FADH2呼吸链电子传递过程中自由能变化
总反应：FADH2+1/2O2→FAD+H2O ΔG°′=-nFΔE°′ = -2×96.5×[0.82-(-0.18)] =-193.0千焦· -1 mol
第三节 氧化磷酸化作用
氧化磷酸化
代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于
合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,这种氧化放能和ATP
FMN 复合体 I NADH 脱氢酶
-0.2 琥珀酸等 0 FMN Fe-S
Fe-S CoQ Cyt b Fe-S Cyt c1
0.2
复合物 II 琥珀酸-辅酶Q 还原酶
复合物 III 细胞色素 C还原酶
0.4
Cyt c 复合物 IV 细胞色素C 氧化酶
0.6
Cyt aa3
0.8
O2
电子传递链各组分的定位
NAD+ 苹果酸脱氢酶 (以NAD +为辅酶) + NADH+H
呼吸链(3ATP )
线粒体外的氧化磷酸化
NADH+H+ 2 磷酸甘油穿梭作用 胞液 磷酸二羟丙酮 a -磷酸甘油脱氢酶 (以NAD +为辅酶) a -磷酸甘油 NAD+
线粒体内膜 磷酸二羟丙酮 a -磷酸甘油 a -磷酸甘油脱氢酶 (以FAD +为辅酶) FADH2 CoQ b c1 FAD c aa 3 O 2 (2ATP )
传递氢机理:
NAD(P)
+
+ 2H+ +2e
NAD(P)H + H+
黄素蛋白酶类
特点： 以FAD或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白 递氢机理：FAD(FMN)+2H
FAD(FMN)H2
类别：黄素脱氢酶类（如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）
需氧脱氢酶类（如L—氨基酸氧化酶）
加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）
第十二章 电子传递与氧化磷酸化
生物氧化发生的场所－线粒体
1948年，Eugene Kennedy和Albert
Lehninger发现:
真核生物氧化磷酸化的场所是线粒体
原核生物氧化磷酸化的场所为细胞质膜
第一节 线粒体结构特点与功能
线粒体的形态与结构
线粒体结构线粒体有两 层膜结构，外膜对小分子 （Mr5000）和离子为自由 透过（通过跨膜通道）。 内膜上含有呼吸链和ATP 合成酶。 内膜对大多数小分子及 离子不透过（包括H+），只 有内膜上存在特异运输体的 物质可以透过。
1. 化学渗透假说
(chemiosmotic hypothasis)
<1>要求线粒体的内膜封闭完好 ，呼吸链中的电子载体和质子载 体在线粒体的内膜上按照顺序交 替排列 <2>质子载体有质子泵的功能， 它利用电子传递的能量将线粒体 内的H+泵到线粒体外，造成内 膜内外两侧的H+ 浓度差，外侧 的［H+ ］高，即外侧的PH<内 侧。 <3>H+经过内膜上的ATP酶复合 体回到线粒体内，其电能供该酶 制造ATP。
线粒体电子传递和H+排出的数目和途径
H+ H+ Cyt c H+
+
+ + + + +
+
+ +
F
+
Q
NADH+H+
Ⅰ
Ⅱ
NAD+
琥珀酸
延胡索酸
Ⅲ
Ⅳ
0
- - 1/2O2+2H+
- H 2O F1
-
氧化磷酸化产生的ATP分子数并不十 分准确，因为质子泵、 ATP的合成以及代 谢物的转运过程并不需要是完整的数值甚 至不需要是固定值，
铁硫蛋白
特点：含有Fe和对酸不稳定 的S原子，Fe和S常以等摩尔 量存在（Fe2S2, Fe4S4 )，构成 Fe—S中心，Fe与蛋白质分子 中的4个Cys残基的巯基与蛋 白质相连结。
+e
传递电子机理：Fe3+
-e
Fe2+
CoQ
特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂溶性，位于膜双 脂层中，能在膜脂中自由泳动。
氧化还原对的标准电势负值越大更倾向于失去电子；反之， 氧化还原对的标准电势正值越大更倾向于得到电子
电子传递链的电子传递顺序和 组织结构
呼吸链中电子传递时自由能的下降
FADH2
2e-
NADH呼吸链电子传递和水的生成
电 子 传 递 链 标 准 氧 化 还 原 自 由 能 变 化
-0.4
E0/V
NADH
NADH
ADP+Pi
1 O2 2
H2O
实测得FADH2呼吸链： P/O~ 2
FADH2
ADP+Pi ATP
2eADP+Pi ATP
1 O2 2
H2 O
能量偶联假说
1953年 Edward Slater
化学偶联假说
1964年 Paul Boyer 构象偶联假说 1961年 Peter Mitchell 化学渗透假说 1978年获诺贝尔化学奖
IV III
一起组成定子,它压住
a /异质六聚体.
有于ADP与Pi 结合的构象
ATP酶作用机理
ADP+Pi Proten Flux
有利于ATP 释放的构象
有于ADP与Pi 生成的构象
H+ ATP +H2O
ATP
Proten Flux
ADP+Pi
G.H +泵分布在膜上：
NADH脱氢酶 细胞色素bc1复合体 细胞色素氧化酶 在与这三个复合体有关 的自由能变化足以将H + 泵出,从而形成膜基质 与膜间隙的H + 梯度。
能量计算
葡萄糖分解代谢过程中产生的总能量
葡萄糖分解代谢总反应式

