电子传递与氧化磷酸化.ppt

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1、第六章第六章 生物氧化生物氧化电子传递电子传递和氧化磷酸化作用和氧化磷酸化作用(Biological oxidation electron transport and oxidative phosphorylation)一、电子传递和氧化呼吸链一、电子传递和氧化呼吸链二、氧化磷酸化作用二、氧化磷酸化作用Respiration and energyOne of the most complicated metabolic pathways encountered in biochemistry-the mitochondrial electron transport system and its

2、 related ATP synthase.Electron transferring via a chain of membrane bound carriers,across membrane proton gradient,ATP synthesis(with O2 consumed)Cells need energy to do all their work To generate and maintain its highly ordered structure(biosynthesis of macromolecules).To generate all kinds of move

3、ment.To generate concentration and electrical gradients across cell membranes.To maintain a body temperature.To generate light in some animals.Some historical facts about our understanding on oxidative phosphorylation 1930s:Pyruvate was known to be completely oxidized to CO2 via the citric acid cycl

4、e(with O2 consumed).1930s:NAD+and FAD were found to be e-carriers between metabolites and the respiratory chain.1930s:Role of ATP and general importance of phosphorylation in bioenergetics were realized.1950s:Isolated mitochondria were found to effect the obligatory coupling of the phosphorylation o

5、f ADP and the e-transfer from NADH to O2.1961,the chemiosmotic hypothesis was proposed for linking the e-transfer and ADP phosphorylation(based on the uncoupling phenomenon and the intactness requirement)1960s,ATP synthase was identified from mitochondria.概概念念：糖糖类类、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等有有机机物物质质在在细细胞胞中中进进行行氧

6、氧化化分分解解生生成成COCO2 2和和H H2 2O O并并释释放放出出能能量量的的过过程程称称为为生生物物氧氧化化（biological oxidation），其其实实质质是是需需氧氧细细胞胞在在呼呼吸吸代代谢谢过过程程中中所所进进行行的的一一系系列列氧氧化化还还原原反反应应过过程程，所所以以又又称称为为细细胞胞氧氧化化或或细细胞胞呼吸。呼吸。生物氧化生物氧化 Concept of Biological OxidationOxidation of materials in the biological body Degradation of glucoses,fatty acids,pro

7、teins Release of energy Formation of CO2 and H2OTrap the energy released as ATP and Body heat 与非生物氧化相比与非生物氧化相比:相同点相同点生物氧化与非生物氧化的比较生物氧化与非生物氧化的比较 化学本质相同，都是失电子反应，如脱氢、加化学本质相同，都是失电子反应，如脱氢、加氧、传出电子。失电子者为还原剂，是电子供体，氧、传出电子。失电子者为还原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体。在生物体内，得电子者为氧化剂，是电子受体。在生物体内，生物氧化有三种方式：加氧氧化，电子转移和脱生物氧化有三种方式

8、：加氧氧化，电子转移和脱氢氧化。氢氧化。同种物质不论以何种方式氧化，所释放的能量同种物质不论以何种方式氧化，所释放的能量相同。相同。Electron transfer via red-ox reactions generates biological energyOxidative reaction De-electron Dehydrate Add oxygenReductive reaction Accept electron Add hydrate De-oxygen不同点：不同点：生物氧化是酶促反应，反应条件（如温度、生物氧化是酶促反应，反应条件（如温度、pHpH）温和；）温和；而体外

9、燃烧则是剧烈的游离基反应，要求在高温、高而体外燃烧则是剧烈的游离基反应，要求在高温、高压以及干燥的条件下进行。压以及干燥的条件下进行。生物氧化分阶段逐步缓慢地氧化，能量也逐步释放；生物氧化分阶段逐步缓慢地氧化，能量也逐步释放；而体外燃烧能量是爆发式释放出来的。而体外燃烧能量是爆发式释放出来的。生物氧化释放的能量有相当多的转换成生物氧化释放的能量有相当多的转换成ATPATP中活跃的化中活跃的化学能，用于各种生命活动；体外燃烧产生的能量则转学能，用于各种生命活动；体外燃烧产生的能量则转换为光和热，散失在环境中。换为光和热，散失在环境中。CO2CO2的生成的生成 方方式式：生物氧化过程中生成的CO2

