生物氧化和氧化磷酸化

第六章 电子传递体系与氧化磷酸化 主要内容和要求： 主要内容和要求 ： 重点讨论线 粒体电子传递体系的组成、 电子传 粒体电子传递体系的组成 、 递机理和氧化磷酸化机理。 对非线 递机理和氧化磷酸化机理 。 粒体氧化体系作一般介绍。
思考
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目录
第一节 生物氧化概述 第二节 线粒体电子传递体系 第三节 氧化磷酸化作用 非线粒体氧化体系（自学） 第四节 非线粒体氧化体系（自学）
高 能 化 合 物 类 型
ATP的特点 ATP的特点
pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完 在 pH=7 环境中 ， ATP 分子中的三个磷酸基团完 全解离成带4 个负电荷的离子形式（ 全解离成带 4 个负电荷的离子形式 （ ATP4-）， 具有 较大势能，加之水解产物稳定， 较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很 ΔG° 30. 千焦/摩尔） 大（ΔG°′=-30.5千焦/摩尔）。
定义式： 定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS ΔH物理意义：－Δ 体系中能对环境作功的能量) 物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量) ：－ 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行， ΔG<0 ΔG<0，反应能自发进行 ΔG>0 ΔG>0，反应不能自发进行 ΔG=0 反应处于平衡状态。 ΔG=0，反应处于平衡状态。
例题：计算下反应式ΔG° 例题：计算下反应式ΔG°′ ΔG NADH+H++1/2O2====NAD++H2O 正极反应：1/2O 正极反应：1/2O2+2H++2e = H2O E+°′= 0.82 负极反应： 负极反应：NAD++H++2e = NADH E-°′= -0.3 ΔG° nFΔE° ΔG°′=-nFΔE°′ 96485×[0.82= -2×96485×[0.82-(-0.32)] KJmol = -220 KJ mol-1
1、生物氧化的特点 生物氧化的特点 2、生物氧化过程中CO2的生成和H2O的生成 生物氧化过程中CO 的生成和 3、有机物在体内氧化释能的三个阶段 有机物在体内氧化释能的三个阶段
生物氧化的特点
在活的细胞中（pH接近中性 体温条件下） 接近中性、 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、 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。 下进行，其途径迂回曲折，有条不紊。 氧化过程中 迂回曲折 能量逐步释放，其中一部分由一些高能化合物（ 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。 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， 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。 的能量尽可得到有效的利用。
NADH
FMN
复合物 I
NADH 脱氢酶
Fe-S
琥珀酸等 琥珀酸等
FAD
Fe-S
CoQ
复合物 II
琥珀酸-辅酶 琥珀酸 辅酶Q 辅酶 还原酶
Cyt b
复合物 III
Fe-S
辅酶Q-细胞色素 辅酶 细胞色素 还原酶
Cyt c1
Cyt c
复合物 IV
Cyt aa3
细胞色素C 细胞色素 还原酶O2源自呼吸链中电子传递时自由能的下降
解：达平衡时
=Keq=19
ΔG° ΔG°′= - RTlnKeq log19 =-2.303×8.314 × 311 × log19 =-7.6KJ.mol-1 未达平衡时 =Qc=0.1
ΔG′=ΔG° Qc-浓度商) ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.303×8.314 × 311 × log0.1 log0 13. KJ.MOL=-13.6KJ.MOL-1
线粒体呼吸链
线粒体基质是呼吸 底物氧化的场所， 底物氧化的场所，底物在 这里氧化所产生的NADH NADH和 这里氧化所产生的NADH和 子转 移 FADH2 将 质子 和电 子转移 到内膜的载体上， 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O 传递 ， 最后传递给O2 生成 这 种由 载体组成的 H2O。 这种由 载 体组成的 电子传递系统称电子传递 链 （ eclctron transfer chain),因为其功能和呼 chain), 因为其功能和呼 吸作用直接相关， 吸作用直接相关，亦称为 呼吸链。 呼吸链。
CO2的生成
方式： 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 脱羧而生成 羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成 CO2。 类型： 脱羧和β 类型：α-脱羧和β-脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧 例：
