生物化学-(生物氧化)文稿演示
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生物化学：生物氧化
生物化学：生物氧化在我们生活的这个丰富多彩的世界里，生命的活动无时无刻不在进行着。
从细胞的分裂生长，到生物体的各种生理功能，都离不开一系列复杂而又精妙的化学反应。
其中，生物氧化就是生命活动中至关重要的一环。
什么是生物氧化呢？简单来说，生物氧化就是指在生物体内，物质在细胞内进行的一系列氧化还原反应，逐步释放能量的过程。
这可不像我们在实验室里进行的普通化学反应，生物氧化是在温和的条件下，由一系列酶催化完成的。
想象一下，我们吃进去的食物，比如碳水化合物、脂肪和蛋白质，它们都蕴含着能量。
但这些能量不能直接被细胞利用，需要经过生物氧化这个过程，把它们转化为细胞能够“用得上”的形式，也就是三磷酸腺苷（ATP）。
ATP 就像是细胞的“能量货币”，细胞的各种活动都需要它来提供能量。
生物氧化的过程是怎样的呢？让我们以葡萄糖为例来看看。
葡萄糖首先经过糖酵解途径，被分解成丙酮酸。
丙酮酸再进入线粒体，通过三羧酸循环等一系列反应，逐步被氧化分解。
在这个过程中，氢原子被脱下，通过一系列的传递，最终与氧气结合生成水。
在生物氧化中，有一个非常关键的角色，那就是电子传递链。
电子传递链就像是一条能量传递的“高速公路”，由一系列的蛋白质复合物组成。
这些复合物按照一定的顺序排列，依次传递电子。
在传递电子的过程中，释放出能量，用于将氢离子（H+）从线粒体的基质侧（negative side，N 侧）转移到膜间隙侧（positive side，P 侧），形成跨线粒体内膜的质子电化学梯度，驱动质子回流释放能量，促使 ADP 和磷酸生成 ATP。
那么，生物氧化和我们的日常生活又有什么关系呢？其实关系可大了！比如说，我们运动的时候，身体需要更多的能量，这时候细胞就会加快生物氧化的速度，产生更多的 ATP 来满足我们的能量需求。
再比如，当我们的身体受到疾病的侵袭时，生物氧化的过程可能会出现异常。
例如，在某些疾病状态下，细胞的线粒体功能受损，导致生物氧化无法正常进行，从而影响细胞的能量供应，引发一系列的健康问题。
生物氧化—无氧氧化体系(生物化学课件)
4、异柠檬酸穿梭 NADPH的电子可通过两条途径进入电子传递链。 ①经转氢酶催化， NADPH将氢先转移给NAD+:
生成的NADH再依上述方式将电子传递给电子传递链。
②通过异柠檬酸穿梭作用。通过该穿梭作用，胞质 中的NADPH转变为线粒体基质中的NADH，在这种转运过程 中电子耗能很少，故每个NADPH可产生
1、磷酸甘油/磷酸二羟丙酮穿梭 这一穿梭系统已发现于动物神经组织和骨骼肌的细
胞中。这种穿梭作用是磷酸甘油与磷酸二羟丙酮通过线 粒体内膜的交换，将胞质NADH的电子转移到线粒体内的 FAD，通过还原辅酶的再氧化将电子传入电子传递链。
线粒体外的NADH的一对电子通过该穿梭作用进入电 子传递链只能产生2个ATP。
2、苹果酸/天冬氨酸穿梭
这种穿梭作用发现于肝脏和心肌细胞质中。
通过这种穿梭作用，胞质中的NADH的一对电子进入 电子传递链传递给氧后，可产生3个ATP。
3、植物细胞质NADH的转运 与动物细胞不同，植物细胞线粒体内膜的内外两表面
均有以FAD为辅基的NADH脱氢酶。因此，胞质中的NADH扩 散到达内膜外表面时，即可被那里的NADH脱氢酶氧化， 氢被FAD接受后即可进入电子传递链。这种转运方式，胞 质NADH的一对电子也只能产生2个ATP。
生物化学 第八章 生物氧化(共83张PPT)
HO– CHCOOH
苹果酸
△ G0′≈0(变化很小）
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
TCA循环
CH2COOH HO CHCOOH
苹果酸
NAD+
NADH+H+
苹果酸脱氢酶
CH2COOH O C COOH
草酰乙酸
△ G0′
完整的三羧酸循环
小结
TCA循环
8步反应(10步) 8种酶催化 反应类型：缩合1、氧化4、底物水平磷酸化1、
S
Fe
S
铁硫簇(Fe4S4) C
功能：参与电子传递
3、细胞色素：以铁卟啉为辅基的结合蛋白
+e
Fe3+
Fe2+
-e
功能：传递电子
第四节 三羧酸循环（TCA循环）
淀粉、糖原
葡萄糖
脂肪
甘油、脂肪酸
蛋白质 氨基酸
TCA循环
乙酰CoA
2H ADP＋Pi
CO2
ATP H2O
1/2O2
概念：
乙酰辅酶A的乙酰基部分通过一种循环, 在有氧 条件下被彻底氧化为CO2和H2O,由于该途径的第一个 代谢物是含有三个羧基的柠檬酸, 故称之为三羧酸循环
