细胞能量代谢的货币——ATP
《ATP 在能量代谢中的作用》 知识清单
《ATP 在能量代谢中的作用》知识清单在我们的生命活动中，能量的转换和利用是至关重要的。
而在这一复杂的过程中，三磷酸腺苷（ATP）扮演着关键的角色。
ATP 就如同细胞的“能量货币”，为各种生命活动提供动力支持。
ATP 是一种由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成的核苷酸。
其结构的特殊性决定了它在能量代谢中的独特功能。
ATP 的生成途径多种多样。
其中，细胞呼吸是最主要的方式之一。
在有氧呼吸过程中，葡萄糖等有机物经过一系列的化学反应，逐步释放能量，并将这些能量用于合成 ATP。
这一过程发生在线粒体中，包括糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化等阶段。
糖酵解发生在细胞质中，葡萄糖被分解为丙酮酸，产生少量的 ATP 和还原型辅酶。
随后，丙酮酸进入线粒体，参与三羧酸循环。
在这个循环中，有机物进一步被分解，产生更多的还原型辅酶。
而氧化磷酸化则是产生大量 ATP 的关键步骤。
通过电子传递链，还原型辅酶中的电子被逐步传递，释放的能量促使氢离子从线粒体基质侧（negative side，N 侧）向膜间隙侧（positive side，P 侧）转移，形成跨线粒体内膜的质子电化学梯度，驱动质子回流释放能量，促使ADP 和磷酸合成 ATP。
除了有氧呼吸，在无氧条件下，细胞还可以通过无氧呼吸产生少量的 ATP。
例如，在肌肉细胞中，剧烈运动时氧气供应不足，会进行无氧呼吸产生乳酸和少量 ATP 来应急。
在光合作用中，植物也能通过光反应和暗反应合成ATP。
光反应中，光能被转化为化学能，形成 ATP 和还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。
这些能量和物质在暗反应中被用于合成有机物。
ATP 在能量代谢中的作用十分广泛。
它为细胞的物质运输提供能量，例如主动运输过程中，某些物质逆浓度梯度运输就需要 ATP 水解提供能量。
在细胞的各种合成代谢中，ATP 也是不可或缺的。
比如蛋白质的合成，氨基酸的活化以及多肽链的延伸都需要 ATP 参与。
肌肉收缩同样依赖于 ATP。
atp的名词解释
atp的名词解释ATP（Adenosine Triphosphate）是一种生物分子，被认为是细胞的能量储存和传递的主要形式。
作为细胞的能量“货币”，ATP在细胞呼吸和新陈代谢过程中发挥着至关重要的作用。
本文将对ATP的结构、功能以及其在生物体内的重要性进行探讨。
1. ATP的结构和合成ATP由一个核苷酸分子和三个磷酸分子组成。
核苷酸由一个含有腺嘌呤碱基的核糖和一个磷酸分子组合而成。
其中的磷酸分子以高能键的形式连接在一起，形成一个磷酸链。
这种高能键结构赋予了ATP储存和释放能量的能力。
细胞内ATP的合成主要通过细胞色素氧化酶复合物（electron transport chain）和酶ATP合酶（ATP synthase）进行。
在细胞色素氧化酶复合物中，高能电子通过一系列氧化还原反应释放能量。
这些能量通过电子传递过程被转化为膜上的质子梯度。
而酶ATP合酶则利用这个质子梯度催化ADP（Adenosine diphosphate）和磷酸的反应，生成ATP。
2. ATP的功能和作用ATP作为能量储存和释放的分子，在细胞内广泛参与了多种生物过程。
首先，ATP在能量代谢中扮演着重要的角色。
例如，在细胞呼吸的过程中，ATP通过糖或脂肪的氧化释放能量，供细胞进行各种生物活动所需要的能量。
其次，ATP也在生物体内扮演了信号传递的角色。
在神经传递和肌肉收缩中，ATP作为神经递质和解离肌肉肌动蛋白的能量源起着至关重要的作用。
ATP通过与受体结合，触发细胞内信号传导级联反应，并促进细胞内的各种反应。
此外，ATP还参与了核酸和脂类等生物分子的合成过程。
在核酸合成中，ATP提供了所需的能量和碱基。
在脂类代谢过程中，ATP则提供了能量来合成和降解脂肪酸。
3. ATP在生物体内的重要性ATP在生物体内的重要性无法被高估。
作为细胞内最重要的能量分子，ATP为细胞的生存和功能提供了持续的能量供应。
无论是基础代谢过程还是复杂的生物反应，ATP都是必不可少的。
细胞的能量通货—ATP
细胞的能量通货—ATP在我们的身体内，每一个细胞都像是一个忙碌的小工厂，不停地进行着各种生命活动。
而在这些活动背后，有一种物质起着至关重要的作用，它就像是细胞的“能量货币”，为细胞的运转提供动力，那就是ATP。
ATP 全称为三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate），它是一种由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成的小分子化合物。
虽然它的结构看起来并不复杂，但它所蕴含的能量却不容小觑。
ATP 的作用就如同我们日常生活中使用的货币。
在细胞中，各种化学反应和生理过程都需要能量的支持，而 ATP 就是能够被细胞直接利用的能量形式。
当细胞需要能量时，ATP 就会迅速分解，释放出其中储存的能量，满足细胞的需求。
那么，ATP 是如何储存和释放能量的呢？这就要从它的化学结构说起。
ATP 中的三个磷酸基团之间存在着高能磷酸键，这些键就像是一个个“能量仓库”，储存着大量的化学能。
当 ATP 分解时，最外层的一个磷酸基团会脱离，形成二磷酸腺苷（ADP）和一个游离的磷酸分子。
这个过程会释放出大量的能量，为细胞的各种活动提供动力。
细胞内的许多生命活动都离不开 ATP 提供的能量。
比如，肌肉的收缩就需要 ATP 的支持。
当我们想要举起一个重物时，肌肉细胞中的ATP 会迅速分解，释放出能量，使得肌肉纤维收缩，从而完成动作。
再比如，物质的运输，无论是细胞内的小分子物质运输，还是细胞膜上的离子转运，都需要 ATP 提供能量来驱动。
