生物化学ppt第六章生物氧化详细版.ppt
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生物化学生物氧化PPT课件
目录
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的 两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
目录
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH2。
质子泵（proton pump） 氧化呼吸链中在传递电子的同时能
把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递 复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。
目录
哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能
酶复合体
复合体Ⅰ (NADH-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅱ (琥珀酸-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅲ (泛醌-细胞色素
氧化还原酶)
分子(kD) 亚基
↓
氧化磷酸化减慢
呼吸控制
呼吸控制（respiratory control）： 由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应 ，
称呼吸控制 ，调控的关键物质是ADP。
目录
1000
>40
140
4
250
11
辅酶/辅基
主要功能
FMN、Fe-S 传递NADH+H+中2个e到Q，并 由基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子 到Q
血红素bH、 bL、c1 Fe-S
通过Q循环传递QH2中2个e到细 胞色素C，并把4H+ 由基质 泵出到膜间隙
细胞色素C* 13
A
B
H+ H+
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的 两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
目录
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH2。
质子泵（proton pump） 氧化呼吸链中在传递电子的同时能
把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递 复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。
目录
哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能
酶复合体
复合体Ⅰ (NADH-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅱ (琥珀酸-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅲ (泛醌-细胞色素
氧化还原酶)
分子(kD) 亚基
↓
氧化磷酸化减慢
呼吸控制
呼吸控制（respiratory control）： 由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应 ，
称呼吸控制 ，调控的关键物质是ADP。
目录
1000
>40
140
4
250
11
辅酶/辅基
主要功能
FMN、Fe-S 传递NADH+H+中2个e到Q，并 由基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子 到Q
血红素bH、 bL、c1 Fe-S
通过Q循环传递QH2中2个e到细 胞色素C，并把4H+ 由基质 泵出到膜间隙
细胞色素C* 13
A
B
H+ H+
人民卫生出版社《生物化学》第六章 生物氧化
⊿Gº’ = -nF ⊿Eº'
n：传递电子数；F：法拉第常数
➢ 合成1摩尔ATP 需能量约30.5kJ
偶联部位
NADH~CoQ CoQ~Cytc Cyta-a3~O2
电位变化 (∆E0')
0.36V 0.21V 0.53V
自由能变化 (∆G0')
69.5KJ/mol 40.5KJ/mol 102.3KJ/mol
三、NADH和FADH2是呼吸链的电子供体
1、NADH氧化呼吸链 NADH →复合体Ⅰ→CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
2、琥珀酸氧化呼吸链 琥珀酸 →复合体Ⅱ →CoQ →复合体Ⅲ→Cyt c →复合体Ⅳ→O2
呼吸链各组分的排列顺序的实验依据
➢ 标准氧化还原电位 ➢ 特异抑制剂阻断 ➢ 还原状态呼吸链缓慢给氧 ➢ 将呼吸链拆开和重组
生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
➢ 反应环境温和，酶促反应逐步进 行，能量逐步释放，能量容易捕 获，ATP生成效率高。
体外氧化
➢ 能量突然释放。
➢ 通过加水脱氢反应使物质能间接 获得氧；脱下的氢与氧结合产生 H2O，有机酸脱羧产生CO2。
➢ 物质中的碳和氢直接氧 结合生成CO2和H2O 。
生物氧化的一般过程
胞液侧 4H+
2H+ 4H+ Cyt c
+
