过程： • 铜中心传递4个Cyt C的4e给4个Cyt a • 4个Cyt a再传此4e到Cyt a3-CuB2+中心，使1个O2还原为2个
O2- ，结合4H+生成 2H2O，同时把基质中4H+泵入膜间隙。 • 1QH2只能传2e，故上述过程只生成1H2O，泵出2个H+
质子泵（proton pump）
实质：氧化呼吸链氧化释能和ADP磷酸化储能的偶联
➢ 底物水平磷酸化 代谢物脱氢或脱水引起分子内部 能量聚集，高能键直接转移给ADP(GDP)磷酸化生 成ATP(GTP)的过程。不经电子传递。
（一）氧化磷酸化偶联部位
线 粒 体 离 体 实 验 测 得 的 一 些 底 物 的P/O比 值
底物
呼 吸链 组成
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的两个 电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH
疏水F0： 跨越内膜，
• 12-15个亚基（ab2C9-12）； • C9-12排成对称C环；
基质侧连接ε,外侧连接a; • b2连接a与δ;
F1的功能是催化ATP生成
F0的作用是构成质子的通道
基质 内膜 膜间隙
ATP合酶结构模式
ATP合酶a、c亚基结构
（2）化学渗透学说（chemiosmotic hypothesis） 跨内膜质子梯度使膜间隙成正电回流到基质时 释出能量，驱动ATP合成。
A
B
H+ H+
pH7
H+
H+ H+
H+
H+
H+ H+
H+ H+
H+ H+
H+
＋＋＋＋＋ ＋＋
H+浓度梯度
电位梯度
－－－－－ －－
H+
H+
H+
H+
H+
H+
pH8
ADP+Pi ATP
（3）结合变构机制： ATP合酶β亚基经“结合变构”机制合成ATP
第6章
生物氧化
Biological Oxidation
生物氧化的概念
营养物质在活细胞内彻底氧化分解生成水和二氧化 碳，并释放能量的过程，称生物氧化(biological oxidati on) ，又称 细胞呼吸(cellular respiration)。
生
营养物质 糖原
脂肪 蛋白质
物 阶段Ⅰ
FADH2
（四）加氧酶
乳酸
丙酮酸 呼吸链
NAD+ NADH+H+
加单氧酶 RH+NADPH+H++O2 加双氧酶 （五）过氧化物酶系
ROH+NADP++H2O
第二节
生成ATP的生物氧化体系
(The Oxidation System of ATP Producing)
一、线粒体内膜的转运作用
（一）线粒体的结构（structure of mitochondria)
◆能量：逐步释放，利用率高，合成ATP及维持体温； ◆氧化速率：受生理功能需要和内外环境变化调控
二、生物氧化中CO2的生成
（一）α-脱羧
1. α-单纯脱羧
R
氨基酸脱羧酶
H2N－ C－COOH
H
CO2
氨基酸
R H2N－C－H
H
胺
2.α-氧化脱羧
CH3 C=O COOH
丙酮酸 酰辅酶A
丙酮酸脱氢酶系
+ HSCoA+NAD+
P/O比 值 生 成 ATP 数
β-羟丁酸
琥珀酸
抗坏血酸 细胞色素
NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ
→Cytc→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ
→Cytc→复合体Ⅳ→O2 Cytc→复合体Ⅳ→O2
复合体Ⅳ→O2
2.4～2.8
1.7
0.88 0.61-0.68
2.5
1.5
1 1
磷氧比值（P/O）
苹果酸-天冬酸穿梭
Ⅰ：酸性氨基酸载体；Ⅱ：α-酮戊二酸载体； ①：天冬氨酸转氨酶；②：苹果酸脱氢酶
α-磷酸甘油穿梭主要存在于脑和骨骼肌中
NADH+H+
磷酸二 羟丙酮
-磷酸甘 油脱氢酶
NAD+
-磷酸 甘油
磷酸二 羟丙酮
-磷酸甘 油脱氢酶
-磷酸 甘油
琥珀酸 氧化 呼吸链
FADH2
FAD
外膜
膜间隙
内膜
2。
3、复合体Ⅲ功能（泛醌-细胞色素C还原酶） ----将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c
➢ 复合体Ⅲ又叫泛醌-细胞色素C还原酶，细胞色素b-c1 复合体，含有细胞色素b(b562, b566)、细胞色素c1和 一种可移动的铁硫蛋白(Rieske protein)。
