线粒体氧化体系最重要，是生物氧化的主 要场所。
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一、呼吸链 （Respiratory Chain）
实验证明：线粒体的主要功能是将代谢物脱下
的氢经由一系列递氢体和电子传递体系传递给 分子氧而生成H2O，我们把这一系列氢和电子 传递体系称为呼吸链，它们都在线粒体内膜上 （Mitochondrion Membrane）。
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三、呼吸链的电子传递顺序
呼吸链的各组分在线粒体内膜上是按一定顺序排
列的，在线粒体内膜上主要有两条呼吸链： NADH氧化呼吸链和FAD氧化呼吸链，两者均 位于原核细胞的细胞膜和真核细胞的线粒体内膜 上，主要功能是通过与氧化磷酸化偶联产生 ATP。
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1、NADH氧化呼吸链
2、 FAD氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）
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化学渗透学说, 1961 by Mitchell
电子传递体释放的自由能和 ATP 合成是
与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联 的。即电子传递的自由能驱动 H+ 从线粒 体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形 成跨线粒体内膜的 H+ 电化学梯度，这个 梯度的电化学势驱动ATP的合成。
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递氢体从内膜内 侧接受底物脱下的氢， 将其中的电子传给递 电子体，而将质子 “泵”到内膜外侧。 由于内膜对质子不具 有通透性，这样在内 膜两侧形成质子浓度 梯度，这就是推动ATP 合成的原动力。
NADH+H+
Ⅰ
FMN Fe-S
ADP+Pi ATP
CoQ Fe-S
Ⅲ Cytb Fe-S cytc1
ADP+Pi ATP
cytc
Ⅳ cytaa3 O2
ADP+Pi ATP
Ⅱ
FADH2 琥珀酸
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？
二、氧化磷酸化的机理
呼吸链中的电子传递是如何推动 ADP磷酸化形成ATP的
比较著名的假说有三个： 化学偶联假说 构象偶联假说 化学渗透学说 目前得到公认的是“化学渗透学说”

结合变化学说可简化为：质子流动→驱动C单位转动→带 动γ亚基转动→诱导β亚基构象变化→ATP释放和重新合 成。
“ 结 合 变 化 ” 学 说 图 解
三、呼吸链和氧化磷酸化的抑制剂 1、呼吸链位点特异抑制剂
概念：通过抑制呼吸链上的电子传递，阻
止质子梯度的生成而间接抑制氧化磷酸化
的物质，也称为电子传递抑制剂。
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2、呼吸链中的四个复合体
琥珀酸-Q还原酶
NADHQ还原酶
泛醌细胞色素C还原酶
细胞色素C氧化酶
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呼 吸 链 的 拆 分
NADHQ还原酶

又称为NADH脱氢酶，简称复合物I，催 化NADH的氧化脱氢以及Q的还原。 NADHQ还原酶
NADH + Q + H+ ==== NAD+ + QH2

辅助因子： 1 FMN， 6-9 Fe-S蛋白 2e- 转移导致4质子泵入到膜间隙
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电子在复合体I上的传递
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琥珀酸-Q还原酶

即复合物II，主要成分为琥珀酸脱氢酶，催 化琥珀酸的脱氢氧化和Q的还原。 FAD和Fe-S 蛋白作为电子传递体，还有细胞 色素b 电子来自琥珀酸，最后传给CoQ 电子传递不产生跨膜质子梯度
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结合变化学说

1977年Paul D. Boyer提出的结合变化学说能正确地解释 F1F0-ATP合酶的作用机理。其主要内容是：
① ② ③
④ ⑤
⑥ ⑦
活性中心ATP的合成并不需要质子驱动力，与活性中心结合的 ATP或ADP处于平衡。 如果没有质子流过F0，与活性中心结合的ATP就不会与酶解离。 3个β亚基与γ亚基的不同表面结合，于是不同的β亚基采取不同的 构象。 在某一时刻，3个β亚基分别处于T态、L态和O态。 处于T态的β亚基紧密结合1ATP，ATP与ADP＋Pi处于平衡，但 ATP并不能与它解离；处于L态的β亚基结合有ADP和Pi，但不能 释放核苷酸；处于O态的β亚基能够释放结合的核苷酸。 三种状态的β亚基可以相互转变，转变由γ亚基的转动所驱动。 γ亚基转动的动力来自质子通过F0的流动。