ATP 不仅仅在肌肉运动和物质运输中发挥作用，在细胞的合成代谢过程中也不可或缺。
例如，蛋白质的合成需要消耗大量的能量，ATP为这个复杂的过程提供了动力。
同样，DNA 的复制、RNA 的转录等过程也都依赖于 ATP 提供的能量。
此外，细胞的主动运输也离不开 ATP。
主动运输是指物质逆浓度梯度进行跨膜运输的过程，这需要消耗能量来克服浓度差。
ATP 分解产生的能量使得细胞能够将所需的物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，维持细胞内环境的稳定。
高中生物 细胞的能量“货币”ATP
3.萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
有机物中的化学能→ATP中活跃的化学能→光能
一、ATP分子结构特点
1、全称：腺苷三磷酸
2、结构简式: A-P~P~P
P~ P~P
A表示: 腺苷 (由腺嘌呤和 核糖组成)
腺嘌呤 T表示: 三个
核糖
ATP的结构
P表示: 磷酸基团
细胞质基质、 线粒体、叶绿体
有机物中的
化学能或光能
能量去向 用于各项 生命活动
储存在ATP中
结论：ATP与ADP相互转变的反应是不可逆 的。物质是可逆的，能量和酶均不可逆。细胞 中ATP含量很少，只是转化非常迅速及时。
三、ATP的利用
用于大脑思考
ATP
用 于 生 物 发 电 发 光
用于恒定体温
用于各种运动， 如肌细胞收缩
细胞的能量“货币”ATP
一、ATP分子结构特点 二、ATP与ADP可以相互转化
1、酶 2、反应场所 3、能量的来源 三、ATP的利用 四、理解:ATP是细胞的能量“货币”
秋 夕 —杜牧
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。 天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？ 相互传递求偶信号
3、ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷 酸化，这些分子磷酸化后空间结构发生变化。
吸能反应总是与ATP的水解相联系,由ATP 水解提供能量
放能反应总是与ATP的合成相联系,释放的 能量贮存在ATP中。
4、ATP药物可以注射也可以口服；蛋白质类药 物（如胰岛素）只能注射,不能口服。 5、主要的能源物质：糖类；主要的贮能物质： 脂肪；最终的能量来源：光能。 能源物质消耗的顺序：糖类→脂肪→蛋白质
细胞能量代谢的货币——ATP详解
清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件
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8.1.1.2 呼吸链主要由四种复合体组成
❖ 用胆酸、脱氧胆酸等去污剂反复处理线粒体内 膜蛋白质;
❖ 分离纯化后，从呼吸链得到四种具有传递电子 功能的酶复合体，各由不同的组分组成。
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人线粒体呼吸链复合体
呼吸链还包含泛醌和细胞色素C两种游离组分。
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复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌
❖ 复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶， 又称琥珀酸-泛醌还原酶。
❖ 电子传递：琥珀酸→FAD→几种Fe-S→CoQ ❖ 复合体Ⅱ没有H+泵的功能。
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复合体Ⅱ的电子传递
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8.1.1 呼吸链
8.1.1.1 呼吸链的概念
❖ 代谢物脱下的氢和电子经过一系列酶和辅酶所组成 的传递体系逐步传递，最终与氧结合生成水，同时 逐步释放能量，使ADP磷酸化生成ATP。该过程与 细胞呼吸有关，又称为呼吸链（respiratory chain）。
❖ 在呼吸链中，酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内 膜上，其中传递氢的酶或辅酶称之为递氢体，传递 电子的酶或辅酶称之为电子传递体。所以呼吸链又 称电子传递链（electron transfer chain）。
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生物氧化的特点
①细胞氢与氧结合产生的，CO2由有机
酸脱羧产生； ③在一系列酶的催化下逐步进行，能量逐步释放，有
利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率； ④生物氧化的速度受体内生理功能及内外环境变化的
细胞的能量“货币”——ATP
ATP
物质可逆，能量不 可逆，场所、酶也
不相同
ATP的水解
水解酶
ATP
ADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源 光能(光合作用)、化学能 (细胞呼吸) 储存 高能磷酸键 在中的能量
能量去路
储存于形成的 高能磷酸键中
用于各项生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体
读书指导法 谈话法 讲授法
重难点
说教材 说目标 说重难点 说学情 说思路 说过程
新课导入
《秋夕》
杜牧（唐）
银烛秋光冷画屏，
轻罗小扇扑流萤.？
天街夜色凉如水，
萤火虫
卧看牛郎织女星。
通过诗句和猜谜来吸引学生的 注意力，激发学生学习兴趣。
