新陈代谢与生物氧化讲解
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生物化学 代谢总论与生物氧化
磷 酸 基 团 转 移 能 12 10 3-磷酸甘 油酸磷酸 8 6 4 2 0 磷酸肌酸（磷酸基团储备物）
～P ～P ATP
～P
～P
～P
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油
二 生物氧化
二、生物氧化
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生
物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O
并释放出能量的过程称为生物氧化。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称
O NH C N NH CH3
肌酸磷酸
O
O NH
P O
P O NH2
C NH O N CH3 CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸精氨酸
CH2COOH
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
硫酯键型
酰基辅酶A
O SCoA
R C
甲硫键型
COO CH CH2 CH2 H3C S
(3) 水的生成方式是代谢物脱下的H与O结合
产生的。 (4) CO2的生成方式是有机酸脱羧产生的。
生物氧化的内容
（1）细胞如何在酶的催化下将有机化合物中的C变 成CO2—CO2如何形成？ • 脱羧反应
（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机化 合物中的H氧化成H2O—H2O如何形成？ • 电子传递链 （3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎 样转化成ATP—能量如何产生？ • 底物水平磷酸化 • 氧化磷酸化
分解代谢与合成代谢
生物小分子合成大分子 • •
合成代谢 •
需要能量
能量代谢
新陈代谢
•
• •
释放能量
分解代谢
生物大分子分解成小分子
物 质 代 谢
新陈代谢的共同特点
～P ～P ATP
～P
～P
～P
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油
二 生物氧化
二、生物氧化
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生
物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O
并释放出能量的过程称为生物氧化。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称
O NH C N NH CH3
肌酸磷酸
O
O NH
P O
P O NH2
C NH O N CH3 CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸精氨酸
CH2COOH
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
硫酯键型
酰基辅酶A
O SCoA
R C
甲硫键型
COO CH CH2 CH2 H3C S
(3) 水的生成方式是代谢物脱下的H与O结合
产生的。 (4) CO2的生成方式是有机酸脱羧产生的。
生物氧化的内容
（1）细胞如何在酶的催化下将有机化合物中的C变 成CO2—CO2如何形成？ • 脱羧反应
（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机化 合物中的H氧化成H2O—H2O如何形成？ • 电子传递链 （3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎 样转化成ATP—能量如何产生？ • 底物水平磷酸化 • 氧化磷酸化
分解代谢与合成代谢
生物小分子合成大分子 • •
合成代谢 •
需要能量
能量代谢
新陈代谢
•
• •
释放能量
分解代谢
生物大分子分解成小分子
物 质 代 谢
新陈代谢的共同特点
第七章 生物氧化
代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后， 经过一系列的传递体，最后传递给被激活 的氧原子，而生成水的全部体系。 在生物细胞中，接受代谢物上脱下的氢(或 电子)的载体有三种: NAD+、NADP+ 和 FAD。
呼吸链有两条：
NADH开始的呼吸链
—— NADH呼吸链；
FADH2开始的呼吸链 —— FADH2呼吸链。
+e Fe3+ Fe2+
-e
铁硫蛋白的结构及递电子机理
1Fe 0S24Cys 4Fe
4S24Cys 2Fe
2S24Cys
S Fe
4. 辅酶Q (CoQ)
辅酶-Q（CoQ）：脂溶性醌类化合物， 又称泛醌，非蛋白电子载体。 特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌， 位于呼吸链的中心
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
辅酶-Q不只接受NADH脱氢酶的H,还接受 线粒体其他脱氢酶脱下的H,如琥珀酸脱 氢酶，因此它。
第二节 线粒体电子传递体系
一.线粒体呼吸链（respiratory
chain)
线粒体基质是呼吸底物氧化的场所,底
