生物氧化和生物能

关于生物氧化和生物能第一页，共四十二页，2022年，8月28日新陈代谢是生物的基本特征之一包括生物在生命活动中所进行的一切分解代谢与合成代谢5.1代谢导论第二页，共四十二页，2022年，8月28日生物体内新陈代谢各方面的相互关系：

第三页，共四十二页，2022年，8月28日5.2生物氧化第四页，共四十二页，2022年，8月28日5.2.1生物氧化的概念、特点及方式第五页，共四十二页，2022年，8月28日1、概念有机物在生物体内的氧化作用，称为生物氧化生物氧化通常需氧，又称为呼吸作用在整个生物氧化过程中，有机物最终被氧化成CO2和H2O，并释放出能量第六页，共四十二页，2022年，8月28日2、生物氧化特点在活体细胞中进行，需酶参加温和条件复杂的氧化还原过程能量逐步释放，以ATP形式储存和转运第七页，共四十二页，2022年，8月28日代谢简介生物氧化过程代谢分子H+e-O2-H2O能量呼吸链脱氢即是被氧化，H可拆分为H++e第八页，共四十二页，2022年，8月28日3、生物氧化的方式

脱氢氧化生成CO2的氧化反应氧直接参加的氧化第九页，共四十二页，2022年，8月28日A.脱氢氧化脱氢加水脱氢第十页，共四十二页，2022年，8月28日B.生成CO2的氧化反应氧化脱羧第十一页，共四十二页，2022年，8月28日C.氧直接参加的氧化

加氧酶催化氧分子直接加入到有机分子中，并生成水的反应氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应，产物为水第十二页，共四十二页，2022年，8月28日5.2.2代谢过程的热力学原理自由能(G)：指一个反应体系中能够做功的那部分能量。自由能的变化(ΔG)：产物的自由能与反应物的自由能之差，与反应转变过程无关。标准自由能的变化(ΔG0)：298K，101.3KPa，反应物浓度为1mol/L。生化反应中标准自由能的变化(ΔG0’)：298K，101.3KPa，反应物浓度为1mol/L，pH=7。第十三页，共四十二页，2022年，8月28日如

A+BC+DΔG=(GC+GD)-(GA+GB)ΔG=ΔG0+RTln[C][D]/[A][B]ΔG<0ΔG=0ΔG>0反应自发进行反应达到平衡反应不能自发进行第十四页，共四十二页，2022年，8月28日ATP与需能生化反应的偶联反应体系的总自由能差等于体系中各单独反应自由能的代数和即一个热力学上不能进行的反应（ΔG>0）可以被另一个热力学上可以进行的反应（ΔG<0）所驱动，只要它们自由能差的代数和小于零。在生化反应中，许多反应是被ATP的水解所驱动的。第十五页，共四十二页，2022年，8月28日葡萄糖+PiΔG=+13.8kJ/molATP+H2OADP+PiΔG=-30.5kJ/mol6－磷酸葡萄糖+H2O葡萄糖+ATP6－磷酸葡萄糖+ADPΔG=-16.7kJ/mol例如葡萄糖的磷酸化是被ATP水解反应所驱动。第十六页，共四十二页，2022年，8月28日5.2.3生物能和ATPATP是能够被生物细胞利用的能量形式光能需要通过光合作用转变成ATP（光合磷酸化）化学能需通过生物氧化转变成ATP（氧化磷酸化）第十七页，共四十二页，2022年，8月28日生物体系中的高能磷酸酯类化合物ATP+H2OADP+PiΔG0’=-30.5KJ/molADP+H2OAMP+PiΔG0’=-30.5KJ/molAMP+H2O腺苷+PiΔG0’=-14.2KJ/mol高能磷酸键：生化中把磷酸化合物水解时释出的能量＞20KJ/mol者所含的磷酸键称高能磷酸键，常用～P表示，含有高能键的化合物称为高能化合物。第十八页，共四十二页，2022年，8月28日√√√√√√√第十九页，共四十二页，2022年，8月28日5.3电子传递和氧化磷酸化第二十页，共四十二页，2022年，8月28日5.3.1线粒体膜的结构特点

ATP合成酶第二十一页，共四十二页，2022年，8月28日线粒体结构线粒体结构模式图线粒体嵴的分子组成ATP合成酶疏水蛋白与线粒体电子传递系统连接的部位第二十二页，共四十二页，2022年，8月28日OSCP（能量转换通道）第二十三页，共四十二页，2022年，8月28日5.3.2线粒体呼吸链的组成