新课导入
讨论
通过问题引发学生思考萤火 虫发光的能量是什么？
1、萤火虫发光的生物学意义是什么？
传递求偶信号 2、萤火虫体内有特殊的发光物质吗？ 萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
3、萤火虫发光的过程需要能？量吗？
需要。
新课导入
萤火虫发光需要
能量！
主要能源物质: 糖类
主要储能物质: 脂肪
这些物质能为萤火虫发光直接供能吗?
回顾旧知，引发思考
新课导入
实验探究
用小刀将数十只萤火虫的发光器割下,干燥后研磨成粉末,
通过萤火虫发光器 实验分析，发展学 生的科学探究能力
科学探究 社会责任
通过感受与ATP相关的 科学技术在生活中的 实际运用，培养学生的 社会责任感。
说教材 说目标 说重难点 说学情 说方法 说过程
重点 1、ATP的结构和功能 2、ATP与ADP的相互转化
《细胞的能量“货币”ATP》 讲义
《细胞的能量“货币”ATP》讲义一、什么是 ATP在我们的细胞世界里，有一种非常重要的物质，它就像是细胞的能量“货币”，为各种生命活动提供动力，那就是三磷酸腺苷，简称ATP 。
ATP 是一种由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团组成的小分子物质。
从结构上看，它就像是一个有着“三头六臂”的小怪兽。
腺嘌呤和核糖构成了它的“身体”，而三个磷酸基团则像是它伸出的“手臂”。
那 ATP 到底是如何发挥作用的呢？这就得从它的化学性质说起。
二、ATP 的化学性质ATP 中的三个磷酸基团之间存在着高能磷酸键，这些高能磷酸键蕴含着大量的能量。
当细胞需要能量时，ATP 就会在酶的作用下，断裂一个高能磷酸键，释放出能量，同时转化为二磷酸腺苷（ADP）和一个游离的磷酸基团（Pi）。
这个过程就好像是从一个装满钱的钱包里拿出一部分钱来用，ATP这个“钱包”里的“钱”（能量）被释放出来，供细胞进行各种活动。
而当细胞中的 ADP 和 Pi 重新获得能量时，又可以在酶的作用下重新合成 ATP ，从而实现能量的储存和再利用。
三、ATP 的生成途径细胞中 ATP 的生成主要有两种途径：有氧呼吸和无氧呼吸。
有氧呼吸是细胞在氧气充足的情况下进行的一种高效的能量产生方式。
它包括三个阶段：糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化。
在这个过程中，葡萄糖等有机物被逐步分解，释放出大量的能量，将 ADP 转化为 ATP 。
无氧呼吸则是在缺氧的情况下，细胞为了获取能量而采取的一种应急方式。
比如在剧烈运动时，肌肉细胞可能会进行无氧呼吸，产生少量的 ATP ，但同时也会产生乳酸等物质。
除了呼吸作用，光合作用也是植物细胞中生成 ATP 的重要途径。
在光反应阶段，光能被转化为活跃的化学能，储存在 ATP 中。
四、ATP 在细胞中的作用ATP 在细胞中的作用那可真是多了去了。
首先，它为细胞的物质运输提供能量。
比如，细胞要把一些物质从低浓度的一侧运输到高浓度的一侧，这是一个逆浓度梯度的过程，就需要消耗 ATP 提供的能量。
细胞的能量“货币”——ATP(说课课件)高一上学期生物人教版必修1
1、教师组织学生抢答： ATP的中文名称、元素组 成、结构简式是什么？ ATP由哪几部分组成？有 几个特殊的化学键？特殊 的化学键具有什么特点？ 2、教师点评，对出现的问 题进行更正和重点强调。
设计意图：通过模型构建，提升科学思维水平，对ATP的结构形成直观 的认知；教师点评修正和强化认知。
05 教学过程 导入
液中游离的磷酸基团，结果发
现只有乙组中游离的磷酸基团 带有放射性。
小组合作讨论：ATP中哪一个特
殊的化学键更容易断裂？写出
ATP水解反应式。
经测定，一个成年人每天 大约需要消耗45kgATP，
但每一时刻储存在人体内 的ATP 、ADP总含量不到 1g，每个细胞每秒钟可形 成1,000万个ATP且同时有 等量的ATP被分解。
01 教材分析 教材地位
课标要求
大概念
细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分 裂实现增殖
细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应
核心概念 发生在细胞的特定区域
次位概念 解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
02 学情分析
知识基础
已经理解三大能源物质的功能、主动运输需要 能量等
能力基础 具有初步的实验探究能力、模型构建能力、归
课堂延伸
教师与学生一起小结本节知识，学生边讲教师边板书， 或通过课件展示。
06 教学反思 1、实验设计，强化科学探究能力。 2、构建模型，深化概念理解。 3、资料分析，合理设置问题，实现学生的思维进阶。 4、教学活动多样化，全面落实学科核心素养。
辛集市第一中学 尚一
探究二
资料分资料1 析——探究ATP与ADP资料2 的相互转化
探究三
课堂延伸
学生小组展示讨论结果。 教师评价并引导学生概括：细胞内ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生 并且处于动态平衡中，是生物界的共性。
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细胞色素的电子传递
清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件
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复合体Ⅲ的电子传递
清华版教材《医学生物化学与分子生物学》课件
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复合体Ⅳ