物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将 质子和电子转移到内膜的载体上，经 过一系列氢载体和电子载体的传递， 最后传递给O2生成H2O。
（一）呼吸链的概念
呼吸链（电子传递体系或电子传递链）：
•
• ATP与高能磷酸键
NH2 O O Oγ β α N O P O P～ O P ～ - O O CH O O 2 O N N N
OH OH AMP ADP ATP
•
ATP + H2O ADP + H2O AMP + H2O
ADP + Pi AMP + Pi
呼吸链有两条：
NADH开始的呼吸链
—— NADH呼吸链；
FADH2开始的呼吸链 —— FADH2呼吸链。
+e Fe3+ Fe2+
-e
铁硫蛋白的结构及递电子机理
1Fe 0S24Cys 4Fe
4S24Cys 2Fe
2S24Cys
S Fe
4. 辅酶Q (CoQ)
辅酶-Q（CoQ）：脂溶性醌类化合物， 又称泛醌，非蛋白电子载体。 特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌， 位于呼吸链的中心
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
辅酶-Q不只接受NADH脱氢酶的H,还接受 线粒体其他脱氢酶脱下的H,如琥珀酸脱 氢酶，因此它。
第二节 线粒体电子传递体系
一.线粒体呼吸链（respiratory
chain)
线粒体基质是呼吸底物氧化的场所,底
物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将 质子和电子转移到内膜的载体上，经 过一系列氢载体和电子载体的传递， 最后传递给O2生成H2O。
（一）呼吸链的概念
呼吸链（电子传递体系或电子传递链）：
•
• ATP与高能磷酸键
NH2 O O Oγ β α N O P O P～ O P ～ - O O CH O O 2 O N N N
OH OH AMP ADP ATP
•
ATP + H2O ADP + H2O AMP + H2O
ADP + Pi AMP + Pi
第八章 新陈代谢总论与生物氧化
第八章 新陈代谢总论与生物氧化
新陈代谢总论
1.
新陈代谢： 代谢：活细胞中所有化学变化的总称。泛指 生物与周围环境进行物质与能量交换的过程， 是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一， 代谢是动态的。
1. 新陈代谢
2.合成代谢与分解代谢
合成代谢：一般是指将简单的小分子物质转变成
复杂的大分子物质的过程。太阳能是生物体能量的
什么是生物氧化
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），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。
脂肪
多糖
蛋白质
生物氧化的三个阶段
大分子降解 成基本结构 单位
脂肪酸、甘油
Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2
（ubiquinone,亦写作CoQ）
4. 细胞色素类
（cytochromes）
NADH
FMN
Fe-S
复合体 I NADH 脱氢酶
琥珀酸等
FAD
Fe-S
CoQ
Cyt b
复合物 II 琥珀酸-辅酶Q 还原酶
Fe-S
Cyt c1 Cyt c Cyt aa3
3.自由能判断（逻辑判断）：通过不同物质间标准 自由能的比较进行逻辑判断；
4.代谢途径阻断法；
5.突变体研究法。
高能化合物
高能化合物的概念及其类型
1.概念：将水解时释放大量自由能的化合物称 为高能化合物。 2.类型：机体内高能化合物的种类是很多的， 根据其键型的特点分为以下几类：
新陈代谢总论
1.
新陈代谢： 代谢：活细胞中所有化学变化的总称。泛指 生物与周围环境进行物质与能量交换的过程， 是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一， 代谢是动态的。
1. 新陈代谢
2.合成代谢与分解代谢
合成代谢：一般是指将简单的小分子物质转变成
复杂的大分子物质的过程。太阳能是生物体能量的
什么是生物氧化
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），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。
脂肪
多糖
蛋白质
生物氧化的三个阶段
大分子降解 成基本结构 单位
脂肪酸、甘油
Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2
（ubiquinone,亦写作CoQ）
4. 细胞色素类
（cytochromes）
NADH
FMN
Fe-S
复合体 I NADH 脱氢酶
琥珀酸等
FAD
Fe-S
CoQ
Cyt b
复合物 II 琥珀酸-辅酶Q 还原酶
Fe-S
Cyt c1 Cyt c Cyt aa3
3.自由能判断（逻辑判断）：通过不同物质间标准 自由能的比较进行逻辑判断；
4.代谢途径阻断法；
5.突变体研究法。
高能化合物
高能化合物的概念及其类型
1.概念：将水解时释放大量自由能的化合物称 为高能化合物。 2.类型：机体内高能化合物的种类是很多的， 根据其键型的特点分为以下几类：
生物化学第五章生物氧化
1、NADH-Q还原酶（复合体Ⅰ）
功能：将电子从NADH传递给CoQ
复合体Ⅰ NADH→FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
