第八章生物氧化

（1）脱氢氧化
HOOC-CH2-CH2-COOH琥 脱珀 氢酸 酶 琥珀酸
烷基脱氢生成烯
HOOC-CH=CH-COOH+2H++2e延胡索酸
R-CH2OH 醇脱氢酶 R-CH=O+2H++2e- 醇脱氢氧化成醛 脱氢氧化和加水脱氢氧化是能源分子氧化的主要形式。
（2）加水脱氢氧化
H
H
R C O H2O R C O H
➢ 生物氧化还原对的标准氧还电位规定在pH＝7条件下 测定，用E0′表示。
➢ E0′越小，其还原能力越大，给出电子的趋势越强；值
越大，越易获得电子。(表8-1)
➢ 当电子从一个低电位的（E低0′）的氧化还原对流向高 电位（E高0′）的氧化还原对时，电位变化用ΔE0′表示： ΔE0′＝ E高0′－ E低0′。
➢ 自由能变化为：ΔG0＝G20－G10 ➢ 生物氧化（细胞中接近恒温、恒压条件）自由能变
化用ΔG0′表示。 ➢ 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即：
➢ ΔG0′<0，放能反应，反应能自发进行 ➢ ΔG0′>0，需能反应，反应不能自发进行 ➢ ΔG0′=0，反应处于平衡状态。
自由能变化与电位变化的关系
生物体能够直接利用的生物能； 7.进行生物氧化反应的部位：线粒体、内质网、过氧化酶
体等； 8.生理意义：供给机体能量，进行正常生理生化活动。
三、有氧氧化与无氧氧化
生物氧化在有氧和无氧的条件下都能进行。
1.有氧氧化：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。
2.无氧氧化：兼性生物或厌氧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。 （不完全燃烧，产能少，是细胞对不利环境的一 种适应能力）。
第二节 生物氧化中能量问题
一、氧化还原电位
氧化还原对：某一化合物的氧化型和还原型，如Zn2+/Zn
标准氧化还原电位（E0）：在标准条件下与标准氢电极
比较所得电位差；
一个氧还对的E0是个常数
➢ 物理化学中：标准条件为：25℃，pH＝0，反应物浓度 [A+]=[A]=1mol/L；若有气体参加，则需维持98KPa。
中间产物进入三 III 羧酸循环
氧化脱下的氢由电
子传递链传递生成
IV
H2O，释放出大量 能量，其中一部分
通过磷酸化储存在
ATP中。
本章内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
概述 生物氧化中的能量问题 生物氧化酶类 三羧酸循环（TCA循环） 呼吸链及氧化磷酸化 生物氧化中CO2的生成
第一节 概述
第八章 生物氧化
Biological Oxidation
脂肪
多糖
脂肪酸、甘油 葡萄糖、 其它单糖
丙酮酸
乙酰CoA
蛋白质 氨基酸
三羧酸 循环
CO2
NAD＋ O2
NADH
电子传递
e-
和（氧化 ADP+Pi 磷酸化）
ATP
H2O
大分子降解成 I 基本结构单位
小分子化合物分解 成共同的中间产物 II （如丙酮酸、乙酰 CoA等）
ΔG0′＝－nF. ΔE0′（电量与电位差之积） n，转移电子的物质的量（mol）; F，法拉第常数96.485 KJ/V.mol
如果已知反应体系的标准氧化电位，可预知反应平 衡方向，计算出自由能变化。
计算下列反应式ΔG0′
NADH + H+ + ½ O2 NAD+ + H2O
ΔG0′ -nFΔE0′
一、生物氧化的涵义
糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧 化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为 生物氧化（biological oxidation），也称细胞氧化、 细胞呼吸、组织呼吸。
二、生物氧化的化学本质和特点
生物氧化与体外的化学氧化实质相同，都是电子的 得失过程。
生物氧化的方式
➢ 高能化合物：分子结构中含有高能键的化合物。
➢ 高能化合物键型：
磷氧键型（-O~P） 氮磷键型（-N~P） 硫酯键型 甲硫键型
1.磷氧键型
O
↓O O-
C O P O-
CH OH O
O CH3 C
CH2 O P O-
O
OO
↓
OP
O- H3N+ C
O↓ P
O-
O-
O-
O-
乙酰磷酸
氨甲酰磷酸
1,3-二磷酸甘油酸
10.1 kcal.mol-1
12.3 kcal.mol-1
11.8 kcal.mol-1
O
1/2 O2 + 2H+ + 2e H2O E0′ 0.82
-2×96.485×[0.82-(-0.32)]
-220 KJ·mol-1
NAD+ + H+ + 2e NADH
E0′ -0.32
三、高能键及高能化合物
➢ 高能键：含有自由能很高的化学键，用符号”” 表示； 一般水解可放出5 kcal/mol（20.92 kJ/mol）以上的 自由能。
酶O R C OH +2H++2e-
OH
（3）加氧的氧化反应
CH4+NADH+O2 甲烷单加氧酶
加氧酶 直接加氧
氧化酶 以氧分子为电子受体，
反应产物为水
CH3OH+NAD++H2O
（4）失电子氧化反应
细胞色素b（Fe2+）
（电子供体）
细胞色素b（ Fe3+）
（氧化型）
细胞色素c（Fe3+）
（电子受体）
根据标准氧化还电位(E0′)的大小可判断反应进行的 方向：
如，NAD+/NADH (E0′= -0.32)、草酰乙酸/苹果酸(E0′= -
0.166)，等摩尔浓度。
草酰乙酸 + NADH + H+
苹果酸 + NAD+
二、自由能变化（ΔG0′）
➢ 根据热力学第二定律，一个反应体系能够提供做功 的能量称为自由能，用G0表示。
产生的CO2和H生CO2。
质的碳和氢直接与氧结 合生成。
生物氧化特点
1.反应条件温和； 2.一系列酶促反应逐步进行； 3.有机酸脱羧产生CO2； 4.进行广泛脱氢反应，脱下的氢通过呼吸链氧化生成H2O； 5.能量主要在氢的氧化过程逐步释放，有利于ATP生成； 6.生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成
细胞色素c（Fe2+）
（还原型）
生物氧化与体外氧化异同
相同点
遵循氧化－还原反应的一般规律； 消耗的氧量、最终产物（CO2、H2O）和释放能量均相同。
不同点
生物氧化
体外氧化
在细胞内温和的环境中，在一系列
能量是突然释放的
酶促反应下逐步进行，能量逐步释
放，有利于机体捕获能量，提高ATP
生成的效率。
进行广泛脱氢反应，脱下的氢通过呼