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。
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生物氧化的方式
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。 通过线粒体内的氧化，营养物质（糖、脂肪、 蛋白质等）氧化分解最终生成 CO2和水及释放 能量，主要以氧化磷酸化的方式生成ATP。
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泛醌（ubiquinone）
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯 连接形成较长的疏水侧链（人CoQ10），在各
复合体间穿梭传递还原当量和电子。在电子传
递和质子移动的偶联中起着核心作用。
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复合体Ⅰ的电子传递
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电子传递链的偶联部位
NADH氧化呼吸链的偶联部位有3个：
（1）NADH + H+ → 复合体Ⅰ→ CoQ，
（2）复合体Ⅲ→ Cyt c，
（3）复合体Ⅳ→ O2。
琥珀酸氧化呼吸链有2个： （1）复合体Ⅲ → Cyt c； （2）复合体Ⅳ → O2。
在呼吸链电子传递过程中偶联 ADP磷酸化，生成
ATP，又称为偶联磷酸化。
（2）底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)
是底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使
ADP磷酸化生成ATP的过程。
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氧化磷酸化
氧化磷酸化在线粒体内进行，其结果可产生大 量的ATP，是体内ATP生成的最重要的方式，
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NAD+和NADP+的结构
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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
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FAD和FMN的结构
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FAD和FMN相互转变
Cyt aa3
O2
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电子传递链
复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ为NADH氧化呼吸链; 复合体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为琥珀酸氧化呼吸链。
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8.1.2 氧化磷酸化是ATP生成的主要方式 ATP生成方式
（1）氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)：是指
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复合体Ⅲ
复合体Ⅲ：又称泛醌-细胞色素c还原酶,体Ⅰ和Ⅱ募集氢和电子并穿梭传递
到细胞色素c。
复合体Ⅲ含有两种的细胞色素b(Cyt b562,
Cyt b566),细胞色素c1和铁硫蛋白。 电子传递:将电子由CoQH2传递给细胞色素c。 复合体Ⅲ有质子泵功能。
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复合体Ⅱ功能是将电子从琥珀酸传递到泛醌
复合体Ⅱ是三羧酸循环中的琥珀酸脱氢酶，
又称琥珀酸-泛醌还原酶。 电子传递：琥珀酸→FAD→几种Fe-S→CoQ 复合体Ⅱ没有H+泵的功能。
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复合体Ⅱ的电子传递
（ΔG0ˊ）与还原电位变化（ΔE0ˊ）之间的
关系：
ΔG0ˊ= – nFΔE0ˊ
式中n = 传递电子数； F为法拉第常数[96.5kJ/（mol· V）]。
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复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ中存在ATP的偶联部位
根据复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ中的电子传递过程相应
的还原电位差计算：
在呼吸链中，酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内 膜上，其中传递氢的酶或辅酶称之为递氢体，传递 电子的酶或辅酶称之为电子传递体。所以呼吸链又 称电子传递链（electron transfer chain）。
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8.1.1.2 呼吸链主要由四种复合体组成
用胆酸、脱氧胆酸等去污剂反复处理线粒体内
根据下列实验结果分析而确定 标准氧化还原电位 特异抑制剂阻断
还原状态呼吸链缓慢给氧
拆开和重组
