生物氧化和生物能

生物氧化和生物能第1页，共39页，2023年，2月20日，星期一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2页，共39页，2023年，2月20日，星期一生物体内新陈代谢各方面的相互关系：

第3页，共39页，2023年，2月20日，星期一5.2生物氧化第4页，共39页，2023年，2月20日，星期一5.2.1生物氧化的概念、特点及方式第5页，共39页，2023年，2月20日，星期一1、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6页，共39页，2023年，2月20日，星期一2、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7页，共39页，2023年，2月20日，星期一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8页，共39页，2023年，2月20日，星期一3、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9页，共39页，2023年，2月20日，星期一A.脱氢氧化脱氢加水脱氢第10页，共39页，2023年，2月20日，星期一B.生成CO2的氧化反应氧化脱羧第11页，共39页，2023年，2月20日，星期一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12页，共39页，2023年，2月20日，星期一5.2.2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13页，共39页，2023年，2月20日，星期一如

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14页，共39页，2023年，2月20日，星期一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15页，共39页，2023年，2月20日，星期一葡萄糖+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16页，共39页，2023年，2月20日，星期一5.2.3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17页，共39页，2023年，2月20日，星期一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18页，共39页，2023年，2月20日，星期一√√√√√√√第19页，共39页，2023年，2月20日，星期一5.3电子传递和氧化磷酸化第20页，共39页，2023年，2月20日，星期一5.3.1线粒体膜的结构特点

ATP合成酶第21页，共39页，2023年，2月20日，星期一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22页，共39页，2023年，2月20日，星期一OSCP（能量转换通道）第23页，共39页，2023年，2月20日，星期一5.3.2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24页，共39页，2023年，2月20日，星期一5.3.3线粒体呼吸链的电子传递

第25页，共39页，2023年，2月20日，星期一1、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26页，共39页，2023年，2月20日，星期一氧化还原电势与自由能的变化氧化态-还原态第27页，共39页，2023年，2月20日，星期一△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28页，共39页，2023年，2月20日，星期一电子传递链中生成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29页，共39页，2023年，2月20日，星期一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30页，共39页，2023年，2月20日，星期一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31页，共39页，2023年，2月20日，星期一3、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32页，共39页，2023年，2月20日，星期一

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33页，共39页，2023年，2月20日，星期一化学渗透假说要点

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34页，共39页，2023年，2月20日，星期一4、氧化磷酸化的解偶联作用和抑制作用第35页，共39页，2023年，2月20日，星期一①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36页，共39页，2023年，2月20日，星期一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37页，共39页，2023年，2月20日，星期一②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