第四章 生物氧化
《药物合成》第四章氧化反应小结
第四章氧化反应概述一、氧化反应二、氧化反应类型化学氧化反应、催化氧化反应和生物氧化反应。
第一节烃基的氧化反应一、苄位烃基的氧化1生成醛a、三氧化铬—醋酐氧化苄位甲基成醛基。
甲基先被转化成醛的二醋酸酯再水解得醛。
b、氯化铬酰Cr02C12Etard反应c、硝酸铈铵CeNH42NO36CAN 反应在酸性介质中进行。
可得苯甲醛。
在正常条件下多甲基芳烃仅一个甲基被氧化。
2形成羧酸、酮常用的氧化剂有KMnO4Na2Cr2O7Cr2O3和稀硝酸等。
在碱或钴盐存在下空气氧化可使苄位甲基氧化成羧基。
硝酸铈铵作氧化剂苄位亚甲基被氧化可形成相应的酮。
二、羰基α位活性烃基的氧化1形成α—羟酮四醋酸铅或醋酸汞羰基α位的活性烃基可氧化成α羟酮然后水解成α—羟酮。
羰基α位活性甲基、亚甲基和次甲基均可发生类似反应。
当这些活性烃基共存于同一分子时产物将是混合物若在反应中加入三氟化硼对甲基的乙酰氧基化有利。
2形成12—二羰基化合物SeO2 它主要用于活性亚甲基或甲基成相应的羰基化合物。
位于共轭体系中的活性亚甲基也可被二氧化硒氧化成相应的羰基化合物。
三、烯丙位烃基的氧化1、二氧化硒某些烯丙位的碳-氢键可被二氧化硒氧化成相应的醇类化合物。
反应需在醋酸溶液中进行产物以醋酸酯形式分离然后再水解得到醇。
当被氧化物分子中有多个烯丙位存在时1双键碳原子所连取代基多的烯丙位优先发生氧化2活性次序为3环内双键的氧化反应发生在双键碳原子较多的取代基且位于环内的烯丙位上。
4若双键位于末端则氧化的同时双键可发生位移。
2、用CrO3—吡啶复合体Collins试剂氧化Collins试剂是CrO3·2Py 的结晶在二氯甲烷中的溶液。
它是一个对双键、硫醚等不作用的选择性氧化剂。
有时氧化的同时发生烯丙双键移位。
CrO3的其它试剂如铬酸叔丁醇酯三氧化铬本身等都可用于烯丙位氧化但后者常伴有双键断裂的副产物故不适宜于合成。
3、用过酸酯氧化过酸酯在亚铜盐催化下可在烯丙位烃基上引入酰氧基经水解可得烯丙醇类。
生物化学讲义第四章生物氧化
+第四章生物氧化【目的和要求】1.掌握生物氧化、氧化磷酸化的概念。
2.掌握线粒体呼吸链的组成、排列顺序、种类。
3．掌握氧化磷酸化的偶联部位，胞液中NADH的氧化，二条穿梭途径。
4．熟悉氧化磷酸化的基本过程、影响因素及其调节，P/O，ATP的生成和利用。
5．了解生物氧化的特点及方式，氧化磷酸化偶联机理，其他氧化体系。
【本章重难点】1.呼吸链组成、脱氢部位及产能部位，偶联机制。
2．氧化磷酸化概念，影响因素。
3．二种穿梭作用。
4．呼吸链组成、脱氢部位及产能部位。
5．氧化磷酸化偶联机制。
学习内容第一节概述第二节生成ATP的氧化体系第三节其他氧化体系第一节概述一、概述⒈生物氧化的概念生物氧化（Biological Oxidation）物质在生物体内氧化分解的过程称为生物氧化，主要是指糖、脂肪、蛋白质等有机物在生物体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和H2O的过程。
生物氧化的主要生理意义是为生物体提供能量.⒉生物氧化的过程⒊生物氧化的特点⑴相同点：体内氧化与体外氧化① 物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子.②物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能量相同。
⑵不同点 ：体内氧化 体外氧化 ①反应条件： 温和 剧烈 ②反应过程：分步反应，能量逐步释放 一步反应，能量突然释放 ③产物生成： 间接生成 直接生成 ④能量形式： 热能、ATP 热能、光能第二节 生成ATP 的氧化体系一、呼吸链 (Respiratory Chain)⒈呼吸链（respiratory chain ）：一系列酶和辅酶按照一定的顺序排列在线粒体内膜上，可以将代谢物脱下的氢（H ＋＋e ）逐步传递给氧生成水同时释放能量，由于此过程与细胞摄取氧的呼吸过程有关，所以这一传递链称为呼吸链。