10、并不是代谢物上的碳原子与吸入的氧直接化合的结果，而是有机酸脱羧作用生成的。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。根据所脱羧基在有机酸分子中的位置，可将脱羧反应分为脱羧和脱羧；又根据反应的同时是否伴有氧化反应，分为单纯脱羧和氧化脱羧。类型类型：-脱羧和脱羧和-脱羧（从脱羧的位置）脱羧（从脱羧的位置）氧化脱羧和单纯脱羧氧化脱羧和单纯脱羧 （脱羧方式）（脱羧方式）Direct Decarboxylationa-direct decarboxylationH3CCCOOHOa-酮酮酸酸脱脱羧羧酶酶Mg2+TPPH3CCOH+CO2 Oxidative Deca

11、rboxylationH H2 2O O的生成的生成 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。CH3CH2OHCH3CHONAD+NADH+H+乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶12 O2NAD+电子传递链电子传递链 H2O2eO=2H+脂肪脂肪葡萄糖、葡萄糖、其它单糖其它单糖三羧酸三羧酸循环循环电子传递电子传递（氧化）（氧化）蛋白质蛋白质脂肪酸、甘油脂肪酸、甘油多糖多糖氨基酸氨基酸乙酰乙酰CoAe-磷酸化磷酸化+Pi 小分子化合物分小分子化合物分解成共同的中间产解成共同的中间产物（如物（如丙酮酸、乙丙酮酸

12、、乙酰酰CoACoA等）等）共同中间产物进共同中间产物进入三羧酸循环入三羧酸循环,氧氧化脱下的氢由电子化脱下的氢由电子传递链传递生成传递链传递生成H H2 2O O，释放出大量，释放出大量能量，其中一部分能量，其中一部分通过磷酸化储存在通过磷酸化储存在ATPATP中。中。大分子降解成大分子降解成基本结构单位基本结构单位生物氧化的三个阶段生物氧化的三个阶段Biological oxidations are catalyzed by intracellular enzymes.The purpose of oxidation is to obtain energy.Electron Transpo

13、rt:Electrons carried by reduced coenzymes(NADH or FADH2)are passed sequentially through a chain of proteins and coenzymes(so called electron transport chain)to O2.Oxidative Phosphorylation:Coupling e-Transport(Oxidation)and ATP synthesis (Phosphorylation).It all happens in mitochondrion or at the in

14、ner mitochondrial membrane(eukaryotic cells)Impermeable to ions and most other compoundsIn inner membrane knobsthe mitochondrion contained the enzymes responsible for electron transport and oxidative phosphorylationMitochondriaouter membrane relatively permeableinner membrane permeable only to those

15、 things with specific transportersImpermeable to NADH and FADH2Permeable to pyruvateCompartmentalizationKrebs and-oxidation in matrixGlycolysis in cytosolMost energy from Redoxelectrons during metabolic reactions sent to NAD and FADGlycolysisIn cytosolproduces 2 NADHPyruvate dehydrogenase reactionIn

16、 mitochondrial matrix2 NADH/glucoseKrebsIn mitochondrial matrix6 NADH and 2 FADH2/glucose线粒体是生物氧化的发生场所线粒体是生物氧化的发生场所 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（eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。呼吸链。柠檬酸循环在线粒体基质中进

17、行，电子传递和氧化磷酸化在线粒体内膜上进行。电子传递链的概念电子传递链的概念Electron Transport and Oxidative PhosphorylationElectron transport and oxidative phosphorylation re-oxidize NADH and FADH2 and trap the energy released as ATP.In eukaryotes,electron transport and oxidative phosphorylation occur in the inner membrane of mitochond

18、ria whereas in prokaryotes the process occurs in the plasma membrane.电子传递链的组成电子传递链的组成 呼吸电子传递链主要由蛋蛋白白质质复复合合体体组成，在线粒体内膜上有4种参与电子传递的蛋白质复合体，分别为 NADHQ还原酶（还原酶（NADH-Q reductase）琥琥 珀珀 酸酸 Q还还 原原 酶酶（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）洋地黄皂苷洋地黄皂苷Various