+++++ +
++
+
Q
Ⅰ
--
NADH+H+
NAD+
Ⅱ
-
延胡索酸
琥珀酸
Ⅳ
Ⅲ- - -
生物化学-生物氧化()精品PPT教学课件
β-氧化脱羧
OO== O=
O= O=
2020/12/6
7
二、生物氧化中物质的氧化方式
• 加氧
RCHO + 1/2O2
RCOOH
• 脱氢
RCH2OH -2H RCHO
• 加水脱氢 • 失电子
+H2O
OH
CH3CHO
CH3CH
OH
Fe2+ -e Fe3+
-2H CH3COOH
2020/12/6
8
第三节 线粒体氧化体系
☺高能磷酸化合物
=
COOH C-O～P CH2
ATP ADP
☺高能硫脂化合物 CH3CO～SCoA
2020/12/6
28
二、A高T能P 磷与酸高化能合物磷AT酸P的键形成
O
-
Oγ
P O
～ -
O
O P
～β
O
O Pα
O - O-
NH2 NN
NN O
CH2 O
2020/12/6
OH OH AMP ADP ATP
第八章 生物氧化
biological oxidation
第一课件网在线网站
2020/12/6
1
2020/12/6
本章主要内容
概述 生物氧化方式 线粒体氧化体系 生物氧化与能量代谢 非线粒体氧化体系
2
第一节 生物氧化概述
2020/12/6
3
一、生物氧化概念、意义
营养物
[O]
（糖、脂、蛋白质） 生物体
2020/12/6
15
泛醌 （CoQ） (Ubiquinone)
递氢体
2020/12/6
OO== O=
O= O=
2020/12/6
7
二、生物氧化中物质的氧化方式
• 加氧
RCHO + 1/2O2
RCOOH
• 脱氢
RCH2OH -2H RCHO
• 加水脱氢 • 失电子
+H2O
OH
CH3CHO
CH3CH
OH
Fe2+ -e Fe3+
-2H CH3COOH
2020/12/6
8
第三节 线粒体氧化体系
☺高能磷酸化合物
=
COOH C-O～P CH2
ATP ADP
☺高能硫脂化合物 CH3CO～SCoA
2020/12/6
28
二、A高T能P 磷与酸高化能合物磷AT酸P的键形成
O
-
Oγ
P O
～ -
O
O P
～β
O
O Pα
O - O-
NH2 NN
NN O
CH2 O
2020/12/6
OH OH AMP ADP ATP
第八章 生物氧化
biological oxidation
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2020/12/6
1
2020/12/6
本章主要内容
概述 生物氧化方式 线粒体氧化体系 生物氧化与能量代谢 非线粒体氧化体系
2
第一节 生物氧化概述
2020/12/6
3
一、生物氧化概念、意义
营养物
[O]
（糖、脂、蛋白质） 生物体
2020/12/6
15
泛醌 （CoQ） (Ubiquinone)
递氢体
2020/12/6
生物化学第六章生物氧化
生物化学教研室
CHOPO3H2 CH2OH 2-磷 酸 甘 油 酸
37
底物水平磷酸化举例
O
O
COH
~ C OPPOO33HH2 2
CH2 磷酸烯醇式丙酮酸
Mg2 + 烯 醇 化 酶
H2O
O
丙酮酸激酶 ADP M2g+ ATATPP
COH
CHOH
CH2 烯醇式丙酮酸
COH
COOH
CHOPO3H2
CH2OH 2-磷 酸 甘 油 酸
2020/7/10
生物化学教研室
45
第五节 通过线粒体内膜的物质转运
一、胞浆中NADH的氧化 1.-磷酸甘油穿梭 2.苹果酸-天冬氨酸穿梭 二、腺苷酸转运蛋白 三、线粒体蛋白质的跨膜转运
2020/7/10
生物化学教研室
46
-磷酸甘油穿梭
2020/7/10
生物化学教研室
47
苹果酸-天冬氨酸穿梭
2020/7/10
生物化学教研室
10
二、呼吸链的组成和作用机理
呼吸链的基本组成成分分为五大类： 1.烟酰胺脱氢酶类（其辅酶为NAD+、NADP+或CoⅠ、
CoⅡ） 2.黄素酶类（其辅基为FMN、FAD） 3.铁硫蛋白（Fe-S） 4.泛醌 5.细胞色素体系
上述5大成分分别形成四个复合体：即复合体Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ。
2020/7/10
生物化学教研室
4
（二）生物氧化的特点
特点
生物氧化
体外燃烧
场所 条件 速度
主要在活细胞的线粒体中
温和：37C，pH 7.4，有 水 缓慢，步骤多，逐步氧化
空气中 剧烈：高温，干燥，高压 快
CHOPO3H2 CH2OH 2-磷 酸 甘 油 酸
37
底物水平磷酸化举例
O
O
COH
~ C OPPOO33HH2 2
CH2 磷酸烯醇式丙酮酸
Mg2 + 烯 醇 化 酶
H2O
O
丙酮酸激酶 ADP M2g+ ATATPP
COH
CHOH
CH2 烯醇式丙酮酸
COH
COOH
CHOPO3H2
CH2OH 2-磷 酸 甘 油 酸
2020/7/10
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45
第五节 通过线粒体内膜的物质转运
一、胞浆中NADH的氧化 1.-磷酸甘油穿梭 2.苹果酸-天冬氨酸穿梭 二、腺苷酸转运蛋白 三、线粒体蛋白质的跨膜转运
2020/7/10
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46
-磷酸甘油穿梭
2020/7/10
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47
苹果酸-天冬氨酸穿梭
2020/7/10
生物化学教研室
10
