基础生物化学-生物氧化.ppt

6生物氧化(Biologicaloxidation)

6.1生物氧化概述

6.2电子传递链〔呼吸链〕

6.3氧化磷酸化;6.1生物氧化概述

6.1.1生物氧化的概念

6.1.1.1生物氧化的主要内容

生物氧化〔biologicaloxidation〕是生物细胞将糖、脂和蛋白质等有机物进行氧化分解，最终生成CO2和H2O并释放能量的过程，也称为细胞呼吸〔cellularrespiration〕。;代谢物在体内的氧化可以分为3个阶段：

①糖、脂肪和蛋白质经过分解代谢生成乙酰辅酶A中的乙酰基。

②乙酰辅酶A进入三羧酸循环脱氢，生成CO2并使NAD和FAD复原成NADH、FADH2。

③NADH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。;6.1.1.2生物氧化的特点

生物体内进行的氧化反响与体外氧化反响都遵循氧化反响〔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。但是生物氧化反响又有其特点。;①生物氧化中底物是在酶的催化下，经一系列连续的化学反响逐步氧化分解的，氧化过程产生的能量也是逐步释放的。

②生物氧化产生的能量局部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。

③生物氧化是在常温、常压、近中性pH的环境中进行。

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。;6.1.1.3生物氧化中CO2和H2O的生成

①CO2的生成

代谢底物在酶的作用下经一系列脱氢、加水等反响，转变为含羧基的化合物，经脱羧反响生成CO2，包括直接脱羧和氧化脱羧。;②H2O的生成

生物氧化中底物脱下的氢与氧结合生成水。;6.1.2生物氧化的自由能变化

6.1.2.1自由能概念

生物体不能直接利用热能做动，在生命活动过程中所需的能量都来自体内生化反响释放的自由能。

自由能(freeenergy)：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。;6.1.2.3氧化复原电位

生物体内进行的生化反响有许多是氧化复原反响，生物所需要的能量就来自于体内的氧化复原反响。在生物体中物质进行氧化-复原时，其根本原理和化学电池一致。在氧化-复原反响中，电子从复原剂传递到氧化剂。;标准状况下氧化复原电位变化：

?E?′=标准氧化电极电位?标准复原电极电位

E?′越大，得到电子的倾向越大，氧化能力越强；E?′越小，失去电子的倾向越大，复原能力越强。;6.1.3高能磷酸化合物

6.1.3.1生物体内的高能化合物

生命过程必须与放能反响偶联。生物氧化释放的能量一般先贮藏在高能化合物中，机体用于做功的能量来自高能化合物水解反响。这样，高能化合物就成为放能反响与吸能反响之间的能量梭。;高能化合物中含有高能键，高能键是指具有高的磷酸基团转移势能或水解时释放较多自由能的磷酸酐键或硫酯键。高能键是不稳定的键。

ATP是最重要的高能化合物。;并非含磷酸基团的化合物均属于高能化合物，例如6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖、3-磷酸甘油，它们水解时只释放出4.2~12.6kJ·mol-1的能量，因而属于低能磷酸化合物。;6.1.3.2ATP的结构及其在能量转换中的作用

糖、脂肪和蛋白质是大多数生物赖以生存的主要能源物质，通过细胞呼吸作用使这些贮存能源物质氧化分解，同时释放出能量。释放的能量除一局部以热的形式散失于周围环境中之外，其余局部通过底物水平磷酸化或氧化磷酸化生成ATP，以高能磷酸键的形式存在。同时，ATP也是生命活动利用能量的主要直接供给形式。;中度体力劳动者每日每kg体重需供给能量34~40千卡，假设一成人重70kg，从事中度体力劳动，那么每日应供给含能量2450千卡的食物，其中40%的能量转变成化学能储存于ATP分子的高能键中，这一局部能量应为2450×0.4=980.0千卡，按每molATP水解生成ADP+Pi释放7.3千卡能量计算，应当合成：980÷7.3=134.3molATP，ATP的分子量为507.22，所以134.3molATP重达68.12kg，说明ATP在体内的代谢十分旺盛。;ATP的末端有两个以磷酸酐键连接的磷酸基，由于P＝O键的极化，电子云偏向氧原子，使磷原子带局部正电荷，相距很近的正电荷相互排斥，使磷酸酐键不稳定。;同时，在生理pH条件下，ATP约带4个空间距离很近的负电荷，它们之间相互排斥，使磷酸酸酐键易水解。

当ATP水解生成ADP和Pi时，可局部消除这种应力，而且在生理pH下ADP和Pi都带负电荷，使平衡强烈地趋向水解，释放出大量自由能。;ATP的合成可与放能反响偶联，利用其释放的