19、prosthetic groups act as intermediate electron carriers in the respiratory chain呼吸链的组成呼吸链的组成1.1.黄素蛋白酶类黄素蛋白酶类（flavoproteins,FP）2.2.铁铁-硫蛋白类硫蛋白类（ironsulfur proteins)3 3.辅酶辅酶（ubiquinone,亦写作亦写作CoQ）4 4.细胞色素类细胞色素类（cytochromes）5.5.血红素血红素 (hemes)6.6.铜离子铜离子（Cu）NADH辅辅 酶酶 Q（CoQ）Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等

20、琥珀酸等黄素蛋白黄素蛋白（FAD）黄素蛋白黄素蛋白（FMN）细胞色素类细胞色素类铁硫蛋白铁硫蛋白（Fe-S）铁硫蛋白铁硫蛋白（Fe-S）电子传递的方向电子传递的方向 在在电电子子传传递递链链中中，有有一一系系列列电电子子传传递递体体，这这些些电电子子传传递递体体的的排排列列顺顺序序是是根根据据它它们们的的电电极极电电位位决决定定的的。呼呼吸吸链链中中的的电电子子传传递递有有着着严严格格的的方方向向和和顺顺序序，即即电电子子从从氧氧化化还还原原电电位位较较低低的的传传递递体体依依次次通通过过氧氧化化还还原原电电位位较较高高的的传传递递体体逐逐步步流向氧分子。流向氧分子。Electrons of

21、NADH and FADH2 are transferred to O2 via many intermediate electron carriers on the wayNADHNADH呼吸链呼吸链NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFADFe-S琥珀酸琥珀酸等等复合物复合物 复合物复合物 复合体复合体 I I复合物复合物 NADHNADH脱氢酶脱氢酶细胞色素细胞色素还原酶还原酶细胞色素细胞色素氧化酶氧化酶琥珀酸琥珀酸-辅酶辅酶Q Q还原酶还原酶FADHFADH2 2呼吸链呼吸链NADHNADH呼吸链电子传递和水的生成呼吸链电子传递和水的生

22、成H2O12O2O2-MH2还原型代还原型代 谢底物谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+细胞色素细胞色素b-c-c1-aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 谢底物谢底物FADH2呼吸链电子传递和水的生成呼吸链电子传递和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+细胞色素细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸延胡索酸2e电子传递链各个成员电子传递链各个成员1.NADHQ还原酶还原酶 NADHNADHQ Q还还原原酶酶又又称称为为NADHNADH脱脱氢氢酶酶，简简称称为为复复合合体体。

23、该该酶酶含含有有FMNFMN辅辅基基和和Fe-SFe-S聚聚簇簇，催催化化反反应应时时，先先将将NADHNADH的的电电子子传传递递到到FMNFMN上上，再再传传给给Fe-SFe-S聚聚簇簇，最最后后传传给给辅辅酶酶Q Q。Fe-SFe-S聚聚簇簇有有几几种种类类型型，含含有有Fe-SFe-S聚聚簇簇的的蛋蛋白白质质称称为为铁铁硫硫蛋蛋白白，又又称称为为非非血血红红素素铁铁蛋蛋白白。Fe-SFe-S聚聚簇簇通通过过其其中中的的FeFe2+2+和和FeFe3+3+的变化来传递电子。的变化来传递电子。铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结合成

24、复合物形式存在。铁与无机硫原子或是蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合，常见的铁硫蛋白有三种组合方式（a）单个铁原子与4个半胱氨酸残基上的巯基硫相连。（b）两个铁原子、两个无机硫原子组成（2Fe-2S），其中每个铁原子还各与两个半胱氨酸残基的巯基硫相结合。（c）由4个铁原子与4个无机硫原子相连（4Fe4S），铁与硫相间排列在一个正六面体的8个顶角端；此外4个铁原子还各与一个半胱氨酸残基上的巯基硫相连。铁硫蛋白中的铁可以呈两价（还原型），也可呈三价（氧化型），由于铁的氧化、还原而达到传递电子作用。Iron-sulfur centers(Fe-S)are prosthetic groups cont

25、aining 1-4 iron atoms Iron-sulfur centers transfer only one electron,even if they contain two or more iron atoms.Iron-sulfur Centers(clusters)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。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。NADHNADH Q Q还原酶还原酶 NADH +