二、呼吸链的组成和作用机理
呼吸链的基本组成成分分为五大类： 1.烟酰胺脱氢酶类（其辅酶为NAD+、NADP+或CoⅠ、
CoⅡ） 2.黄素酶类（其辅基为FMN、FAD） 3.铁硫蛋白（Fe-S） 4.泛醌 5.细胞色素体系
上述5大成分分别形成四个复合体：即复合体Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ。
2020/7/10
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4
（二）生物氧化的特点
特点
生物氧化
体外燃烧
场所 条件 速度
主要在活细胞的线粒体中
温和：37C，pH 7.4，有 水 缓慢，步骤多，逐步氧化
空气中 剧烈：高温，干燥，高压 快
生物化学第六章 生物氧化(共77张PPT)
O O- P
O-
O O P O-
O-
NH2
N
N
焦磷酸
ATP（三磷酸腺苷） 千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
（3）烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸
千卡/摩尔
2.氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3 C H 2C O O H
利用专一性电子传递抑制剂选择性的阻断呼吸 链中某个传递步骤，再测定链中各组分的氧化-还原 状态情况，是研究电子传递中电子传递体顺序的一 种重要方法。
2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位
（1）鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素：其作用是阻断电子在NADH— Q还原酶内的传递，所以阻断了电子由NADH向CoQ的传递。
3．生成二氧化碳的氧化反应
（1）直接脱羧作用 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直接
从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。 （2）氧化脱羧作用
氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧化脱
羧酶的催化下，在脱羧的同时，也发生氧化（脱氢）作用。 例如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。
第二节、生物能及其存在形式
4、复合体Ⅳ: 细胞色素c氧化酶
功能：将电子从细胞色素c传递给氧
复合体IV
还原型Cytc → CuA→a→a3→CuB
→O2
其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。
复 合 体 Ⅳ 的 电 子 传 递 过 程
Cytc
e-
胞液侧
第六章 代谢与生物氧化
一、新陈代谢
第 六 章 代 谢 与 生 物 氧 化 4. 代谢
——完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶 完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶 促反应。 促反应。 特点： 特点：
没有完全可逆的代谢途径； 没有完全可逆的代谢途径； 的代谢途径 代谢途径形式是多样 形式是多样的 代谢途径形式是多样的； 代谢途径有确定的细胞定位 确定的细胞定位； 代谢途径有确定的细胞定位； 代谢途径是相互沟通的； 代谢途径是相互沟通 相互沟通的 能量关联； 代谢途径之间有能量关联 代谢途径之间有能量关联； 代谢途径的流量可调控 可调控。 代谢途径的流量可调控。
能
在高能化合物分子中， 在高能化合物分子中 ， 被水解断裂时释放出大量 自由能的活泼共价键。 高能键常用符号“ 表示 表示。 自由能的活泼共价键。 高能键常用符号“ ~ ”表示。
“高能键”≠“键能高” 高能键” 高能键 键能高”
茶学与生物系-生物化学
代谢中的能量物质
第 六 章
根据分子结构和高能键的特征，高能化合物可分为： 根据分子结构和高能键的特征，高能化合物可分为： 焦磷酸化合物： (1) 焦磷酸化合物：如ATP
(C~S)型 型
茶学与生物系-生物化学
二、生物氧化
第 六 章 代 谢 与 生 物 氧 化 1.定义 定义
糖类、脂肪、 糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行脱 加氧等氧化分解生成CO2和H2O，并释放出能量 氢、加氧等氧化分解生成 ， 的过程称为生物氧化 生物氧化(biological oxidation)。 的过程称为生物氧化 。 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，故又可称细胞呼吸 细胞呼吸。 系列氧化还原反应过程，故又可称细胞呼吸。
• 新陈代谢 一 新陈代谢一 物质 和 能量 转变
中职生物化学课件第6章
子，使氧激活成为氧
离子，故又被称为细 胞色素氧化酶。
Cyta与Cyta3结合紧密很难分开，常被称为 细胞色素aa3（Cytaa3）
一、呼吸链的组成
❖在呼吸链组成成分中，除了少数游离存在 外，大部分以复合体的形式存在。线粒体 内膜中含有四种具有传递电子功能的酶复 合体，这些复合体主要通过上述酶和辅酶 组分发挥其传递氢或电子的功能。
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