辅基：FMN，铁硫蛋白
→CoQ
2、复合体Ⅱ：琥珀酸- CoQ还原酶
功能：将电子从琥珀酸传递给CoQ
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
NADH +H+
H
+
H3N
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
H
苹果酸 脱氢酶
NAD+
O -OOC-CH 2-CH2-C-COO -
谷氨酸-天冬 氨酸转运体
+
H3N
-
-
OOC-CH2-C-COO
H 天冬氨酸
呼吸链
O
+
H3N
-OOC-CH 2-C-COO -
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
线
谷氨酸
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS 物理意义：－ΔＧ＝Ｗ ΔG<0，反应能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态 ΔG>0，反应不能自发进行
2、标准自由能变化与平衡常数的关系
A + B == C + D ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
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。
物质在体外氧化时所消耗的氧量、最终产物 （CO2、H2O）和释放的能量均相同。
生物化学--新陈代谢总论与生物氧化
二、生物体内能量代谢的基本规律
1.服从热力学原理。热力学第一定律是能量守恒定律，热力 学第二定律指出，热的传导自高温流向低温。机体内的化 学反应朝着达到其平衡点的方向进行。
2.生化反应最重要的热力学函数是吉布斯自由能G 。自由能
是在恒温、恒压下，一个体系作有用功的能力的度量。用 于判断反应可否自发进行，是放能或耗能反应。 ΔG＜0，表示体系自由能减少，反应可以自发进行，但是不 等于说该反应一定发生或以能觉察的速率进行，是放能反 应。 ΔG＞0，反应不能自发进行，吸收能量才推动反应进行。 ΔG＝0，体系处在平衡状态。
(2)氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）
NADP+ NADPH + H+
HOOCCH2CHOHCOOH
苹果酸
苹果酸酶
CH3CCOOH + CO2 O
三、生物氧化中水的生成
代谢物在酶的作用下，将脱下的氢经过氢传递体，传 给氧生成水。
生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问题， 即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶催化的反应脱 氢、递氢和递电子，把氢交给氧生成水，并产生ATP的问 题。
一、新陈代谢的研究方法
代谢途径的研究比较复杂，可从不同水平，主要对中间代 谢进行研究。
新陈代谢途径的阐明凝集了许多科学家的智慧与实验成果。 如1904年德 国化学家Knoop提出的脂肪酸的β氧化学说， 1937年Krebs提出的柠檬酸循环。
1.活体内（in vivo）和活体外(in vitro)实验 2.同位素示踪法和核磁共振波谱法（NMR） 3.代谢途径阻断法 4.突变体研究法
二、生物体内能量代谢的基本规律
3.自由能：生物体（或恒温恒压下）用以作功的能量。在 没有作功条件时，自由能转变为热能丧失。
生物化学简明教程第四版08新陈代谢总论和生物氧化
15 △G ＝-33. 1 kJ/摩尔
ATP在能量转运中地位和作用
★ ATP是细胞内的“能量通货” ★ ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
14 磷酸烯醇式丙酮酸 磷 酸 基 团 转 移 能 12 10 3-磷酸甘 油酸磷酸 8 6 4 2 0
～P ～P
磷酸肌酸（磷酸基团储备物）ຫໍສະໝຸດ ～PATP～P ～P
• 3)放射性同位素示踪法。常用的有氚（3H）、碳14 （14C）、磷32（32P）、硫34（34S）35(35S) 碘131（131I） 等。
7
• （3）代谢途径阻断法 • 使用抗代谢物或酶的抑制剂 • 碘乙酸抑制甘油醛-3-磷酸脱氢酶；
• 丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶。
• （4）突变体或遗传缺欠症研究法：
8 新陈代谢总论与生物氧化
主要内容：介绍新陈代谢的概念和研究方法， 生物能力学的基本内容和高能化合物的概念和特 点。重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子 传递机理和氧化磷酸化机理。
1
新陈代谢的概念
新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛 指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的 过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质， 通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作
9
物理意义：－Δ Ｇ＝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： Δ G<0，反应能自发进行 Δ G>0，反应不能自发进行 Δ G=0，反应处于平衡状态。