多糖 脂肪 蛋白质葡萄糖 甘油＋脂肪酸 氨基酸HC O 2T A C乙酰C o AO 2H 2O能量⒉呼吸链的组成用胆酸、脱氧胆酸等反复处理线粒体内膜，可将呼吸链分离得到四种仍具有传递电子功能的酶的复合体。
第4章 生物氧化2
①苹果酸脱氢酶
②转氨酶
③④⑤⑥转位酶
H 3N
-
+ -
OOC-CH2-C-COO H
谷氨酸天冬氨酸 转运体
H 3N
-
+ -
OOC-CH2-C-COO H
天冬氨酸
O
O -OOC-CH 2-C-COO -
H 3N
-
+ -
呼吸链
草酰乙酸
H 3N
-
+ -
OOC-CH2-CH2-C-COO H
-OOC-CH 2-C-COO -
第四章 生物氧化
——电子传递和氧化磷酸化作用
主要内容：
引 言
氧化-还原电势 电子传递和氧化呼吸链 氧化磷酸化作用
三、氧化磷酸化作用
三、氧化磷酸化作用
（ 一 ） 线 粒 体 的 结 构
• 线粒体内膜上有呼吸链的所有酶。
• 基质中有三羧酸循环、脂肪酸氧化、转
氨等酶类。 • 线粒体膜的通透性：
2. 过氧化氢酶(catalase)
又称触酶，其辅基含4个血红素
过氧化氢酶
2H2O2
2H2O + O2
3. 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
过氧化物酶
R + H2O2
RH2+ H2O2
RO + H2O R + 2H2O
过氧化物酶
含硒的谷胱甘肽过氧化物酶
• 保证胞液中的NAD＋的浓度，利于物质
代谢进行。
（五）氧的不完全还原 产物： • 超氧化物负离子 • 过氧化氢 • 羟自由基 H 2O 2 O2- .
第四章 生物氧化
目录
(一) 呼吸链的组成
黄素蛋白
目录
（一）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+） NAD+和NADP+的结构
目录
NAD+的主要功能是接受从代谢物上脱下的2H。
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
4、复合体Ⅳ将电子从细胞色素c传递给氧
➢复合体Ⅳ又称细胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase)。 ➢电子传递：Cyt c→CuA→Cyt a→Cyt a3– CuB→O2。 ➢Cyt a3–CuB形成活性双核中心，将电子传递给 O2。每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向胞浆 侧转移 。
生物氧化
Biological Oxidation
目录
第一节 生物氧化的概述
目录
定义： 物质在生物体内进行氧化分解 的 过 程 称为 生物氧化(biological oxidation) ，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。
目录
生物氧化的特点
1.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。
1. 是位于线粒体内膜的含铁的电子传递体。其辅基 为铁卟啉。 2. 根据吸收光谱的不同可分为a、b、c三类。每一类 又可分为几种亚类。
3. 线粒体的电子传递链含五种不同的细胞色素： Cytb、Cytc、Cytc1、Cyta、Cyta3。
生物化学习题-生物氧化
第四章生物氧化[教材精要及重点提示]一、生物氧化概述1.概念：物质在生物体内进行的氧化反应称生物氧化。
方式有加氧、脱氢、脱电子2．生物氧化的作用及意义生物氧化分为线粒体内生物氧化和线粒体外生物氧化。
线粒体内生物氧化伴有ATP的生成，在能量代谢中有重要意义。
线粒体外生物氧化主要在过氧化物酶体、微粒体及胞液中进行，参与体内代谢物、药物、毒物的生物转化。
3．生物氧化特点’(1)在细胞内温和的环境中(体温、pH近中性)进行。
(2)酶促反应。
(3)能量逐步释放。