ATP的生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
1. 底物水平磷酸化 代谢过程中，代谢物由于脱氢或脱水引起分
子内部能量重新排布，形成高能键，然后把高能 键的能量转移给ADP形成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。如：
❖（二）脱氢酶 需氧脱氢酶： 如黄嘌呤氧化酶 不需氧脱氢酶：如乳酸脱氢酶
三、生物氧化过程中CO2的生成
❖ 体内二氧化碳的生成来自于有机酸的脱羧作用， 而不是碳和氧的直接化合。根据有机酸脱去羧基 的位置不同可分为-脱羧和-脱羧，又根据脱羧 是否伴随氧化，分为氧化脱羧和单纯脱羧。
三、生物氧化过程中CO2的生成
一、呼吸链的组成
表6-1 四种人线粒体呼吸链复合体
复合体 复合体Ⅰ
酶名称 NADH-泛醌还原酶
辅基 FMN, Fe-S
复合体Ⅱ
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD, Fe-S
复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶
铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
二、呼吸链中氢和电子的传递顺序
❖ 实验证实，线粒体呼吸链有两条：一条是NADH 氧化呼吸链；另一条是琥珀酸氧化呼吸链。
离子，故又被称为细 胞色素氧化酶。
Cyta与Cyta3结合紧密很难分开，常被称为 细胞色素aa3（Cytaa3）
一、呼吸链的组成
❖在呼吸链组成成分中，除了少数游离存在 外，大部分以复合体的形式存在。线粒体 内膜中含有四种具有传递电子功能的酶复 合体，这些复合体主要通过上述酶和辅酶 组分发挥其传递氢或电子的功能。
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
ATP的生成方式
底物水平磷酸化
氧化磷酸化
三、ATP的生成与能量的利用和转移
（二）ATP的生成方式
1. 底物水平磷酸化 代谢过程中，代谢物由于脱氢或脱水引起分
子内部能量重新排布，形成高能键，然后把高能 键的能量转移给ADP形成ATP的过程称为底物水 平磷酸化。如：
❖（二）脱氢酶 需氧脱氢酶： 如黄嘌呤氧化酶 不需氧脱氢酶：如乳酸脱氢酶
三、生物氧化过程中CO2的生成
❖ 体内二氧化碳的生成来自于有机酸的脱羧作用， 而不是碳和氧的直接化合。根据有机酸脱去羧基 的位置不同可分为-脱羧和-脱羧，又根据脱羧 是否伴随氧化，分为氧化脱羧和单纯脱羧。
三、生物氧化过程中CO2的生成
一、呼吸链的组成
表6-1 四种人线粒体呼吸链复合体
复合体 复合体Ⅰ
酶名称 NADH-泛醌还原酶
辅基 FMN, Fe-S
复合体Ⅱ
琥珀酸-泛醌还原酶
FAD, Fe-S
复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
泛醌-细胞色素c还原酶 细胞色素c氧化酶
铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
二、呼吸链中氢和电子的传递顺序
❖ 实验证实，线粒体呼吸链有两条：一条是NADH 氧化呼吸链；另一条是琥珀酸氧化呼吸链。
大连理工大学生物化学课件--生物氧化
2H+
琥珀酸 FAD CoQH2 2Fe3+
细胞色素
O2-
H2O
Fe
延胡索酸 FADH2
S
CoQ
b- c1 - c-aa3
2e 2Fe2+
1 2 O2
15
电 子 传 递 链 标 准 氧 化 还 原 自 由 能 变 化
-0.4 -0.2
E0/V
ATP形成部位
NADH FMN
p121
复合体 I NADH-Q还原酶
- F1
-
NADH+H+
基质侧
ADP+Pi ATP H+
34
（2）ATP合酶
组成： 亲水部分 F1（α3β3γδε亚 基 ）疏水部分 F0 （a1b2c9～12亚基）
ATP合酶结构模式图
35
当H+ 顺浓度递度经F0 中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基 发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。
开放形式对底物 的亲和力极低
NAD+
23
2. 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
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
24
3. 复合体Ⅲ: 泛醌-细胞色素c还原酶
细胞色素：是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类， 根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种（b、c、 c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体， a和a3以复合物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe 外还含有Cu ，可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧 化酶。
40
ADP
~P
琥珀酸 FAD CoQH2 2Fe3+
细胞色素
O2-
H2O
Fe
延胡索酸 FADH2
S
CoQ
b- c1 - c-aa3
2e 2Fe2+