自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要的意义，生物
体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由能，生物氧化释放的能量也
复合体
复合体 Ⅰ
酶名称
ATP在能量转运中地位和作用
★ ATP是细胞内的“能量通货” ★ ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
14 磷酸烯醇式丙酮酸 磷 酸 基 团 转 移 能 12 10 3-磷酸甘 油酸磷酸 8 6 4 2 0
～P ～P
磷酸肌酸（磷酸基团储备物）ຫໍສະໝຸດ ～PATP～P ～P
• 3)放射性同位素示踪法。常用的有氚（3H）、碳14 （14C）、磷32（32P）、硫34（34S）35(35S) 碘131（131I） 等。
7
• （3）代谢途径阻断法 • 使用抗代谢物或酶的抑制剂 • 碘乙酸抑制甘油醛-3-磷酸脱氢酶；
• 丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶。
• （4）突变体或遗传缺欠症研究法：
8 新陈代谢总论与生物氧化
主要内容：介绍新陈代谢的概念和研究方法， 生物能力学的基本内容和高能化合物的概念和特 点。重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子 传递机理和氧化磷酸化机理。
1
新陈代谢的概念
新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛 指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的 过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质， 通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作
9
物理意义：－Δ Ｇ＝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： Δ G<0，反应能自发进行 Δ G>0，反应不能自发进行 Δ G=0，反应处于平衡状态。
自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要的意义，生物
体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由能，生物氧化释放的能量也
复合体
复合体 Ⅰ
酶名称
生物化学新陈代谢与氧代谢
O
NH
PO
C NH O
N CH3 CH2COOH
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2 CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸肌酸
磷酸精氨酸
(二）非磷酸化合物
(1)硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
乙酰COA (R---CH3)
(2)甲硫键型
H3C
COOCH NH3+
CH2 CH2 S+ A
S-腺苷甲硫氨酸
第二节 生物氧化（本章重点）
一、生物氧化的特点和意义
➢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而生成CO2和H2O 并释放出能量的过程称为生物氧化。生物氧 化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用。
生物氧化的意义在于为机体提供生命活动所需的能量。
生物氧化的特点
➢特点：生物氧化和有机物在体外氧化（燃 烧）的实质相同，都是氧化还原反应，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。
• NAD
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，或辅酶Ⅰ
• NADP 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，或辅酶Ⅱ
• FMN
黄素单核苷酸
• FAD
黄素腺嘌呤二核苷酸
（一）呼吸链的主要成分
1、NAD+和NADP为辅酶的脱氢酶
【组成成分】 酶蛋白、尼克 酰胺（维生素 pp）核糖、磷 酸与AMP。
ΔG0’的求取
A+B
C+D
G G0' RT ln [C][D] [ A][B]
当△G＝0时，反应处于平衡状态，则：
G0' RT ln [C][D] RT ln K [ A][B]
什么是新陈代谢现象生物学原理
什么是新陈代谢现象生物学原理新陈代谢现象是生物体内发生的一系列化学反应，包括能量转化、物质合成和分解等过程。
这些反应维持着生物体的正常功能，并使其适应环境的变化。
新陈代谢现象的生物学原理可以分为以下几个方面进行解释。
首先，新陈代谢现象的生物学原理涉及到细胞的能量转化过程。
细胞通过将有机物质氧化分解，转化为能量分子ATP，并释放出二氧化碳和水。
这个过程称为细胞呼吸。
细胞呼吸包括三个步骤：糖解、三羧酸循环和氧化磷酸化。
在这些步骤中，一系列的酶催化反应将有机物质逐步分解，并释放出能量。
这些能量转化过程维持着细胞的生命活动，包括细胞的分裂、合成和运动等。
其次，新陈代谢现象的生物学原理也与物质合成和分解过程相关。
细胞通过合成各种生物大分子，如蛋白质、核酸和多糖等，以维持其正常功能。