26、Q +HNADH +Q +H+=NAD =NAD+QH +QH2 2Complex 1Has NADH binding siteNADH reductase activityNADH-NAD+NADH-FMN-FeS-ubiquinoneubiquinone-ubiquinone H24 H+pumped/NADH2.2.辅酶辅酶Q 辅辅酶酶Q(Coenzyme Q)又又称称泛泛醌醌（ubiquinone），有有时时简简称称为为Q Q或或UQUQ，是是一一种种脂脂溶溶性性物物质质，它它可可以以接接受受1 1个个电电子子还还原原成成半半醌醌中中间间体体，再再接接受受1 1个个电电子子还还原原成成

27、对对苯苯二二酚酚形形式式。它它有有一一个个长长长长的的碳碳氢氢侧侧链链，哺哺乳乳动动物物中中最最常常见见的的是是具具有有1010个个异异戊戊二二烯烯单单位位的的侧侧链链，简简写写为为Q Q1010，在在非非哺哺乳乳动动物物中中这这个个侧侧链链可可能能只只有有6-86-8个个异异戊戊二二烯烯单单位位。由由于于其其脂脂溶溶性性强强，可可以以在在线线粒粒体体内膜中扩散。内膜中扩散。辅酶辅酶Q Q的结构和氧化还原态的结构和氧化还原态3.3.琥珀酸琥珀酸Q还原酶还原酶 琥珀酸Q还原酶又称为复合体复合体，完整的此酶包括柠檬酸循环中的琥珀酸脱氢酶，琥珀酸脱氢酶，由4条多肽链组成，总的相对分子质量约14010

28、3，含有一个以FADFAD为辅基的黄素蛋白为辅基的黄素蛋白、2个铁硫蛋白铁硫蛋白和一个细胞色素细胞色素b b。其作用是催化电子从琥珀酸通过FAD和铁硫蛋白传递到辅酶Q。所以复合物复合物只能传递电子，而只能传递电子，而不能使质子跨膜输送。不能使质子跨膜输送。Complex IIsuccinate-FADubiquinoneContains coenzyme QFADH2 binding siteFAD reductase activityFADH2-FADComplex II:Succinate-coenzyme Q reductase4.4.细胞色素还原酶细胞色素还原酶 细细胞胞色色素素还还原

29、原酶酶又又称称复复合合体体、辅辅酶酶Q Q细细胞胞色色素素c c还还原原酶酶。它它的的作作用用是是将将还还原原型型辅辅酶酶Q Q的的电电子子传传递递给给细细胞胞色色素素c c。细细胞胞色色素素还还原原酶酶中中含有细胞色素含有细胞色素b b，也含有，也含有2Fe-2S2Fe-2S聚簇。聚簇。细胞色素（细胞色素（cytochrome)cytochrome)细胞色素是一类含有血红素辅基的电子传递蛋白质的总称。因因为为有有红红颜颜色色，又又广广泛泛存存在在于于生生物物细细胞胞中中，故故称称为为细细胞胞色色素素。还原型细胞色素具有明显的可见光吸收，可以看到、和三个吸收峰，其中峰峰的波长随细胞色素种类的不

30、同而各有特异的变化，可用来区分不同的细胞色素。氧化型细胞色素在可见光区看不到吸收峰。细胞色素中的血红素有三种，分别称为细细胞胞色色素素a a、b b和和c c，同一种细胞色素血红素因结合的蛋白质不同，其吸收峰的波长会发生小的变化，如细胞色素还原酶中含有的细胞色素b就分为b bH H（b b562562）和）和b bL L（b b566566）两种。）两种。几种细胞色素的最大吸收峰几种细胞色素的最大吸收峰波长波长/nm/nm细胞色素细胞色素a600439bL566bH562532429c550521415c1554524418细胞色素细胞色素 传递电子机理传递电子机理：+e +e Fe3+Fe2

31、+Cu2+Cu+e e 特点：特点：以血红素为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉。以血红素为辅基，血红素的主要成份为铁卟啉。类类别别:根根据据吸吸收收光光谱谱分分成成a a、b b、c c三三类类，呼呼吸吸链链中中含含5 5种种（b b、c c、c c1 1、a a和和a3)a3)，cytbcytb和和cytc1cytc1、cytccytc在在呼呼吸吸链链中中的的中中为为电电子子传传递递体体，a a和和a3a3以以复复合合物物物物存存在在，称称细细胞胞色色素素氧氧化化酶酶，其其分分子子中中除除含含FeFe外外还还含含有有CuCu，可可将将电电子子传传递递给给氧氧，因因此此亦亦称称其其为为末末端氧化