1 2 O2
15
电 子 传 递 链 标 准 氧 化 还 原 自 由 能 变 化
-0.4 -0.2
E0/V
ATP形成部位
NADH FMN
p121
复合体 I NADH-Q还原酶
- F1
-
NADH+H+
基质侧
ADP+Pi ATP H+
34
（2）ATP合酶
组成： 亲水部分 F1（α3β3γδε亚 基 ）疏水部分 F0 （a1b2c9～12亚基）
ATP合酶结构模式图
35
当H+ 顺浓度递度经F0 中a亚基和c亚基之间回流时，γ亚基 发生旋转，3个β亚基的构象发生改变。
开放形式对底物 的亲和力极低
NAD+
23
2. 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
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
24
3. 复合体Ⅲ: 泛醌-细胞色素c还原酶
细胞色素：是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类， 根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含5种（b、c、 c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体， a和a3以复合物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe 外还含有Cu ，可将电子传递给氧，因此亦称其为末端氧 化酶。
40
ADP
~P
生物化学：生物氧化 ppt课件
➢ 复合体Ⅳ 抑制剂：CN－、N3－紧密结合氧化型 Cyt a3，阻断电子由Cyt a到CuB- Cyt a3间传递。 CO与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给O2。
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
化学渗透示意图及各种抑制剂对电子传递链的影响
各种呼吸链抑制剂的阻断位点
抗霉素A 二巯基丙醇
CO、CN-、 N3-及H2S
×
×
×
化学渗透假说
要点： 1、线粒体内膜上电子传递链中的递电子体和递
氢体间隔排列，形成三个回路，回路有质子泵 的作用，可将质子（ H+ ）泵出线粒体基质。
2、递氢体从基质接受底物的氢原子，将电子交
给下一个递电子体，而将H+留在基质外胞液中。
化学渗透假说
要点： 3、整个过程中，仅有2个电子传递，并排出6个
H+，H+不能自由出入内膜，导致了内膜两侧的 H+浓度梯度和跨膜电位差，储存了一定的电化 学势能。
4、当内膜外侧的H+通过ATP合酶,顺电化学梯度
回流时，由ATP合酶底部进入线粒体基质时，将 储存的势能释放出来，推动ATP合酶的F1亚基利 用势能将ADP合成 ATP。
三、影响氧化磷酸化的因素
（一）有3类氧化磷酸化抑制剂
ATP
3-磷酸甘油酸 胞液
ATP
丙酮酸
GDP+Pi
（3）琥珀酸单酰COA GTP + ADP
GTP
线
琥珀酸 + HSCOA 粒
GDP + ATP 体
（一）确定氧化磷酸化偶联部位的实验依据
氧化磷酸化偶联部位：复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ
➢ 根据P/O比值 ➢ 自由能变化: ⊿Gº'=-nF⊿Eº'
1、P/O 比值 指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2摩尔O2所生
生物化学课件-生物氧化 PPT资料共65页
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
2019/11/1
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。
递氢体
2019/11/1
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细胞色素 (Cytochrome) 类
组成呼吸链的细胞色素: Cytb ， Cytc1 ， Cytc,Cytaa3
递电子体
Fe2+
细胞色素氧化酶 Fe3++ 电子
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细 胞 色 素
c
辅 基
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蛋白质
Cys
S H3C-CH
Cys
CH3
S
H3C-
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’ +
2.303RT
0.03
lg
ca[(电氧子化 受体型 ] )
nF
cg([还 电子原 供体型 ] )
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ADP + Pi
生物氧化过程中 释放出的自由能
ATP + H2O
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一、ATP 的生成
类别：底物水平磷酸化 电子传递水平磷酸化
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二、电子传递过程中自由能的变化
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第六章 生物氧化与氧化磷酸化
.精品课件.