(4)生物氧化中生成的水由脱下的氢与氧结合产生，二氧化碳由有机酸脱羧二、线粒体生物氧化体系1．呼吸链概念代谢物脱下的氢通过多种酶与辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，此过程与细胞呼吸有关故称呼吸链或电子传递链2．呼吸链组成及排列顺序呼吸链位于线粒体内膜上，由四种复合体(复合体I一Ⅳ)和两种游离成分组成(辅酶Q、细胞色素c)。
其排列顺序如下：23．氧化磷酸化概念代谢物脱下的氢经呼吸链传递给氧生咸水，同时伴有ADP磷酸化为ATP称氧化磷酸化(oxidatiVephosphorylation)4．氧化磷酸化的偶联部位根据P／O比值和自由能变化确定氧化磷酸化的偶联部位，分别是NADH+H+一CoQ，CoQ—Cylc，Cytaaa—02。
NADH氧化呼吸链偶联部位为3个，琥珀酸氧化呼吸链偶联部位为2个。
5．氧化磷酸偶联机制目前普遍公认的学说是Peter Mitchell提出的化学渗透学说(chemiosmotic hypothcsis)，该学说要点是电子沿呼吸链传递时可将质子H+从线粒体内膜基质侧泵到膜外侧,产生膜内外跨膜电位差,以次储存能量,当内膜外侧的质子顺浓度梯度经ATP合酶F。
质子通道回流时，F1催化ADP和Pi生成ATP。
ATP合酶(ATP synthase)又称复合体V，由F0和F1两部分组成，F0是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道，Fl由α3β3γδε亚基组成，可催化ADP磷酸化为ATP，催化部位在β亚基上。
第四章 生物氧化
① 细胞色素c（ Cytc）
它是电子传递链中一个 独立的蛋白质电子载体 ，位于线粒体内膜外表 ，属于膜周蛋白，易溶 于水。 它与细胞色素 c1 含有相 同的辅基，但是蛋白组 成则有所不同。 Cyt 的 铁 卟 啉 一 般 以 非 共价键与酶蛋白结合。 Cytc 例外，以硫醚键共 价结合。
1.单加氧酶 又称羟化酶。可催化氧分子中的1个氧原子 加到底物上，而另一氧原子被NADPH+H+还原生成 H2O。反应通式： RH+O2+NADPH+H+→ROH+H2O+NADP+
2.双加氧酶 又称转氧酶。催化氧分子中2个氧原子， 分别加到底物分子中特定双键的两个碳原子上，使该底 物分子分解成两部分。
它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe2S)含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋 白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用
4.泛醌（CoQ）
（简写为 Q ）或辅酶 -Q （ CoQ ）：它是电子传递 链中唯一的非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类 化合物。
这种按一定顺序排列在线粒体内膜上的递氢体和递电 子体构成的连锁反应体系，称为电子传递链（ electron transport chain）。此过程与细胞摄取氧密 切相关，又称呼吸链（respiratory chain）. 呼吸链中传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传递电子的 酶或辅酶称为递电子体。
《生物化学》第四章 生物氧化
• 烯醇式磷酸化合物 如磷酸烯醇式丙酮酸
返回
②氮磷键型 如磷酸肌酸
返回
③硫酯键型 如酰基辅酶A
返回
④甲硫键型 如S-腺苷甲硫氨酸
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2、ATP的作用
(1)供能 (2)ATP 为能量货币：能量合成与利用以
ATP 为中心，ATP-ADP 循环是生物系统 的能量交换中枢。 (3)磷酸基团转移反应的中间体
返回
