4．呼吸链成分的排列顺序

电子从电子亲和力低（氧化能力弱）的电子传递体传向电子亲和力强（氧化能力强）的传递体。测定各电子传递体的标准氧化还原电位值（E0′）即可测出其氧化还原能力。E0′值越小的电子传递体供电子能力越大，处于电子传递链的前端。
呼吸链各组分的电子传递顺序：
琥珀酸
↓
FAD（Fe-S）
↓
NADH →FMN →CoQ→ Cytb →Cytc1 →Cytc →Cytaa3 →O2
在线粒体内，主要的呼吸链有两条：NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链。
（1） NADH氧化呼吸链：为体内最常见的一条重要的呼吸链。

生物氧化

本章难点：

呼吸链的概念、组成，及各成分的排列顺序。氧化磷酸化的概念，氧化磷酸化的偶联机制：化学渗透学说。胞液中NADH氧化：α-磷酸甘油穿梭作用和苹果酸-天冬氨酸穿梭作用。

一、 生物氧化概述

1：生物氧化（biological oxidation）指物质在生物体内的氧化过程，亦即物质在体内进行的氧化还原反应，主要指糖、脂肪、蛋白质在体内分解时逐步释放能量，最终生成二氧化碳和水的过程。
物质在体内和体外的氧化还原过程遵循同样的规律。生物体内物质氧化方式是加氧、脱氢及失去电子，而脱氢是更常见的氧化方式，脱氢可看作同时失去H+和电子。同一物质在体内、外氧化时耗氧、终产物（CO2、H2O）和能量释放均相同，但体内氧化与体外氧化比较又有以下显著特点：①生物氧化是在机体中pH近中性、37℃、温和的水溶液环境中，由酶催化而逐步进行的过程；②体内CO2来自有机酸脱羧反应，而底物脱下的氢经电子传递过程最后与氧结合生成H2O③氧化时能量逐步释放，有利于捕获大部分能量用于ATP生成。ATP是机体生命活动最重要提供能量的分子。

线粒体是细胞的“能量工厂”，营养物质的共同终末氧化途径在线粒体内进行，而线粒体能将营养物氧化所释放的大部分自由能捕获，使ADP磷酸化生成ATP，其余能量以热能形式释放。线粒体内生物氧化对机体能量供应十分重要，此外，还有些生物氧化过程发生在细胞的其他部分。

生物氧化主要包括线粒体中生成ATP的氧化体系，这是本章讨论的主要内容；此外，也将介绍一些其他类型的氧化还原反应。

基本概念：生物氧化

基本要求：明确生物氧化与体外的氧化还原过程的联系与区别

二、 生成ATP的氧化体系

要点：

1．呼吸链的概念

呼吸链：在真核细胞的线粒体内膜或原核细胞的质膜上，有一系列氧化还原酶，按一定顺序排列构成呼吸链（respiratory chain）或称电子传递链（electron transport chain）。它们的辅酶或辅基起到传递氢或电子的作用。传递氢的辅酶或辅基称为递氢体，传递电子的辅酶或辅基称为递电子体。
２．呼吸链的组成：线粒体呼吸链可拆分成四个具有传递电子功能的酶复合体，分别是：酶复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ：它们分别是ＮＡＤＨ－泛醌还原酶，琥珀酸－泛醌还原酶，泛醌－细胞色素Ｃ还原酶，细胞色素Ｃ氧化酶。

各复合体由其辅酶或辅基起到递氢体和递电子体功能，递氢体和递电子体主要有以下5类：
（1）． 尼克酰胺核苷酸 包括尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+），是体内许多脱氢酶的辅酶。NAD+的主要功能是作为递氢体接受代谢物脱下的2H，然后传给邻近的黄素蛋白。
（2）． 黄素蛋白（flavoproteins, FP） FP种类很多，其辅基有两种：黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。两者均含维生素B2。电子传递链中NADH-CoQ还原酶含辅基FMN，而琥珀酸脱氢酶等几种脱氢酶含辅基FAD。
（3）．铁硫蛋白 铁硫蛋白（iron-sulfur proteins, Fe-S）的辅基是铁硫簇（iron-sulfur cluster）又称铁硫中心，其特点是含等量铁原子和硫原子（如Fe2S2, Fe4S4），每次传递1个电子。在复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中都存在Fe-S。
（4）． 泛醌： 泛醌（ubiquinone, UQ或Q）又称辅酶Q（Coenzyme Q, CoQ），是一种脂溶性醌类化合物。它有较长的多个异戊间二烯构成的侧链，因侧链的疏水作用，它能在线粒体内膜中迅速扩散，能可逆结合2个质子和2个电子。
（5）． 细胞色素体系： 细胞色素（Cytochrome, Cyt）是位于线粒体内膜的电子传递体，其辅基为铁卟啉。据其吸收光谱不同而分为三大类，分别为Cyta、b、c（Cyta、Cytb、Cytc），每类又有若干亚类，细胞色素通过辅基中Fe2+ ? Fe3+ +e可逆改变传递电子，为单电子传递体。