32、酶端氧化酶。甲酰基甲酰基多聚异戊二烯长链多聚异戊二烯长链它是电子传递链中一个独立的蛋白质电子载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，体，位于线粒体内膜外表，属于膜周蛋白，易溶于水。它与细胞色素易溶于水。它与细胞色素c c1 1含有相同的辅基，含有相同的辅基，但是蛋白组成则有所不同。在电子传递过程但是蛋白组成则有所不同。在电子传递过程中，中，cyt.ccyt.c通过通过FeFe3+3+Fe Fe2+2+的互变起电子传的互变起电子传递中间体作用。递中间体作用。5.5.细胞色素细胞色素c c复合物的电子传递比较复杂，和“Q循环”有关。辅酶Q能在膜中自由扩散，还原

33、型辅酶Q（氢醌）将一个电子交给Fe-S细胞色素c1细胞色素c，被氧化为半醌，并将一个质子释放到膜间隙，半醌将电子交给细胞色素b566b562，释放另外一个质子到膜间隙。一对电子由辅酶Q到复合物的电子传递过程中，共有四个质子被转移到膜间隙，其中两个质子是辅酶Q转移的。Q Q循环循环是指在线粒体内膜中电子传递链上QH2分别传递一个电子到细胞色素中，即共使2个细胞色素得到电子，从而被氧化。Complex IIIubiquinone-ubiquinone ox while cyt C gets reducedAlso contains cytochromes bproton pump 4H+Adds

34、to gradient8 H+/NADH 4 H+/FADH2简写为cyt.c 氧化酶，即复合物IV，它的作用是将还原型细胞色素c的电子传递给分子O2，生成H2O。它是位于线粒体呼吸链末端的蛋白复合物，由12个多肽亚基组成。cyt.a和a3组成一个复合体，除了含有铁卟啉外，还含有铜原子。cyt.a a3可以直接以O2为电子受体。在电子传递过程中，分子中的铜离子可以发生 Cu+Cu2+的互变，将cyt.c所携带的电子传递给O2。6.6.细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 复合物（细胞色素氧化酶）由6-13条多肽链组成，总的相对分子质量约60103-170103，以二聚体形式存在。每个单体包括细胞色素a

35、a3和含铜蛋白。其作用是催化电子从还原型细胞色素c传递给氧分子，同时发生质子的跨膜移位。所以复合物既是电子传递体，又是质子移位体。移位体。Complex IVreduction of oxygencytochrome oxidasecyt a+a3 red-oxidized stateoxygen-water2 H+2 e-+O2-2 H2Otransfers e-one at a time to oxygen Pumps 2H+outTotal of 10 H+/NADHTotal of 6 H+/FADH2Electron Transport ChainGroups of redox pr

36、oteinsOn inner mitochondrial membraneBinding sites for NADH and FADH2On matrix side of membraneElectrons transferred to redox proteinsNADH reoxidized to NAD+FADH2 reoxidized to FAD4 Complexesproteins in specific orderTransfers 2 electrons in specific orderProteins localized in complexesEmbedded in m

37、embraneEase of electron transferElectrons ultimately reduce oxygen to water2 H+2 e-+O2-H2OComplex I:NADH enters at NADH dehydrogenase(also NADH:ubiquinone oxidoreductase or NADH-Q oxidoreductase).(complex II):succinate DehydrogenaseFADH2 of flavoproteins also transfer their electrons to ubiquinone(Q

38、),with no H+pumped.(Complex III)Cytochrome bc1 complex passes 2e-from 1 QH2 to 2 cytochrome ce-transferring&H+pumping in Complex III via the Q cycle(for each 2 e-transferred,4H+are released at the P side and 2H+taken from the N side(matrix)Complex IV:Cytochrome c oxidase,the terminal enzyme of the r