或柠檬酸循环,简称为TCA 循环。
为了纪念德国科学家Hans Krebs在阐明TCA循 环中所做出的突出贡献,又称之为Krebs循环。
TCA 循环也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰CoA）被降 解成CO2
产生一些ATP
产生更多的NADH和FADH2
NADH和FADH2进入呼吸链，通过氧化磷酸化产 生更多的ATP。
4 KJ/mol)，这部分能量可推动ADP与Pi合成ATP。
苹果酸
△ G0′≈0(变化很小）
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
TCA循环
CH2COOH HO CHCOOH
苹果酸
NAD+
NADH+H+
苹果酸脱氢酶
CH2COOH O C COOH
草酰乙酸
△ G0′
完整的三羧酸循环
小结
TCA循环
8步反应(10步) 8种酶催化 反应类型：缩合1、氧化4、底物水平磷酸化1、
S
Fe
S
铁硫簇(Fe4S4) C
功能：参与电子传递
3、细胞色素：以铁卟啉为辅基的结合蛋白
+e
Fe3+
Fe2+
-e
功能：传递电子
第四节 三羧酸循环（TCA循环）
淀粉、糖原
葡萄糖
脂肪
甘油、脂肪酸
蛋白质 氨基酸
TCA循环
乙酰CoA
2H ADP＋Pi
CO2
ATP H2O
1/2O2
概念：
乙酰辅酶A的乙酰基部分通过一种循环, 在有氧 条件下被彻底氧化为CO2和H2O,由于该途径的第一个 代谢物是含有三个羧基的柠檬酸, 故称之为三羧酸循环
或柠檬酸循环,简称为TCA 循环。
为了纪念德国科学家Hans Krebs在阐明TCA循 环中所做出的突出贡献,又称之为Krebs循环。
TCA 循环也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰CoA）被降 解成CO2
产生一些ATP
产生更多的NADH和FADH2
NADH和FADH2进入呼吸链，通过氧化磷酸化产 生更多的ATP。
4 KJ/mol)，这部分能量可推动ADP与Pi合成ATP。
生物化学生物氧化ppt课件
第五章 生物氧化
一.生物氧化
第一节 生物氧化概述
(一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机
物质在活细胞内氧化分解，产生CO O并放出能量的
作用称生物氧化。
22
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。
反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α脱羧和β脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
第三节 其他生物氧化体系
非线粒体氧化体系，与ATP的生成无关
一、需氧脱氢酶
氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以FMN 或FAD为辅酶。儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。 马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。
图5-36 多酚氧化酶系统
图5-1几种物质脱羧反应
? 2.水的生成 ? H 脱氢酶 传递体和氧化酶
O2 生成H2O
图5-2 生物氧化体系
二.能量守恒与转化
(一)自由能的概念 自由能(free energy)：在一个体系中，能够用来做有用功的
那部份能量，又称Gibbs自由能，用符号G来表示。 (二)氧化还原电位
通常用氧化还原电极电位(氧化还原电势)来相对表示各化合 物对电子亲和力的大小。
电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方 程为:
E′=Eo′+
RT nF
In
C氧化态 C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系 △Go'=-nF △Eo'
三. 高能磷酸化合物
一.生物氧化
第一节 生物氧化概述
(一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机
物质在活细胞内氧化分解，产生CO O并放出能量的
作用称生物氧化。
22
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。
