《生物化学》生物氧化-电子传递和氧化磷酸化
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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。
生物氧化与-电子传递与氧化磷酸化
Fe3+ + e
Fe2+
在复合体中将FMNH2 上电子传递给泛醌
2 泛醌
（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。Q (醌型结构) 很容易接受电子和质子，还原成QH2 （还 原型）；QH2 也容易给出电子和质子，重新氧化成Q。 因此，它在线粒体呼吸链中作为电子和质子的传递体。
电子传递
一物质脱氢（失电子）被氧化，必然有另一物质接 受氢（得电子）被还原，相伴发生。 机体内不存在游离的电子或氢原子，故从底物分 子脱下的电子或氢原子必然被另一物质接受。
递氢体、电子传递体
第二节
氧化 阳极 负极
氧化还原电势
还原 阴极 正极
原电池示意图
ε=E正极-E负极®
电极电势的计算
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。
4. 生物氧化是一个分步进行的过程。每一 步都由特殊的酶催化，生物氧化的速度 可以调节或控制。 5. 生物氧化逐步释放的能量，通过与ATP合 成相偶联，转换成生物体能够直接利用 的生物能ATP。
1．NADH—Q还原酶
NADH—Q还原酶又称为NADH脱氢酶(NADH dehydrogenase)，简 称为复合体I，是一个具有相对分子质量88000的大蛋白质分子，至 少包含有34条多肽链。分别由核和线粒体两个不同的基因组编码 构成。在电子传递链中共有3个质子泵(proton pump)，该酶是第一 个质子泵。 该酶的作用是先与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，反应如下： NADH十H＋十FMN→FMNH2十NAD＋ FMN既可接受两个电子形成FMNH2，又可接受一个电子，或由 FMNH2给出一个电子形成一个稳定的半醌中间产物，
生物化学复习资料
⽣物化学复习资料第六章⽣物氧化与氧化磷酸化（⼀）名词解释1、⽣物氧化（biological oxidation）：有机物质在⽣物体内氧化分解⽣成⼆氧化碳和⽔并释放能量的过程。
2、电⼦传递链⼜称呼吸链（electron transter chain ETC）：指存在于线粒体内膜（原核⽣物存在于质膜）上的⼀系列氢传递体和电⼦递体，按⼀定的顺序组成了从供氢体到氧之间传递电⼦的链。
3、氧化磷酸化作⽤（oxidative phosphorylation）：指电⼦在电⼦传递链上传递和ATP形成相互偶联的过程。
即与⽣物氧化作⽤相伴⽽⽣的磷酸化作⽤。
4、磷氧⽐（P/O ratio）：指在⽣物氧化中，每消耗⼀个氧原⼦所⽣成的ATP分⼦数，或每消耗⼀摩尔原⼦氧⽣成的ATP摩尔数。
（⼆）问答题1、何谓⽣物氧化？它有何特点？其作⽤的关键是什么？⽣物氧化的⽅式？①见名词解释“⽣物氧化”；②特点：A、活细胞内，反应条件温和；B、⼀系列酶的催化下逐步进⾏；C、能量逐步释放，部分能量可被利⽤，利⽤效率较⾼；③作⽤的关键；⼀是代谢物分⼦中的氢如何脱出，⼆是脱出的氢如何与分⼦氧结合成⽔并释放能量；④⽅式：通常为三种氧化⽅式A：加氧：在⼀种物质分⼦上直接加氧NH3-CH2-COOH+1/2O2→O=CHCOOH+NH4+H2O -2HB：脱氢：加⽔脱氢：CH3CHO——→CH3 – CH – OH——→CH3COOH|OH-2H直接脱氢：HOOC—CH2—CH2—COOH——→HOOC—CH=CH—COOHC：脱电⼦：-eCyt（Fe2+）——→Cyt（Fe3+）2、举例说明⾼能化合物可分为哪⼏种键型。
（1）磷氧键型，如1，3—⼆磷酸⽢油酸、ATP、磷酸烯醇式丙酮酸；（2）磷氮键型，如磷酸肌酸；（3）硫脂键型，如⼄酰CoA；（4）甲硫键型，如S—腺苷甲硫氨酸；（5）碳氧键型，如氨酰——tRNA。
3、电⼦传递链上有哪⼏类电⼦传递体？各如何作⽤？（1）烟酰胺核苷酸类。
18电子传递和氧化磷酸化
琥珀酸-Q还原酶
琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生的 中间产物，它在琥珀酸-Q还原酶（复合物II）催 化下，将两个高能电子传递给Q。再通过QH2-cyt, c还原酶、cyt.c和cyt.c氧化酶将电子传递到O2 。 琥珀酸-Q还原酶也是存在于线粒体内膜上的蛋白 复合物, 它比NADH-Q还原酶的结构简单，由4个 不同的多肽亚基组成。其活性部分含有辅基FAD 和铁硫蛋白。 琥珀酸-Q还原酶的作用是催化琥珀酸的脱氢氧化 和Q的还原。
细胞色素c（cyt.c）
