生物化学第五章生物氧化第一节生物氧化概念幻灯片

第八章 生物氧化 Biological Oxidation 8.1 生物氧化概述 8.2 呼吸链 8.3 氧化磷酸化 一切生命活动都需要能量。 所有生物都可以看成是能量的转换者。 这种能量的流动驱动着生命的维持与繁衍。 维持生命活动的能量，主要有两个来源： n 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合作用将 光能转变成生物能。 n 化学能：动物和大多数的微生物，通过生物氧化作用 将有机物质（主要是各种光合作用产物）存储的化学 能释放出来，并转变成生物能。 n 有机物质在生物体内的氧化作用，称为生物氧化。由 于生物氧化通常需要消耗氧，产生二氧化碳，故又称 “细胞呼吸 ”。在整个生物氧化过程中，有机物质最终 被氧化成 CO2和水，并释放出能量。 光能 化学能 化学能 机械能 光合作用 生物氧化 生命活动 太阳 H2O CO2 O2（ CH2O） 燃料分子 ADP PiATP 生物合成 机械功 主动运输 生物发热 一、 概述：生物圈中能量的流动 An electron micrograph of mitochondrion 二、 生物氧化的定义 n 定义 ：指有机化合物（糖、脂、蛋白质等）在 生物细胞中进行氧化分解，产生 CO2和 H2O,同时 放出能量的过程。 n 生物体内进行生命活动所需的能量基本上来源 于生物氧化。 营养物质 + O2 H2O + CO2 + 能量能量 ATP + 热量 三、生物氧化的特点 与非生物氧化相比 (1) 共同点： n 化学本质相同，都是失电子反应，如脱氢、加氧、传出电 子 n 同种物质不论以何种方式氧化，所释放的能量相同。 （ 2）不同点： n 生物氧化是酶促反应 ， 反应条件（如温度、 pH） 温和 ； 而体外燃烧则是 剧烈的 游离基反应，要求在高温、高压 以及干燥的条件下进行。 n 生物氧化分阶段逐步缓慢地氧化，能量也逐步释放 ； 而 体外燃烧能量是 爆发式释放 出来的。 n 生物氧化释放的能量有相当多的转换成 ATP中活跃的化 学能，用于各种生命活动； n 体外燃烧产生的能量则转换为 光和热 ，散失在环境中。 有机化合物中 C如何变成 CO2 ？ 细胞如何利用有机化合物中的 H氧化成水？ 有机物氧化时，释放的能量如何贮存在 ATP中 ？ 四、生物氧化涉及的内容 1、 CO2的生成 n 直接脱羧 ：丙酮酸脱 羧酶、酪氨酸脱羧酶 n 氧化脱羧 ：丙酮酸脱 氢酶复合物 2、水的生成 主要是在包括脱氢酶、传递体和氧化酶组成的生 物氧化体系催化下生成的。 3. ATP的生成 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 光合磷酸化 五、能 荷 n 细胞的能量状态可用能荷 (energy charge)表示。 n 能荷是细胞中 高能磷酸状态的 一种数量上的衡量， 它的大小可用下式表示： (ATP+0.5ADP) 能荷 = (ATP+ADP+AMP) n 能荷的数值在 01之间。大多数细胞维持的稳态能 荷状态在 0.8-0.9的范围内。 n ATP生成和消耗的途径和细胞的能荷状态相呼应。 n 高能荷时， ATP生成过程被抑制，分解代谢减弱； n 低能荷时，其效应相反。 n 能荷对代谢起着重要的调控作用。 六、高能化合物 高能化合物的高能键 ATP ADP + Pi + 20.9 KJ.mol-1 高能键 键能高 定义： 一般将水解时能够释放 21 kJ /mol以 上自由能（ G -21 kJ / mol） 的化合物称 为高能化合物。 注意： “高能键 ”“键能高 ” 高能键并不是这个键集中了大量的能量， 而是指水解这个键前后的分子结构存在着 很大的 自由能的改变 。 硫酯键化合物 S 甲硫键化合物 CH3S+- C-C O 高能键 ,水解断开，并可传递能量 磷氧型 -OP 磷氮型 HN =C-NP(O) 磷酸化合物 非磷酸化合物 2. 高能化合物的类型 高能化合物 分类及举例 释放能量（ pH7.0,25 ) ATP、 UTP、 CTP、 GTP 30.5 kJ/mol 1,3-二磷酸甘油酸、 磷酸烯醇式丙酮酸 61.9 kJ/mol 磷酸肌酸 43.9 kJ/mol 乙酰 CoA、琥珀酰 CoA、 脂酰 CoA 31.4 kJ/mol n 磷氧键型（ -O-P-) (1)酰基磷酸化合物 1， 3-二磷酸甘油酸 乙酰磷酸 氨 甲酰磷酸 酰基腺苷酸 氨 酰基腺苷酸 （ 2）焦磷酸化合物 ATP（ 三磷酸腺苷） 焦磷酸 （ 3）烯醇式磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸 n 氮磷键型 （ -N-P-） 磷酸肌酸（ N-甲基 -胍基乙酸） 磷酸精氨酸 这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用 n 硫酯键型 3-磷酸腺苷 -5-磷酸硫酸 酰基辅酶 A n 甲硫键型 S-腺苷甲硫氨酸 磷酸肌酸（哺乳类） 磷酸精氨酸 （虾、蟹） n 磷酸肌酸和磷酸精氨酸 n 这两种高能化合物在生物体内起储存能量 的作用 H 磷酸肌酸磷酸肌酸 - ATP在脑、肌肉中的储存形式在脑、肌肉中的储存形式 . 磷酸肌酸 + ADP 肌酸 + ATP G = G 1 + G2 = -43.1 +30.5 = -12.6 KJ/ mol 在机体中