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
返回
电子传递链
• 呼吸链呼吸链是一系列电子载体按照对电子 亲合力逐渐升高的顺序组成的电子传递系统， 所有组成成分都嵌合于线粒体内膜，线粒体 的内膜是重要的能量交换部位，电子传递链 和氧化磷酸化的有关组分都存在于此。
返回
构成呼吸链的递氢体或递电子体通常以 复合体的形式存在于线粒体内膜上。
返回
CH2-COOH 苹果酸酶
CH3
CH-COOH
CO-COOH
OH
NADP+ NADPH + H+
+ CO2
苹果酸
丙酮酸
返回
4、H2O的生成
是代谢底物脱下的氢与氧结合而成的。
返回
二、高能磷酸化合物
返回
1、类型
①磷氧键型 • 酰基磷酸化合物 如1,3-二磷酸甘油酸
返回
• 焦磷酸化合物 如三磷酸腺苷（ATP）
返回
生物氧化的一般过程
糖原
甘油三酯
葡萄糖
脂酸+甘油 乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
TAC
CO2 2H
ADP+Pi ATP
呼吸链
H2O
返回
1、生物氧化特点
• 条件温和 • 酶促反应 • 逐步释放能量 • 与磷酸化偶联
第四章 生物氧化与氧化磷酸化
第四章 生物氧化与氧化磷酸化一、知识要点生物氧化的实质是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧生成CO 2和H 2O ，与体外有机物的化学氧化（如燃烧）相同，释放总能量都相同。
生物氧化的特点是：作用条件温和，通常在常温、常压、近中性pH 及有水环境下进行；有酶、辅酶、电子传递体参与，在氧化还原过程中逐步放能；放出能量大多转换为ATP 分子中活跃化学能，供生物体利用。
体外燃烧则是在高温、干燥条件下进行的剧烈游离基反应，能量爆发释放，并且释放的能量转为光、热散失于环境中。
（一）氧化还原电势和自由能变化1．自由能生物氧化过程中发生的生化反应的能量变化与一般化学反应一样可用热力学上的自由能变化来描述。
自由能（free energy ）是指一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量，又称为Gibbs 自由能，用符号G 表示。
物质中的自由能（G ）含量是不易测定的，但化学反应的自由能变化（ΔG ）是可以测定的。
ΔG 很有用，它表示从某反应可以得到多少有用功，也是衡量化学反应的自发性的标准。
例如，物质A 转变为物质B 的反应：B A −→← ΔG ＝G B —G A当ΔG 为负值时，是放能反应，可以产生有用功，反应可自发进行；若ΔG 为正值时，是吸能反应，为非自发反应，必须供给能量反应才可进行，其逆反应是自发的。
][][ln B A RT G G o +∆=∆ 如果ΔG ＝0时，表明反应体系处于动态平衡状态。
此时，平衡常数为K eq ，由已知的K eq 可求得ΔG °：ΔG °＝－RT ln K eq2． 2．化还原电势在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂。
还原剂失去电子的倾向（或氧化剂得到电子的倾向）的大小，则称为氧化还原电势。
将任何一对氧化还原物质的氧化还原对连在一起，都有氧化还原电位的产生。
如果将氧化还原物质与标准氢电极组成原电池，即可测出氧化还原电势。
生物化学第四章 生物氧化与ATP生成
意义：活性氧有重要的生理作用。但过量的活性
氧可能与许多疾病及衰老的发生、发展有密切的关 系。
一、活性氧的生成
（一）线粒体氧化体系中活性氧的形成 （二）光照或辐射作用 （三）嘌呤核苷酸分解代谢中产生的O2（四）过氧化物酶体中H2O2的生成
二、活性氧的作用
生理功能：促进前列腺素、甲状腺素的生物合
成、帮助吞噬细胞杀灭入侵的细菌等病原微生物、 杀伤肿瘤细胞、参与生物转化反应等。
病理损害：对生物膜造成严重损伤，与组织的