这些生物大分子的合成过程需要消耗能量，并依赖于一系列的酶催化反应。
同时，细胞还可以通过分解这些生物大分子来释放出能量，以满足生物体的能量需求。
物质合成和分解过程的平衡维持着细胞和生物体内部环境的稳态。
此外，新陈代谢现象的生物学原理还涉及到细胞内部的调控机制。
细胞通过一系列的信号传导路径和调节因子控制新陈代谢的速率和方向。
这些调控机制可以是内源性的，如细胞内的代谢产物或激素分子，也可以是外源性的，如环境因素。
细胞内的调控机制可以使细胞根据环境的变化来调整新陈代谢的活性，以满足不同生理和生态条件下的生物体需求。
最后，新陈代谢现象的生物学原理还与基因表达和遗传信息的传递相关。
细胞内的基因产物（如酶）是催化新陈代谢反应的关键。
细胞通过基因的转录和翻译过程来合成这些酶。
基因表达的调节机制可以使细胞根据内部和外部环境的变化来调整新陈代谢的活性。
此外，基因的遗传信息通过生物体的繁殖传递给后代，从而影响后代的新陈代谢特征。
综上所述，新陈代谢现象是生物体内发生的一系列化学反应，包括能量转化、物质合成和分解等过程。
这些反应是维持生物体正常功能的基础，与细胞内能量转化、物质合成和分解的过程、细胞内调控机制以及基因表达和遗传信息传递等生物学原理密切相关。
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
生物化学：第6章 新陈代谢总论与生物氧化
第6章新陈代谢总论与生物氧化 (Biological Oxidation)6 新陈代谢总论与生物氧化小分子 大分子合成代谢（同化作用）需要能量释放能量分解代谢（异化作用）大分子 小分子物质代谢能量代谢新陈代谢信息交换6.1 新陈代谢总论新陈代谢的概念及内涵6.1.1 新陈代谢的研究方法1，活体内（in vivo）和活体外实验（in vitro）2，同位素示踪法3，代谢途径阻断法4，突变体研究法6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律1、自由能的概念(1)热力学第一定理: 能量守恒。
(1) 热力学第二定理：自发过程是向着能量分散 程度(熵，S)增大的方向进行。
(3) 自由能：在恒温恒压下,体系可以用来对环境 作功的那部分能量。
(4)自由能变化的公式:△G=△H- T△S△G＜0 反应自发△G＞0 需要能力才能向正反应进行△G=0 反应处于平衡状态6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、反应标准自由能的变化及其与平衡常数的关系（1）标准自由能： G o′自由能与标准自由能△G = △G o′+ RTln[C][D]/[B][A]当△G = 0时， △G o′= -2.303RTlgK′标准自由能的可加性6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律3、氧化还原电位（1）E：在氧化还原反应中,自由能的变化与反应物供出或得到电子的趋势成比例,这种趋势用数字表示,即为氧化还原电位.（2）Ｅ、E o与E o′（3）E o′的含义——其值越小表示所带电子越多，还原能力越强△G o′= -nF △E o ′△E o ′＞０，表示反应能自发进行4、氧化还原电位与自由能的关系检流计盐桥ZnSO 4CuSO 4e+-负极反应: Zn - 2e =Zn 2+ E 0 Zn 2+/ Zn = - 0.76V 正极反应: Cu 2++2e= Cu E 0 Cu 2+/ Cu =+ 0.34V ΔE 0 = E 0正极-E 0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、 ATP 是生物细胞内能量代谢的偶联剂ATP + H 2O ADP +Pi 释放能量30.5kJ/mol ADP + Pi ATP 吸收能量30.5kJ/molATP ——最常见的高能磷酸化合物，具有高能磷酸基团，能量通货。
新陈代谢总论与生物氧化
如： NADH-Q还原酶、琥珀酸-Q还原酶、脂酰-CoA脱氢酶等
是脂溶性醌类化合物，而且分 子较小，可在线粒体内膜的磷脂双 分子层的疏水区自由扩散。 功能基团是苯醌,通过醌/酚的 互变传递氢，Q (醌型结构) 很容易 接受2个电子和2个质子，还原成QH2 （还原型）；QH2也容易给出2个电 子和2个质子，重新氧化成Q。因此， 它在线粒体呼吸链中作为电子和质 子的传递体。
O ‖ CH3－C～ SCoA + NADH + H+ + CO2
2、β-氧化脱羧
COOH
β α
COOH
HCOH + NADP+
CH2
COOH(苹果酸）
C =O + CO2 +NADPH + H+
CH3（丙酮酸）
§7-2 生物氧化
线粒体是生物氧化的发生场所
§7-2 生物氧化
四、生物氧化中水的生成
大分子
能量代谢
物 质 代 谢
异化作用
生物大分子 分解代谢小分子 体内物质 环境物质
§7-1新陈代谢总论
五、新陈代谢的特点
1、反应分步进行，顺序性极强； 2、由酶催化，反应条件温和；
3、有灵敏的自动调节和对体内外环境高度适应
性的特点。
§7-1新陈代谢总论
六、新陈代谢的研究方法
1.研究材料：单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体 2.研究方法：体内研究（in vivo）:用生物整体研究 体外研究（in vitro）：用切片，匀浆等 研究 3.同位素示踪法:如将C14标在乙酸羧基上，同时喂养动 物，如动物呼出CO2中发现C14，说明乙酸 羧基转变CO2． 4.代谢途径阻断：如用酶的抑制剂阻抑中间代谢 的某一环节,推测代谢情况.
