生物能学和生物氧化

外膜对大多数小分子物质和离子可通透， 内膜须依赖膜上的特殊载体选择性地运载物质 进出。 基质中含有全部与有机酸氧化分解有关的酶。 内膜上存在着多种酶与辅酶组成的电子传递链， 或称呼吸链。 内膜上的ATP合成酶利用电子传递过程释放的能 量合成ATP，完成线粒体的供能作用。
9.3

生物氧化
CO2和H2O的生成（物质的代谢） 物质代谢和能量生成的偶联（电子传递链） 能量生成和ATP生成（ ATP ase复合体）
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），又叫细胞氧化
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生物体内能量代谢的基本规律



生物体和周围环境既有物质交换，又有能量交换，因此，它 属于热力学开放体系。生物体内能量代谢服从热力学定律。 热力学第一定律是能量守恒定律，即能量不能创造也不能消 灭，只能从一种形式转变成另一种形式。生物体内的能量可 以相互转变，但生物体与环境的总能量保持不变。 热力学第二定律的核心是宇宙总是趋向于越来越无序，即向 熵增大的方向进行。生物体是开放的体系，为了维持自身的 有序性，不断将生命活动中产生的正熵释放至环境中，使环 境的熵值增加，而自身保持低熵。尽管生物体是高度有序的 整体，但并没有偏离热力学第二定律。
其它作为能量直接来源的三磷酸核苷酸

UTP用于多糖合成。 CTP用于磷脂合成。 GTP用于蛋白质合成。
﹝ATP﹞+ 0.5﹝ADP﹞ 能荷= ———————————
﹝ATP﹞+﹝ADP﹞+﹝AMP﹞
能荷：高能状态的腺苷酸与总腺苷酸浓度 之比。 能荷是细胞中ATP-ADP-AMP系统中高能磷酸 化状态的一种量度。
例： CH3CH2OH
乙醇脱氢酶
H2O的生成
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
H2 O
ATP的产生—电子传递体系（呼吸链） 一、线粒体结构特点 二、电子传递呼吸链的概念
三、呼吸链的组成
四、机体内两条主要的呼吸链及其功能
一、线粒体结构
线粒体的功能特点
ATP的分子结构：三个磷酸基团、两个高能键。 活性形式：MgATP2-


ATP的作用和储存 ATP为即时性的能量载体。 ATP在细胞酶促磷酸基团转移中起“中转站”的作用。 ATP不是能量的贮存物质，而是能量的携带者或传递 者。它可将高能磷酸键转移给肌酸（C）生成磷酸肌 酸（creatine phoshate，C~P）。但磷酸肌酸所含 的高能磷酸键不能直接应用，需用时磷酸肌酸把高 能磷酸键转移给ADP生成ATP。 磷酸肌酸是ATP高能磷酸基团的贮存库。在骨骼肌、 平滑肌、神经细胞内都存在，在肝脏、肾及其它组 织中的含量却极少。
生物氧化的方式
失电子氧化反应 加氧氧化反应 脱氢氧化反应 （琥珀酸生成延胡索酸） 加水脱氢氧化反应 （延胡索酸生成苹果酸） 在生物氧化中，脱氢氧化 和加水脱氢氧化反应是物质 氧化的主要形式。

方式：糖、脂、蛋白质等有机物转百度文库成含 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
或细胞呼吸。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。
生物氧化的三个阶段 脂肪 多糖 蛋白质
大分子降解 成基本结构 单位
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰 CoA等）
共同中间产物 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。

具有高能键的化合物的类型
1．磷氧键型（-O~P）

酰基磷酸化合物 焦磷酸化合物 烯醇式磷酸化合物

2．氮磷键型（-N~P） 3．硫酯键型 4．甲硫键型

上述高能化合物中含磷酸基团的占绝大多数，但并 不是所有含磷酸基团的化合物都是高能磷酸化合物。
ATP和其它高能磷酸化合物

乙酰CoA
+Pi
磷酸化
电子传递 （氧化）
e-
三羧酸 循环
生物氧化的特点


生物氧化的能量是逐步释放的。 生物氧化过程产生的能量储存在高能化合物中主 要是ATP。ATP中的能量可以通过水解而被释放 出来，供给生物体的需能反应。 生物氧化具有严格的细胞内定位。 原核生物的生物氧化是在细胞膜上进行的，真 核生物的生物氧化是在线粒体中进行的。
9.2 高能磷酸化合物
高能键及高能化合物 在生物体中，水解每摩尔释放出自由能大于21kJ者 称高能化合物，被水解的化学键称为高能键 （energy-rich bond），常用符号“~”表示。在生 物化学中所谓的“高能键”指的是自由能高，而不 是键能特别高，即指随着水解反应或基团转移反应 可放出大量自由能的键。
主要内容

新陈代谢 生物能学 生物氧化
9.1 新陈代谢

新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交 换的全过程，是生物体内一切化学变化的总称，是 生物体表现其生命活动的重要特征之一。
新陈代谢的研究方法




体内研究法：生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调 节机制下研究代谢过程，为物质中间代谢过程的明确提供了 重要的依据。例如，脂肪酸的β-氧化学说的提出。 体外研究法：用离体器官、组织切片、组织匀浆或体外培养 的细胞、细胞器及细胞抽提物来研究代谢的过程。例如，三 羧酸循环、鸟氨酸循环等。 同位素示踪法。例如用14C标记葡萄糖的C1对磷酸戊糖途径 的发现起了非常重要的作用。 代谢途径阻断法：在试验过程中加入阻断剂来阻断中间某一 代谢环节，分析所得结果，推测代谢历程。例如Krebs等用 丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶，导致琥珀酸积累，为三羧酸循环 的确认提供了重要依据。
CO2的生成
氧化脱羧和单纯脱羧
例：
R
H2N-CH-COOH
O CH3-C-COOH
CoASH
氨基酸脱羧酶
R
CH2-NH2 +CO2
丙酮酸脱氢酶系
CH3COSCoA+CO2
NADH+H+
NAD+
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载 体所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给 氧而生成H2O 。从底物直接脱水。