生物氧化與氧化磷酸化第五章

第一節(jié)

生物氧化概述一、概述：生物圈中能量的流動(dòng)一切生命活動(dòng)都需要能量。

所有生物都可以看成是能量的轉(zhuǎn)換者。這種能量的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)著生命的維持與繁衍。光能化學(xué)能化學(xué)能機(jī)械能光合作用生物氧化生命活動(dòng)太陽H2O＋CO2O2＋（CH2O）燃料分子ADP＋PiATP生物合成機(jī)械功主動(dòng)運(yùn)輸生物發(fā)熱一、概述：生物圈中能量的流動(dòng)一、概述：生物體中能量轉(zhuǎn)換的部位Anelectronmicrographofmitochondrion二、生物氧化的定義指有機(jī)化合物（糖、脂、蛋白質(zhì)等）在生物細(xì)胞中進(jìn)行氧化分解，產(chǎn)生CO2和H2O,同時(shí)放出能量的過程。

生物體內(nèi)進(jìn)行生命活動(dòng)所需的能量基本上來源于生物氧化。

三、生物氧化的特點(diǎn)與非生物氧化相比

共同點(diǎn)：

化學(xué)本質(zhì)相同，都是失電子反應(yīng)，如脫氫、加氧、傳出電子

同種物質(zhì)不論以何種方式氧化，所釋放的能量相同。

三、生物氧化的特點(diǎn)與非生物氧化相比

（2）不同點(diǎn)：

生物氧化是酶促反應(yīng)，反應(yīng)條件（如溫度、pH）溫和；而體外燃燒則是劇烈的游離基反應(yīng)，要求在高溫、高壓以及干燥的條件下進(jìn)行。生物氧化分階段逐步緩慢地氧化，能量也逐步釋放；而體外燃燒能量是爆發(fā)式釋放出來的。生物氧化釋放的能量有相當(dāng)多的轉(zhuǎn)換成ATP中活躍的化學(xué)能，用于各種生命活動(dòng)；體外燃燒產(chǎn)生的能量則轉(zhuǎn)換為光和熱，散失在環(huán)境中。

四、生物氧化中CO2和H2O的生成1、CO2的生成直接脫羧：丙酮酸脫羧酶、酪氨酸脫羧酶氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復(fù)合物2、水的生成

主要是在包括脫氫酶、傳遞體和氧化酶組成的生物氧化體系催化下生成的。五、氧化還原電位

在氧化還原反應(yīng)中，自由能的變化與反應(yīng)供出或得到電子的趨勢成比例。這種趨勢用氧化還原電位表示（E）。

△E'=標(biāo)準(zhǔn)氧化電位-標(biāo)準(zhǔn)還原電位

△E'值越小，電負(fù)性越大，還原能力越強(qiáng)；

△G'=－nF△E'

可以根據(jù)△E'計(jì)算出化學(xué)反應(yīng)的自由能變化。六、高能化合物高能化合物：在標(biāo)準(zhǔn)條件下(pH=7，25℃，1mol/L)發(fā)生水解時(shí)，可釋放出大量自由能的化合物。習(xí)慣上把“大量”定義為5kcal/mol(即20.92kJ/mol)以上。高能磷酸化合物：分子中含磷酸基團(tuán)，它被水解下來時(shí)釋放出大量的自由能，這類高能化合物。高能鍵：在高能化合物分子中，被水解斷裂時(shí)釋放出大量自由能的活潑共價(jià)鍵。

高能鍵常用符號“~”表示。1、定義六、高能化合物注意：高能鍵并不是這個(gè)鍵集中了大量的能量，而是指水解這個(gè)鍵前后的分子結(jié)構(gòu)存在著很大的自由能的改變。“高能鍵”≠“鍵能高”1、定義六、高能化合物根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和高能鍵的特征，高能化合物可分為：2.高能化合物的類型(1)焦磷酸化合物：如ATP(O~P)型六、高能化合物根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和高能鍵的特征，高能化合物可分為：2.高能化合物的類型(2)酰基磷酸化合物：如1,3-二磷酸甘油酸(O~P)型六、高能化合物根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和高能鍵的特征，高能化合物可分為：2.高能化合物的類型(3)烯醇磷酸化合物：如磷酸烯醇式丙酮酸(O~P)型六、高能化合物根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和高能鍵的特征，高能化合物可分為：2.高能化合物的類型(4)胍基磷酸化合物：如磷酸肌酸(N~P)型六、高能化合物根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和高能鍵的特征，高能化合物可分為：2.高能化合物的類型(5)硫酯化合物：如乙酰CoA(C~S)型六、高能化合物根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和高能鍵的特征，高能化合物可分為：2.高能化合物的類型(6)甲硫鍵化合物：如S-腺苷甲硫氨酸(C~S)型六、高能化合物

ATP為生物界的“能量貨幣”，它是生命活動(dòng)中最重要的能量供體。

其原因在于：ATP的DG0'值介于其它高能化合物和普通化合物之間，從而使它在生物體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換過程中能夠起中間載體的作用。放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)往往要通過ADP和ATP的相互轉(zhuǎn)變而偶聯(lián)起來。ATP的另一功能是作為磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間載體。這也是由于它的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能在常見的含磷酸基團(tuán)化合物中處于中間位置。

3.最重要的高能化合物—ATP六、高能化合物

在生物細(xì)胞內(nèi)，形成ATP的方式有兩種：生物氧化(異養(yǎng)細(xì)胞)和光合作用(自養(yǎng)細(xì)胞)。1)生物氧化產(chǎn)生ATP

生物體降解燃料分子的主要意義是取得供其發(fā)育所需要的能量。因此，利用生物氧化形成ATP，是生物體內(nèi)ATP形成的主要方式。生物氧化的第一階段也能產(chǎn)生少量的ATP，這是以底物水平磷酸化的方式產(chǎn)生的；生物氧化的第二階段是產(chǎn)生ATP的主要階段，通過氧化磷酸化的方式產(chǎn)生。4.ATP磷酸化的方式六、高能化合物1)生物氧化產(chǎn)生ATP底物水平磷酸化：代謝物通過氧化形成的高能磷酸化合物直接將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP，使之磷酸化生成ATP。

氧化磷酸化：NADH或FADH2將電子傳遞給O2的過程與ADP的磷酸化相偶聯(lián)，使電子傳遞過程中釋放出的能量用于ATP的生成。氧化磷酸化的過程需要氧氣作為最終的電子受體，它是需氧生物合成ATP的主要途徑。4.ATP磷酸化的方式六、高能化合物2)光合作用產(chǎn)生ATP

在光合作用的過程中也能形成ATP，這種ADP的磷酸化方式叫光合磷酸化。光合磷酸化：由光驅(qū)動(dòng)的電子傳遞過程與ADP的磷酸化相偶聯(lián)，使電子傳遞過程中釋放出的能量用于ATP的生成。4.ATP磷酸化的方式七、能荷4.ATP磷酸化的方式

細(xì)胞的能量狀態(tài)可用能荷(energycharge)表示。

能荷是細(xì)胞中高能磷酸狀態(tài)一種數(shù)量上的衡量，它的大小可用下式表示：(ATP+0.5ADP)

能荷=(ATP+ADP+AMP)

七、能荷

能荷的數(shù)值在0~1之間