而具有不同的氧化还原电位，在呼吸链的不同部位传递电子。目前对其具体作用机制并不十分清楚.
五. 呼吸链的电子传递过程
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
呼吸链中的电子传递体：
1. 烟酰胺脱氢酶
是指以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶, 属于烟酰胺的衍生物。以NAD+为辅酶的脱氢酶主要参与线粒体底物到分子氧的传递, 以 NADP+为辅酶的脱氢酶主要参与将电子传给生物合成过程.
呼吸链中的电子传递体：
（一）NADH-CoQ还原酶（复合物1）由FMN + 铁硫蛋白
功能：先与NADH结合并将NADH上的两个高势能电子转移到FMN辅基上，使NADH氧化，并使 FMN还原。
NADH+H++FMN
FMNH2+NAD+
二、琥珀酸-CoQ还原酶（复合体Ⅱ ）
琥珀酸脱氢酶，它是嵌在线粒体内膜的酶蛋白。也是此复合体的一部分，其辅基包括FAD和Fe-S聚簇。

解释氧化呼吸链

解释氧化呼吸链氧化呼吸链是生物体中产生能量的重要过程之一。

通过氧化呼吸链，有机物在细胞内被氧气氧化，同时释放出能量，产生三磷酸腺苷（ATP），在维持生命活动中起到重要作用。

氧化呼吸链主要发生在细胞的线粒体内。

线粒体是细胞内的“能量中心”，其中的某些部位包含了多个呼吸酶和载体分子。

这些呼吸酶和载体分子构成了氧化呼吸链。

氧化呼吸链主要由四个复合物组成，它们是复合物I、复合物II、复合物III和复合物IV。

每一个复合物都包含多种蛋白质和辅因子，它们相互协作形成了一个高效的能量释放系统。

在氧化呼吸链的第一步中，复合物I接收来自葡萄糖分解产物的负电子，将它们传递给辅因子辅酶Q。

随后，这些电子被辅酶Q与复合物III之间的蛋白质亮氨酸传递。

复合物III接收到这些电子后，将它们传递给另一个辅因子细胞色素c。

最后，细胞色素c将电子传递给复合物IV。

在复合物IV中，电子与氧气结合，形成水分子。

与此同时，复合物IV中的质子泵将质子跨越线粒体内膜，创建了质子梯度。

这个质子梯度被利用来产生ATP。

线粒体内膜中的复合物V（ATP合酶）利用质子梯度的能量，催化ADP和无机磷酸根结合形成ATP。

这个质子梯度的形成与线粒体内膜的不对称性密切相关。

线粒体内膜具有很高的不透性，只有质子通道允许质子通过。

当质子被抽出线粒体基质，形成质子梯度时，线粒体内膜会变得更加负电，这使得线粒体内膜的负电位差更大。

最终，当质子通过线粒体内膜的质子通道流向线粒体基质时，线粒体内膜的负电位差被解除，完成了氧化呼吸链过程中质子的转运。

氧化呼吸链的最终产物是水和ATP。

水是由氧气和质子结合而成的，而ATP是氧化呼吸过程中释放出的能量形式。

通过氧化呼吸链，生物体能够从食物中获得能量，并将其转化为细胞内能量分子ATP。

尽管氧化呼吸链是一种高效的能量产生过程，但它也存在一些问题。

例如，过程中产生的氧自由基会对细胞内的DNA、蛋白质和脂质等分子造成损伤。

为了应对这一问题，细胞内存在一系列的抗氧化防御系统，来保护细胞内的分子不受损害。

浙大生物化学课件9：生物氧化

2Fe2+ Cyta 2Fe3+
2Cu2+ 2Cu+
2Fe2+
Cyta3 2Fe3+
细胞色素氧化酶
1 2 O2 H2O
NADH呼吸链
AH2
NAD+
FMNH 2
CoQNADH来自A+H+
Fe-S
FMN
CoQH 2
2Fe2+
b-c1-c-aa3 2Fe3+
2H+ 1 2 O2
O2-
H2O
FADH2呼吸链
琥珀酸延胡索酸
R
还原型
NAD+、NADP+
NADH、NADPH
FMN
R
H3C
N NO
H3C
NH N
O
FMN (醌型或氧化型)
H H3C H3C
CH2 O H C OH H C OH H C OH
O PO O-
N
O PO O-
CH2 H
N O
H
H OH
H OH
NH2 N
N
CH2
H3C
N
N
O
H3C
NH N
O
FMN
FAD
S Fe
组成复合体，参与电子传递，而且两个Fe离子中只
Fe S Fe S
有一个参与，所以是单电子传递。
S Fe S
铁硫簇(Fe4S4) C
泛醌（CoQ）
O
H3CO
CH 3
H3CO O
(CH2 CH
CH 3 C CH 2)nH
是脂溶性醌类化合物，由于在生物中广泛存在，所以也称泛醌。它处于呼吸链的中心枢纽，也是中间传递体。

电子传递和氧化呼吸链