O2 ATP ADP + Pi 2H
氧化磷酸化
H2O
三羧酸循环
第三 产能占总 阶段 能70%
C O2
三、体能能量的贮存和利用
NH2Байду номын сангаас
能量转换的“货币”
N
N
9
O OO
N
N
•α酯键断裂释放的自 -O Pγ~ O Pβ~ O Pα O CH2 O
由能=-14.3KJ；
•β酯键断裂释放的自 由能=-32.2KJ；
• 二者的递氢部位是烟酰胺部分，为Vit PP。
NAD+和NADP+的结构
递氢
烟酰胺
腺嘌呤
核糖
磷酸 磷酸
核糖
R=H: NAD+; R=H2PO3:NADP+
NAD+（NADP+）的递氢机制
H
CONH2+ H + H + + e
N R
NAD +/NADP + （氧化型）
H
H
CONH2
+H+
N R
NADH/NADPH
ATP
ATP
ATP
自由能变化( △G0′)： 大于30.5kJ即可生成1摩尔ATP。
琥珀酸
FAD （Fe-S）
NADH
FMN （Fe-S）
CoQ
-0.32 -0.22 +0.04
Cyt b +0.08
Cyt c1 +0.23
Cyt c +0.25
Cyt aa3 O2 +0.29 +0.82
0.36V
➢ ATP的生成和利用
氧化
磷酸化 P
底物水平
磷酸化
ATP 肌酸
磷酸 肌酸 ADP
机械能 渗透能 P 化学能 电能 热能
第二节 呼吸链
生成ATP的氧化体系
The Oxidation System of ATP Producing
一、线粒体
线粒体的主要功能：将进入线粒体的营养物质氧化分解， 利用分解释放的能量合成ATP，供给机体生理活动的需要， 故将线粒体称为细胞的“动力站”，是真核细胞能量转换 的重要部位。
第六章
生物氧化
Biological Oxidation
内容提要：
第一节 概述 第二节 呼吸链 第三节 氧化磷酸化 第四节 胞液中NADH的氧化
第一节 概 述
一、生物氧化的概念和特点
营养物质(糖、脂肪、蛋白质等)在生 物 体 内 经 氧 化 分 解 ， 最 终 生 成 CO2 和 H2O ， 并 释 放 能 量 的 过 程 称 生 物 氧 化 （biological oxidation）。
人线粒体呼吸链复合体
复合体
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
酶名称 多肽链数 辅基
NADH-泛醌还原酶 39
琥珀酸-泛醌还原酶
4
泛醌-细胞色素C还原酶 10
细胞色素c氧化酶
13
FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
四种复合体的排列关系
NADH
succinate 琥珀酸
• 分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫，又 叫铁硫中心或铁硫簇。
• 含有等量铁原子和硫原子。 • 铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残基的巯基
连接。 • 铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电子，
为单电子传递体。
铁硫蛋白结构
Cys
S
S Fe Cys
S Fe S
Cys
S
Fe S S Fe S
线粒体内重要代谢物氧化的途径
苹果酸
β -羟脂酰CoA β -羟丁酸 异柠檬酸
谷氨酸
琥珀酸 α -磷酸甘油
FAD （Fe-S）
NADH
FMN （Fe-S）
CoQ
Cyt b c1
c
aa3 O2
FAD
FAD
硫辛酸 丙酮酸 α -酮戊二酸
脂酰CoA
第三节 氧化磷酸化
（一）概念
氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation)是指 底物脱下的H经过呼吸链传递给氧生成水的过程中，释 放的能量使ADP磷酸化生成ATP，这种氧化与磷酸化的 过程是偶联的，称为氧化磷酸化。是细胞内生成ATP的 主要方式。
异咯嗪
O
H3C
N
5 10
4 NH
8
9
1
H3C
N NO
HCH
核醇
H C OH H C OH
H C OH O
CH2 O P OH
核黄素
OH
FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)结构
O
H3C
N
5 10
4 NH
8
9
1
H3C
N NO
NH2
HCH
H C OH H C OH
N N
H C OH CH2 O
核黄素
O PO OH
（还原型）
（二）黄素脱氢酶类
• FMN：黄素单核苷酸(Flavin Mononucleotide) • FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adenine
