琥珀酸氧化呼吸链

Cyt a3： 当与CO或CN-结合，使呼吸链中断。
(2) 作用
递电子体
(3) 递电子机理
e Fe3+
e
Fe2+
(4) 递电子顺序
Cyt.b e c1 e c e a e a3 e ½ O2
在呼吸链中细胞色素类递电子的过程
2e 2Fe2+ 2Fe3+
2e 2Fe2+ 2Fe3+
O2-
2H+
H2O
NADH + H+
FAD.H2 (Fe-S)
II
FMN (Fe-S)
I
CoQ Cytb Cytc1 (Fe-S)
III
Cytc
½ O2
aa3
( Cu2+)
IV
呼吸链四个复合物的 电子和质子流动总图
四、胞液中的NADH的氧化
NADH+H+
3-磷酸甘油 脱氢酶
CH2OH C=O
CH2O- P
磷酸二羟 丙酮
一系列递氢、递电子体
释放能量，驱动各种生命活动
2. 氧化磷酸化的偶联部位
（1） 磷氧比（P/O）值测定
每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷摩尔数， 即合成ATP的摩尔数。
通过加入不同底物，分别测定P/O比值， 推测ATP生成数（偶联部位）。
呼吸链形成ATP的偶联部位
苹果酸
抗坏血酸
NADH氧化呼吸链： P/O ≈ 3， 有3个偶联部位， 生成3分子ATP；
第五节 非线粒体氧化体系
一、微粒体氧化体系
羟化酶（加单氧酶系）
RH + O2 + NADPH + H+
ROH + NADP+ + H2O
（混合功能氧化酶）
O 使 RH 羟化成 ROH O2
O 使 NADPH+H+ 氧化成 H2O
加单氧酶系组成
酶系： Cytp450 Cytp450还原酶等
辅基： FAD
ATP
ATP + H2O
ADP + Pi + 30.5 Kj
1. ATP驱动各种生命活动
代谢物
氧 化能
分 解
热能
（散发）
化学能
CO2 H2O
ATP C
机械能（肌肉收缩） 能 化学能（合成代谢）
C~P
渗透能（吸收分泌）
ADP + Pi
电能（神经传导生物电） 热能（维持体温）等
2. ATP中高能键的“”转移
抗霉素A
2. 解偶联剂
一系列递氢、递电子体
解解除除偶偶联联
二硝基苯酚（DNP）
DNP → 解除氧化与磷酸化的偶联作用 → 耗O2量↑、 耗Pi 量↓ → P/O 比值 ↓ → ATP生成 ↓
（二）ADP的调节
( ADP＋Pi )↑
氧化磷酸化↑
（三）甲状腺激素（ T3 / T4 ）的调节 ＋
ATP Na+-K+-ATPase ADP + Pi ＋产热量 ↑
H3C-
-CH - CH3
素
NN
铁卟啉
Fe3+
NN
H3C-
-CH3
CH2
CH2 COO-
CH2
CH2 COO-
Cyt b、 c1、 c 、 a 、
不能与O2 和 CO、CN-等结合，
Cyt a3
可与O2也可与 CO和CN- 结合
Cyt a3 : 通过与氧结合，可将电子直接传递给氧， Cyt a3 被称为细胞色素氧化酶
FADH2氧化呼吸链： P/O ≈ 2， 有2个偶联部位， 生成2分子ATP。
（2） 自由能变化
FADH2 (Fe-S)
NADH FMN CoQ Cytb c1c aa3 O2 (Fe-S)
52.1 kj/mol
NADH氧化呼吸链 偶联部位
40.5 kj/mol
NAD+ CoQ Cyt.b c a.a3 O2
UDP ATP + CDP
GDP
UTP → 参与糖原合成 ADP + CTP → 参与磷脂合成
GTP → 参与蛋白质合成
3. 能量的储存
H2N+
H2N+ H O
C-NH2 ATP ADP
C-N~P-O-
H3C-N
H3C-N
O-
CH2 COO-
肌酸激酶
CH2 COO-
肌酸
磷酸肌酸（CP）
（储能形式）
底物水平磷酸化
3-磷酸甘油酸激酶
1、1，3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
ADP
ATP
2、磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸激酶
丙酮酸
ADP
ATP
3、琥珀酸酰CoA
琥珀酸硫激酶
琥珀酸 + CoASH
GDP H3PO4
GTP
ADP
ATP
（二） 氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)
1. 氧化磷酸化偶联
FMN----呼吸链中, FMN作为NADH脱氢酶的辅基;
(1) 辅基
（FP1）
FAD----作为琥珀酸脱氢酶的辅基; (FP2)
(2) 作用: 递氢体
(3)
功能部位：异咯嗪环的N1和N10
（3）递氢机理
1
10
NADH + H+
FMNH2
呼吸链
（Fe-S）均可传递给COQ
琥珀酸脱氢
FADH2
3. 铁硫蛋白类( iron-sulfur proteins, Fe-S )
1. 烟酰胺脱氢酶类（nicotinamide dehydrogenases）
2.