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泛醌细胞色素c还原酶

即复合物 III, 催化还原型 QH2 的氧化和细胞色素 c（cyt.c）的还原。 QH2-cyt.c还原酶 QH2 + 2cyt.c(Fe3+) ==== Q+2cyt.c(Fe2+)+2H+ 主要成分包括： Fe-S 蛋白、细胞色素b和c1 电子来自CoQH2，最后传给细胞色素c 一对电子可产生4个质子梯度
Ⅰ
FMN Fe-S
ADP+Pi ATP
CoQ Fe-S
Ⅲ Cytb Fe-S cytc1
ADP+Pi ATP
cytc
Ⅳ cytaa3 O2
ADP+Pi ATP
Ⅱ
FADH2 琥珀酸
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如果代谢物脱下的氢不经过整个呼吸链，而从中间插 入，则不能生成2.5个ATP。例如：琥珀酸脱氢经过呼 吸链时从CoQ处插入，只能生成1.5个ATP（P/O=1.5）
抑制ATP合成
H+ 电化学梯度异常增高
抑制磷酸化过程
抑制电子传递的氧化过程
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◆3.解偶联剂
某些化合物能够消除跨膜的质子浓度梯度， 使 ATP 不能合成。它们既不作用于电子传递体，也 不作用于 ATP 合酶复合体，只消除电子传递与磷酸 化的偶联，所以称为解偶联剂。最常见的解偶联剂 是2,4-二硝基苯酚(DNP)。
第三节、高能磷酸键的生成机制

ATP是生物细胞中生物能存在的主要 形式，是反应间的能量偶联剂，是能 量传递的中间载体。
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磷酸肌酸是肌肉、脑、神经中 高能磷酸基的暂时贮存形式
36
37
1、（底物水平的磷酸化）
没有氧参加，只是底物脱氢（氧化）及
其分子内部所含能量重新分布，也可生成高
能磷酸键。
38
57
58
◆2. F1F0-ATP 合酶特异抑制剂： 直接作用于
ATP合酶复合体，从而抑制ATP的合成。
它们使膜外质子不能通过 ATP 合酶复合体返回 膜内，使膜内质子继续泵出到膜外越来越困难，最 后不得不停止，所以这类抑制剂间接抑制了电子传 递和分子氧的消耗。
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如：寡霉素
与Fo单元的亚基结合 阻止H+从Fo单元回流
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3、铁硫蛋白（铁硫中心）

铁硫蛋白(简写为FeS)是一种存在于线粒 体内膜上的与电子传
递有关的蛋白质，它
与其它递氢体或递电 子体结合成复合物形 式存在，所以也称为 铁硫中心。
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它主要以(Fe)、 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形
式存在。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起
4
一、生物氧化的概念
1、定义： 生物氧化(Biological oxidation)，又叫组织或 细胞呼吸(Cellular resparation),是指有机物
质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化 分解而生成CO2和H2O并释放出能量的过程，生物 氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用。
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第 八 章 能量代谢与生物能的利用
1
细 胞 内 的 代 谢 途 径 和 代 谢 网 络
2
代谢途径的分室化
第一节 导言
维持生命活动的能量主要有两个来源：
☆光能（太阳能）：光合自养生物通过光合作用 将光能转变成有机物中稳定的化学能。
☆化学能：异养生物或非光合组织通过生物氧化 作用将有机物质（主要是各种光合作用产物）氧 化分解，使存储的稳定的化学能转变成ATP中活 跃的化学能，ATP直接用于需要能量的各种生命 活动。
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1、线粒体的膜结构
线粒体内膜在生物氧化及能量转换方面起主要作用
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F0F1-ATP合成酶
球形头部：伸入 线粒体基质，由 五种亚基组成 α3β3γδε, 是 ATP 合 酶 的 催 化部分（偶联因 子F1）。
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F0: 横贯线粒体 内膜，含有质子
通道，由十多种
亚基组成。位于 F1与F0之间的柄 含有寡霉素敏感 性蛋白。
丙酮酸
CO2 + NADH + H+
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（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧 将有机化合物中的H氧化成H2O ——H2O如何形成？ • 电子传递链 （3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放
的能量怎样转化成ATP——能量如何转化？
• 氧化磷酸化 • 底物水平磷酸化
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二、生物氧化的特点
生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）

3、在生物氧化中，氧化过程中脱下来的氢质子和 电子，通常由各种载体，如 NADH 等传递到氧并生
成水。
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4、生物氧化是一个分步进行的过程。每
一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产
物都可以分离出来。这种逐步进行的反应 模式有利于在温和的条件下释放能量，提 高能量利用率。

5、生物氧化释放的能量，通过与ATP合成 相偶联，转换成生物体能够直接利用的生 物能ATP。
传递电子的作用。
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4、CoQ ：泛醌
呼吸链中的递氢体
泛醌接受一个电子和一 个质子还原成半醌，再 接受一个电子和质子则 还原成二氢泛醌，后者
又可脱去电子和质子而
被氧化恢复为泛醌。
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5、Cytochrome（细胞色素）
含辅基铁卟啉的一类电子传递蛋白质（ 通过 Fe2+ ←→ Fe3+ + e起到传递电子的作用），在线 粒体中主要是Cyta、b、c和c1等几种。 Cyta3不是 传递体，是细胞色素氧化酶(末端氧化酶)。