C6H12O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4Pi 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP 按照一个NADH能够产生2.5个ATP，1个FADH2能够产生1.5个 ATP计算，1分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生32个ATP：
呼吸链的组成
1. 烟酰胺腺嘌呤核苷酸类（NAD＋和NADP＋） 2. 黄素蛋白酶类（FMN和FAD） 3. 铁-硫蛋白类（S－Fe proteins) 4. 辅酶Ｑ（CoQ） 5. 细胞色素类（cytochromes）
烟酰胺脱氢酶类
特点 ：以NAD+ 或NADP+为辅酶，存在于线
粒体、基质或胞液中。
Boyer和Walker共同获得1997年诺贝尔化学奖。
ATPase的旋转催化模型

a
定子 II I
旋转催化理论认为
质子流通过Fo引起亚 基III 寡聚体和及亚 基一起转动,这种旋转 配置a /亚基之间的 不对称的相互作用,引

转子
起催化位点性质的转 变, 亚基的中心a -螺 旋被认为是转子,亚基 I和II与亚基组合在
基质
ADP-ATP转运蛋白
第二节 电子传递链
线粒体呼吸链
线粒体基质是呼吸底物氧化 的场所，底物在这里氧化所产 生 的 NADH 和 FADH2 将 质 子 和 电 子转移到内膜的载体上，经过 一系列氢载体和电子载体的传 递，最后传递给O2生成H2O。这 种由载体组成的电子传递系统 称 电 子 传 递 链 （ eclctron transfer chain),因为其功能 和呼吸作用直接相关，亦称为 呼吸链。
假说，认为ATP合成酶β亚基有三种不同的构象，一种构象
(L)有利于ADP和Pi结合，一种构象(T)可使结合的ADP和Pi 合成ATP，第三种构象(O)使合成的ATP容易被释放出来。
在ATP合成过程中，三个β亚基依次进行上述三种构象的交
替变化，所需能量由跨膜H+提供。 英国科学家Walker通过x光衍射获得高分辩率的牛心线粒 体ATP酶晶体的三维结构， 证明在ATP酶合成ATP的催化循 环中三个β亚基的确有不同构象， 从而有力地支持了Boyer 的假说。
生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。
生物氧化过程中 释放出的自由能
ADP + Pi 类别： 底物水平磷酸化
ATP + H2O
电子传递水平磷酸化
呼吸链中电子传递时自由能的下降
FADH2
2e-
电子传递链自由能变化--放能反应： ADP磷酸化的吸能反应： ADP + H3PO4 ATP Go=30.5 kJ/mol

证据:
F.线粒体膜上的 ATP合酶是受质 子动力推动的酶。 可催化ATP水解 放能；又可从质 子动力获能，合 成ATP。
ATP合成酶
二、ATP合成酶
a
基质表面
a
a
F1


柄
H+通道
OSCP FO
外表面 定子
DCCD结合蛋白
Boyer和Walker的工作
美国科学家Boyer为解释ATP酶作用机理,提出旋转催化
CoQ+2H
CoQH2
细胞色素
特点 ： 以血红素（heme）为辅基，血红素的主要
成份为铁卟啉。
类别: 根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中
含5种（b、c、c1、a和a3)，cyt b和cytc1、cytc在呼 吸链中的中为电子传递体，a和a3以复合物物存在， 称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu ， 可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧化酶。