反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α脱羧和β脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
第三节 其他生物氧化体系
非线粒体氧化体系，与ATP的生成无关
一、需氧脱氢酶
氧、亚甲蓝（或其他适当物质）作为受氢体，以FMN 或FAD为辅酶。儿茶酚氧化酶，含铜的末端氧化酶。 马铃薯块茎、苹果果实、茶叶等。制红茶、绿茶。
图5-36 多酚氧化酶系统
图5-1几种物质脱羧反应
? 2.水的生成 ? H 脱氢酶 传递体和氧化酶
O2 生成H2O
图5-2 生物氧化体系
二.能量守恒与转化
(一)自由能的概念 自由能(free energy)：在一个体系中，能够用来做有用功的
那部份能量，又称Gibbs自由能，用符号G来表示。 (二)氧化还原电位
通常用氧化还原电极电位(氧化还原电势)来相对表示各化合 物对电子亲和力的大小。
电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方 程为:
E′=Eo′+
RT nF
In
C氧化态 C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系 △Go'=-nF △Eo'
三. 高能磷酸化合物
生物氧化—生物氧化概述(生物化学课件)
3
◇生物氧化：
▽ 活细胞、水环境中进行，需中性pH、常温(体 温) 、常压环境中进行。 ▽ 需一系列酶,辅酶,电子和氢中间传递体。 ▽ 常是脱氢氧化, 分阶段逐步进行,能量逐步释放。 ▽ 释放的能量贮存在ATP高能磷酸键中，供生命 活动所利用。
4
5
2 生物氧化的方式:
◆ CO2的生成: 有机酸在酶催化下的脱羧作用而产生。代谢
生物氧化概述
生物氧化的概念及特点 生物氧化 生物氧化的方式 生物氧化的类型 生物氧化与体外氧化
2
1 生物氧化:
在有O2条件下，糖、脂和蛋白质等有机物 质被氧化分解，最终生成CO2和H2O,并释放能量 形成ATP的过程(biological oxidation)。
实际上是需氧细胞中呼吸作用的一系列氧化 还原反应，也称细胞氧化或细胞呼吸。
传给氧生成水。 脱氢酶、NAD、NADP+、FAD、FMN、氧化酶。
7
3 生物氧化的类型 ◆ 脱电子反应：
从底物上脱下一个电子，如Fe2+→Fe3+ + e◆ 加氧反应：
向底物分子上直接加入氧原子或氧分子. 如醛→酸 ◆ 脱氢反应：
从底物分子上脱下一对氢 原子，如异柠 檬酸、苹果酸等脱氢反应.
8
◆ 加水脱氢反应： 向底物分子加入水分子，同时脱去两个氢原子
(一对质子和一对电子)，其结果是底物分子加入了 一个来自水分子的氧原子。实际上是一个脱氢酶的 反应。
如TCA中的延胡索酸水合酶和苹果酸脱氢酶反 应即是加水脱氢反应。
9
4、生物氧化与体外氧化
生物氧化与体外氧化之相同点 ➢生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、
失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。
➢物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产 物(CO2，H2O)和释放能量均相同。
◇生物氧化：
▽ 活细胞、水环境中进行，需中性pH、常温(体 温) 、常压环境中进行。 ▽ 需一系列酶,辅酶,电子和氢中间传递体。 ▽ 常是脱氢氧化, 分阶段逐步进行,能量逐步释放。 ▽ 释放的能量贮存在ATP高能磷酸键中，供生命 活动所利用。
4
5
2 生物氧化的方式:
◆ CO2的生成: 有机酸在酶催化下的脱羧作用而产生。代谢
生物氧化概述
生物氧化的概念及特点 生物氧化 生物氧化的方式 生物氧化的类型 生物氧化与体外氧化
2
1 生物氧化:
在有O2条件下，糖、脂和蛋白质等有机物 质被氧化分解，最终生成CO2和H2O,并释放能量 形成ATP的过程(biological oxidation)。
实际上是需氧细胞中呼吸作用的一系列氧化 还原反应，也称细胞氧化或细胞呼吸。
传给氧生成水。 脱氢酶、NAD、NADP+、FAD、FMN、氧化酶。
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3 生物氧化的类型 ◆ 脱电子反应：
从底物上脱下一个电子，如Fe2+→Fe3+ + e◆ 加氧反应：
向底物分子上直接加入氧原子或氧分子. 如醛→酸 ◆ 脱氢反应：
从底物分子上脱下一对氢 原子，如异柠 檬酸、苹果酸等脱氢反应.