(1) 辅酶 (2)
NAD+(COI)
NADP+(COII)
(2) 作用: 递氢体
(3)
功能部位：吡啶环
(4)
(3) 递氢机理
2H + NAD+
呼吸链
NADH + H+
传递给 FMN
2. 黄素蛋白酶类(flavin proteinases)
+H+ (Fe-S)
(Fe-S)
(Cu2+)
2. FADH2氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）
（1）组成成员 （2）排列顺序 （3）产生ATP数(2分子)
FAD H2 → COQ → Cyt.b→c1 → c → a.a3 → ½O2
(Fe-S)
(Fe-S)
(Cu2+)
CoQ ( Q )是两条重要呼吸链的交汇点 琥珀酸
氧化磷酸化↑ ATP生成↑（耗O2 量↑ ）
（四）线粒体DNA突变
mt DNA编码呼吸链复合体的部分多肽链及蛋白质
mtDNA突变
影响氧化磷酸化
能量代谢障碍
各种 疾病
五、 AATPT利P用与 高 能 磷 酸 键
O - OOPγ～ - O
O P
～β
ห้องสมุดไป่ตู้
O
O-
O Pα O-
O C H2
NH2
N
N
NN
O
OH OH AMP ADP
需酶催化，使有机物氧化分解
CO2是有机酸脱羧生成的
有机物脱下的氢,经呼吸链生成H2O
逐步释放能量并形成ATP
体外燃烧 条件剧烈，高温、高压 不需酶催化 碳和氧直接化合生成CO2 H2O为灭火剂
能量以光和热形式骤然放出
第二节 生物氧化方式
一、生物氧化中CO2的生成方式 (有机酸在酶的催化下脱羧产生CO2)
第三节 线粒体氧化体系
一. 呼吸链
二. （respiratory chain） 是定位在线粒体内膜上的一组排列有序的递氢体和递
电子体(酶与辅酶)构成的链状传递体系, 也称电子传递链 (electron transfer chain)。
(一) 呼吸链主要成员及其作用
• 烟酰胺脱氢酶类 • 黄素蛋白类 • 铁硫蛋白（Fe-S） • 泛醌（CoQ） • 细胞色素类（Cyt）
S
Fe —S-CH2
CH2-S— Fe
S
CH2-S— Fe
S
S
Fe —S-CH2
铁硫蛋白类
常见铁硫族: Fe4-S4 或 Fe2-S2
1. 在呼吸链中：
2.
3.
(1) 存在形式
FMN
(Fe-S) and
Cyt.b. C1 (Fe-S)
FAD
(Fe-S).b 等复合物形式
(2) 作用: 递电子体
(3) 递电子机理
(4) (5)
e
(6)
Fe3+
Fe2+
e
4. 泛醌（ubiquinone, CoQ10 , Q10）
(1) 结构 (2) 醌类化合物
(2) 作用: (3) 递氢体
(3) 递氢机理
在呼吸链中
FADH2
（Fe-S）
（Fe-S）
FMNH2
COQ2H
2e
2H+
传递给一系列 Cyt类进一步传递
5. 细胞色素类( Cytochromes, Cyt. )
（催化的反应）
H2O2 +2GSH ROOH + GSH
1. α-单纯脱羧
COOH
R-CH-NH2
α-氨基酸
氨基酸脱羧酶
R-CH2-NH2 + CO2
胺
2. －氧化脱羧
O= O=
丙酮酸脱氢酶系
H3C-C-COOH + HSCoA
H3C-C-SCoA + CO2
丙酮酸
乙酰CoA NAD+ NADH + H+
3. －单纯脱羧
O= O=
草酰乙酸脱羧酶
HOOCCH2-C-COOH
生物体内物质氧化特殊性： 1. 常见氧化方式为：加水脱氢反应 2. 脱氢过程包括电子转移： H 3. 3. 氧化还原反应偶联进行。
H+ + e-
EO值小
AH2
B
CH2
D
H2O
A
BH2
C
DH2
½ O2
EO值大
1) 氧化还原偶联进行； 2) 氧化还原能力的大小用EO值表示； 3) EO值越小，表示还原性越强，越易提供2H或2e
琥珀酸氧化呼吸链
主要内容
概述 生物氧化方式 线粒体氧化体系 生物氧化与能量代谢 非线粒体氧化体系
第一节 生物氧化概述
一、概念
[O]
营养物 （糖、脂、蛋白质） 生物体
能量 + H2O + CO2
意义： 提供各种生命活动所需的能量 , 维持体温.