39、espiratory chain,contains 3 Cu and 2 heme A groups as electron carriersThe sequence of electron carriers should be predictable based on their redox potential电子传递的抑制效应电子传递的抑制效应 凡是能够阻断电子传递链中某部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂电子传递抑制剂，由于阻断部位物质的氧化还原状态能被测定，所以利用电子传递抑制剂是研究电子传递顺序的重要方法，下面列举了若干种常见的重要的电子传递抑制剂。1 1、鱼藤酮等鱼藤酮等 阻断从阻

40、断从NADHNADH向向CoQCoQ的传递的传递 鱼藤酮（鱼藤酮（rotenone）、安密妥（）、安密妥（amytal）、杀）、杀粉蝶菌素（粉蝶菌素（piericidine）等。它们的作用是抑制复）等。它们的作用是抑制复合物合物I，阻断电子由，阻断电子由NADH向向CoQ的传递，但不影的传递，但不影响响FADH2到到CoQ的氢传递。鱼藤酮是一种极毒的的氢传递。鱼藤酮是一种极毒的植物毒素，常用作杀虫剂。植物毒素，常用作杀虫剂。2 2、抗霉素抗霉素A A 阻断复合物阻断复合物的电子传递的电子传递 抗霉素抗霉素A（antimycin A），它是从灰色链球菌），它是从灰色链球菌分离出的一种抗生素，抑制

41、复合物分离出的一种抗生素，抑制复合物的电子传递，的电子传递，即阻断细胞色素还原酶中电子的传递，从而抑制即阻断细胞色素还原酶中电子的传递，从而抑制了电子从还原型的了电子从还原型的CoQ（QH2）到细胞色素）到细胞色素c1的的传递。传递。3 3、氰化物、叠氮化物、氰化物、叠氮化物、COCO、H H2 2S S 阻断复合物阻断复合物IVIV向向O O2 2的传递的传递 氰化物（氰化物（cyanide,CN）、叠氮化物（）、叠氮化物（azide,N3）、一氧化碳（）、一氧化碳（carbon monoxide,CO）和硫化氢）和硫化氢(hydrogen sulphide)，这些抑制剂均能阻断电子在，这些

42、抑制剂均能阻断电子在细胞色素氧化酶的传递，即阻断细胞色素细胞色素氧化酶的传递，即阻断细胞色素aa3至至O2的的电子传递，其中氰化物（电子传递，其中氰化物（CN）和叠氮化物（）和叠氮化物（N3）能与血红素能与血红素a3的高铁形式（的高铁形式（ferric form）作用而形成）作用而形成复合物复合物,而一氧化碳（而一氧化碳（CO）则抑制血红素）则抑制血红素a3的亚铁形的亚铁形式（式（ferrous form）。）。电子传递链中的抑制剂电子传递链中的抑制剂 代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成合成ATPATP（即（即ADP+PADP+Pi iATPA

43、TP）,这种氧化放能和这种氧化放能和ATPATP生生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。类别类别：底物水平磷酸化底物水平磷酸化 电子传递水平磷酸化电子传递水平磷酸化ADP+Pi ATP+H ATP+H2 2O O生物氧化过程中生物氧化过程中释放出的自由能释放出的自由能二二.氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 Oxidative Phosphorylation ConceptOxidative phosphorylation is the process in which ATP is formed as a result of the transfer of e

44、lectrons from NADH or FADH2to O2by a series of electron carriers.电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化 柠柠檬檬酸酸循循环环及及其其它它降降解解代代谢谢途途径径产产生生还还原原型型辅辅酶酶，包包括括NADHNADH和和FADHFADH2 2，将将其其携携带带的的电电子子经经过过电电子子传传递递，最最终终交交给给分分子子O O2 2，形形成成H H2 2O O。在在电电子子传传递递过过程程中中释释放放出出大大量量的的自自由由能能，这这些些自自由由能能被被用用来来推推动动ATPATP的合成。在呼吸电子传递链中，总反应式为的合成。在

45、呼吸电子传递链中，总反应式为 NADH+H+1/2 O2 NAD+H2O G0=220.07 kj/mol FADH2+1/2 O2 FAD+H2O G0=181.58 kj/mol 还原型辅酶中的能量还原型辅酶中的能量 在在糖糖酵酵解解和和柠柠檬檬酸酸循循环环中中，1 1分分子子葡葡萄萄糖糖完完全全氧氧化化可可以以生生成成1010个个NADHNADH和和2 2个个FADHFADH2 2，它它们们氧氧化化后可以释放出的自由能为后可以释放出的自由能为 10220.07+2181.58=2563.86 kj/mol 1 1分分子子葡葡萄萄糖糖完完全全氧氧化化释释放放的的自自由由能能为为2870.2