3．组成呼吸链的四种酶复合体

复合体Ⅰ：ＮＡＤＨ－泛醌还原酶　将电子从ＮＡＤＨ传递给泛醌。复合体中含有辅基FMN和Fe-S。
复合体Ⅱ：琥珀酸－泛醌还原酶。将电子从琥珀酸传递给泛醌。人复合体Ⅱ中含以FAD为辅基的黄素蛋白、铁硫蛋白和细胞色素b560。
复合体Ⅲ：泛醌－细胞色素Ｃ还原酶。复合体Ⅲ将电子从泛醌传递给细胞色素Ｃ。复合体Ⅲ中含有Cytb562，Cytb566和铁硫蛋白。
复合体Ⅳ：细胞色素Ｃ氧化酶。复合体Ⅳ将电子从细胞色素Ｃ传递给氧。人复合体Ⅳ中含有Cyta和Cyta3。由于两者结合紧密，很难分离，故称之为Cytaa3。Cytaa3中含有2个铁卟啉辅基和2个铜原子。2个铜原子分别与2个铁卟啉辅基相连。铜原子可通过反应Cu+ ?Cu2++e传递电子。

4．呼吸链成分的排列顺序

电子从电子亲和力低（氧化能力弱）的电子传递体传向电子亲和力强（氧化能力强）的传递体。测定各电子传递体的标准氧化还原电位值（E0′）即可测出其氧化还原能力。E0′值越小的电子传递体供电子能力越大，处于电子传递链的前端。
呼吸链各组分的电子传递顺序：
琥珀酸
↓
FAD（Fe-S）
↓
NADH →FMN →CoQ→ Cytb →Cytc1 →Cytc →Cytaa3 →O2

在线粒体内，主要的呼吸链有两条：NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链。
（1）. NADH氧化呼吸链：为体内最常见的一条重要的呼吸链。代谢过程中多种代谢物如苹果酸、乳酸等脱氢时，辅酶NAD+接受氢生成NADH+H+，通过复合体Ⅰ传递给CoQ生成CoQH2，后者把2H中2H+释放于介质中，而将2个电子经复合体Ⅲ（Cytb，Fe-S，Cytc　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1）、Cytc和复合体Ⅳ，最终交给1/2 O2生成O2-，再与介质中的2H+ 结合生成水。
（2）. 琥珀酸氧化呼吸链（FADH2氧化呼吸链）：琥珀酸、脂酰CoA和α-磷酸甘油等脱下的氢直接经复合体Ⅱ（FAD，Fe-S，Cytb560）传递给CoQ，形成CoQH2，以后传递与NADH氧化呼吸链相同，最终将2e传递给氧，生成H2O。这条呼吸链不如NADH氧化呼吸链作用普遍。

5． 氧化磷酸化

概念：

氧化磷酸化：在机体能量代谢中，ＡＴＰ是体内最重要的供能的高能化合物。细胞ATP的形成方式主要是氧化磷酸化，即在呼吸链传递电子过程中偶联ADP的磷酸的化生成ATP，因此又称偶联磷酸化。
P/O比值：P/O比值是指每消耗1mol氧原子所消耗的无机磷酸的mol数。1mol氧原子氧化生成1mol水的氧化磷酸化过程中，ADP磷酸化产生ATP时消耗无机磷酸，无机磷的消耗量可反映ATP的生成数。
氧化磷酸化偶联部位：

偶联部位有3个：NADH→CoQ，CoQ→Cytc及Cytaa3→O2

FADH2
↓
NADH——→FMN——→CoQ——→Cytb——→Cytc——→Cytaa3——→O2
▎ ▎ ▎
① ② ③
氧化磷酸化的偶联部位可通过计算自由能变化和P/O比值来确定。

6．氧化磷酸化偶联机制

（1）化学渗透学说

其基本要点是：呼吸链中复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ具有质子泵功能，在呼吸链传递电子过程中释放能量，将质子从线粒体内膜的基质侧泵到胞浆侧，由于内膜对质子的不通透特性，造成膜内、外质子电化学梯度，从而储存呼吸链氧化释出的能量。当质子顺梯度回流时则驱动ADP与Pi生成ATP。

（2）ATP合酶：

ATP合酶是线粒体内膜蛋白复合体，由嵌入内膜中疏水的F0部分和突出于线粒体基质中亲水的F1部分组成，因此又称为F0F1复合体。F1的功能是催化ATP生成，其中的β亚基为催化亚基。F0是嵌在线粒体内膜中的质子通道。当质子顺梯度经F0回流时，F1催化ADP和Pi生成ATP。此外，在F0和F1之间的柄部还有寡霉素敏感蛋白（oligomycin sensitivity conferring protein，OSCP），OSCP与寡霉素结合后可抑制ATP合酶活性。

７． 影响氧化磷酸化的因素

（１）抑制剂

根据其作用部位的不同，可分为三类：电子传递抑制剂、氧化磷酸化抑制剂及解偶联剂。
①电子传递抑制剂：此类抑制剂可在特异部位阻断呼吸链的电子传递，也称呼吸链抑制剂，因此都是毒性物质。主要包括：鱼藤酮、异戊巴比妥、粉蝶霉素A、抗霉素A、二巯基丙醇、CO、CN-、N3-、H2S等。这些抑制剂均为毒性物质，可使细胞内呼吸停止，严重时导致细胞活动停止，机体死亡。
②氧化磷酸化抑制剂：此类抑制剂可同时抑制电子传递和ADP磷酸化。如寡霉素（oligomycin）可与ATP合酶柄部OSCP结合，阻断质子通道回流，抑制ATP生成；H+在线粒体内膜外积累，影响呼吸链质子泵的功能，从而抑制电子传递。
③ 解偶联剂（uncoupler）： 抑制剂破坏内膜两侧的电化学梯度，而使氧化与磷酸化偶联脱离。最常见的解偶联剂是二硝基苯酚（dinitrophenol，DNP）。

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