8
◆ 加水脱氢反应： 向底物分子加入水分子，同时脱去两个氢原子
(一对质子和一对电子)，其结果是底物分子加入了 一个来自水分子的氧原子。实际上是一个脱氢酶的 反应。
如TCA中的延胡索酸水合酶和苹果酸脱氢酶反 应即是加水脱氢反应。
9
4、生物氧化与体外氧化
生物氧化与体外氧化之相同点 ➢生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、
失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。
➢物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产 物(CO2，H2O)和释放能量均相同。
生物化学生物氧化PPT课件
目录
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
NAD+/NADH+H+
FMN/ FMNH2 FAD/ FADH2 Cyt b Fe3+/Fe2+
Q
QH2
Q.
e
e
e
2Fe-2S
e
上 述 Q.
线粒体 基质侧
e
C1 C
线粒 体内 膜胞 液侧
Q
目录
特点
1.消耗2分子的QH2，产生1分子1分子Q， 净消耗分子的QH2 2.传递电子给C1至C的是2Fe-2S 3.b566，b562产生半醌型Q，2个半醌型Q， 结合为QH2
目录
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
FMN FMNH2复合体Ⅰ的功能来自还原型Fe-SQ
氧化型Fe-S
QH2
2H+
H+ 2H+ 2H+
目录
复合体Ⅰ
NADH+H+
NAD+
FMN Fe-S
CoQ
目录
2. 复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶
组成: 黄素蛋白(FAD) 铁硫蛋白(Fe-S) Cytb560 (铁卟啉）
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
1.反应条件：温和的环境中（体温， pH接近中性），
2.反应实质： 酶促反应 3.能量释放 ：逐步进行 4.产物生成：H2O由脱下的氢与氧
结合产生， CO2是有机酸脱羧产生。
体外氧化
高温
单纯化学反应 能量是突然释放的 CO2、H2O是由 物质中的碳和氢直接 与氧结合产生。
目录
* 生物氧化的一般过程
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
呼吸链中各种氧化还原对的标准氧化还原电位
氧化还原对
NAD+/NADH+H+
FMN/ FMNH2 FAD/ FADH2 Cyt b Fe3+/Fe2+
Q
QH2
Q.
e
e
e
2Fe-2S
e
上 述 Q.
线粒体 基质侧
e
C1 C
线粒 体内 膜胞 液侧
Q
目录
特点
1.消耗2分子的QH2，产生1分子1分子Q， 净消耗分子的QH2 2.传递电子给C1至C的是2Fe-2S 3.b566，b562产生半醌型Q，2个半醌型Q， 结合为QH2
目录
4. 复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
FMN FMNH2复合体Ⅰ的功能来自还原型Fe-SQ
氧化型Fe-S
QH2
2H+
H+ 2H+ 2H+
目录
复合体Ⅰ
NADH+H+
NAD+
FMN Fe-S
CoQ
目录
2. 复合体Ⅱ: 琥珀酸-泛醌还原酶
组成: 黄素蛋白(FAD) 铁硫蛋白(Fe-S) Cytb560 (铁卟啉）
功能: 将电子从琥珀酸传递给泛醌
1.反应条件：温和的环境中（体温， pH接近中性），
2.反应实质： 酶促反应 3.能量释放 ：逐步进行 4.产物生成：H2O由脱下的氢与氧
结合产生， CO2是有机酸脱羧产生。
体外氧化
高温
单纯化学反应 能量是突然释放的 CO2、H2O是由 物质中的碳和氢直接 与氧结合产生。
目录
* 生物氧化的一般过程
功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
南华大学生物化学生物氧化详解演示文稿
第十七页，共54页。
二氢泛醌（氢醌型或 还原型）
南华大学 第7版生物化学
复合体Ⅰ的功能
NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2
Fe 2+ -S Fe 3+ -S
Q QH2
第十八页，共54页。
南华大学 第7版生物化学
第十九页，共54页。
南华大学 第7版生物化学
复合体Ⅱ，琥珀酸-泛醌还原酶
功能：将电子从琥珀酸传递给泛醌 组成：黄素蛋白（以FAD为辅基）、铁硫蛋白和细胞色素
内
膜
NO2 OH
NO2 O-
H+
不能形成质子梯度，使氧化与磷酸化偶联过程脱离。抑制ATP的生
成，不抑制电子传递，使电子传递产生的自由能都变为热能散失。
第四十四页，共54页。
南华大学 第7版生物化学
解偶联蛋白作用机制（褐色脂肪组织线粒体）
胞液侧
H+
Cyt c
热能
Q
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
基质侧
第四十五页，共54页。
F0 Ⅳ
二硝基苯酚
❖ 氧化磷酸化抑制剂：对电子传递及ADP磷酸化均有
抑制作用 寡霉素
第四十二页，共54页。
南华大学 第7版生物化学
部分呼吸链抑制剂作用位点
第四十三页，共54页。
南华大学 第7版生物化学
2,4-二硝基苯酚的解偶联作用
NO2
低 pH
NO2
外
内
高 pH
NO2
NO2
H+ NO2
O-
NO2
线
OH
粒 体
b-ADP
第四十一页，共54页。
南华大学 第7版生物化学
生物氧化—生物氧化基本知识(生物化学课件)
2.β-单纯脱羧
α COOH C =O CH2
