第七章：電子傳遞與氧化磷酸化一、概述生物氧化——有機(jī)分子在細(xì)胞內(nèi)氧化分解成二氧化碳和水并釋放出能量形成ATP的過程統(tǒng)稱為生物氧化。其實質(zhì)是需氧細(xì)胞在呼吸作用中發(fā)生的一系列氧化還原反應(yīng)，即細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。1精選課件ppt生物氧化的特點：1、體溫條件下進(jìn)行。2、酶促反應(yīng)。3、逐步氧化并釋放能量。4、在氧化過程中產(chǎn)生的能量一般都儲存在ATP中。2精選課件ppt二、氧化還原電勢氧化還原反應(yīng)——凡是反應(yīng)中有電子從一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)稱為氧化還原反應(yīng)。即電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)就是氧化還原反應(yīng)。如：Fe3＋＋eFe2＋

氧化型還原型電子受體電子供體

3精選課件ppt氧化還原電勢——還原劑失掉電子或氧化劑得到電子的傾向稱氧化還原電勢。4精選課件ppt標(biāo)準(zhǔn)電勢——任何的氧化-還原物質(zhì)即氧還電對都有其特定的電動勢，稱標(biāo)準(zhǔn)電勢。用E0或ε0表示。氧還電對的標(biāo)準(zhǔn)電勢值越大，越傾向于獲得電子。例如，異檸檬酸/α-酮戊二酸+CO2電對在濃度均為1.0mol/L時，其標(biāo)準(zhǔn)電勢為-0.38V，這個氧化電對傾向于將電子傳遞給氧還電對NADH/NAD+，因為其標(biāo)準(zhǔn)電勢為-0.32V。5精選課件ppt三、電子傳遞與氧化呼吸鏈6精選課件ppt糖原三酯酰甘油蛋白質(zhì)葡萄糖

脂酸+甘油

氨基酸乙酰CoA

TAC2H

呼吸鏈

H2OADP+PiATPCO2*生物氧化的一般過程7精選課件ppt呼吸鏈的概念代謝物脫下的成對氫原子（2H）通過多種酶和輔酶所催化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)逐步傳遞，最終與氧結(jié)合生成水。這一系列酶和輔酶所組成的且與細(xì)胞利用氧有關(guān)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)稱為呼吸鏈(respiratorychain)又稱電子傳遞鏈(electrontransferchain)。8精選課件ppt電子傳遞鏈——電子從NADH或FADH2傳遞到O2所經(jīng)過的途徑稱為電子傳遞鏈，或稱呼吸鏈，由蛋白質(zhì)復(fù)合體構(gòu)成。分為NADH-Q、還原酶琥珀酸-Q還原酶、細(xì)胞色素還原酶和細(xì)胞色素氧化酶4個部分。電子傳遞鏈存在于真核細(xì)胞的線粒體內(nèi)膜上，存在于原核細(xì)胞的質(zhì)膜上。9精選課件ppt在傳遞過程中，電子的傳遞僅發(fā)生在相鄰的電子載體之間，它的傳遞方向與每個電子所具有的電化學(xué)勢能的大小相關(guān)。即電子的流動方向總是由電負(fù)性較低的氧還電對流向更強(qiáng)電正性的氧還電對。10精選課件ppt電子從電負(fù)性流向電正性是伴隨著自由能的降低，其標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的計算公式為：△G0’=-nF△E0’n為轉(zhuǎn)移電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)=23062cal/Vmol，△E0’為標(biāo)準(zhǔn)電勢變化。利用此公式可以計算出電子傳遞鏈中每一步電子傳遞的自由能變化。11精選課件ppt四、線粒體呼吸鏈的組成

(一)呼吸鏈的組成成分12精選課件ppt細(xì)胞色素還原酶細(xì)胞色素c細(xì)胞色素氧化酶O2NADH-Q還原酶FADH2琥珀酸-Q還原酶NADH輔酶QFMN、Fe-SFAD、Fe-S細(xì)胞色素b-562細(xì)胞色素b-566細(xì)胞色素c1血紅素a血紅素a3CuA和CuBFe-S13精選課件ppt1.復(fù)合體Ⅰ:NADH-泛醌還原酶

功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)

復(fù)合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-214精選課件pptNAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

15精選課件pptNAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。16精選課件pptFMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN?。17精選課件ppt鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3++e反應(yīng)傳遞電子。?表示無機(jī)硫18精選課件ppt泛醌（輔酶Q,CoQ,Q）由多個異戊二烯連接形成較長的疏水側(cè)鏈（人CoQ10），氧化還原反應(yīng)時可生成中間產(chǎn)物半醌型泛醌。19精選課件ppt復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH220精選課件ppt2.復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-泛醌還原酶

