生物氧化与氧化磷酸化1

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1、第七章生物氧化与氧化磷酸化第一节生物氧化概述第二节电子传递链（呼吸链）第三节氧化磷酸化第一节生物氧化概述一、生物氧化的概念二、生物氧化的特点三、生化反应的自由能变化四、高能化合物有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化(biologicaloxidation)。生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用。1、概念一、生物氧化的概念糖、脂肪和蛋白质CO2+H2O+能量2、生物氧化主要包括三方面的内容：（1）细胞如何在酶的催化下将有机化合物中的C变成CO2。糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化

2、合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。糖、脂肪和蛋白质CO2+H2O+能量CH3COSCoA+CO2CH3-C-COOHO丙酮酸脱氢酶系NAD+NADH+H+CoASH代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O。CH3CH2OHCH3CHONAD+NADH+H+乙醇脱氢酶12O2NAD+电子传递链H2O2eO=2H+（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机化合物中的H氧化成H2O。（3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎样转化成ATP。底物水平

3、磷酸化氧化磷酸化脂肪葡萄糖、其它单糖三羧酸循环电子传递（氧化）蛋白质脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环电子传递及磷酸化彻底氧化为CO2、H2O。释放大量的能量大分子降解成基本结构单位生物氧化的三个阶段释放的能量转化成ATP被利用转换为光和热，散失二、生物氧化的特点生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，都生成CO2和H2O，所释放的能量也相同。但二者进行的方式和历程却不同：生物氧化体外燃烧温和条件高温或高压、

4、干燥条件（常温、常压、中性pH、水溶液）逐步氧化放能，能量利用率高能量爆发释放自由能变化（ΔG）:ABΔG=GB-GAΔG是衡量反应自发性的标准。ΔG<0，放能，自发进行ΔG=0，平衡状态ΔG>0，吸能，非自发进行三、生化反应的自由能变化自由能（G）:指在一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量。ΔG随温度和物质浓度而变化1、生化标准自由能变化(ΔG0’)指在标准条件下，即温度为25℃，参加反应的物质浓度为1mol/L,若有气体，则为1个大气压，pH为7时，测定的自由能变化。单位为J/mol,KJ/mol生化标准条件下某一可逆反应的平衡常

5、数用k表示。ΔG0’=-RTlnk=-2.303RTlgk标况下，T=298K,R=1.987cal/mol.k=8.314J/mol.k2、自由能变化与平衡常数的关系生化标准氧化还原电位（E0’）：生化标准条件下，发生氧化还原反应的每一氧还对的电子转移势能。在氧化还原反应中，电子总是从E0’值较小的物质转移到E0’值较大的物质，即从还原剂流向氧化剂。3、自由能变化与氧化还原电位差的关系氧还对：氧化还原反应中，参与反应的每一种物质都有氧化态和还原态，称为氧还对。ΔE0’=E0’氧化剂-E0’还原剂ΔG0’=-nFΔE0’其中n为转移的电子数，F为法拉第常数

6、，F=96.496kJ/v.mol=23.063kcal/v.mol生化标准氧化还原电位差（ΔE0’）：四、高能化合物一般将水解时能够释放21kJ/mol（5千卡/mol)及以上自由能（G’<-21kJ/mol）的化合物称为高能化合物。高能磷酸化合物：水解每摩尔磷酸基能释放5千卡/mol或以上能量的磷酸化合物在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解断裂的活泼共价键称为高能键。1、概念生物氧化过程涉及高能化合物产生磷氧键型磷氮键型硫酯键型甲硫键型2、高能化合物的类型据分子结构特点及所含高能键的特征1、磷氧键型（—O~P)(1)酰基磷酸化合物乙酰磷酸10

7、.1千卡/摩尔1,3-二磷酸甘油酸11.8千卡/摩尔氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸（2）焦磷酸化合物焦磷酸ATP（三磷酸腺苷）7.3千卡/摩尔（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩尔2、磷氮键型磷酸肌酸10.3千卡/摩尔磷酸精氨酸7.7千卡/摩尔磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质3、硫酯键型3´-磷酸腺苷-5´-磷酸硫酸酰基辅酶A4、甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-）3、ATP的特点及其

8、特殊作用（1）ATP的分子结构特点与水解自由能的关系ATP4-不稳