第三章糖代謝-3-生物氧化第三章1第四節(jié)生物氧化生物氧化（biologicaloxidation）：

也稱細胞氧化、細胞呼吸。有機分子在細胞內(nèi)氧化分解成為CO2和H2O，并釋放出能量形成ATP的過程。電子傳遞

H2O質(zhì)子梯度氧化磷酸化

ATPEMP/TCACO2、ATP、NADH、FADH2第四節(jié)生物氧化生物氧化（biologicaloxida2一、氧化還原電勢：1.概念:氧化-還原反應(yīng)：凡是有電子從一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。氧還電對：NAD+/NADH+H+氧化-還原電勢（oxidation-reductionpotential）：氧化劑得到電子（或還原劑失去電子）的傾向。電極勢（E）與電動勢（

）：電動勢

=E正極–E負極標(biāo)準(zhǔn)電極勢（E0）：氧還電對在標(biāo)準(zhǔn)條件下（PH=0、25C

、1atm、電子供受體濃度為1mol/L）的電極勢。規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極勢：E0H+

/H2=0與標(biāo)準(zhǔn)氫電極構(gòu)成化學(xué)電池：標(biāo)準(zhǔn)電動勢（

0）一、氧化還原電勢：1.概念:3能斯特方程計算電極在溶液中的電極電勢:En=

E0+RT/nF·ln[電子受體]a

[電子供體]b

En——電極勢；E0——標(biāo)準(zhǔn)電極勢

R——氣體常數(shù)；T——絕對溫度；n——氧還反應(yīng)價數(shù)；F——法拉第常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)電勢（standardpotential）：

氧還電對在標(biāo)準(zhǔn)條件下（PH=0、25C

、1atm、電子供受體濃度為1mol/L）的氧化還原電勢。0或E0表示

pH=7時的標(biāo)準(zhǔn)氧還電勢：

0’或E0’標(biāo)準(zhǔn)電勢越高的氧還電對越傾向于獲得電子能斯特方程計算電極在溶液中的電極電勢:42電勢和自由能、平衡常數(shù)的關(guān)系:自由能的變化代表著氧還體系轉(zhuǎn)移電子的能力

G0’=-nFE0’

n——氧化還原反應(yīng)傳遞電子數(shù)目；F——法拉第常數(shù)（23062cal/Vmol）E0’——受體系統(tǒng)和供體系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電勢之差=-RTlnKeq標(biāo)準(zhǔn)電動勢與平衡常數(shù)的關(guān)系：

0=E0’

=RT/nF·lnKeq細胞中的多種反應(yīng)都是依靠電動勢推動的，如：離子梯度造成的跨膜電勢差可推動能量轉(zhuǎn)換2電勢和自由能、平衡常數(shù)的關(guān)系:=-RTlnK5二電子傳遞過程和呼吸鏈：電子傳遞鏈的概念：

電子傳遞鏈（electrontransportchain）

：電子從NADH（FADH2）經(jīng)過一系列的載體的傳遞，最終到達O2所經(jīng)過的途徑。也稱為呼吸鏈（respiratorychain）。氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）：電子沿著呼吸鏈傳遞過程中將ADP磷酸化合成ATP的過程。（氧化呼吸、呼吸代謝）。底物水平磷酸化：在代謝中間物的化學(xué)轉(zhuǎn)變過程中，將ADP磷酸化合成ATP的過程。電子傳遞鏈：原核細胞（質(zhì)膜）真核細胞（線粒體內(nèi)膜）二電子傳遞過程和呼吸鏈：電子傳遞鏈的概念：62電子傳遞鏈（呼吸鏈）的組成呼吸鏈中的4個氧化還原酶復(fù)合體：復(fù)合體I：NADH-Q還原酶（NADH-Qreductase）復(fù)合體II：琥珀酸-Q還原酶（succinate-Qreductase）復(fù)合體III：細胞色素還原酶（cytochromereductase）復(fù)合體IV：細胞色素氧化酶（cytochromeoxidase）2電子傳遞鏈（呼吸鏈）的組成呼吸鏈中的4個氧化還原酶復(fù)合7呼吸鏈組成呼吸鏈組成8（1）NADH-Q還原酶（復(fù)合體I）：也稱NADH脫氫酶。輔基：FMN和Fe·S中心。電子傳遞：NADH

