电子传递与氧化磷酸化
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利用附表的数据,计算以下各氧化还原反应的标准还原势和标准自由能变化。
(a)乙醛+ NADH + H+→ 乙醇+NAD+(b)氢醌(QH2) + 2细胞色素C(Fe3+) → 泛醌(Q)+2细胞色素C(Fe2+)+ 2H+(c)琥珀酸+1/2O2→ 延胡索酸+水答:半反应可以写作氧化态 + ne-还原态两个半反应可以通过相加而获得一个耦合的氧化还原反应,书写时要将总反应中涉及到的还原态物质的半反应改变方向,同时也要改变它的还原电势的符号。
(a)-23kJ /mol (b)-52 kJ /mol (c)-150 kJ /mol在电子传递链中发现有6 种细胞色素都能通过可逆的氧化还原反应Fe3+ → Fe2+催化一个电子的传递。
尽管铁在每种情况下都是电子载体,但是还原半反应的EO的值却从细胞色素b的0.05V变化到细胞色素a3的0.39V,试解释之。
答: 细胞色素是含有血红素基团的电子传递蛋白,在卟啉环中的每个铁原子的还原电势依赖于周围蛋白质的环境,因为每个细胞色素的蛋白质成分是不同的,因而每个细胞色素的铁原子具有不同的还原电势,还原电势的不同使一系列细胞色素可以沿着电势梯度传递电子细胞色素之间的电子传递涉及一个电子从一个铁原子上向另一个铁原子上转移。
第二种电子转移方式则涉及氢原子和电子,在生物的氧化还原反应中,一个氢分子(H2或H:H)转移是普遍存在的。
指出H2转移的两种机制,分别举例之。
答:一个氢分子含有2个质子和2个电子,通过如下两种机制之一可以在生物体内由可氧化的底物进行传递。
在NAD+还原过程中,一个氢离子(H:-)被转移到尼克酰胺环上同时H+被释放到溶液中,在FADH2的氧化过程中,通过等价的两个氢自由基(H·)实现转移,组成自由基的H+和电子通过分步进行的方式实现转移(H++e-=H)。
超声处理产生的线粒体内膜碎片,内面朝外重新闭合形成的球状膜泡称为亚线粒体泡。
这些小泡能够在NADH 或QH2这样的电子源存在时,合成ATP。
第三节电⼦传递与氧化磷酸化第三节电⼦传递与氧化磷酸化三羧酸循环等呼吸代谢过程中脱下的氢被NAD+或FAD所接受。
细胞内的辅酶或辅基数量是有限的,它们必须将氢交给其它受体之后,才能再次接受氢。
在需氧⽣物中,氧⽓便是这些氢的最终受体。
这种有机物在⽣物活细胞中所进⾏的⼀系列传递氢和电⼦的氧化还原过程,称为⽣物氧化(biological oxidation)。
⽣物氧化与⾮⽣物氧化的化学本质是相同的,都是脱氢、失去电⼦或与氧直接化合,并产⽣能量。
然⽽⽣物氧化与⾮⽣物氧化不同,它是在⽣活细胞内,在常温、常压、接近中性的pH和有⽔的环境下,在⼀系列的酶以及中间传递体的共同作⽤下逐步地完成的,⽽且能量是逐步释放的。
⽣物氧化过程中释放的能量可被偶联的磷酸化反应所利⽤,贮存在⾼能磷酸化合物(如ATP、GTP等)中,以满⾜需能⽣理过程的需要。
线粒体中氧化磷酸化反应的⼀般机理⼀、呼吸链的概念和组成所谓呼吸链(respiratory chain)即呼吸电⼦传递链(electron transport chain),是线粒体内膜上由呼吸传递体组成的电⼦传递总轨道。
呼吸链传递体能把代谢物脱下的电⼦有序地传递给氧,呼吸传递体有两⼤类:氢传递体与电⼦传递体。
氢传递体包括⼀些脱氢酶的辅助因⼦,主要有NAD+、FMN、FAD、UQ等。
它们既传递电⼦,也传递质⼦;电⼦传递体包括细胞⾊素系统和某些黄素蛋⽩、铁硫蛋⽩。
呼吸链传递体传递电⼦的顺序是:代谢物→NAD+→FAD→UQ→细胞⾊素系统→O2。
呼吸链中五种酶复合体(enzyme complex)的组成结构和功能简要介绍如下(图5-11,5-12)。
图 5-11 植物线粒体内膜上的复合体及其电⼦传递Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别代表复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ; UQ库代表存在于线粒体中的泛醌库1.复合体Ⅰ⼜称NADH∶泛醌氧化还原酶(NADH∶ubiquinone oxidoreductase)。