是脂溶性醌类化合物，而且分 子较小，可在线粒体内膜的磷脂双 分子层的疏水区自由扩散。 功能基团是苯醌,通过醌/酚的 互变传递氢，Q (醌型结构) 很容易 接受2个电子和2个质子，还原成QH2 （还原型）；QH2也容易给出2个电 子和2个质子，重新氧化成Q。因此， 它在线粒体呼吸链中作为电子和质 子的传递体。
O ‖ CH3－C～ SCoA + NADH + H+ + CO2
2、β-氧化脱羧
COOH
β α
COOH
HCOH + NADP+
CH2
COOH(苹果酸）
C =O + CO2 +NADPH + H+
CH3（丙酮酸）
§7-2 生物氧化
线粒体是生物氧化的发生场所
§7-2 生物氧化
四、生物氧化中水的生成
大分子
能量代谢
物 质 代 谢
异化作用
生物大分子 分解代谢小分子 体内物质 环境物质
§7-1新陈代谢总论
五、新陈代谢的特点
1、反应分步进行，顺序性极强； 2、由酶催化，反应条件温和；
3、有灵敏的自动调节和对体内外环境高度适应
性的特点。
§7-1新陈代谢总论
六、新陈代谢的研究方法
1.研究材料：单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体 2.研究方法：体内研究（in vivo）:用生物整体研究 体外研究（in vitro）：用切片，匀浆等 研究 3.同位素示踪法:如将C14标在乙酸羧基上，同时喂养动 物，如动物呼出CO2中发现C14，说明乙酸 羧基转变CO2． 4.代谢途径阻断：如用酶的抑制剂阻抑中间代谢 的某一环节,推测代谢情况.
9代谢总论与生物氧化
4.生物的营养类型
分类
光能自 养生物
C源
CO2
能源
光
电子供体
HO2, H2S, S 或其它无机物
实例
绿色植物、藻类、 蓝细菌、光合细菌
化能自 养生物
CO2
氧化还原反应
无机化合物如H2, 固氮菌、氢细菌、 H2S, NH4+ Fe2+ 硫细菌和铁细菌 有机物 （葡萄糖） 有机物 （葡萄糖）
光能异 养生物 化能异 养生物
线状(1inear)，如糖酵解；
环状(cyclic)，如三羧酸循环、卡尔文循
环和尿素循环；
分支状(branched)，如许多氨基酸的合
成(参看第三十一章“氨基酸代谢”)。
只有在循环代谢途中，才涉及一种起
始代谢物在最后一步反应得以再生。
例如三羧酸循环中的草酰乙酸，卡尔
文循环中的l，5-二磷酸核酮糖和尿酸 循环中的鸟氨酸。
（ 质 膜 、 核 及 核 仁 、 内 质 网 、 线 粒 体 ）
二、新陈代谢的内容
确定参与每一个代谢反应的酶与辅酶 的结构与功能，这需要对有关的酶进行 分离、纯化和定性的研究。 确定一条代谢途径之中的底物、中间 代谢物和终产物的结构、名称和反应的 类型。 确定一个酶促反应的调节机制。
1.物质代谢和能量代谢
3.代谢途径
无论物质代谢还是能量代谢，分解代谢 还是合成代谢，一般都是由多种酶催化的 连续反应过程。 所谓代谢途径就是细胞中由相关酶类组 成的完成特定代谢功能的连续反应体系。 细胞中具有某种代谢途径也就是指具有 其酶系。代谢途径的组成可简单示意如下：
S
E1
A
E2
B
3
(3)与膜结合的多酶复合物 (membrane-bound multi-enzyme complex)
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（ ΔG是总自由能的变化， ΔH 是总热 能的变化，ΔS是熵的变化）
当ΔG＞0，反应不能自发进行。当给体系补充自由能 时，才能推动反应进行（为吸能反应）。 当ΔG＜0，体系的反应能自发进行(为放能反应)。 当ΔG＝0，表明体系已处于平衡状态。
自由能：
生物体（或恒温恒压）用以作功的 能量。在没有作功条件时，自由能转变 为热能丧失。 熵：混乱度或无序性，是一种无用的能。
CH2CH2COOH 2H
SH 2 NAD
+
FMNH 2 2H CoQ Fe S
FAD Fe*S 复合物 II Cytb - （琥珀酸脱氢酶） 2e
2+ 2C yt-Fe
2e
1 O － 2 2
S