线粒体呼吸链的电子传递酶系及相关的蛋白，都分布在内膜上现在已经分离出了四种复合物，组成完整的线粒体呼吸链体系第二十四页，共四十二页，2022年，8月28日5.3.3线粒体呼吸链的电子传递

第二十五页，共四十二页，2022年，8月28日1、线粒体呼吸链的电子传递

NADH呼吸链：由复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cytc组成FADH2呼吸链：由复合体Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cytc组成第二十六页，共四十二页，2022年，8月28日氧化还原电势与自由能的变化氧化态-还原态第二十七页，共四十二页，2022年，8月28日△G0=-2×[0.82-(-0.32)]×96.485=－220kJ/mol电子从NADH传递到O2是具有很强自发趋势的氧化反应过程反应释放的大量自由能在线粒体呼吸链中，是通过一系列的分布反应完成的第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日电子传递链中生成ATP的部位NADHFMN△Gθ’=-2×96.485×[(-0.03)-(-0.32)]=-55.96kJ/molCytbCytc△Gθ’=-2×96.485×[0.25-0.07]=-34.7kJ/molCytaa3O2△Gθ’=-2×96.485×[0.82-0.29]=-102.27kJ/mol第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日这三个部位所释放的自由能都足以供给ADP和无机磷酸形成ATP代谢物脱下的2mol氢原子，经NADH呼吸链而使氧原子还原，有三处可以偶联磷酸化，生成3molATP第三十页，共四十二页，2022年，8月28日P/O比

磷酸化的效率可以通过测定线粒体的P/O来判断P/O比指每消耗1mol氧原子所消耗无机磷酸的摩尔数P/O比反映了每消耗1mol氧原子，产生ATP的摩尔数第三十一页，共四十二页，2022年，8月28日3、电子传递反应与ATP合成偶联机制长期以来，科学家提出了很多假说现广泛被接受的理论是1961年英国P.D.米切尔提出的化学渗透假说第三十二页，共四十二页，2022年，8月28日

因提出氧化磷酸化偶联机制：化学渗透学说而在1978年获诺贝尔化学奖的PeterDMitchellP.D.米切尔

第三十三页，共四十二页，2022年，8月28日化学渗透假说要点

线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵在电子传递链中，电子由高能状态传递到低能状态时释放的能量，用于驱动膜内侧的H+迁移到膜外侧（膜对H+是不通透的），在膜内外产生质子梯度和电位梯度在膜内外电势差的驱动下，膜外高能质子沿特殊通道跨膜回到膜内跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成ATP第三十四页，共四十二页，2022年，8月28日4、氧化磷酸化的解偶联作用和抑制作用第三十五页，共四十二页，2022年，8月28日①呼吸毒物—阻断电子传递能够阻断电子传递链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂第三十六页，共四十二页，2022年，8月28日当具有极毒的氰化物进入体内过多时，可以因CN-与细胞色素氧化酶的Fe3+结合成氰化高铁细胞色素氧化酶，使细胞色素失去传递电子的能力，结果呼吸链中断，细胞死亡第三十七页，共四十二页，2022年，8月28日②解偶联剂—

阻碍呼吸链释放的能量用于合成ATP某些化合物能够消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，解除电子传递与磷酸化偶联的作用称为解偶联剂实质是只有电子传递，没有磷酸化患病毒性感冒时体温升高，是因为病毒毒素使氧化磷酸化解偶联，产生的能量全部变成热使体温升高第三十八页，共四十二页，2022年，8月28日③氧化磷酸化抑制剂直接作用于线粒体F0F1-ATP复合体中F1组分而抑制ATP合成的一类化合物寡霉素与F0的一个亚基结合抑制F1双环己基碳二亚胺（DCCD），阻断F0的质子通道第三十九页，共四十二页，2022年，8月28日例题:在有相应酶存在时，在标准状态下，此反应苹果酸+NAD+

草酰乙酸+NADH++H+

是否可按照箭头所示的方向进行？解：草酰乙酸+2e-+2H+苹果酸E0=-0.166VNAD++H++2e-NADH+H+E0=-0.32V

△G0=-2×[-0.32-(-0.166)]×96.485=29.72kJ/mol＞0∴按照箭头所示的反方向进行

电子受体（氧化态）电子供体（还原态）第四十页，共四十二页，2022年，8月28日习题在有相应