Dinucleotide) • FMN和FAD中异咯嗪环起递氢体作用。 • 异咯嗪及核醇部分为Vit B2（核黄素）。
FMN(黄素单核苷酸)结构
FMN （Fe-S） compex I CoQ
FAD （Fe-S） compex II
Cyt b,c1 （Fe-S）
compex III
Cyt c Cyt aa3 O2 compex IV
呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
延胡索酸 琥珀酸
复合体Ⅰ NADH→ FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 →CoQ
Cys
Cys S
S
S Cys
Fe
Fe
Cys S
S
S Cys
铁硫蛋白递电子机制
（四）泛醌 (ubiquinone, UQ)
• 即辅酶Q（Coenzyme Q，CoQ），属于脂溶性 醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链，是电子传 递链中唯一的非蛋白质组分。
• 因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中 分离出来，因此不包含在四种复合体中。
线粒体内膜上ATP的生成、转运示意图
（四） 氧化磷酸化的偶联机制
1. 化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)
发生部位：在线粒体内膜上 底 物 水 平 磷 酸 化 (substrate level phosphorylation) 是底物分子内部能量重新分布，生 成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程。
（二）氧化磷酸化偶联部位
• 即ATP生成的部位。 • P/O比值：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧
原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成ATP 的摩尔数。 消耗1个O原子即脱去2个H，消耗1个无机磷 即生成1个ATP。
高能磷酸键
水解时释放的能量大于20KJ/mol（β γ） 的磷酸酯键叫作高能磷酸键，常表示为P。
高能化合物
含有高能键的化合物。
➢ 磷酸肌酸的作用
• 磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。 • ATP可以直接供能，是能量的利用形式，但在体内不能 储存，能量要以磷酸肌酸的形式储存。 • ATP相当于cash，磷酸肌酸相当于cheque。
NADH+H+ FMN
2Fe2+-S Q
NAD+
FMNH2
2Fe3+-S QH2
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
琥珀酸
FAD
2Fe2+-S Q
延胡索酸
FADH2
2Fe3+-S
QH2
复合体Ⅲ QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
• 琥珀酸氧化呼吸链存在2个偶联部位，P/O 比值等于2，即产生2（1.5）mol ATP。
• 每形成1分子ATP就需要4个质子的回流。
• 一对电子通过NADH电子传递链可泵出10个质子， 则可形成2.5分子ATP；
• 一对电子通过FADH2电子传递链有6个质子泵出， 则可形成1.5分子ATP。
复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均有质子泵作用
0.21V
63.7kJ/mol
能量 ADP + Pi
ATP
A5D9P.8+kJP/mi o能l 量
ATP
0.53V
110kJ/mol
ADP + Pi 能量 ATP
➢ 三步能量均大于30.5KJ，多余的部分用作其它方 式，比如用于维持体温。
（三）ATP的生成
• NADH氧化呼吸链存在3个偶联部位，P/O 比值等于3，即产生3（2.5）mol ATP。
O-
O-
O-
酯键
HH OH
1'
H 2'
H
OH
•γ酯键断裂释放的自
一磷酸腺苷（AMP）
由能=-30.5KJ。
二磷酸腺苷（ADP）
三磷酸腺苷（ATP）
腺苷酸库（adenylate）
✓ 由于ATP水解后可以产生ADP或AMP，因 此在细胞中存在3种腺苷酸ATP、ADP、AMP， 这三种腺苷酸合称腺苷酸库。
➢ 线粒体内膜上有呼吸链的所有酶。
➢ 基质中有TCA、脂肪酸氧化、转氨等酶类。
➢ 线粒体膜的通透性：
外膜有高通透性，大多数小分子物质可以自由通 过；
内膜具有高度的选择性通透性。