功能:將電子從琥珀酸傳遞給泛醌

復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S321精選課件ppt22精選課件ppt細(xì)胞色素細(xì)胞色素是一類以鐵鐵卟啉為輔基的催化電子傳遞的酶類，根據(jù)它們吸收光譜不同而分類。23精選課件ppt24精選課件ppt3.復(fù)合體Ⅲ:泛醌-細(xì)胞色素c還原酶

功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c

復(fù)合體Ⅲb562;b566;Fe-S;c1QH2→→Cytc25精選課件ppt26精選課件ppt4.復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體ⅣCuA→a→a3→CuB其中Cyta3和CuB形成的活性部位將電子交給O2。還原型Cytc→

→O227精選課件ppt28精選課件ppt由以下實驗確定①標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位②拆開和重組③特異抑制劑阻斷④還原狀態(tài)呼吸鏈緩慢給氧（二）呼吸鏈成分的排列順序29精選課件ppt1.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O22.琥珀酸氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O230精選課件pptNADH氧化呼吸鏈

FADH2氧化呼吸鏈31精選課件ppt電子傳遞鏈32精選課件ppt

五、氧化磷酸化作用

Oxidativephosphorylation：

氧化磷酸化作用是指在生物氧化過程中伴隨著ATP生成的作用。具體說，就是代謝物被氧化釋放的電子通過一系列電子傳遞體從NADH或FADH2傳到O2并伴隨將ADP磷酸化產(chǎn)生ATP的過程。這一系列反應(yīng)是在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行，是需氧生物取得ATP的主要來源.33精選課件ppt真核生物的電子傳遞和氧化磷酸化都是在細(xì)胞的線粒體內(nèi)膜發(fā)生。原核生物則是在漿膜發(fā)生的。（一）線粒體的結(jié)構(gòu)34精選課件ppt線粒體的結(jié)構(gòu)內(nèi)膜脊膜35精選課件ppt線粒體的結(jié)構(gòu)——普遍存在于動植物細(xì)胞內(nèi)，呈球狀、棒狀、線狀等，是需氧細(xì)胞產(chǎn)生ATP的主要部位。在細(xì)胞中的數(shù)目可達(dá)數(shù)百到數(shù)千。線粒體有兩層膜：外膜和內(nèi)膜，中間為膜間隙，線粒體內(nèi)部為基質(zhì)。內(nèi)膜向基質(zhì)內(nèi)折疊為嵴，嵴的存在大大增加了內(nèi)膜的面積。內(nèi)膜是細(xì)胞溶膠和線粒體基質(zhì)間的主要屏障。膜間隙通過外膜與細(xì)胞溶液相接觸。36精選課件ppt線粒體內(nèi)膜的功能有3個方面：（見P130）1、是將丙酮酸和脂肪酸氧化為CO2，同時使NAD+、FAD還原為NADH和FADH2，這發(fā)生在線粒體基質(zhì)或面向基質(zhì)的內(nèi)膜蛋白質(zhì)上；2、是電子從NADH和FADH2傳至線粒體內(nèi)膜上，并同時形成跨膜質(zhì)子泵；3、將儲存在電化學(xué)質(zhì)子梯度的能量由內(nèi)膜上的ATP合成酶（F0F1ATPase）合成ATP。

37精選課件ppt

ATP的生成方式：底物磷酸化氧化磷酸化光合磷酸化（植物體內(nèi)或某些微生物）38精選課件ppt（二）氧化磷酸化作用機(jī)制在生物氧化反應(yīng)中，氧化與還原總是相互偶聯(lián)的。在線粒體呼吸鏈中，推動電子從NADH傳遞到O2的力，是由于NAD+/NADH+H+和1/2O2/H2O兩個半反應(yīng)之間存在很大的電勢差。39精選課件ppt(a)?O2+2H++2e-

H2OE0’=+0.82V(b)NAD++H++2e-

NADHE0’=-0.322V

G’=-nFE0’=-2965001.14=-220kJ/mol（－52.7kcal/mol)40精選課件ppt上面講的是在電子傳遞過程中，自由能的釋放。而電子傳遞過程中釋放的自由能儲存于ATP的過程，是吸能的過程。放能和吸能的過程相偶聯(lián)就是氧化磷酸化的主要內(nèi)涵。41精選課件pptP/O比：指一對電子通過呼吸鏈傳至氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)，或者指電子經(jīng)過呼吸鏈傳遞消耗一個原子的氧所要消耗的無機(jī)磷的分子數(shù)，它反映氧化磷酸化的效率。NADH1/2O2P/O比為3FADH21/2O2

P/O比為242精選課件ppt1.ATP合成的部位合成1molATP時，需要提供的能量至少為ΔG0'=-30.5kJ/mol，相當(dāng)于氧化還原電位差ΔE0'=0.2V。故在NADH氧化呼吸鏈中有三處可生成ATP，而在琥珀酸氧化呼吸鏈中，只有兩處可生成ATP。43精選課件ppt