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。在 电子传递过程中，cyt. c通过 Fe3+ Fe2+ 的互变起 电子传递中间体作用。
细胞色素c氧化酶
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－ S S Fe Fe S S S S
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－
NADH泛醌还原酶
简写为NADHQ还原酶, 即复合物I，它的作用是 催化NADH的氧化脱氢以及Q的还原。所以它既是一 种脱氢酶，也是一种还原酶。 NADHQ还原酶最 少含有16个多肽亚基。它的活性部分含有辅基FMN 和铁硫蛋白。 FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质子，形 成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以进一步将电子 转移给Q。
泛醌细胞色素c还原酶
简写为QH2-cyt. c还原酶, 即复合物III, 它是线粒体内膜上的一种跨膜蛋白复合物， 其作用是催化还原型QH2的氧化和细胞色素 c（cyt. c）的还原。
QH2-cyt. c 还原酶
QH2 + 2 cyt. c (Fe3+) ==== Q + 2 cyt. c (Fe2+) + 2H+
第十二章__生物氧化--王镜岩《生物化学》第三版笔记(完美打印版)
细胞色素类 都以血红素为辅基，红色或褐色。将电子从辅酶Q传递到氧。根据吸收光谱，可分为三类：a,b,c。呼吸链中至少有5种：b、c1、c、a、a3(按电子传递顺序)。细胞色素aa3以复合物形式存在，又称细胞色素氧化酶，是最后一个载体，将电子直接传递给氧。从a传递到a3的是两个铜原子，有价态变化。
复合体IV：细胞色素C氧化酶复合体。将电子传递给氧。
三、偶联的调控
（一）呼吸控制
电子传递与ATP形成在正常细胞内总是相偶联的，二者缺一不可。ATP与ADP浓度之比对电子传递速度和还原型辅酶的积累与氧化起着重要的调节作用。ADP作为关键物质对氧化磷酸化的调节作用称为呼吸控制。呼吸控制值是有ADP时氧的利用速度与没有时的速度之比。完整线粒体呼吸控制值在10以上，损伤或衰老线粒体可为1，即失去偶联，没有磷酸化。
在葡萄糖的分解代谢中，一分子葡萄糖共生成10个NADH和2个FADH2，其标准生成自由能是613千卡，而在燃烧时可放出686千卡热量，即90％贮存在还原型辅酶中。呼吸链使这些能量逐步释放，有利于形成ATP和维持跨膜电势。
原核细胞的呼吸链位于质膜上，真核细胞则位于线粒体内膜上。
二、构成
呼吸链包含15种以上组分，主要由4种酶复合体和2种可移动电子载体构成。其中复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、辅酶Q和细胞色素C的数量比为1：2：3：7：63：9。
三、抑制剂
1.鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：阻断电子从NADH到辅酶Q的传递。鱼藤酮是极毒的植抗生素，抑制从细胞色素b到c1的传递。
3.氰化物、叠氮化物、CO、H2S等，阻断由细胞色素aa3到氧的传递。
第二节 氧化磷酸化
一、定义
与生物氧化相偶联的磷酸化作用称为氧化磷酸化作用。其作用是利用生物氧化放出的能量合成ATP：
复合体IV：细胞色素C氧化酶复合体。将电子传递给氧。
三、偶联的调控
（一）呼吸控制
电子传递与ATP形成在正常细胞内总是相偶联的，二者缺一不可。ATP与ADP浓度之比对电子传递速度和还原型辅酶的积累与氧化起着重要的调节作用。ADP作为关键物质对氧化磷酸化的调节作用称为呼吸控制。呼吸控制值是有ADP时氧的利用速度与没有时的速度之比。完整线粒体呼吸控制值在10以上，损伤或衰老线粒体可为1，即失去偶联，没有磷酸化。
在葡萄糖的分解代谢中，一分子葡萄糖共生成10个NADH和2个FADH2，其标准生成自由能是613千卡，而在燃烧时可放出686千卡热量，即90％贮存在还原型辅酶中。呼吸链使这些能量逐步释放，有利于形成ATP和维持跨膜电势。
原核细胞的呼吸链位于质膜上，真核细胞则位于线粒体内膜上。
二、构成
呼吸链包含15种以上组分，主要由4种酶复合体和2种可移动电子载体构成。其中复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、辅酶Q和细胞色素C的数量比为1：2：3：7：63：9。
三、抑制剂
1.鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：阻断电子从NADH到辅酶Q的传递。鱼藤酮是极毒的植抗生素，抑制从细胞色素b到c1的传递。
3.氰化物、叠氮化物、CO、H2S等，阻断由细胞色素aa3到氧的传递。