➢ 泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿梭传递 到复合体Ⅲ。
•H+由膜间隙向基质 回流推动C环逆时针 转动，带动γ在头部 中央孔隙转动；
ATP合酶的C环逆时针方向转动
•β未接触γ时为L型， 可结合ADP和Pi；β接 触γ后变构为T 型，催 化ADP和Pi合成ATP； γ离开β变构为O型， 释出ATP后，恢复为L 型。
四、氧化磷酸化的调节及影响因素
（一）调节：
基质
e- e-
e-
e
-
内膜
H+
H+ H+
H+
膜间隙
外膜
胞浆
（二） 线粒体外NADH+H+转运进入线粒体
1. 苹果酸-天冬酸穿梭作用（malate-aspartate shuttle） •可生成2.5分子ATP •主要存在于肝和心肌
2. α-磷酸甘油穿梭 (α-glycerophosphate shuttle） •可生成1.5分子ATP •主要存在于脑和骨骼肌
↑ 解偶联蛋白合成 ↓ ATP合成
氧化磷酸化增快
（二）线粒体DNA突变的影响：
点突变
Leber遗传性视神经病
1000
亚基
>40
辅酶/辅基
FMN、Fe-S
主要功能
传递NADH+H+中2个e到Q，并由 基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子
140
4
到Q
血红素bH、bL、 通过Q循环传递QH2中2个e到细胞
250
11
c1 Fe-S
色素C，并把4H+ 由基质泵出 到膜间隙
血红素C
传递复合体Ⅲ中2个电子到复合体
氧
基本单位 葡萄糖 脂肪酸 氨基酸
化
的
阶段Ⅱ
三
乙酰CoA
个
阶段Ⅲ
阶
线粒体
ADP+Pi ATP
段
TAC
CO2
2H
呼吸链
H2O
第一节 生物氧化的特点及其酶类
一、生物氧化的方式和特点
◆酶促反应：体内、近中性、 37℃、有水环境；
◆ CO2：脱羧产生； 水：底物脱氢经呼吸链传递电子、泵出 质子，与氧结合生成。
铁硫蛋白中辅基铁硫中心(Fe-S)含有等量铁原子和硫 原子，其中一个铁原子可进行Fe2+ Fe3++e 反应传递电 子。属于单电子传递体。
Ⓢ 表示无机硫
铁硫簇主要以(Fe-S)、(2Fe-2S)或(4Fe-4S) 形式存在，铁硫簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白.
Fe
泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊二烯连接形成较长 的疏水侧链（人CoQ10），氧化还原反应时可生成中间产物半 醌型泛醌。内膜中可移动电子载体，在各复合体间募集并穿梭 传递还原当量和电子。在电子传递和质子移动的偶联中起着核 心作用。
➢ 电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH) →Fe-S →Cytc1→Cytc
细胞色素(cytochrome, Cyt)
细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶 类，根据它们吸收光谱不同而分类。
功能：通过Q循环传递电子、泵出质子
Q循环：复合体III把2分子QH2的2个e传给CytC ，另2个e 传给Q生成1分子Q和1分子QH2，并偶联泵出 4个H+到膜间 隙的过程。
13
1
Ⅳ
血红素a、a3 把4个Cyt c传来的4个e转交给O2，
200
13
CuA2+、CuB2+
在摄取基质中4H+与O2生成 2H2O的同时，把基质中另外
4H+ 泵出到膜间隙
（二）呼吸链的种类
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
E0‘(V)
NAD+ /NADN+H+ －0.32
FMN /FMNH2 FAD /FADH2 Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+
基质
二、氧化呼吸链(oxidative respiratory chain)
线粒体内膜中由一系列电子传递复合体按一定顺序排 列成的链锁性氧化还原体系称为氧化呼吸链,又称电子传 递链(electrotranfer chain).
（一）、呼吸链的组成及作用
➢ 泛醌不包含在上述四种复合体中。