β COOH
O ‖ CH3 C H + CO2
COOH C =O + CO2 CH3
（二）氧化脱羧
1.α-氧化脱羧
O ‖ CNHA3D－+OC－COOH + CoASH + ‖ CH3－C～SCoA + NADH + H+ + CO2
2.β-氧化脱羧
COOH α CH OH + NAD+ β CH2
O2－
+2e1 2
O2
H2O
(二)脱氢酶类 1.需氧脱氢酶
特点：催化底物脱氢后,以O2为直接受氢体,生成 H2O2。
组成：结合酶
酶蛋白 辅基：FMN、FAD
2H
RH2
FMN /FAD
H2O2
R
FMNH2/FADH2 2H O2
2.不需氧脱氢酶（最重要）
特点：催化底物脱氢后，不能以O2为直接受氢体
CoQH2 2Cyt-Fe3+ O2-
CoQ
2Cyt-Fe2+
1 2
O2
(b、 c1、 c 、 aa3)
每2H通过此呼吸链可生成2分子ATP。
3. 分别进入两条呼吸链的底物
苹果酸 异柠檬酸 β-羟丁酸 谷氨酸
琥珀酸 FAD（Fe-S）
NAD+ FMN CoQ b c1
2e
2H+
丙酮酸
FAD
α-酮戊二酸
2Cyt-Fe3++2e
2Cyt-Fe2+
2Cytaa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2-
α COOH C =O CH2
β COOH
O ‖ CH3 C H + CO2
COOH C =O + CO2 CH3
（二）氧化脱羧
1.α-氧化脱羧
O ‖ CNHA3D－+OC－COOH + CoASH + ‖ CH3－C～SCoA + NADH + H+ + CO2
2.β-氧化脱羧
COOH α CH OH + NAD+ β CH2
O2－
+2e1 2
O2
H2O
(二)脱氢酶类 1.需氧脱氢酶
特点：催化底物脱氢后,以O2为直接受氢体,生成 H2O2。
组成：结合酶
酶蛋白 辅基：FMN、FAD
2H
RH2
FMN /FAD
H2O2
R
FMNH2/FADH2 2H O2
2.不需氧脱氢酶（最重要）
特点：催化底物脱氢后，不能以O2为直接受氢体
CoQH2 2Cyt-Fe3+ O2-
CoQ
2Cyt-Fe2+
1 2
O2
(b、 c1、 c 、 aa3)
每2H通过此呼吸链可生成2分子ATP。
3. 分别进入两条呼吸链的底物
苹果酸 异柠檬酸 β-羟丁酸 谷氨酸
琥珀酸 FAD（Fe-S）
NAD+ FMN CoQ b c1
2e
2H+
丙酮酸
FAD
α-酮戊二酸
2Cyt-Fe3++2e
2Cyt-Fe2+
2Cytaa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2-
生物化学课件-生物氧化
26
1、不需传递体体系∶ 是最简单的生物氧化体系。从底物脱下来的氢不需传递， 直接在酶作用下与分子氧结合。这种酶可分为∶
2021/4/8
27
(1) 氧化酶类催化的反应模式∶
(见P310)
氧化酶类∶ 它是含Cu++或Fe++的金属蛋白，不能从底物上脱氢，只
能夺取底物上的电子对(2e)，用于激活分子氧(O2)，从而促 进氧与底物的化合。氰化物、硫化氢对氧化酶有抑制作用。
三羧酸 循环
2021/4/8
大分子降解 成基本结构 单位
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰
CoA等）
共同中间物进 入三羧酸循环, 氧化脱下的氢由 电子传递链传递 生成H2O，释放 出大量能量，其 中一部分通过磷 酸化储存在ATP 中。
5
二、中间代谢
1、酶抑制剂的应用 2、利用遗传缺陷症研究代谢途径 3、气体测量法 4、同位素示踪法
R为气体常数，其值为8.314J·K-1 ·mol-1，F为法拉第常数， 其值为96.485kJ /(V. mol )， T为热力学温度，当T = 298K时
Eφ’ =EφΘ0’ +
2.03.0033RTlg ca[(电氧 子化 受体型 ] )
nF
cg([还 电子原 供体型 ] )
2021/4/8
16
ADP + Pi
生物氧化过程中 释放出的自由能
ATP + H2O
2021/4/8
49
一、ATP 的生成
类别：底物水平磷酸化 电子传递水平磷酸化
2021/4/8
50
二、电子传递过程中自由能的变化
呼吸链中电子传递时自由能的下降
生物化学—生物氧化课件ppt
烷基脂肪酸脱氢
琥珀酸脱氢
COOH CH2 CH2 COOH
COOH
CH
+
CH
COOH
2H+ + 2e-
醛酮脱氢
乳酸脱氢酶
OH
CH3CHCOOH NAD+
O CH3CCOOH NADH
（2）加水脱氢
酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一 类。
H
H
H 2O
酶
RCO
R C OH
OH
O R C O H + 2H + + 2e -
(1)酰基磷酸化合物
O
O
RC O P O A O-
O
O
H3N+ C O P OO-
氨甲酰磷酸
酰基腺苷酸
O
O
RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
（2）焦磷酸化合物
OO
O- P O P O-
O-
O-
焦磷酸
O O- P
O-
ATP（三磷酸腺苷）
7.3千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
光c所合携作带用的的电总子反传生应递式给可氧O表2。示化如下（： 脱氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧
生成丙酮酸。
二、生物氧化的特点
1，生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化 过 程 ， 反 应 条 件 温 和 （ 水 溶 液 ， pH7 和 常 温）。
