6-基础生物化学-第六章 生物氧化.ppt

第六章生物氧化与氧化磷酸化 1 生物氧化概述 2 电子传递链（呼吸链） 3 氧化磷酸化 4 其它末端氧化系统 第一节 生物氧化概述 1. 生物氧化的概念 1.1 生物氧化（biological oxidation）是生物细胞将糖、脂和蛋白质等燃料分子进行氧化分解，最终生成 CO2 和 H2O 并释放能量的过程，也称为细胞氧化或细胞呼吸（cellular respiration）。 代谢物在体内的氧化可以分为 3 个阶段： 糖、脂肪和蛋白质经过分解代谢生成乙酰 CoA 中的乙酰基。 乙酰 CoA 进入三羧酸循环脱氢，生成 CO2 并使NAD+ 和 FAD 还原成 NADH、FADH2。 NADH 和 FADH2 中的氢经呼吸链将电子传递给氧生成水，氧化过程中释放出来的能量用于ATP合成。 狭义地说只有第 3 个阶段才是生物氧化，这是体内能量生成的主要阶段，即代谢物脱下的氢是如何交给氧生成水；细胞如何将氧化过程中释放的能量转变成 ATP 分子中的高能键。 1.2 生物氧化的特点： (1) 共同特点 生物体内进行的氧化反应与体外氧化反应都遵循氧化反应（脱氢、脱电子和加氧等）的一般规律，最终氧化分解产物是 CO2和 H2O，同时释放能量。 例如：生物氧化与体外燃烧相比，他们的相同之处： 消耗物：O2，终产物：CO2、H2O，释放总能量：相同 C6H12O6 +6O2?6 CO2 + 6H2O +2870 kj/mol C6H12O6+6O2+36(38)ADP+36(38)Pi?6CO2+42H2O+36(38)ATP +1553 kj/mol 生物氧化能量利用率: 40%~45% (2) 自身特点： ①生物氧化是在常温、常压、近中性 pH 的环境中进行。 ②生物氧化中底物是在酶的催化下，经一系列连续的化学反应逐步氧化分解的，氧化过程产生的能量也是逐步释放的。 ③生物氧化产生的能量部分可转变成生命活动能够利用的形式，即合成 ATP，不是全以热的形式释放。 ④反应场所：在真核细胞内，生物氧化主要是在线粒体中进行，原核细胞内生物氧化是在细胞膜上进行。 1.3 生物氧化中 CO2 和 H2O 的生成 ① CO2 的生成 代谢底物在酶的作用下经一系列脱氢、加水等反应，转变为含羧基的化合物，经脱羧反应生成 CO2，包括直接脱羧和氧化脱羧。 ② H2O 的生成 在脱氢酶、传递体和氧化酶组成的生物氧化体系催化下，将生物氧化中底物脱下的氢与氧结合生成水。 2. 生物化学反应的自由能变化 2.1 自由能概念 生物体不能直接利用热能做功，在生命活动过程中所需的能量都来自体内生化反应释放的自由能。ATP 是直接能源，称为能量货币。 自由能 (free energy) ：在恒温、恒压条件下一个体系可用于做有用功的能量。又称 Gibbs 自由能，以 G 表示。 在恒温恒压条件下生物系统的能量转换必须服从热力学定律，即 ?G＝?H－T?S ?G、?H 和 ?S 分别代表自由能、焓和熵的变化，T 为绝对温度。 ?G 0，表示自由能释放，反应可以自发进行； ?G 0，表示需要输入自由能以驱动反应进行； ?G = 0，表示反应处于平衡状态。 ?G 仅与反应物的基态和终态有关，与反应途径、反应机制无关。 ?G 0，表明反应可自发进行，并不表明反应速度。反应速度是动力学问题，它取决于温度、活化能以及催化剂的存在与否。酶只能在热力学允许的范围内通过降低活化能加速反应速度。 2.2 反应的标准自由能变化及其平衡常数的关系 ?G? ? 表示生物体系的标准自由能变化，即 25℃ (298K)、pH 7.0、 参加反应物质的浓度为 l mo1·L-1、压力为 0.1 MPa 条件下的自由能变化。 ?G? ?与平衡常数 K ? 的关系为： ?G? ? = -RTlnK′= -2.303 RT lgK′ 对于非标准状态， ?G = ?G? ? + RTln A B 对于一个反应序列，生物体系的标准自由能变化的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。即使反应序列中某一步反应的自由能变化为正值，若整个途径的自由能变化的总和为负值，则该反应序列仍可自发进行。 A ? B ? C ? D ?G? ?