老化有关，加速机体的衰老；可发生弥散性血管内 凝血；破坏蛋白质的一级结构；氧化含巯基的酶和 蛋白质；可破坏核酸的分子结构，引起免疫反应或 诱发癌变；临床认为类风湿性关节炎与O2-有关。
一、呼吸链的组成
复合物 酶名称
NADH-CoQ还原酶 (NADH脱氢酶) 琥珀酸-CoQ还原酶 (琥珀酸脱氢酶) CoQ-细胞色素c还原酶
成
分
I
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
FMN (Fe-S) FAD(Fe-S) 细胞色素b560 细胞色素 细胞色素c1 (Fe-S) 细胞色素a 细胞色素a3 Cu2+
细胞色素氧化酶
第四章 生物氧化与ATP生成
（Biological Oxidation and ATP Formation）
学习目标
掌握 生物氧化的概念和特征 熟悉
NADH氧化呼吸链和FADH2
氧化呼吸链；活性氧的清除。
ATP与其他高能化合物；
掌握
呼吸链的概念和组成； ATP的作用。 掌握 底物水平磷酸化和 氧化磷酸化的概念；
NADH／NAD+比值 ，氧化磷酸化加强。 氧化磷酸化速率加快使ATP生成过多，ADP不足时，
第四章生物氧化讲述介绍
Ⅲ
Ⅳ
CoQ-细胞色素c还原酶
细胞色素c氧化酶
10
13
铁卟啉，FeS
铁卟啉，Cu2+
20
4H
+
Ⅱ
琥珀酸 延胡索酸
4H
+
4H
Cytc ox
+
胞液侧
Cytc ox
Cytc red
Cytc red
QH2 Q
基质侧
Ⅲ
线粒体内膜
Ⅳ
Ⅰ
1/2O2+2H
+
+
H2 O
4H
NADH+H
+
NAD
4H
+
+
4H
+
电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置
载体携带离子穿过线粒体内膜的脂双层进入线粒体
的化合物
2、 作用机理 实质是破坏了膜两侧的电位梯度。
3、 举列
结合除H+以处的一价阳离子,如缬氨霉素结合K+
离子,短杆菌肽结合K+、Na+及其它一价离子等。
53
氧化磷酸化的抑制剂总结
54
五、高能化合物
（一）定义
高能磷酸键 水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯
44
（二） 呼吸链电子传递抑制剂 1、 定义
是能够专一性阻断呼吸链中某些部位电子传递 的物质。 它的特点是可抑制呼吸链的某一环节，使呼吸 链中断。因底物的氧化作用受阻，偶联的磷酸化 作用无法进行，ATP的生成随之减少。这类物质和
化学药品大多对人类或哺乳动物乃至需氧生物具
有极强的毒性。
45
2、 种类
21
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化学渗透假说已经得到广泛的实验支持。
氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；
线粒体内膜对H+、OH－、K＋、Cl－离子是不通
透的；
电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定
的跨内膜电化学梯度； 增加线粒体内膜外侧酸性可导致ATP合成，而线
粒体内膜加入使质子通过物质可减少内膜质子梯
NAD+
二、生物氧化的特点 生物氧化
细胞内温和条件 （常温、常压、中性pH）
体外燃烧
高温、干燥
一系列酶促反应 逐步氧化放能，能量利用率高
能量转化成ATP被利用
无机催化剂 能量爆发释放
转换为光和热 散失
生物氧化的一般过程
三酯酰甘油 蛋白质 Ⅰ：分解 氨基酸
糖原
葡萄糖
脂酸+甘油 乙酰CoA
Ⅱ：氧化分解
G ＝-30.5kJ•mol-1 G ＝-33.1kJ•mol-1
ATP在能量转运中地位和作用
★ ATP是细胞内的“能量通货”
★ ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
14 磷酸烯醇式丙酮酸 磷 酸 基 团 转 移 能 12 10 8 6 4 2 0 3-磷酸甘 油酸磷酸
～P ～P
磷酸肌酸（磷酸基团储备物）