第二节 氧化磷酸化
一、定义
与生物氧化相偶联的磷酸化作用称为氧化磷酸化作用。其作用是利用生物氧化放出的能量合成ATP：
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(王镜岩版)第七章 生物氧化
复合体Ⅰ 复合体Ⅰ
FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 NADH→ →CoQ
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
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。 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
NADH
NADH-Q 还原酶
琥珀酸-Q 还原酶
FADH2
FMN、Fe-S
辅酶Q
FAD、Fe-S
细胞色素 b-562
细胞色素还原酶 细胞色素c 血红素a 血红素a3 CuA和 CuB 细胞色素氧化酶 O2
细胞色素b-566 细胞色素c1 Fe-S
1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶 复合体Ⅰ NADH功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone) 功能 将电子从 传递给泛醌
二、氧化还原电势 氧化还原反应——凡是反应中有电子从一种 物质转移到另一种物质的化学反应称为氧化 还原反应。即电子转移反应就是氧化还原反 应。 如： Fe 3＋ ＋ e
氧化型 电子受体
Fe 2＋
还原型 电子供体
氧化还原电势——还原剂失掉电子或氧化剂 得到电子的倾向称氧化还原电势。
标准电势——任何的氧化-还原物质即氧还电对都 有其特定的电动势，称标准电势。用E0或ε0表示。 氧还电对的标准电势值越大，越倾向于获得电子。 例如，异柠檬酸/α-酮戊二酸 + CO2电对在浓度均 为1.0mol/L时，其标准电势为-0.38V， 这个氧化电对倾向于将电子传递给氧还电对 NADH/NAD+，因为其标准电势为-0.32V。
FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 NADH→ →CoQ
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
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。 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
NADH
NADH-Q 还原酶
琥珀酸-Q 还原酶
FADH2
FMN、Fe-S
辅酶Q
FAD、Fe-S
细胞色素 b-562
细胞色素还原酶 细胞色素c 血红素a 血红素a3 CuA和 CuB 细胞色素氧化酶 O2
细胞色素b-566 细胞色素c1 Fe-S
1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶 复合体Ⅰ NADH功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone) 功能 将电子从 传递给泛醌
二、氧化还原电势 氧化还原反应——凡是反应中有电子从一种 物质转移到另一种物质的化学反应称为氧化 还原反应。即电子转移反应就是氧化还原反 应。 如： Fe 3＋ ＋ e
氧化型 电子受体
Fe 2＋
还原型 电子供体
氧化还原电势——还原剂失掉电子或氧化剂 得到电子的倾向称氧化还原电势。
标准电势——任何的氧化-还原物质即氧还电对都 有其特定的电动势，称标准电势。用E0或ε0表示。 氧还电对的标准电势值越大，越倾向于获得电子。 例如，异柠檬酸/α-酮戊二酸 + CO2电对在浓度均 为1.0mol/L时，其标准电势为-0.38V， 这个氧化电对倾向于将电子传递给氧还电对 NADH/NAD+，因为其标准电势为-0.32V。
第21章--氧化磷酸化(生物氧化-电子传递链和氧化磷酸化)
暨南大学2011年
二、电子传递和氧化呼吸链 P118
电子传递链 磷酸化 （氧化） （ATP合成）
线粒体的电子传递链
电子传递链定义
在线粒体内膜上，由递氢体和递电子体组成的、按一 定顺序排列的、与细胞利用氧密切相关的链式反应体系，称 为(呼吸链)，又称(电子传递链)(electron transfer chain)。 呼吸链是代谢物上氢原子被脱氢酶激活脱落后，经一系列电 子传递体，最后传递给被激活的氧分子而生成水的过程。
子载体的标准势能是逐步下降的，还是上升的？
电子从NADH或FADH2转移给氧的过程，自由
能变化为正值，还是为负值?