R H2N-CH-COOH O CH3-C-COOH
CoASH
NADH
呼吸链的组成
1. 黄素蛋白酶类 FP） （flavoproteins, FP） 2. 铁-硫蛋白类 （iron—sulfur proteins) iron sulfur 辅酶Ｑ 3. 辅酶Ｑ （ubiquinone,亦写作CoQ） ubiquinone,亦写作CoQ） 亦写作CoQ 4. 细胞色素类 （cytochromes） ）
例： CH3CH2OH
乙醇脱氢酶
CH3CHO 2e
电子传递链
NAD+
NADH+H+ NAD+ 2H+
1\2 O2 O= H2O
生物氧化的三个阶段 脂肪 多糖 蛋白质
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（ 中间产物（如 丙酮酸、 丙酮酸、乙酰 CoA等） 等 共同中间物进 入三羧酸循环, 入三羧酸循环 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H ， 生成 2O，释放 出大量能量， 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 酸化储存在 中。
原反应） 原反应） (Qc-浓度商) (Qc-浓度商)
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
达到平衡时， 在 达到平衡时 占 例题： 反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 例题： 反应 5%，G-6-P占95%，求 G0′。如果反应未达到平 ， 占 ， 衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L， ， ， 求反应的 G′是多少？ ′是多少？
氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
丙酮酸脱氢酶系
CH3COSCoA+CO2
NADH+H+
NAD+
H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载 FAD、FMN等 所接受， 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H 一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。
ATP的特殊作用 ATP的特殊作用
ATP是细胞内的 能量通货” 是细胞内的“ ★ 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 ★ 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 12 ～P 酸 10 3-磷酸甘 磷酸甘 ～P 基 油酸磷酸 团 8 转 6 移 能 4
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念和特点 二、生物能学简介 三、 高能化合物
生物氧化的特点和方式
糖类、脂肪、 糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生 并释放出能量的过程称为生物氧化（ 成 CO2 和 H2O 并释放出能量的过程称为生物氧化 （ biological oxidation） oxidation），其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的 一系列氧化还原反应过程。 一系列氧化还原反应过程。
2Fe2+
细胞色素
1 2 O2
Fe
NADH+H+ FMN
S
CoQH2
b- c- c1 -aa3 2Fe3+
氧化型代 谢底物
M
O2H2O
2H+
FADH2呼吸链
琥珀酸 FAD CoQH2 2Fe3+
细胞色素
O2-
H2O
Fe
延胡索酸 FADH2
S
CoQ
b- c1 - c-aa3 2Fe2+
1 2 O2
2H+
生物系统中的能流
四、高能化合物
生化反应中， 生化反应中 ， 在水解时或基团转移反应中可 释放出大量自由能（ 21千焦 摩尔） 千焦/ 释放出大量自由能 （ > 21 千焦 / 摩尔 ） 的化合物称 为高能化合物。 为高能化合物。 1、高能化合物的类型 高能化合物的类型 2、ATP的特点及其特殊作用 ATP的
2 0
～P ATP ～P ～P
磷酸肌酸 磷酸基团储备物） （磷酸基团储备物）
6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油 磷酸甘油
第二节
线粒体电子传递体系
一、线粒体结构特点 线粒体结构特点 二、电子传递呼吸链的概念 电子传递呼吸链的概念 电子传递呼吸链的 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 机体内两条主要的呼吸链及其能量变化 两条主要的呼吸链及其 五、电子传递抑制剂
NADH
FADH2
2e-
NADH呼吸链电子传递过程中自由能变化 呼吸链电子传递过程中自由能变化
总反应: 总反应 NADH+H++1/2O2→NAD++H2O ΔG° nFΔE° ΔG°′=-nFΔE°′ =-2×96.5×[0.82-(-0.32)] × × =-220.07千焦 千焦mol-1 千焦