cytb和cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体
a和a3以复合物物存在，难以分开,称细胞色素氧化 酶，其分子中除含Fe外还含有Cu ，可将电子传递 给氧，因此亦称其为末端氧化酶
4、细胞色素氧化酶（ Cytc氧化酶、复合体Ⅳ）
功能：将电子从细胞色素c传递给氧
位于线粒体呼 吸链末端的蛋 白复合物 活性部分主要 包括cyta和a3
氧化成Q
半醌中间产物
还原成QH2
NADH+H+ NAD+
FMN
还原型Fe-S 氧化型Fe-S
Q
FMNH2
QH2
复合体Ⅰ的功能
2、琥珀酸—CoQ氧化还原酶（复合体Ⅱ）
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
嵌在线粒体内膜（琥珀酸脱氢酶） 电子传递：FADH2 Fe-S CoQ
复合体Ⅱ没有H+泵的功能
3、CoQ-细胞色素氧化还原酶（复合体Ⅲ）
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含 羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成 CO2。 类型：氧化脱羧和单纯脱羧
例：
R R 氨基酸脱羧酶
H2N-CH-COOH O
CH3-C-COOH
CH2-NH2
+CO2
丙酮酸脱氢酶系
CH3COSCoA+CO2
CoASH
NAD+
NADH+H+
H2O的生成
第四章 生物氧化 与氧化磷酸化
第一节 第二节 第三节
生物氧化 电子传递链 氧化磷酸化
维持生命活动的能量来源
光能（太阳能）：植物和某些藻类，通 过光合作用将光能转变成化学能。 化学能：动物和多数微生物，通过生物 氧化作用将有机物质存储的化学能释放 出来，并转变成生物能。
生物系统中的能流
第一节 生物氧化概述
～P
ATP
～P ～P
6-磷酸葡萄糖
3-磷酸甘油
二、氧化磷酸化
体内ATP生成的方式：
底 物 水 平 磷 酸 化 (substrate level phosphorylation) 一 些 高 能 键 的 底 物 分 子 直 接 偶 联 ATP或GTP的生成。主要在胞浆和线粒体中进行。 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。在线粒体内膜进行。 光合磷酸化 (photophosphorylation)
例如:Cytaa3→O2: ΔG0’=-2*23.062*(0.82-0.29)=-23.9kcal/mol
NADH + H+ + ½ O2
H2O + NAD+
ΔG°' = -220kJ/mol
呼吸链组分按氧化还原电位由低向高的方向排列， 电子逐步传递到氧,电子逐级传递、能量逐渐释放
四、线粒体两条呼吸链
(三)ATP合酶
线粒体内膜表面有一层规则地间隔排列着 的球状颗粒，称为ATP酶复合体/ ATP合酶， 是ATP合成的场所。
头部：ATP合酶（F1） 基底部：疏水Pr，与内膜连接 （FO）
头部含5种不同的亚基
（3、3、1、1 、1 ）
F0与线粒体电子传递系 统连接（质子通道）
四、氧化磷酸化的机制
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
复合体Ⅲ QH2→
b562; b566; Fe-S; c1
→Cyt c
细胞色素
特点 ： 以血红素（ heme）为辅基，血红素的主
要成份为铁卟啉。
通过Fe3+ Fe2+ 互变起传递电子的作用
细胞色素类别:
根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种b、 c 、c 1、a 和a 3
度，结果电子虽可以传递，但ATP生成减少。
五、ATP合酶的催化机制
头部含5种不同的亚基
（3、3、1、1 、1 ）
F0与线粒体电子传递系 统连接（质子通道）
有于ADP与Pi 结合的构象
五、ATP合酶的催化机制
ADP+Pi
Proten Flux
