生物氧化-2010

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1、第五章生物氧化和氧化磷酸化第一节生物氧化概述一、生物氧化的概念生物氧化是指有机分子在生物体内氧化分解，最终生成CO2和H2O并释放能量的过程。（广义和狭义的氧化）1、生物氧化的主要内容①CO2是如何生成的？②H2O是如何生成的？③能量是如何释放和怎样被生物利用的？2、生物氧化的特点①常温常压下进行，不会瞬时放出大量热和光而产生高温。②CO2的产生和H2O的生成是分开的。③反应由酶催化，整个氧化过程分多步进行，能量逐步释放，因而有利于氧化过程的控制和能量的利用。13、生物氧化中CO2和H2O的生成1）CO2的生成生物氧化中的CO2主要是由脱羧反应的方式产生，如丙酮酸的脱氢脱羧、α－酮戊二酸的

2、脱氢脱羧等。2）H2O的生成生物氧化中的水主要是由底物脱下的氢和电子通过一系列的中间传递体最终传给氧而生成。4、生物氧化的方式生物氧化的方式为：脱氢、加氧、加水脱氢和脱电子。二、生化反应中的自由能变化1、自由能的概念自由能是指恒温恒压条件下，体系可以用来对环境作功的那部分能量。又称Gibbs自由能，故用G表示。A＋BC＋D判断一个反应能否自发进行的标准就是自由能的变化ΔG。当ΔG<0时，反应可自发进行。当ΔG>0时，反应不能自发进行。当ΔG=0时，反应处于平衡状态。2、反应自由能变化的计算反应自由能ΔG=ΔGө′＋RTln[产物浓度]/[反应物浓度]标准自由能ΔGө′＝－RTlnK′（pH

3、＝7）（R：摩尔气体常数；T：绝对温度；K：平衡常数）23、氧化还原电位物质在发生氧化还原反应时，需要发生电子的转移，氧化还原电位是衡量物质电子得失能力的指标。某一物质的还原态与其氧化态构成氧化－还原电对，如Fe2＋与Fe3＋构成氧化－还原电对，Cu与Cu2＋构成氧化－还原电对。氧化还原电位越低的氧化－还原电对越容易给出电子。为了能定量地表示每一对氧化－还原电对的电势，就必须测定每一对氧化－还原电对的电势并给出一个确切且可与不同的氧化－还原电对进行比较的数值。因此就规定在标准状态下，被测氧化－还原电对与标准氢电极构成化学电池时的电压作为该氧化－还原电对的标准氧化－还原电位。4、氧化－还原反

4、应的自由能计算对于氧化还原反应，其自由能的变化可由氧化还原电位的变化来计算。ΔGө′＝－nFΔEө′（n：氧化还原反应的电子转移数；F：法拉第常数）三、高能化合物生物体内有许多化合物，其某些键水解时可释放出大量自由能，一般将水解时释放21kJ/mol以上自由能的键称为高能键，将含有高能键的化合物称为高能化合物。1、高能化合物的类型①磷氧键型（O~P），包括焦磷酸化合物（如ATP）、烯醇式磷酸化合物（如磷酸烯醇式丙酮酸）和酰基磷酸化合物。②磷氮键型（N~P），如磷酸肌酸和磷酸精氨酸。③硫碳键型（S~C），包括硫酯键（如乙酰－CoA）和甲硫键。2、ATP是生物体内的能量通货ATP是细胞内特殊的

5、自由能载体，当生物体内有自由能释放时，就合成ATP。当生物需要能量时，就水解ATP。3①ATP的磷酸酸酐键，易水解且水解时可以释放大量能量，具备作为能量通货的条件。②生物可以很容易地利用其它生化反应所释放的能量由ADP和Pi合成ATP。③ATP水解释放出的能量可被生物体内其它需能的生理生化反应所利用。④ATP的磷酸基转移势能正好介于常见含磷酸基团化合物的中间位置，很容易实现与其它含磷酸基化合物之间的磷酸基转移。第二节电子传递链（呼吸链）一、线粒体线粒体由双层膜构成，内外膜的结构和通透性不同。电子传递链存在于线粒体内膜，氧化磷酸化在线粒体内完成，三羧酸循环在线粒体基质中进行，所以，线粒体被称

6、为细胞的能量工厂。4二、电子传递链在生物体内，还原型的辅酶（NADH和FADH2）需要通过一系列的电子传递体才能把电子交给氧，这一系列电子传递体按对电子亲和力逐渐升高的顺序组成的电子传递系统就称为电子传递链（electrontransferchain，ETC）。电子传递链又叫呼吸链。电子传递链的组分包括：黄素蛋白；铁硫蛋白；细胞色素和泛醌。这些电子传递链的组分嵌合在线粒体的内膜中，与相应的蛋白质形成复合物。在线粒体内膜中分离出四个电子传递链的复合物。-0.18FADH2NADHFMNCoQCytbCytc1CytcCytaa3O2-0.32-0.06+0.1+0.03+0.22+0.25+

7、0.29+0.816电子传递链中各传递体的标准氧化还原电位的排列顺序及电子的传递方向线粒体基质线粒体内膜5电子传递链中四种复合物在线粒体内膜中的排列示意图II琥珀酸延胡索酸1、NADH脱氢酶（复合物I）相对分子量约为880,000。含25种不同的蛋白，包括以FMN为辅基的黄素蛋白和多种铁硫蛋白。催化电子从NADH转移到泛醌。受鱼藤酮（rotenone）、安密妥（amytal）和杀粉蝶菌素A（piericidinA）抑制。