二、生物氧化特点：
生物氧化 温和环境（37C°近中性）
(Fe-S)2 NADP等
加单氧酶反应机理
二、过氧化物酶体氧化体系
（一）过氧化氢酶（catalase, CAT，又称触酶）
2H2O2
2H2O + O2
（二）过氧化物酶（peroxidase, POD）
Ar-OH R-HO + H2O2 R-NH2
R-COOH + 2H2O + NH3
谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）
高能化合物： 是指水解时释出的能量≥30KJ/mol 的、 含有磷酸酯键或硫酯键的化合物。
一. 高能化合物的种类
通式
举例
释放能量（PH7.0, 25℃） ( kJ/mol (kcal/mol )
脂
脂
高能键符号： “ ”
二、 ATP的形成
（一）底物水平磷酸化(substrate level phosphrylation)
2b
2c1
2c
2 a.a3
2Fe3+ 2Fe2+ 2Fe3+
2e
2e
2e
2Fe2+ 1/2 O2 2e
COQ2H
2H+- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
苹果酸等 NADH
复合体 I FMN (Fe-S)
复合体Ⅱ FAD
(Fe-S). b
线粒体呼吸链四大复合体
变化; 3、使用特异抑制剂,分析抑制点前后各组份的氧化
还原态的变化; 4、分离并提取各组份,在体外重组成复合物,以重现递H
和递e功能。
(二) 体内重要呼吸链 1. NADH+H+氧化呼吸链 2. (1) 组成成员 (2) 排列顺序
分子)
(3) 产生ATP数(3
NADH → FMN → COQ → Cyt.b→c1 → c→ a.a3→ ½O2
草酰乙酸
丙酮酸羧化酶
H3C-C-COOH + CO2
丙酮酸
4. －氧化脱羧
O=
OH
苹果酸酶
HOOCCH2-CH-COOH
H3C-C-COOH + CO2
苹果酸
丙酮酸
NADP+ NADPH + H+
二、生物氧化中物质的氧化方式
物质脱氢（－2H）、脱电子（－2e）、加氧（＋O2） ——均称为氧化反应。
102.3 kj/mol
四、影响氧化磷酸化的因素
• 抑制剂 • ADP的调节 • 甲状腺激素的调节 • 线粒体DNA突变
（一）抑制剂
1. 呼吸链抑制剂
FAD.H2 (Fe-S)
CNCO
-
NADH → FMN → CoQ → Cyt.b → C1 → C → aa3 → O2
(Fe-S)
-
-
阿米妥 鱼藤酮
NAD+
胞液
CH2OH CHOH
CH2O- P
3-磷酸甘油
线
QH2 1/2O2
粒
体 3－磷酸甘油
内 脱氢酶（FAD） 2~P
膜
Q
H2O
基质
磷酸甘油穿梭机制示意图
3
1
1
2
胞液侧
4
线粒体内膜
基质侧
苹果酸—天冬氨酸穿梭示意图
胞液中NADH的氧化（小结）
1、3-磷酸甘油穿梭作用（神经组织和骨骼肌）
胞液NADH + H+
根据吸收光谱特征，Cyt.类分为a、b和c三大类：
*** Cyt.b、c1、c、a和a3 —— 存在于线粒体内膜, 作为呼吸链成员；
Cyt.b5和Cyt.p450 —— 主要存在于肝细胞微粒体， 参与生物转化。
(1) Cyt.类基本结构
多肽链
Cys
蛋白质部分
S
Cys
细
H3C- CH
CH3 S
胞 色
呼吸链
线粒体FADH2
产生2分子ATP
2、苹果酸-天冬氨酸穿梭作用（肝和心肌）
胞液NADH + H+
呼吸链
线粒体NADH+H+
产生3分子ATP
第四节 生物氧化与能量代谢
糖 脂类 蛋白质
[o] 能量
约60%以热能形式 散失， 维持体温；
约40%以化学能形式形 成高能化合物(如，ATP)， 以驱动各种生命活动。
NADH-CoQ还原酶
CoQ
复合体Ⅲ
Cyt.b,C1 (Fe-S)
Cytc
CoQ-Cytc还原酶
复复合合物体ⅣⅣ a.a3. Cu2+
O2
Cyt氧化酶
琥珀酸等
琥珀酸-CoQ还原酶
呼吸链各组份排列顺序的依据
1、将测得各组分的还原电位(E0´)值由小 大排列; 2、测定各组分氧化态和还原态两种形式的吸收光谱的