FMN NADH + H 2H Fe S
-
3+ 2C yt-Fe 2e 2H+ 复合物 I （NADH- 泛醌还原酶）
主要作为一类不需氧脱氢酶的的辅酶。有 NAD+和NADP+，大多脱氢酶以NAD +为辅酶。
电子和氢离子一起被接受，还原型CoⅠ 将氢移到NADH脱氢酶（黄素）上。
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
Ⓢ 表示无机硫
④辅酶Q类
又称泛醌（CoQ)，可接受多种脱氢酶脱下的 氢和电子转变为泛醇（ CoQH2），处在呼吸 链的中心地位。泛醇将电子传给细胞色素 bc1复合体，H+释出。
⑤细胞色素类（cytochromes)
是一类以铁卟啉（血红素）为辅基的 蛋白质。广泛分布于生物细胞，由于呈现 颜色，故称细胞色素。 其作用靠铁的变价传递电子由CoQ传到氧。 a、cytbc1复合体：含ctyb 、ctyc1及铁-硫 蛋白。 b、cyt氧化酶：含ctya和ctya3 。 除含铁还含铜（ Cu2+→Cu+） c、cytc：在ctybc1复合体和cty氧化酶间传 递电子。
四、高能化合物分类
烯醇磷酸化合物 磷氧型 磷酸化合物 常用～P 或～ ﹝P﹞ 表示。 磷氮型 酰基磷酸化合物
焦磷酸化合物：ATP
高能化合物 －－释放 自由能特 别多的化 合物。
硫酯键化合物 非磷酸化合物 甲硫键化合物
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
-
CoQH 2
O2-
H2O
2+ C yt-Fe Fe -S b Fe -S 3+ CoQH2 e - C yt-Fe 2
CoQ
2e
3+ C yt-Fe
2+ 2 e C yt-Fe
-
3+ C yt-Fe
2+ C yt-Fe
2e
1 O2 － 2
c1
c
a
-
a3 O2- H2O
2+ 2 e - C yt-Fe C yt-Fe 3+
酰基磷酸化合物
O R C O
O P O
-
O
A
O H3N+ C O
O
O P
酰基腺苷酸
O RCH C O N H3
+
O P O A O
-
O
氨甲酰磷酸
-
氨酰基腺苷酸
焦磷酸化合物
O O P O
-
O O P O
-
NH2
OO O P O
-
N O O P O
-
N N N H H OH
O O P O
-
焦磷酸
OCH2 H H
H R C O H 2O H R C OH OH ø O R C OH + 2H + + 2e -
（三）氧直接参加的氧化反应
加氧酶 能够催化氧分子直接加入到有机分子 中。例如，
甲烷单加氧酶
CH4 + NADH + O2 CH3-OH + NAD+ + H2O
氧化酶 主要催化以氧分子为电子受体的氧化 反应，反应产物为水。在各种脱氢反应中产 生的氢质子和电子，最后都是以这种形式进 行氧化的。
二、生物氧化的方式
（一）CO2的生成 生物体内CO2的生成来源于有机物转变为 含羧基化合物的脱羧作用。 A 直接脱羧作用
CH3CCOOH O HOOCCβ H2C COOH α
丙酮酸羧化酶 （β -脱羧） 丙酮酸脱羧酶 （α-脱羧）
CH3CHO + CO2
CH3CCOOH + CO2 O
O
B 氧化脱羧作用：在脱羧过程中伴随着氧化 （脱氢）。
新陈代谢的共同特点： 1. 由酶催化，反应条件温和。
2. 诸多反应有严格的顺序，彼此协调。
3. 对周围环境高度适应。
新陈代谢的研究方法
1. 2. 3. 活体内(in vivo)与活体外实验(in vitro) 同位素示踪法 代谢途径阻断
二、生物体内能量代谢的基本规律
化学反应自由能方程式
ΔG =ΔH –TΔS
P
P
P
3ADP
3ATP
P/O比值：在电子传递体系磷酸化中，在一定时间内，每消 耗一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。根据所消耗的无机 磷酸摩尔数，可间接测出ATP生成量。
NADH的P/O=3
FADH2的P/O=2
2. 氧化磷酸化作用机理(mechanism)
