1生物氧化

物质代谢和能量代谢
同化作用：小分子合成大分子；需要能量 新陈代谢 物质代谢————能量代谢 异化作用：大分子分解为小分子：释放能量
能量代谢在新陈代谢各的重要地位
• 能量代谢概念？ • ATP能量传递系统 • 异养生物将外界营养物质通过分解代谢产 生ATP的过程（三个阶段） • ATP的作用及特点
ATP是能量代谢的“货币”
ATP是生物体通用的能量货币。
ATP是能量的携带者和转运者，但并不是能量的贮 存者。起贮存能量作用的物质称为磷酸原，在脊推 动物中是磷酸肌酸。
ATP是磷酸基团转移反应的中间载体
磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能低 的物质转移。 磷酸基团转移势能在数值上等于其水解反应的ΔG0’。
磷酸基团转移势能 /4.18kJ.mol-1
4、细胞色素还原酶（复合体Ⅲ）
细胞色素是一类含有血红素辅基的电子传递蛋白质 的总称。 （有颜色） 根据吸收光谱的不同将细胞色素分为a,b,c三类。
细胞色素还原酶血红素辅基的铁原子，在电子传 递中发生可逆的Fe3+ Fe2+ 的互变起传递电子的 作用。一个细胞色素每次传递一个电子。 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素C
2、FMN和FAD递能作用
FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)
3、CoA在能量代谢中的作用
辅酶A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它的前体 是维生素(B3)泛酸，乙酰-CoA水解可释放出大量能量。
新陈代谢的调节
• 分子水平 • 细胞水平 • 整体水平
代谢中常见的有机反应机制
• • • • 基团转移反应 氧化－还原反应 消除、异构化和重排反应 碳－碳键的形成或断裂反应
琥珀酸脱氢酶，它是嵌在线粒体内膜的酶蛋白。也 是此复合体的一部分，其辅基包括FAD和Fe-S聚簇。 琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时其 辅基FAD还原为FADH2，然后FADH2又将电子传递给 Fe-S聚簇。 最后电子由Fe-S聚簇传递给琥珀酸-Q还原酶的辅酶 CoQ。这一步不能形成的ATP. 功能 ：将电子从琥珀酸传递给泛醌
一、电子传递链的概念
1.概念： 在生物氧化过程中，代谢物上脱下的氢经 过一系列的按一定顺序排列的氢传递体和电子传递 体的传递，最后传递给分子氧并生成水，这种氢和 电子的传递体系称为电子传递链。又称呼吸链。
FAD呼吸链
典型的呼吸链
NADH呼吸链
2、电子传递链分布
原核细胞存在于质膜上 真核细胞存在于线粒体的内膜上
• 氧化磷酸化是指代谢物（如α-酮戊二酸等）脱下的 氢进入呼吸链，经过一系列递氢、递电子体的氧化过 程，释放能量，使ADP磷酸化生成ATP的过程，简单说 就是与氢和电子沿呼吸链传递相偶联的ADP磷酸化过程， 需要NAD+ 或FAD作辅助因子参与的脱氢氧化反应，脱 下的氢都要进入呼吸链通过氧化磷酸化产生能量。呼 吸链中的递氢、递电子体，是从低标准还原电位向高 标准还原电位进行氢和电子的传递，并释放出能量。 底物水平磷酸化是指在代谢物分解过程中，高能键 （如高能磷酸健、高能硫酯键等）断裂释放能量，使 ADP磷酸化生成ATP的过程，简单地说就是直接与代谢 底物高能键水解相偶联使ADP磷酸化的过程。如1分子 1,3-P2-甘油酸中的高能磷酸健断裂释放能量使1分子 ADP 磷酸化生成ATP。
～
2、高能化合物的类型
按其分子结构特点及所含高能键的 特征分：
磷氧键型 磷氮键型 硫酯键型 甲硫键型
（1）磷氧键型（—O-P)
(A)酰基磷酸化合物
O C O CH2 O P O
-
O CH3 C O
O
O P O O
-
O CH OH O O P O
-
1,3-二磷酸甘油酸
乙酰磷酸
O R C
O H3N
Chapter19 代 谢 总 论
metabolism
O CH3CCOOH O CH3C SCoA
2+ PO3
乙酸激酶 CH3COOH ATP
O CH3C O CH3CCH2COOH
磷酸乙酰转移酶 ADP
OH CH3CHCH2COOH CH3CH2CH2COOH
什么是生物代谢？
生物代谢是指生物活体与外界环境不断进行的物质（包 括气体、液体和固体）交换过程。其本质是活细胞中发生一 系列化学变化，每一变化均由酶催化。
•
生物氧化的一般过程
TCA
二、生物氧化的特点
• 1.酶的催化 • 2.氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发生。 • 3.水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作 用直接参予了氧化反应。 • 4. 氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载 体，如NADH等传递到氧并生成水。 • 5.生物氧化是一个分步进行的过程，能量通过逐步氧 化释放，不会引起体温的突然升高，而且可使放出的能 量得到最有效的利用。 • 6.生物氧化释放的能量一般都贮存于一些特殊的化合 物中，主要是ATP.