2，氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应 的发生。
它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存 在。(2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和 两个铁原子。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用
【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
2020/10/11
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。
2020/10/11
维持生命活动的能量，主要有两个来源： 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合作用将光
2020/10/11
2. 高能化合物的类型
磷氧型 -O~P
磷酸化合物
磷氮型 HN =C-N~P(O)
O
硫酯键化合物
C~ S
非磷;- C-C
~ 高能键,水解断开，并可传递能量
2020/10/11
高能化合物
分类及举例
ATP、UTP、CTP、GTP 1,3-二磷酸甘油酸、 磷酸烯醇式丙酮酸
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2 C H2C H2C H2C HC O O H
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
2020/10/11
硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
2020/10/11
NH2
N
N
O
OS O-
O
OP O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
2020/10/11
1、CO2的生成
直接脱羧：丙酮酸脱 羧酶、酪氨酸脱羧酶
氧化脱羧：丙酮酸脱 氢酶复合物
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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。
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Biological Oxidation
8.1 生物氧化概述 8.2 呼吸链 8.3 氧化磷酸化
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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。
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维持生命活动的能量，主要有两个来源： 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合作用将光
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2. 高能化合物的类型
磷氧型 -O~P
磷酸化合物
磷氮型 HN =C-N~P(O)
O
硫酯键化合物
C~ S
非磷;- C-C
~ 高能键,水解断开，并可传递能量
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高能化合物
分类及举例
ATP、UTP、CTP、GTP 1,3-二磷酸甘油酸、 磷酸烯醇式丙酮酸
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2 C H2C H2C H2C HC O O H
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
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硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
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NH2
N
N
O
OS O-
O
OP O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
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1、CO2的生成
直接脱羧：丙酮酸脱 羧酶、酪氨酸脱羧酶
氧化脱羧：丙酮酸脱 氢酶复合物
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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。
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CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
R
氨基酸脱羧酶
H2N-CH-COOH
R CH2-NH2 +CO2
2、H2O的生成
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 。
G′与平衡常数K′的关系为：
G′= -RTlnK′= -2.303RTlogK′
