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% 10220.07 + 2181.58 = 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）