FMN

Fe·SCoQ·

·

·

·

·

·第一個質(zhì)子泵（H+由線粒體基質(zhì)

內(nèi)外膜間隙）。?（1）NADH-Q還原酶（復(fù)合體I）：也稱NADH脫氫9（2）CoQ（泛醌）：脂溶性輔酶，電子傳遞樞紐n=10：動物、高等植物n=6~9：微生物（2）CoQ（泛醌）：脂溶性輔酶，電子傳遞樞紐n=10：動10

NADH+CoQ（氧化型）復(fù)合物INAD++QH2（還原型）

E0'=0.36V，

G0'=-69.5KJ/mol

足以合成一個ATP分子。（3）琥珀酸-Q還原酶（復(fù)合體II）：是鑲嵌于線粒體內(nèi)膜的酶蛋白，琥珀酸脫氫酶是其成員。輔基：FADH2

Fe·S簇（2Fe·2S、3Fe·3S、4Fe·4S）

CoQ

·

·

·

·

·

·自由能變化（

G0'=-2.9KJ/mol）不足以合成ATP。

NADH+CoQ（氧化型）復(fù)合物INAD++Q11（4）細胞色素還原酶（complexIII）：細胞色素（cytochrome）：一類含有血紅素輔基的電子載體蛋白。依照光譜特性，分為a、b、c三大類。輔基：cytb562、cytb566、cytc1，F(xiàn)e·S中心

Q循環(huán)：（4）細胞色素還原酶（complexIII）：細胞色素（c12（5）細胞色素C（cytc）：

cytc是由單一肽鏈和一分子血紅素構(gòu)成的球形分子，是唯一能溶于水的細胞色素。

CoQ（還原型）+

cytc（氧化型）細胞色素還原酶

CoQ（氧化型）+

cytc（還原型）

E0'=0.19V，

G0'=-36.7KJ/mol

CoQ

cytc是第二個ATP合成部位。產(chǎn)生0.5個ATP。細胞色素還原酶（complexIII）是第二個質(zhì)子泵（5）細胞色素C（cytc）：cytc是由單一肽鏈和一13（6）細胞色素氧化酶（complexIV）細胞色素氧化酶是鑲嵌在線粒體內(nèi)膜中的一個跨膜蛋白，由10個亞基構(gòu)成。第一、二亞基上結(jié)合著四個氧化-還原反應(yīng)中心，2個cyta+2個Cu離子。電子在細胞色素氧化酶中的傳遞：

cytccyta-CuAcyta3-CuBO22cytc（還原）+1/2O2

2cytc（氧化）+H2O

E0'=0.58V，

G0'=-112KJ/mol

細胞色素氧化酶（complexIV）是第三個質(zhì)子泵，是第三個ATP合成部位。（6）細胞色素氧化酶（complexIV）細胞色素氧化酶是143電子傳遞的抑制劑：能夠阻斷呼吸鏈電子傳遞的物質(zhì)（1）魚藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）、殺粉蝶菌素（piericidin）:

抑制復(fù)合體I，阻斷電子由NADH→CoQ的傳遞（2）抗霉素A(antimycinA):抑制復(fù)合體III中cytb→Q或

Q.-

，導(dǎo)致CoQ→cytc

電子傳遞中斷（3）氰化物（CN-）、疊氮化物（N3-)、CO、硫化氫等:抑制復(fù)合體IV中cytaa3→O2,導(dǎo)致cytc→O2電子傳遞中斷3電子傳遞的抑制劑：能夠阻斷呼吸鏈電子傳遞的物質(zhì)15NADH+H+