化学渗透学说(chemiosmotis hypothesis)
②黄素脱氢酶类
黄素酶（NADH脱氢酶）是黄素蛋白，其辅 基FMN（ FAD ）接受2个氢原子成还原型的 黄素单核苷酸。
FMN 结构中含核黄素，发挥功能的部位 是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产 物是FMN• 。
③铁硫蛋白类 NADH脱氢酶还有几个非血红素铁原子与酸不稳定 的硫原子结合，组合成铁-硫中心。铁硫蛋白中辅 基铁硫簇(Fe-S)含有等量铁原子和硫原子，其中 铁原子可进行Fe2+Fe3+反应传递电子。
异柠檬酸 苹 果 酸 谷氨酸 β -羟丁酸
β -羟脂酰CoA
NAD+→[ FMN (Fe-S)]→CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3 2H 1/2O2
2H+
H2O
2.FADH2氧化呼吸链
α -磷酸甘油 [FAD(FP)] 脂肪酰CoA 琥珀酸 FAD (Fe-S) Cytb →CoQ→b(Fe-S)→c1→c→aa3→1/2O2
MH2 NADH -0.32 FMN CoQ b c1 -0.30 +0.10 +0.07 +0.22 FAD -0.18 c aa3 +0.25 +0.29 O2 +0.816
抑制剂：
鱼藤酮 安密妥
抗霉素A
氰化物， CO，叠氮 化合物
1．NADH氧化呼吸链：
丙 酮 酸
α -酮戊二酸
硫辛酸 FAD 2e
（四）H2O的生成
－－代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。 生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系， 以促进水的生成。
脱氢酶
MH 2
M
氧化酶
递氢体
NAD+、NADP+、 FMN、FAD、COQ
还原型
Cyt递电子体 b, c1, c, aa3
½ O2
O2H2O
递氢体H2
2e
O
7.3千卡/摩尔
OH
ATP（三磷酸腺苷）
氮磷键型
O NH C N NH CH3 P O O
NH N CH3 O P O NH2 C NH O CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸精氨酸 7.7千卡/摩尔
CH2COOH
磷酸肌酸 10.3千卡/摩尔
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
硫酯键型
复合体Ⅰ
NADH→ FMN; Fe-S →CoQ N-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
NADH+H+ NAD+
FMN FMNH2
还原型Fe-S 氧化型Fe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
新陈代谢与生物氧化
Metabolism and biological oxidation
第一节 新陈代谢总论
一、新陈代谢的概念 活细胞中全部有序的化学变化的总称。
合成代谢 生物小分子（简单）合 （同化作用） 成为生物大分子（复杂） 需要能量 新陈代谢 释放能量 分解代谢 （异化作用） 生物大分子分解为 生物小分子 能量 代谢 物质代谢
复合体Ⅲ: QH2（泛醌）-细胞色素c还原酶 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c
复合体Ⅲ
QH2→ b562; b566; Fe-S; c1 →Cyt c
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Cyt c → CuA→a→a3→CuB → O2
COOH
2H
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
甲硫键型
COO
S-腺苷甲硫氨酸
+ NH3
CH CH2 CH2 H3C S