电子传递抑制剂试验
Reduced
Oxidized
Reduced
Oxidized
Reduced
还原状态呼吸链缓慢给氧
利用呼吸链各组分特 有的吸收光谱：离体线粒 体，无氧而有过量底物 （还原状态），缓慢给氧， 观察各组分被氧化的顺序。
NADH脱氢酶
复合物I：NADH到泛醌
NADH-Q还原酶（NADH脱氢酶、复合体Ⅰ）
(判断题 ) NADH脱氢酶是指以NADH为辅酶的脱氢酶的总称。
江苏大学2005年
厦门大学 2005 年
复合物I：NADH到泛醌
NADH-Q还原酶（NADH脱氢酶、复合体Ⅰ）
也称NADH：泛醌氧化还原酶，是一个大的酶复合物， 由42条不同的多肽链组成，成分包括含（FMN黄素蛋白 和至少6个铁硫中心）。高分辨率电子显微镜显示复合物I 为L形，L的一个臂在膜内，另一臂伸展到基质中。
兑换率
1分子葡萄糖完全氧化产生的ATP
酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH
丙酮酸氧化：2 1NADH
二、电子传递和氧化呼吸链 P118
电子传递链 磷酸化 （氧化） （ATP合成）
线粒体的电子传递链
电子传递链定义
在线粒体内膜上，由递氢体和递电子体组成的、按一 定顺序排列的、与细胞利用氧密切相关的链式反应体系，称 为(呼吸链)，又称(电子传递链)(electron transfer chain)。 呼吸链是代谢物上氢原子被脱氢酶激活脱落后，经一系列电 子传递体，最后传递给被激活的氧分子而生成水的过程。
子载体的标准势能是逐步下降的，还是上升的？
电子从NADH或FADH2转移给氧的过程，自由
能变化为正值，还是为负值?
电子传递抑制剂试验
Reduced
Oxidized
Reduced
Oxidized
Reduced
还原状态呼吸链缓慢给氧
利用呼吸链各组分特 有的吸收光谱：离体线粒 体，无氧而有过量底物 （还原状态），缓慢给氧， 观察各组分被氧化的顺序。
NADH脱氢酶
复合物I：NADH到泛醌
NADH-Q还原酶（NADH脱氢酶、复合体Ⅰ）
(判断题 ) NADH脱氢酶是指以NADH为辅酶的脱氢酶的总称。
江苏大学2005年
厦门大学 2005 年
复合物I：NADH到泛醌
NADH-Q还原酶（NADH脱氢酶、复合体Ⅰ）
也称NADH：泛醌氧化还原酶，是一个大的酶复合物， 由42条不同的多肽链组成，成分包括含（FMN黄素蛋白 和至少6个铁硫中心）。高分辨率电子显微镜显示复合物I 为L形，L的一个臂在膜内，另一臂伸展到基质中。
兑换率
1分子葡萄糖完全氧化产生的ATP
酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH
丙酮酸氧化：2 1NADH
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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
HC OH O
HC OH O
HC OH O
H2C O P O-
H2C O P O-
H2C O P O-
FMN O-
FMNH· O-
FMNH2 O-
铁硫聚簇（Fe-S中心 ）
铁硫聚簇主要以（Fe-S）、 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在，铁硫聚簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白。
➢氰化物（CN-）、叠氮化物（N3-）、一氧化 碳（CO）等：其作用是阻断电子在细胞色素 氧化酶中传递，即阻断了电子由Cytaa3向分子 氧的传递。
呼吸链的电子传递抑制剂图示
NADH
NADH-Q还原酶
鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素
CoQ
cytb
抗霉素A
cytc1
cytc
cytaa3
氰化物、一氧化碳、硫化氢、叠氮化合物
CoQ
＋2H －2H
CoQH2
泛醌
(R)
（醌型或氧化型）
泛醌H·
（半醌型）
二氢泛醌 （氢醌型或还原型）
辅酶Q：线粒体内膜， 结合 游离 接受：NADH、琥珀酸脱氢酶，脂酰-CoA脱氢酶以及其 它黄素酶类脱下的氢。
