《生物化学》课程PPT教学课件：第24章 生物氧化

第24章生物氧化 电子传 递和氧化磷酸化作用 (Biological oxidation electron transport and oxidative hosphorylation 氧化一还原电势 电子传递和氧化呼吸链 氧化磷酸化作用

第24章 生物氧化——电子传 递和氧化磷酸化作用 (Biological oxidation —— electron transport and oxidative phosphorylation) 一、氧化－还原电势 二、电子传递和氧化呼吸链 三、氧化磷酸化作用

、氧化一还原电势 能斯特方程 RT,电子受体] En= Eo+-In nF电子供体] 两个电极组成电池的电动势 正极 负极 F:法拉弟常数965k/Vmol

一、氧化－还原电势 能斯特方程 b a n nF RT E E [ ] [ ] 0 ln 电子供体 电子受体 = + 两个电极组成电池的电动势  = E正极 − E负极 F: 法拉弟常数 96.5 kj/V·mol

反应物和产物浓度 与电动势的关系式 对于一个氧化还原反应aAr+bBo=cA0+dBr f=EoB-E04+I rTBO RT AO nF [Br] nF [ar] E=△E0+ RT[Bo]LArI nF [Br][ac RT]lao E=△Enh AE- RT aF [Bo]lAr] In Keq nF

反应物和产物浓度 与电动势的关系式 对于一个氧化还原反应 aAr + bBo cAo + dBr a c d b B A Ar Ao nF RT Br Bo nF RT E E [ ] [ ] ln [ ] [ ]  = 0 − 0 + ln − d c b a Br Ao Bo Ar nF RT E [ ] [ ] [ ] [ ]  =  0 + ln b a d c Bo Ar Br Ao nF RT E [ ] [ ] [ ] [ ]  =  0 − ln Keq nF RT E0 = ln

氧化还原反应的8判据 对于氧化还原反应来说,E>0反应可以自 发进行,E=0是反应进行的限度。 如果已知两个氧还电对的标准电极电势,可 以根据△G=-nFAE0'计算出该反应的标准自由 能变化值

氧化还原反应的ε判据 对于氧化还原反应来说， 反应可以自 发进行， 是反应进行的限度。 如果已知两个氧还电对的标准电极电势，可 以根据ΔG0 ’=－nFΔE0 ’计算出该反应的标准自由 能变化值。   0  = 0

二、电子传递和氧化磷酸化 柠檬酸循环及其它降解代谢途径产生还原型辅 酶,包括NADH和FADH2,将其携带的电子经过电 子传递,最终交给分子O2,形成H2O。在电子传递 过程中释放出大量的自由能,这些自由能被用来推 动ATP的合成。在呼吸电子传递链中,总反应式为 NADH+H+1/202 NAD+H2O △G0=-220.07kj/mol FADH2+120,→FAD+H,O △G=-181.58 kj/mol

二、电子传递和氧化磷酸化 柠檬酸循环及其它降解代谢途径产生还原型辅 酶，包括NADH和FADH2，将其携带的电子经过电 子传递，最终交给分子O2，形成H2O。在电子传递 过程中释放出大量的自由能，这些自由能被用来推 动ATP的合成。在呼吸电子传递链中，总反应式为 NADH + H+ + 1/2 O2 → NAD+ +H2O ΔG0 ’= －220.07 kj/mol FADH2 + 1/2 O2 → FAD +H2O ΔG0 ’= －181.58 kj/mol

线粒体结构图 Outer membrane Inner membrane Intermembrane Matrix Cristae (b) 柠檬酸循环在线粒体基质中进行,电子传递 和氧化磷酸化在线粒体内膜上进行

线粒体结构图 柠檬酸循环在线粒体基质中进行，电子传递 和氧化磷酸化在线粒体内膜上进行

还原型辅酶中的能量 在糖酵解和柠檬酸循环中,1分子葡萄糖完 全氧化可以生成10个NADH和2个FADH2,它们 氧化后可以释放出的自由能为 10×22007+2×18158256386kj/mol 1分子葡萄糖完全氧化释放的自由能为 2870.23kj/mol 还原型辅酶中贮存的能量比例为 (256386/2870.23)×100%=89.3%

还原型辅酶中的能量 在糖酵解和柠檬酸循环中，1分子葡萄糖完 全氧化可以生成10个NADH和2个FADH2，它们 氧化后可以释放出的自由能为 kj/mol 1 分子葡萄糖完全氧化释放的自由能为 2870.23 kj/mol 还原型辅酶中贮存的能量比例为 （2563.86/2870.23）×100% = 89.3% 10220.07 + 2181.58 = 2563.86

电子传递的方向 在电子传递链中,有一系列电子传递体,这 些电子传递体的排列顺序是根据它们的电极电位 决定的。电子由电极电位低的氧还电对中的还原 态电子传递体传向电极电位高的氧还电对中的氧 化态电子传递体

电子传递的方向 在电子传递链中，有一系列电子传递体，这 些电子传递体的排列顺序是根据它们的电极电位 决定的。电子由电极电位低的氧还电对中的还原 态电子传递体传向电极电位高的氧还电对中的氧 化态电子传递体

电子传递形成跨膜的 质子梯度 在电子传递过程中,还伴随有H从线粒体 内膜的基质侧,向内膜的外侧运输,结果造成 跨线粒体内膜的质子梯度,这样在膜内外既造 成质子的浓度梯度,又造成电势梯度,这种电 化学势梯度贮存有能量,当质子由膜的外侧向 内侧运动时,推动ATP合成

电子传递形成跨膜的 质子梯度 在电子传递过程中，还伴随有H+从线粒体 内膜的基质侧，向内膜的外侧运输，结果造成 跨线粒体内膜的质子梯度，这样在膜内外既造 成质子的浓度梯度，又造成电势梯度，这种电 化学势梯度贮存有能量，当质子由膜的外侧向 内侧运动时，推动ATP合成

电子传递链 呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体组成, 在线粒体内膜上有4种参与电子传递的蛋白质复 合体,分别为 NADH-Q还原酶( NADH-Q reductase) 琥珀酸-Q还原酶( succinate- Q reductase) 细胞色素还原酶( cytochrome reductase) 细胞色素氧化酶( cytochrome oxidase)

电子传递链 呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体组成， 在线粒体内膜上有4种参与电子传递的蛋白质复 合体，分别为 NADH－Q还原酶（NADH-Q reductase） 琥珀酸－Q还原酶（succinate-Q reductase） 细胞色素还原酶（cytochrome reductase） 细胞色素氧化酶（cytochrome oxidase）