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呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置
（一）NADH-Q还原酶（复合体1）
由FMN + 铁硫蛋白为辅基 功能：先与NADH结合并将NADH上的两个高势能 电子转移到FMN辅基上，使NADH氧化，并使FMN 还原。 NADH+H++FMN FMNH2+NAD+
1.黄素蛋白 以FMN,FAD为辅酶
2.辅酶Q（CoQ）
辅酶Q（CoQ）又称泛醌，有时简称Q。是脂溶性 辅酶。在线粒体内膜中是一种均一的流动库，可以 结合到膜上，也可以游离状态存在。 CoQ和FMN都是NADH-Q还原酶的辅酶。 CoQ和 FMN一样，都能够接受或给出一个或两个电子，因 为它们都有稳定的半醌形式。
3、琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ ）
(3) 硫酯键型
NH2
O R C SCoA
O O S O
-
N O O P O
-
N N N H H OH
OCH2 H H
O
酰基辅酶A
OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
(4) 甲硫键型
COO CH2
S-腺苷甲硫氨酸
+
CH NH3 CH2 H3C S
+
A
3.最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷)
NH2 N
H H OH
7.3千卡/摩尔
(C)烯醇式磷酸化合物
COOH O C O CH2 P O O
磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
(2) 氮磷键型
O NH N CH3 CH2COOH P O
NH N CH3 O P O NH2 C NH O CH2CH2CH2CHCOOH
C NH O
磷酸肌酸 磷酸精氨酸 10.3千卡/摩尔 7.7千卡/摩尔 这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用
NH2 N O O P O
-
N N N H H
O O P O
-
O O P O
-
OCH2 H H
O
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
ATP Pi
ADP Pi
AMP
能量代谢中辅酶的递能作用
1、辅酶I和辅酶II的递能作用
NAD+ (烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I) NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶II )
四、高能化合物
糖、脂肪、蛋白质
1、高能化合物的概念
生物氧化
CO2+H2O+能量 ATP
在标准条件下(pH7,25℃,1mol/L)发生水解时， 可释放出大量自由能的化合物，称为高能化合物。 习惯上把“大量”定为5kcal/mol(即20.92KJ/mol) 以上。
在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水 解断裂的活泼共价键称为高能键。用 表示 但须注意：释放的能量并非集中在这个键上，而 是与分子结构和水解反应有关，生化上的“高能 键”，涵义不同于普通化学上的“键能”，不能把 “高能键”理解为“能键高”
生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相 同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气， 都生成CO2和H2O，所释放的能量也相同。但二者 进行的方式和历程却不同：
生物氧化
体外燃烧
1、细胞内温和条件 高温或高压、干燥 条（常温、常压、中性pH、水溶液） 2、一系列酶促反应 无机催化剂 逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆发释放 3、释放的能量转化成ATP被利用 转换为光和热，散失
三、自由能与氧化还原电位
（一）自由能（G）（1878）
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。用符号G表示。
自由能变化（ΔG） A B ΔG= GB - GA
（二）生化标准自由能变化(ΔG0)
指在标准条件下，即温度为25℃，参加 反应的物质浓度为1mol/L,若有气体，则为 1个大气压，pH为7时，测定的自由能变化。 单位为J/mol、KJ/mol。
二、电子传递链的组成
由NADH到O2的电子传递链主要包括：
FMN、辅酶Q(CoQ)、细胞色素b、c1、c、a、a3 以及一些铁硫蛋白。 这些电子传递体传递电子的顺序，按照它们的还 原电势大小可排成序列，它们对电子亲和力的不断 增加，推动电子从NADH向O2传递。
电子传递中有四个复合体参与：
NADH-Q还原酶（复合体I） 琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ ） 细胞色素还原酶（复合体 III ） 细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ）
5、细胞色素C
是唯一能溶于水的细胞色素。 总的说来，两个QH2参与电子传递，使两个细胞 色素C还原，经过全过程又产生了一个QH2分子。因 此从化学反应计算是一个QH2分子的两个电子分别 传递给2分子细胞色素C。这种通过辅Q的电子传递 方式称为Q循环。 通过上述方式使电子由携带两个电子的载体— QH2转移给携带一个电子的载体—细胞色素C。这有 利于电子的有效利用。