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呼吸链中各氧化还原对的标准氧化还原电位
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8.1.1.4 体内重要的呼吸链
体内呼吸链有两条途径： NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链 NADH氧化呼吸链 NADH→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
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细胞色素Cytochrome，Cyt）
细胞色素是一类以铁卟啉（血红素）为辅基 的电子传递蛋白，根据它们吸收光谱不同而分类。
各种还原型细胞色素的主要光吸收峰
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细胞色素辅基
血红素中的铁原子可进行Fe2+ Fe3++e反应传 递电子, 属单电子传递体。
FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是 异咯嗪环，属于单、双电子传递体。
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线粒体中铁硫中心Fe4S4的结构
铁硫蛋白中辅基铁硫中心 (Fe-S) 含有等量
铁原子和硫原子，其中一个铁原子可进行
Fe2+ Fe3+ + e 反应传递电子。属于单电子 传递体。
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8.1.2.1 氧化磷酸化的偶联部位
根据下述实验大致确定氧化磷酸化的
偶联部位，即ATP产生的部位。
（1）根据P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位。 （2）根据电子传递时自由能变化确定偶联部位。
自由能变化: ⊿Gº '=-nF⊿Eº '
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生物氧化的特点
①细胞内进行，条件温和，37℃，pH接近中性环境；
②生成的水是由脱下的氢与氧结合产生的，CO2由有机 酸脱羧产生；
③在一系列酶的催化下逐步进行，能量逐步释放，有 利于机体捕获能量，提高ATP生成的效率； ④生物氧化的速度受体内生理功能及内外环境变化的 调控。 ⑤体外氧化（燃烧）产生的CO2、H2O由物质中的碳和 氢直接与氧结合生成，能量是突然释放的。
复合体Ⅱ镶嵌在线粒体内膜的基质侧。
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复合体Ⅰ
复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶。 复合体Ⅰ电子传递： NADH→FMN→Fe-S→CoQ→Fe-S→CoQ
每传递2个电子可将4个H+从内膜基质侧泵到膜
间隙，复合体Ⅰ有质子泵功能。
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② 当质子顺梯度经ATP合酶F0回流时，质子跨膜梯 度中所蕴含的能量便被用于驱动ADP和Pi生成ATP。
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化学渗透学说
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化学渗透学说的实验支持
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-是不通透的；
膜蛋白质;
分离纯化后，从呼吸链得到四种具有传递电子
功能的酶复合体，各由不同的组分组成。
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人线粒体呼吸链复合体
呼吸链还包含泛醌和细胞色素C两种游离组分。
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呼吸链各复合体在线粒体内膜的位臵
复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ完全镶嵌在线粒体内膜上，
琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）
琥珀酸→复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ→Cyt c
→复合体Ⅳ→O2
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两条呼吸链的电子传递过程
NADH氧化呼吸链
琥珀酸 FAD (Fe-S)
FADH2氧化呼吸链
NADH
FMN CoQ (Fe-S)
Cyt b→Cyt c1 →Cyt c
每2个电子传递过程使2个H+跨内膜向膜间隙转移。
复合体Ⅳ也有质子泵功能。
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复合体Ⅳ的电子传递
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代谢物脱下的氢通过复合体的传递顺序
代谢物氧化后脱下的氢通过上述从复合体Ⅰ或
复合体Ⅱ开始，经泛醌到复合体Ⅲ，再经Cyt c
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营养物质在体内分解过程的三个阶段
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8.1
线粒体氧化体系与氧化磷酸化