R:哺乳动物中为10个异戊二烯单位，简写为Q10 非哺乳动物中为6-8个异戊二烯单位。 作用:使辅酶Q成为非极性化合物，在线粒体内膜 的脂双层中可以迅速扩散。
辅基
FMN，Fe-S FAD， Fe-S 铁卜啉，Fe-S 铁卜啉，Cu
NADH 氧化呼吸 链
琥珀酸氧化呼吸链
电 -0.4 子 传 -0.2 递 链 标0 准 氧 0.2 化 还 原 0.4 自 由 能 0.6 变 化
0.8
E0/V 琥珀酸等
ADP+Pi ATP
FMN Fe-S
复合物 II
琥珀酸-辅酶Q 还原酶
MW：88 kDa ≧34条多肽链 辅基： FMN和铁-硫聚簇（Fe-S） 传递电子和氢 辅酶：辅酶Q
以FMN或FAD为辅基的蛋白质统称黄素蛋。FMN通过氧化还原 变化可接收NADH+H+的氢以及电子。
NADH+H+ + FMN
FMNH2 + NAD+
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。
Cytc的辅基
波长nm
细胞色素c
起着在复合体III和Ⅳ之间传递电子的作用， 细胞色素c 交互地与细胞色素还原酶的C1和 细胞色素氧化酶接触。
是唯一能溶于水的细胞色素。由一条多 肽链组成，含104个氨基酸残基，分子量 13 kDa。
线粒体 外膜
线粒体 内膜
细胞质
无血红素细 胞色素c
成熟的细 胞色素c
铁硫聚簇通过Fe3+ Fe2+ 变化，将氢从FMNH2上 脱下传给CoQ，同时起传递电子的作用，每次传递一 个电子.
Cys S
S
S Cys
+e-
Fe3+
Fe3+
Cys S
S
S Cys
Cys S
S
S Cys
Fe3+
Fe2+
Cys S
S
S Cys
辅酶Q（泛醌、亦简称Q）
功能基团是苯醌,通过醌/酚的互变传递 氢，Q (醌型结构) 很容易接受2个电子和2 个质子，还原成QH2（还原型）；QH2也 容易给出2个电子和2个质子，重新氧化成 Q。因此，它在线粒体呼吸链中作为电子 和质子的传递体。
O2
第四节 氧化磷酸化
生物体内高能磷酸化合物ATP的生成主要由三种方式：
➢底物水平磷酸化 ➢光合磷酸化 ➢氧化磷酸化
一、概念
氧化磷酸化:是与电子传递过程偶联的磷酸化过 程。即伴随电子从底物到O2的传递，ADP被磷 酸化生成ATP的酶促过程，这种氧化与磷酸化 相偶联的作用称为氧化磷酸化。
这是需氧生物合成ATP的主要途径。
ADP+Pi ATP
ADP+Pi ATP
NADH
FMN 复合体 I
Fe-S
NADH 脱氢酶
CoQ
Cyt b Fe-S Cyt c1
复合物 III
细胞色素 C还原酶
Cyt c
Cyt aa3
复合物 IV
细胞色素C
氧化酶
O2
1) NADH-Q还原酶 (NADH脱氢酶、复合体Ⅰ)
NADH-Q还原酶是电子传递链中第一个质 子泵，它是一个大的蛋白质复合体。
2)琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ ）
琥珀酸脱氢酶也是此复合体的一部分，位于线粒体 内膜上，其辅基包括FAD和Fe-S聚簇。
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-CoQ还原酶 的辅酶CoQ。
FMN(黄素蛋白辅基)
FMN
＋2H －2H
FMNH2
接受的氢原子 接受的氢原子
O
H
CNຫໍສະໝຸດ CH3C CC
C
NH
O
H
H
C
N
C
H3C C
C
C
NH
O
H
H
C
N
C
H3C C
C
C
NH
H3C C
C
C
C O H3C C
C
C
C O H3C C
C
C
CO
C
N
N
C
N
N
C
N
N
H
H
H
H
CH2
e + H+
CH2
e + H+
CH2
HC OH
细胞色素氧化酶催化氧接受4个电子的过程。
e-
e-
[Fe3+ Cu2+] 2H2 O
[Fe3+ Cu+]
eF+e24H+=+ O2+ Cu2+
e+2H+
Fe3+-O-
Cu2+
O
高铁中 间体
过氧中 间体
容易与氧 气结合
[Fe2+ Cu+]
O2
Fe2+-O Cu+
3、呼吸链的电子传递抑制剂
1）概念：能够阻断呼吸链中某部位电子传递 的物质称为电子传递抑制剂。
第一节 电子传递和氧化呼吸链
1、概念