1
一、生物氧化概述 二、电子传递链 三、氧化磷酸化 四、其他末端氧化酶系统
.精品课件.
2
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化概念
生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解，
最终生成co2和H2o并释放出能量的作用称为生物氧化。 生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反
普通化学中的高能键指形成或打断一个键要释放或消
耗较多的能量，这里的高能键通常表示ห้องสมุดไป่ตู้定的键；
生物化学中的高能键是指具有高的磷酸基团转移势
衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L， 求反应的 G是多少？
解：达平衡时
=Keq=19
ΔG°′= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 lg19
=-7.6KJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商)
应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。
糖
脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
能量
ADP+Pi ATP
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热能
3
2、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，中性pH和常温）。
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。
产生的CO2、H2O由物质 中的碳和氢直接与氧结
合生成。
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7
3、生物氧化中CO2和H2O的生成
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间 化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。
类型：α-脱羧和β-脱羧
氧化脱羧和单纯脱羧
例： R
H2N-CH-COOH
氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
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。
10
二、生物能学简介
1. 自由能（free energy）的概念
概念：在恒温恒压下，体系可以用来对环境作功的
那一部分能量叫作自由能
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS
O
丙酮酸脱氢酶系
CH3-C-COOH
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
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8
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 例。：
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
注意：反应的△G仅决定于反应物(初始状态)的自由能与 产物(最终状态)的自由能，而与反应途径和反应机制 无关。
其次，△G是判断一个化学反应能否向某个方向进行
的根据，而与反应速度无关。负的△G表明反应可以
自发进行，但并不表明反应以多大的速度进行。
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12
2.化学反应自由能的计算
a.利用化学反应平衡常数计算 基本公式：ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
6
* 生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
是 在 细 胞 内 温 和 的 环 境 中 （ 体 温，pH接近中性），在一系列 酶促反应逐步进行，能量逐步 释放有利于机体捕获能量，提 高ATP生成的效率。
能量是突然释放的。
进 行 广 泛 的 加 水 脱 氢 反 应 使 物 质能间接获得氧，并增加脱氢 的机会；脱下的氢与氧结合产 生H2O，有机酸脱羧产生CO2。
ΔG°′-nFΔE°′ -2×96.485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
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15
生物系统中的能流
.精品课件.
16
三、高能化合物
生化反应中，在水解时或基团转移反应中可
释放出大量自由能（>21千焦/摩尔）的化合物称
为高能化合物。
生物化学中的高能键与普通化学中的高能键含义不同：
6. 生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联， 转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。
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5
* 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。
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4. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进
行的。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。
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4
5. 生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由 特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离 出来。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，提高能量利用率。
△G代表体内自由能的变化； △H为体系的焓变化； T为热力学温度； △S代表体系墒（体系的散乱无序程度）变化。
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11
物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量)
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即：
ΔG<0，反应能自发进行
ΔG>0，反应不能自发进行
ΔG=0，反应处于平衡状态。
=-7.6+ 2.3038.314 311 lg0.1
=-13.6KJ.mol-1 .精品课件.