FAD（－0.18)↓NAD+→[FMN(Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3→1/2O2-0.32-0.30+0.04+0.07+0.22+0.25+0.29+0.82↓↓↓

ATPATPATP44精選課件ppt2.氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制（能量偶聯(lián)假說）氧化磷酸化作用與電子傳遞相偶聯(lián)的方式是怎樣的？提出的假說有：化學(xué)偶聯(lián)假說構(gòu)象偶聯(lián)假說化學(xué)滲透假說等（P131）。葡萄糖徹底氧化生成ATP的總結(jié)算：45精選課件ppt目前公認(rèn)的氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)制是1961年由Mitchell提出的化學(xué)滲透學(xué)說。這一學(xué)說認(rèn)為氧化呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜上，當(dāng)氧化反應(yīng)進(jìn)行時，H+通過氫泵作用被泵到線粒體內(nèi)膜外側(cè)（膜間腔），從而形成跨膜pH梯度和跨膜電位差。這種形式的“勢能”，可以被存在于線粒體內(nèi)膜上的ATP合成酶利用，生成高能磷酸基團(tuán)，并與ADP結(jié)合而合成ATP。46精選課件ppt化學(xué)滲透假說的要點是：a.線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈?zhǔn)且粋€質(zhì)子泵；b.在電子傳遞鏈中，電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時釋放出來的能量，用于驅(qū)動膜內(nèi)側(cè)的H+遷移到膜外側(cè)（膜對H+是不通透的）。膜的內(nèi)側(cè)與外側(cè)就產(chǎn)生了跨膜質(zhì)子梯度(pH)和電位梯度（）；47精選課件pptc.在膜內(nèi)外勢能差（pH和）的驅(qū)動下，膜外高能質(zhì)子沿著一個特殊通道（ATP合酶的組成部分），跨膜回到膜內(nèi)側(cè)。質(zhì)子跨膜過程中釋放的能量，直接驅(qū)動ADP和磷酸合成ATP。48精選課件pptATP合酶：含有F0和F1單位，質(zhì)子流回基質(zhì)通過F0通道，而ATP的合成部位在F1。

當(dāng)質(zhì)子從膜間腔返回基質(zhì)中時，這種“勢能”可被位于線粒體內(nèi)膜上的ATP合酶利用以合成ATP。49精選課件ppt50精選課件ppt3.影響氧化磷酸化的因素A、ATP/ADP比值：ATP/ADP比值是調(diào)節(jié)氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；ATP/ADP比值升高時，則氧化磷酸化速度減慢。51精選課件pptB、甲狀腺激素：甲狀腺激素可間接影響氧化磷酸化的速度。其原因是甲狀腺激素可以激活細(xì)胞膜上的Na+,K+-ATP酶，使ATP水解增加，因而使ATP/ADP比值下降，氧化磷酸化速度加快。52精選課件ppt（1）解偶聯(lián)劑：不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程，但能使氧化產(chǎn)生的能量不能用于ADP磷酸化的藥物或毒物稱為解偶聯(lián)劑。主要的解偶聯(lián)劑有2,4-二硝基酚。

C、藥物和毒物

53精選課件ppt（2）氧化磷酸化的抑制劑：對電子傳遞和ADP磷酸化均有抑制作用的藥物和毒物稱為氧化磷酸化的抑制劑，如寡霉素。54精選課件ppt（3）離子載體抑制劑：能與某些除質(zhì)子以外的1價陽離子結(jié)合并作為它們的載體來增加線粒體內(nèi)膜對1價陽離子的通透性而破壞氧化磷酸化過程。如頡氨霉素。（4）電子傳遞的抑制劑：能夠抑制呼吸鏈遞氫或遞電子過程的藥物或毒物稱為電子傳遞的抑制劑。55精選課件pptMH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1+0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816

FAD

-0.18魚藤酮安密妥抑制劑：抗霉素A氰化物CO疊氮化合物56精選課件ppt質(zhì)子泵與產(chǎn)能——在NADH-Q還原酶、細(xì)胞色素還原酶和細(xì)胞色素氧化酶的催化反應(yīng)中，可使質(zhì)子由線粒體內(nèi)膜泵入線粒體內(nèi)外膜間隙，所以這三個酶都是質(zhì)子泵，并推動ATP的形成。而琥珀酸-Q還原酶不是質(zhì)子泵，不能形成ATP。

57精選課件ppt一對電子流經(jīng)NADH-Q還原酶產(chǎn)生1個ATP，流經(jīng)細(xì)胞色素還原酶產(chǎn)生0.5個ATP，流經(jīng)細(xì)胞色素氧化酶產(chǎn)生1個ATP，故一個NADH分子通過氧化磷酸化形成2.5個ATP，1個FADH2只