FMN

Fe·S

CoQ

Fe·SFADH2

Fe·SNADH-Q還原酶琥珀酸-Q還原酶cytc1

cytc

cyta-CuA

cyta3-CuB細胞色素還原酶細胞色素氧化酶

1/2O2+2H+

H2O

E0’=0.360V

G0’=-69.5kJ/mol

E0’=0.190V

G0’=-36.7kJ/mol

ATP

E0’=0.580V

G0’=-112kJ/mol

1.5ATP魚藤酮、安密妥等抗霉素ACN-、CO、H2S等

E0’=0.015V

G0’=-2.9kJ/molNADH+H+FMNFe·SCoQFe·SFADH161分子O2還原成水，是一個4電子轉(zhuǎn)移的過程。CoQ（在膜內(nèi)流動）和Cytc（在內(nèi)膜的外表面擴散）是可流動的氫或電子傳遞體NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈由氧生成水的反應(yīng)是不可逆的，各遞體的順序不可顛倒一對電子從NADH到O2分子，經(jīng)歷3個ATP合成部位，產(chǎn)生2.5個ATP；一對電子從FADH2到O2分子，經(jīng)歷2個ATP合成部位，產(chǎn)生1.5個ATP。1分子O2還原成水，是一個4電子轉(zhuǎn)移的過程。17三氧化磷酸化作用

(oxidativephosphorylation)1.線粒體的結(jié)構(gòu)要點:三氧化磷酸化作用

(oxidativephospho182.氧化磷酸化作用的機制（1）三種假說：化學(xué)偶聯(lián)假說(chemicalcouplinghypothesis)

產(chǎn)生高能共價中間物。

沒有證據(jù)構(gòu)象偶聯(lián)假說(conformationalcouplinghypothesis)

內(nèi)膜蛋白構(gòu)象變化形成一種高能形式，恢復(fù)原來構(gòu)象過程中合成ATP。

沒有有利證據(jù)化學(xué)滲透假說(chemiosmotichypothesis)1961，P.Mitchell提出電子傳遞驅(qū)動H+外排，跨線粒體內(nèi)膜的H+梯度再驅(qū)動ATP合成（H+回流）。已有許多證據(jù)2.氧化磷酸化作用的機制19（2）質(zhì)子梯度（protongradient）的形成：一個質(zhì)子逆電化學(xué)梯度跨過線粒體膜的自由能變化為：

G=2.3RT·[PH內(nèi)–PH外]+ZF

R——氣體常數(shù)；T——絕對溫度；

Z——質(zhì)子上的電荷（包括符號）；

F——法拉第常數(shù)；——膜電位差PH內(nèi)

>PH外，H+

由膜內(nèi)向膜外轉(zhuǎn)移，膜電位差為正（外正內(nèi)負），所以G>0。是需能過程。H+離子的轉(zhuǎn)移（外排）與電子傳遞鏈上三個復(fù)合體有關(guān)：complexI、complexIII和complexIV，為三個質(zhì)子泵。質(zhì)子移動力與跨膜的pH梯度和膜電位有關(guān)，每合成一個ATP需要排出2~4個H+

。（2）質(zhì)子梯度（protongradient）的形成：20（3）ATP合成機制：F1單元(

3

3)：催化ATP合成FO單元：質(zhì)子通道寡霉素敏感性賦予蛋白（OSCP）（3）ATP合成機制：21氧化磷酸化過程：NADH或FADH2上的電子經(jīng)電子傳遞鏈傳給O2電子傳遞過程中放出的能量使三個質(zhì)子泵將H+從線粒體基質(zhì)膜間隙，形成質(zhì)子梯度ATP合酶利用質(zhì)子梯度，在H+的回流過程中驅(qū)動ADP磷酸化，合成ATP氧化磷酸化過程：NADH或FADH2上的電子經(jīng)電子傳遞223.氧化磷酸化作用的解偶聯(lián)和抑制（1）解偶聯(lián)劑（Uncouplers）：抑制ATP合成，不影響電子傳遞。如：2,4-二硝基苯酚（DNP）；酸性芳香族化合物（2）氧化磷酸化抑制劑（inhibitors）：：直接干擾ATP合成，并間接導(dǎo)致電子傳遞的抑制和O2的利用。如：寡霉素(oligomycin)。（3）離子載體抑制劑（ionophores)：破壞質(zhì)子電荷梯度纈氨霉素(valinomycin)：移動性載體，專一性運K+

短桿菌肽(gramicin)A：使一價陽離子順梯度通過膜解偶聯(lián)的生理意義：新生哺乳動物、冬眠動物褐色脂肪組織(brownfat)，產(chǎn)熱