14
例题：计算下反应式ΔG°′ NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.32
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
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H2O
9
4 生物氧化的三个阶段
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
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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
b.利用标准氧化还原电位（E°）计算（限于氧化还原
反应）
基本公式：ΔG°′=－nFΔE°′
(ΔE°′=E+°′-E-°′)
例：计算NADH氧化反应的ΔG°′
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13
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题：反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求 G0。如果反应未达到平
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一、生物氧化概述 二、电子传递链 三、氧化磷酸化 四、其他末端氧化酶系统
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第一节 生物氧化概述
一、生物氧化概念
生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解，
最终生成co2和H2o并释放出能量的作用称为生物氧化。 生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反
普通化学中的高能键指形成或打断一个键要释放或消
耗较多的能量，这里的高能键通常表示ห้องสมุดไป่ตู้定的键；
生物化学中的高能键是指具有高的磷酸基团转移势
衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L， 求反应的 G是多少？
解：达平衡时
=Keq=19
ΔG°′= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 lg19
=-7.6KJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商)
应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。
糖
脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
能量
ADP+Pi ATP
.精品课件.
热能
3
2、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，中性pH和常温）。
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。
产生的CO2、H2O由物质 中的碳和氢直接与氧结
合生成。
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3、生物氧化中CO2和H2O的生成
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间 化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。
类型：α-脱羧和β-脱羧
氧化脱羧和单纯脱羧
例： R
H2N-CH-COOH
氨基酸脱羧酶
R CH2-NH2 +CO2
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。
10
二、生物能学简介
1. 自由能（free energy）的概念
概念：在恒温恒压下，体系可以用来对环境作功的
那一部分能量叫作自由能
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS
O
丙酮酸脱氢酶系
CH3-C-COOH
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
.精品课件.
8
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 例。：
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
注意：反应的△G仅决定于反应物(初始状态)的自由能与 产物(最终状态)的自由能，而与反应途径和反应机制 无关。
其次，△G是判断一个化学反应能否向某个方向进行
的根据，而与反应速度无关。负的△G表明反应可以
自发进行，但并不表明反应以多大的速度进行。
.精品课件.
12
2.化学反应自由能的计算
a.利用化学反应平衡常数计算 基本公式：ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
6
* 生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
体外氧化
是 在 细 胞 内 温 和 的 环 境 中 （ 体 温，pH接近中性），在一系列 酶促反应逐步进行，能量逐步 释放有利于机体捕获能量，提 高ATP生成的效率。
能量是突然释放的。
进 行 广 泛 的 加 水 脱 氢 反 应 使 物 质能间接获得氧，并增加脱氢 的机会；脱下的氢与氧结合产 生H2O，有机酸脱羧产生CO2。
ΔG°′-nFΔE°′ -2×96.485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
.精品课件.
15
生物系统中的能流
.精品课件.
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三、高能化合物
生化反应中，在水解时或基团转移反应中可
释放出大量自由能（>21千焦/摩尔）的化合物称
为高能化合物。
生物化学中的高能键与普通化学中的高能键含义不同：
6. 生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联， 转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。
.精品课件.
5
* 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。
.精品课件.
4. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进
行的。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。
.精品课件.
4
5. 生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由 特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离 出来。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，提高能量利用率。
△G代表体内自由能的变化； △H为体系的焓变化； T为热力学温度； △S代表体系墒（体系的散乱无序程度）变化。
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11
物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量)
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即：
ΔG<0，反应能自发进行
ΔG>0，反应不能自发进行
ΔG=0，反应处于平衡状态。
=-7.6+ 2.3038.314 311 lg0.1
=-13.6KJ.mol-1 .精品课件.
14
例题：计算下反应式ΔG°′ NADH+H++1/2O2====NAD++H2O
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+°′ 0.82
负极反应：NAD++H++2e NADH E-°′ -0.32
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
.精品课件.
H2O
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4 生物氧化的三个阶段
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
.精品课件.
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
b.利用标准氧化还原电位（E°）计算（限于氧化还原
反应）
基本公式：ΔG°′=－nFΔE°′
(ΔE°′=E+°′-E-°′)
例：计算NADH氧化反应的ΔG°′
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计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题：反应G-1-PG-6-P在380C达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求 G0。如果反应未达到平