对于一个反应序列，自由能的总变 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。
2、氧化还原电位
生物体内进行的生化反应有许多是 氧化还原反应，生物所需要的能量就来 自于体内的氧化还原反应。在生物体中 物质进行氧化-还原时，其基本原理和化 学电池一致。在氧化-还原反应中，电子 从还原剂传递到氧化剂。
脂肪
多糖
生物氧化的三个阶段 蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
大分子降解成基 本结构单位
小分子化合物分 解成共同的中间 产物（如丙酮酸 、乙酰CoA等）
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
共同中间物进入
三羧酸循环,氧化 脱下的氢由电子
传递链传递生成 H2O，释放出大量 能量，其中一部
OH
+ －12 O2
苯丙氨酸 O2 酪氨酸
2、 脱氢氧化：
最主要的生物氧化方式
如：TCAC 3: 异 柠檬酸
草酰琥珀酸
NAD+ NADH+H+
TCAC7: 琥珀酸
延胡索酸
FAD FADH2
EMP6:
TCAC9:
苹果酸
草酰乙酸
NAD+NADH+H+
3-磷酸甘油醛
1、3－二磷酸甘油酸
Pi＋NAD+NADH+H+
② 氧化分阶段进行，产生的能量逐步释放。 这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条 件下释放能量，提高了能量的利用率。
③ 生物氧化中物质的氧化放能同磷酸化贮能 （ATP生成）反应相互偶联。释放的能量除 少部分以光和热的形式释放外。大部分转换 成生物体能够直接利用的生物能ATP。
ADP + Pi
生物氧化过程中 释放出的自由能
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。
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)、pH7.0、 参加反应物质的浓 度为lmo1·L-1、压力为0.1MPa条件下的自 由能变化。
CH33CH22OH
乙醇脱氢酶
CH33CHO
NAD++
NADH+H++
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
H2O
六、生物氧化的自由能变化
1、自由能的概念
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 应释放的自由能。
自由能(free energy) ：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，以G表示。
有氧氧化:生物氧化在有氧和无氧条件下都能进
行。在有氧条件下，好气生物或兼性生物吸收空 气中的氧作为电子受体，可将燃料分子完全氧化 分解，这称为有氧氧化。因为有氧氧化燃烧完全， 产能多，所以，只要有氧气存在，细胞都优先进 行有氧氧化。
生物氧化遵循氧化－还原的基本 原理，常见的主要有三种方式：
1、 加氧氧化：
3、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。但是生物氧化反应又 有其特点。
① 生物氧化中底物是在一系列酶、辅因子 和中间传递体的作用下，经一系列连续的化 学反应逐步而有序的氧化分解。
ATP + H2O
④ 生物氧化是在常温、常压、接近 中性pH的温和环境中进行的。
生物系统中的能量流
五、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。
O
丙酮酸脱氢酶系
CH3-C-COOH
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－TS
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；可 以产生有用的功。
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。
分通过磷酸化储 存在ATP中。
二、生物氧化的基本内容
◆ CO2的产生？ ◆ H2O形成？ ◆ 能量的释放、储存和利用？
三、生物氧化的方式
根据有无氧的参与，分为有氧氧 化和无氧氧化。
根据反应场所，分为线粒体氧化 体系与非线粒体氧化体系。
无氧氧化:在无氧条件下，兼性生物或厌气生
物能利用细胞中的氧化型物质作为电子受体，将 燃料分子氧化分解，这称为无氧氧化。这些生物 有的以有机物分子作为最终的氢受体(如厌氧发 酵)，有的则以无机物分子作为氢受体(如微生物 中的化能自养菌对NO3-、SO42-的利用)。
❖ 生化标准氧化还原电位（E0）： ❖ 生化标准条件下（ 25C、一个大气压、 pH=7.0 、电子供体和电子受体的浓度都是 1mol/L）时的标准氧化还原电位
❖ 意义:
❖ 一般E0 值越小，失电子能力越大，即还原能力越
强，是强还原剂
❖ E0’值越大，得电子能力越大，即氧化能力越强，
是强氧化剂
❖ 在氧化还原反应中，电子总是从E0’值较小的物 质转移到值较大的物质，即从还原剂流向氧化剂。
生物化学-(生物氧化)文稿演示
一、生物氧化的概念
◆有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞 内进行氧化分解，最终生成CO2和H2O并释
放出能量的过程称为生物氧化。
◆生物氧化其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程 中所进行的一系列氧化还原反应过程。故 又称为细胞氧化、细胞呼吸或内呼吸。
◆ 生物氧化的基本功能是为生命活动提供能 源与碳源。
氧化还原电位与自由能的关系
G′与反应物的标准氧化还原电势差(E0′) 间的关系：