第24章 生物氧化-电子传递和氧化磷酸化作用

1、第24章生物氧化-电子传递和氧化磷酸化作用•BiochemistryCourse生物氧化有机分子在细胞内氧化分解成二氧化碳和水并释放出能量形成ATP的过程，称为生物氧化。•BiochemistryCourseP114生物氧化生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化-还原反应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸，有时也称组织呼吸。•BiochemistryCourseP114生物氧化生物氧化的特点：•1是在体温条件下进行，通过酶的催化作用，有机分子发生一系列的化学变化，在此过程中逐步氧化并释放能量。•2在氧化过程中产生的能量贮存在ATP中。•BiochemistryCourseP114电子传递和氧化呼吸链•氧化磷酸化作用是电子在沿着电子传递链传递过程中所伴随的，将ADP磷酸化而形成ATP的全过程。•这个过程又称为氧化呼吸或呼吸代谢。•BiochemistryCourseP118电子传递和氧化呼吸链呼吸链或电子传递链：电子从NADH到O2的传递所经过的途径形象地称为电子传递链或称呼吸链(respiratorychain).•BiochemistryCourseP119电子传递和氧化呼吸链。

2、呼吸链或电子传递链组成：NADH－Q还原酶（复合体Ⅰ）琥珀酸－Q还原酶（复合体Ⅱ）细胞色素还原酶（复合体Ⅲ）细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ）•BiochemistryCourseP119呼吸链组成NADHFMNFe-SQCytCytCytCytOSuccinateFADFe-SFe-SCytcabca123-0.4-0.200.20.40.60.81.02001000CytcHONADHNADQ++O1/222H+2复合物ⅠNADH-辅酶氧化还原酶Q复合物Ⅱ琥珀酸-延胡索酸琥珀酸辅酶Q氧化还原酶电子传递途径细胞色素氧化酶辅酶Q-c复合物Ⅲ氧化还原酶复合物Ⅳ细胞色素c电子传递反应的次序•BiochemistryCourse呼吸链传递顺序SH2SNAD+NADH+HFMNH2FeSFMNFeSCoQCoQH2－Fe-SFe-S2Cyt-Fe2+2Cyt-Fe3+O212－O2-2H2H2H2H+e-22e-H2OCoQCoQH2Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+Cyt-Fe3+Cyt-Fe2+bc1aa。

3、3cH2OO2-－1O22e-2e-2e-2e-2e-2e-22H+CH2CH2COOHCOOHFADFe*SCytb2He-2复合物I（NADH-泛醌还原酶）复合物III（泛醌－细胞色素c还原酶）复合物IV（细胞色素c氧化酶）复合物II（琥珀酸脱氢酶）•NADH：•它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电子供体之一。SCysFeCysSSSSSCysCysFeFeFeFeCysSSSSSSCysCysCysSSFeS[2Fe-2S][4Fe-4S]和两种类型铁-硫簇的结构[2Fe-2S][4Fe-4S]•BiochemistryCourse•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NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)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•（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。泛醌OOCH3OCH3OCH3(C。

4、H2CHCCH2)nHCH3n=6-10•（简写为cyt.）是含铁的电子传递体，辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子处于卟啉环的中心，构成血红素。各种细胞色素的辅基结构略有不同。线粒体呼吸链中主要含有细胞色素a,b,c和c1等，组成它们的辅基分别为血红素A、B和C。细胞色素a,b,c可以通过它们的紫外-可见吸收光谱来鉴别。•细胞色素主要是通过Fe3+Fe2+的互变起传递电子的作用的。细胞色素细胞色素血红素基团的结构bCHOOCHC12345678HCCHCH2OOCHC2HC223CH3NFeNNNHC3CH2CH2HC3•BiochemistryCourse细胞色素血红素基团的结构CHOOCHC12345678HCCHCH2OOCHC2HC23CH3NFeNNNHC3CH2CHCH2SCysHC3CH2SCys33c•BiochemistryCourseCHOOOCHCHHC12345678HCCCHCH2OOCHC2HC223CH3NFeNNNHC3CH2OHCH2CH2CH2CHCH33()细胞色素血红素基团的结构a•BiochemistryCourseFMNHFMNNADNADHHQ。

5、HQFe-S24e2e+H+H+2+复合体膜间空间内膜基质Ⅰ2单电子转移2单电子转移复合体中电子转移和质子流Ⅰ•BiochemistryCourseFADQHQFe-S560ee22H+e2b复合体2单电子转移2单电子转移琥珀酸膜间空间内膜基质延胡索酸2H++Ⅱ通过复合体的电子流Ⅱ•BiochemistryCourse2H+2H+QHQe2c复合体2单电子转移膜间空间内膜基质Ⅲ复合体中电子传递和质子流Ⅲ•BiochemistryCourse2H+2H+eceHOO1/222a-CuAB3a-Cu复合体2单电子转移膜间空间内膜基质2单电子转移Ⅳ复合体中电子传递和质子流动Ⅳ•BiochemistryCourse大肠杆菌合成酶的球-柄形结构ATP胞外质膜胞内bcF01abcF•BiochemistryCourse作用•呼吸链的作用是接受还原性辅酶上的氢原字对(2H++2e)，使辅酶分子氧化，并将电子对按顺序传递，直至激活分子氧，使氧负离子(O2-)与质子对(2H+)结合，生成水。电子对在传递过程中逐步氧化放能，所释放的能量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反应，生成ATP。•底物水平磷。

6、酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP生成ATP。•研究氧化磷酸化最常用的方法是测定线粒体或其制剂的P/O比值和电化学实验。•P/O比值是指每消耗一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。根据所消耗的无机磷酸摩尔数，可间接测出ATP生成量。•实验指明NADH呼吸链的P/O值是2.5，即每消耗一摩尔氧原子就可形成2.5摩尔ATP，FADH2呼吸链的P/O值是1.5，即消耗一摩尔氧原子可形成1.5摩尔ATP。ATP产生的数量•ATP产生的部位都是有大的电位差变化的地方，例如，NADH呼吸链生成ATP的三个部位是：E0'值在此三个部位有大的“跳动”，都在0.2伏以上。ATP产生的部位氧化与磷酸化作用如何耦联尚不够清楚，目前主要有三个学说：•化学耦联学说、结构耦联学说与化学渗透学说，•化学渗透学说的主要论点•呼吸链存在于线粒体内膜之上，当氧化进行时，呼吸链起质子泵作用，质子被泵出线粒体内膜之外侧，造成了膜内外两侧间跨膜的化学电位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP与Pi合成ATP。ATP产生的机理解偶联剂（uncoup。

7、lers）：只抑制ATP的合成，不抑制电子传递过程。2,4-二硝基苯酚（2,4-dinitrophenolDNP）抑制剂抑制氧的利用和ATP的形成。寡霉素离子载体抑制剂缬氨霉素能结合钾离子氧化磷酸化的抑制剂和解偶联剂。