需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解 途径所形成的还原性辅酶，包括NADH和FADH2 通过电子传递途径被重新氧化。即还原型辅酶上的 氢原子以质子的形式脱下，其电子沿一系列按一定 顺序排列的电子传递体转移，最后转移给分子氧并 生成水，这个电子传递体系称为电子传递链,由于消 耗氧，故也叫呼吸链。
位于线粒体内膜上，其辅基包括Cytb562 （bH/bK）、Cytb566 （bL/bT） 、Cytc1和铁硫 蛋白（ 2Fe-2S ）。两种Cytb在细胞色素还原 酶中以游离形式存在，而Cytc1则以共价键与蛋 白质连接。Cytbc1复合体的作用是将电子从 QH2转移到Cytc
CoQ-CytC还原酶
三、氧化磷酸化作用的机理
1. 有关氧化磷酸化机理的几种假说 ➢化学偶联假说 ➢构象偶联假说 ➢化学渗透假说
（1）化学偶联假说（1953年,E. Slater）
（chemical coupling hypothesis）
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的 化学反应形成高能共价中间物，它们随后裂解驱动氧 化磷酸化，即将其能量转移到ADP中形成ATP。
生物氧化－电子传递和氧化磷酸化
生物氧化：有机分子在机体氧化分解成二氧化
碳和水并释放出能量的过程。
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得到有效 的利用。
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
HC OH O
HC OH O
HC OH O
H2C O P O-
H2C O P O-
H2C O P O-
FMN O-
FMNH· O-
FMNH2 O-
铁硫聚簇（Fe-S中心 ）
铁硫聚簇主要以（Fe-S）、 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在，铁硫聚簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白。
➢氰化物（CN-）、叠氮化物（N3-）、一氧化 碳（CO）等：其作用是阻断电子在细胞色素 氧化酶中传递，即阻断了电子由Cytaa3向分子 氧的传递。
呼吸链的电子传递抑制剂图示
NADH
NADH-Q还原酶
鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素
CoQ
cytb
抗霉素A
cytc1
cytc
cytaa3
氰化物、一氧化碳、硫化氢、叠氮化合物
CoQ
＋2H －2H
CoQH2
泛醌
(R)
（醌型或氧化型）
泛醌H·
（半醌型）
二氢泛醌 （氢醌型或还原型）
辅酶Q：线粒体内膜， 结合 游离 接受：NADH、琥珀酸脱氢酶，脂酰-CoA脱氢酶以及其 它黄素酶类脱下的氢。
R:哺乳动物中为10个异戊二烯单位，简写为Q10 非哺乳动物中为6-8个异戊二烯单位。 作用:使辅酶Q成为非极性化合物，在线粒体内膜 的脂双层中可以迅速扩散。
辅基
FMN，Fe-S FAD， Fe-S 铁卜啉，Fe-S 铁卜啉，Cu
NADH 氧化呼吸 链
琥珀酸氧化呼吸链
电 -0.4 子 传 -0.2 递 链 标0 准 氧 0.2 化 还 原 0.4 自 由 能 0.6 变 化
0.8
E0/V 琥珀酸等
ADP+Pi ATP
FMN Fe-S
复合物 II
琥珀酸-辅酶Q 还原酶
MW：88 kDa ≧34条多肽链 辅基： FMN和铁-硫聚簇（Fe-S） 传递电子和氢 辅酶：辅酶Q
以FMN或FAD为辅基的蛋白质统称黄素蛋。FMN通过氧化还原 变化可接收NADH+H+的氢以及电子。
NADH+H+ + FMN
FMNH2 + NAD+
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。
Cytc的辅基
波长nm
细胞色素c
起着在复合体III和Ⅳ之间传递电子的作用， 细胞色素c 交互地与细胞色素还原酶的C1和 细胞色素氧化酶接触。
是唯一能溶于水的细胞色素。由一条多 肽链组成，含104个氨基酸残基，分子量 13 kDa。
线粒体 外膜
线粒体 内膜
细胞质
无血红素细 胞色素c
成熟的细 胞色素c
铁硫聚簇通过Fe3+ Fe2+ 变化，将氢从FMNH2上 脱下传给CoQ，同时起传递电子的作用，每次传递一 个电子.