有利于ATP 释放的构象
有于ADP与Pi生成 ATP的构象
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 。
OH HOOC-CH2-CH-COOH
苹果酸脱氢酶
O
HOOC-CH2-C-COOH
NADH+H+ 2e 电子传递链 NAD+ 2H+ 1\2 O2 O= H 2O
O R C
-31.4
C NH O
SCoA
KJ/mol
CH NH3 CH2 CH2 H3C S
+
酰基辅酶A
A
S-腺苷甲硫氨酸
(SAM)
-41.8 KJ/mol
ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸化合物
O O O
腺嘌呤—核糖— O — P — O — P — O — P — O
O
-
-
O
-
O
ATP4- + H2O ＝ ADP3- + Pi2- + H+ ADP3- + H2O ＝ AMP2- + Pi3- + H+
的化合物称为高能化合物。
在高能化合物中，释放出大量自由能时水解
断裂的活泼共价键称为高能键，用“∽”表
示
1、磷氧键型（-O～P)
(1)酰基磷酸化合物
O CH3 C O
乙酰磷酸 -42.3KJ/mol
O P O O
-
（2）焦磷酸化合物
NH2 N
ATP（三磷酸腺苷） -30.5KJ/mol
-
N N N H H
氧化还原电位和呼吸链的顺序
自由能变化与氧化还原电位的关系
ΔG0 ’ =-nF ΔE0 ’ 其中n为转移的电子数 F为法拉第常数,F=96.496kJ/v.mol =23.062kcal/v.mol ΔE0’为生化标准氧化还原电位差 单位为伏特（V） ΔE0’= E0’氧化剂-E0’还原剂 = E0’电子受体-E0’电子供体
NADH氧化呼吸链
——细胞内主要的呼吸链
FADH2氧化呼吸链
由琥珀酸脱氢酶复合体、CoQ和Cyt组成
NADH FMN Fe-S 琥珀酸 复合物 I
NADH-CoQ 氧化还原酶
FAD
复合物 II
Fe-S
CoQ
Cyt b
独立体I NADH 呼吸链 复合物 III
辅酶Q-细胞色素c 氧化还原酶
化学渗透假说： a. 线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵 b. 电子由高能状态传递到低能状态时释放 出来的能量，用于驱动膜内侧的H+迁移到 膜外侧（内膜对H+是不通透的），在膜内 外侧产生了跨膜质子梯度 和电位梯度
c. 在膜内外势能差的驱动下，膜外高能质 子沿着一个特殊通道（ ATP 合酶组成部分）， 跨膜回到膜内侧。质子跨膜过程中释放的能 量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP
亚基旋 转实验
每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需 4个H＋回流进入线粒体基质中
ADP3- ATP4胞液侧
H+ ATP +H2O
“结合变化”学说
Boyer和Walker共同获得1997年诺贝尔化学奖
ATPase的旋转催化模型
旋转催化理论 质子流通过Fo引起c亚 基构成的环旋转，从 而带动亚基一起转动。
亚基旋转引起亚基
三个催化位点构象的 周期性变化（L、T、
O），不断将ADP和Pi
形成ATP。
ATP合酶催化反应的历程
2H 代谢物-2H NAD+ NADP+ 传递体-2H 2H 1/2O2
代谢物
NADH+H+ NADPH+H+ 2H
传递体
H2O
（二）氧化酶：以氧为直接受氢体，一般含 Cu （三）加氧酶：催化加氧反应 （四）氢过氧化物酶：
过氧化物酶 过氧化氢酶
第二节 电子传递链
一、呼吸链
代谢物脱下的氢（电子） 通过一系列中间传递体，最终 与氧结合生成水。这一系列电 子传递体构成的链状复合体称 为 电 子 传 递 链 (electron transfer chain) 又 称 呼 吸 链 (respiratory chain) 。