46、3 kj/mol 还原型辅酶中贮存的能量比例为：还原型辅酶中贮存的能量比例为：（2563.86/2870.23）100%=89.3%氧化磷酸化的氧化磷酸化的P/OP/O比比 磷氧比（磷氧比（P PO O）是指一对电子通过呼吸链传是指一对电子通过呼吸链传递到氧所产生递到氧所产生ATPATP的分子数。的分子数。近年来很多实验结果都证明，以近年来很多实验结果都证明，以NADHNADH作为电子作为电子供体时，测得的供体时，测得的P/OP/O比值大于比值大于2,2,所以所以P/OP/O比值不一比值不一定是整数。例如，定是整数。例如，-羟丁酸经过羟丁酸经过NADHNADH途径的途径的P/OP/O比比值为值

47、为2.42.42.62.6，产生的，产生的ATPATP数目为数目为2.52.5；而琥珀酸；而琥珀酸经过经过FADH2FADH2的的P/OP/O比值为比值为1.71.7，产生的，产生的ATPATP数目为数目为1.51.5。目前被广泛接受的观点是：目前被广泛接受的观点是：ATP、ADP和无机磷酸通过线粒体内膜的转运是由ATP-ADP载体和磷酸转位酶催化的。每合成1个ATP需要3个质子通过ATP合酶。同时，把一个ATP分子从线粒体基质转运到胞液需要消耗1个质子，所以每形成1分子ATP就需要4个质子的流动。因此，如果一对电子通过因此，如果一对电子通过NADHNADH电子传递链可电子传递链可泵出泵出10

48、10个质子，则可形成个质子，则可形成2.5 2.5 个分子个分子ATPATP；如果一对电子通过；如果一对电子通过FADHFADH2 2电子传递链有电子传递链有6 6个质子泵出，则可形成个质子泵出，则可形成1.51.5个个ATPATP分子。分子。底物水平磷酸化底物水平磷酸化：代谢物通过氧化形成的高能磷酸化合：代谢物通过氧化形成的高能磷酸化合 物直接将磷酸基团转移给物直接将磷酸基团转移给ADPADP，使之，使之 磷酸化生成磷酸化生成ATPATP。氧氧化化磷磷酸酸化化：NADHNADH或或FADHFADH2 2将将电电子子传传递递给给O O2 2的的过过程程与与ADPADP的的磷磷酸酸化化相相偶偶联

49、联，使使电电子子传传递递过过程程中中释释放放出出的的能能量量用用于于ATPATP的的生生成成。氧氧化化磷磷酸酸化化的的过过程程需需要要氧氧气气作作为为最最终终的的电电子子受受体体，它它是是需氧生物合成需氧生物合成ATPATP的主要途径。的主要途径。20世世纪纪30年年代代包包括括德德国国生生物物化化学学家家、诺诺贝贝尔尔奖奖获获得得者者Meyerhof&Warburg在在内内的的许许多多生生化化学学家家对对代代谢谢过过程程中中能能量量的的产产生生和和利利用用作作了了深深入入研研究究，发发现现无无论论在在糖糖酵酵解解或或三三羧羧酸酸循循环环等等代代谢谢过过程程中中，都都有有伴伴随随着着ATP磷磷

50、酸酸根根的的放放出出或或ADP得得到到磷磷酸酸根根的的变变化化这这类类化化学学能能量量高高效效率率的的传传递递方方式式，指指出出腺腺苷苷三三磷磷酸酸（ATP）是是代代谢谢中中能能量量产产生生和利用的关键化合物。和利用的关键化合物。1941年年Fritz Lipmann引引入入“高高能能磷磷酸酸键键(P)”的的概概念念。1949年年美美国国生生化化学学家家Eugene Kennedy和和Albert Lehninger发发现现线线粒粒体体含含有有三三羧羧酸酸循循环环和和呼呼吸吸链链所所需需要要的的全全部部酶酶系系统统，并并且且发发现现生生物物氧氧化化与与ADP磷磷酸酸化化相相偶偶联联构构成成了了