Cys S
S
S Cys
+e-
Fe3+
Fe3+
Cys S
S
S Cys
Cys S
S
S Cys
Fe3+
Fe2+
Cys S
S
S Cys
辅酶Q（泛醌、亦简称Q）
功能基团是苯醌,通过醌/酚的互变传递 氢，Q (醌型结构) 很容易接受2个电子和2 个质子，还原成QH2（还原型）；QH2也 容易给出2个电子和2个质子，重新氧化成 Q。因此，它在线粒体呼吸链中作为电子 和质子的传递体。
O2
第四节 氧化磷酸化
生物体内高能磷酸化合物ATP的生成主要由三种方式：
➢底物水平磷酸化 ➢光合磷酸化 ➢氧化磷酸化
一、概念
氧化磷酸化:是与电子传递过程偶联的磷酸化过 程。即伴随电子从底物到O2的传递，ADP被磷 酸化生成ATP的酶促过程，这种氧化与磷酸化 相偶联的作用称为氧化磷酸化。
这是需氧生物合成ATP的主要途径。
ADP+Pi ATP
ADP+Pi ATP
NADH
FMN 复合体 I
Fe-S
NADH 脱氢酶
CoQ
Cyt b Fe-S Cyt c1
复合物 III
细胞色素 C还原酶
Cyt c
Cyt aa3
复合物 IV
细胞色素C
氧化酶
O2
1) NADH-Q还原酶 (NADH脱氢酶、复合体Ⅰ)
NADH-Q还原酶是电子传递链中第一个质 子泵，它是一个大的蛋白质复合体。
2)琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ ）
琥珀酸脱氢酶也是此复合体的一部分，位于线粒体 内膜上，其辅基包括FAD和Fe-S聚簇。
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-CoQ还原酶 的辅酶CoQ。
FMN(黄素蛋白辅基)
FMN
＋2H －2H
FMNH2
接受的氢原子 接受的氢原子
O
H
CNຫໍສະໝຸດ CH3C CC
C
NH
O
H
H
C
N
C
H3C C
C
C
NH
O
H
H
C
N
C
H3C C
C
C
NH
H3C C
C
C
C O H3C C
C
C
C O H3C C
C
C
CO
C
N
N
C
N
N
C
N
N
H
H
H
H
CH2
e + H+
CH2
e + H+
CH2
HC OH
细胞色素氧化酶催化氧接受4个电子的过程。
e-
e-
[Fe3+ Cu2+] 2H2 O
[Fe3+ Cu+]
eF+e24H+=+ O2+ Cu2+
e+2H+
Fe3+-O-
Cu2+
O
高铁中 间体
过氧中 间体
容易与氧 气结合
[Fe2+ Cu+]
O2
Fe2+-O Cu+
3、呼吸链的电子传递抑制剂
1）概念：能够阻断呼吸链中某部位电子传递 的物质称为电子传递抑制剂。
第一节 电子传递和氧化呼吸链
1、概念
需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解 途径所形成的还原性辅酶，包括NADH和FADH2 通过电子传递途径被重新氧化。即还原型辅酶上的 氢原子以质子的形式脱下，其电子沿一系列按一定 顺序排列的电子传递体转移，最后转移给分子氧并 生成水，这个电子传递体系称为电子传递链,由于消 耗氧，故也叫呼吸链。
位于线粒体内膜上，其辅基包括Cytb562 （bH/bK）、Cytb566 （bL/bT） 、Cytc1和铁硫 蛋白（ 2Fe-2S ）。两种Cytb在细胞色素还原 酶中以游离形式存在，而Cytc1则以共价键与蛋 白质连接。Cytbc1复合体的作用是将电子从 QH2转移到Cytc
CoQ-CytC还原酶
三、氧化磷酸化作用的机理
1. 有关氧化磷酸化机理的几种假说 ➢化学偶联假说 ➢构象偶联假说 ➢化学渗透假说
（1）化学偶联假说（1953年,E. Slater）
（chemical coupling hypothesis）
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的 化学反应形成高能共价中间物，它们随后裂解驱动氧 化磷酸化，即将其能量转移到ADP中形成ATP。
生物氧化－电子传递和氧化磷酸化
生物氧化：有机分子在机体氧化分解成二氧化
碳和水并释放出能量的过程。
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得到有效 的利用。