生物氧化的概念与特点.
生物化学(王镜岩版)第七章 生物氧化
FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2 NADH→ →CoQ
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。 氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
NADH
NADH-Q 还原酶
琥珀酸-Q 还原酶
FADH2
FMN、Fe-S
辅酶Q
FAD、Fe-S
细胞色素 b-562
细胞色素还原酶 细胞色素c 血红素a 血红素a3 CuA和 CuB 细胞色素氧化酶 O2
细胞色素b-566 细胞色素c1 Fe-S
1. 复合体Ⅰ: NADH-泛醌还原酶 复合体Ⅰ NADH功能: 将电子从NADH传递给泛醌 (ubiquinone) 功能 将电子从 传递给泛醌
二、氧化还原电势 氧化还原反应——凡是反应中有电子从一种 物质转移到另一种物质的化学反应称为氧化 还原反应。即电子转移反应就是氧化还原反 应。 如： Fe 3＋ ＋ e
氧化型 电子受体
Fe 2＋
还原型 电子供体
氧化还原电势——还原剂失掉电子或氧化剂 得到电子的倾向称氧化还原电势。
标准电势——任何的氧化-还原物质即氧还电对都 有其特定的电动势，称标准电势。用E0或ε0表示。 氧还电对的标准电势值越大，越倾向于获得电子。 例如，异柠檬酸/α-酮戊二酸 + CO2电对在浓度均 为1.0mol/L时，其标准电势为-0.38V， 这个氧化电对倾向于将电子传递给氧还电对 NADH/NAD+，因为其标准电势为-0.32V。
生物氧化的概念和特点
生物氧化的概念和特点
生物氧化是生物体中进行能量转换和代谢过程的一种重要机制。
它是指生物体利用氧气（O2）将有机物质（如葡萄糖、脂肪和蛋白质）分解为二氧化碳（CO2）和水（H2O），同时释放出能量的过程。
以下是生物氧化的一些特点：
1. 能量产生：生物氧化过程是能量产生的主要途径。
在细胞的线粒体中，通过氧化反应将有机物质断裂，并将化学能转化为细胞可以利用的能量（以ATP形式存储）。
这种能量转换是维持细胞生存和各种生物活动所必需的。
2. 基于酶催化：生物氧化反应是由酶催化的复杂酶系列反应组成。
每个反应都需要特定的酶来提供催化作用，使反应能够在生物体内发生，并保持反应速率适宜。
3. 发生在细胞呼吸中：生物氧化是细胞呼吸过程的一个重要部分。
在细胞呼吸中，有机物质被逐步分解，生成ATP和废物产物。
细胞呼吸包括三个主要的步骤：糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化。
4. 有氧和无氧氧化：根据氧气的存在与否，生物氧化可以分为有氧氧化和无氧氧化。
有氧氧化是指在氧气存在的条件下进行的氧化过程，生成CO2和H2O，并释放大量的能量。
无氧氧化是指在氧气不充足或缺乏的条件下进行的氧化过程，产生其他底物（如乳酸、乙醇等）。
5. 营养物质的利用：生物体通过生物氧化途径将摄入的营养物转化
为能源，并用于生长、维持细胞功能和进行各种生理活动。
总之，生物氧化是一种基本的细胞代谢过程，通过氧化有机物质来产生能量，并维持生物体的正常功能和生存。
它是生命活动的核心过程之一。
动物生物化学课件9 生物氧化
2.3 其它氧化酶
微粒体、过氧化物酶体也是生物氧化 的场所 氧化过程中不伴有偶联磷酸化,不能生 成ATP
2.3.1 过氧化物酶体中的氧化酶类 （一）过氧化氢酶（catalase）
又称触酶，辅基为血红素，催化反应如下：
2H2O2
2H2O + O2
（二）过氧化物酶（perioxidase）
辅基为血红素，催化反应如下：
（1）鱼藤酮、异戊巴比妥、杀粉蝶霉素A （2）抗霉素A（antimycin A)、二巯基丙醇
（3）氰化物、硫化氢、叠氮化物(NaN3)和CO
鱼藤酮 异戊巴比妥 杀粉蝶霉素A
FAD.H2 (Fe-S)
抗霉素A 二巯基丙醇
氰化物 硫化氢 叠氮化 CO
NADH FMN (Fe-S)
Cytb Cytc1 Cytc
1.生物氧化概述
1.2 生物氧化的特点 ﹡生物体活细胞中进行；
﹡温和环境（37℃, 中性）； ﹡在一系列酶、辅因子及中间递体的参与下逐 步进行；
﹡产生的能量一部分以热的形式散失 ,大部分 储存在ATP中，逐步释放。
生物氧化中物质的氧化方式：
脱氢(乳酸 丙酮酸)
失电子(Fe2+
加氧
Fe3+)
生物氧化的一般过程：
FADH呼吸链（琥珀酸呼吸链）的组成
a) 复 合 物 II （ 琥 珀 酸 -Q 脱 氢 酶 ， 含 FAD 、 Fe-S Cytb560）
b) CoQ c) 复合物III（同 NADH 呼吸链）
d) Cytc
e) 复合物IV （同 NADH 呼吸链）
5. 胞液NADH进入线粒体的穿梭机制 A、α-磷酸甘油穿梭作用
c、铁硫蛋白
辅基：铁硫簇（iron-sulfer cluster, Fe-S）
第四章 生物氧化
① 细胞色素c（ Cytc）
它是电子传递链中一个 独立的蛋白质电子载体 ，位于线粒体内膜外表 ，属于膜周蛋白，易溶 于水。 它与细胞色素 c1 含有相 同的辅基，但是蛋白组 成则有所不同。 Cyt 的 铁 卟 啉 一 般 以 非 共价键与酶蛋白结合。 Cytc 例外，以硫醚键共 价结合。
1.单加氧酶 又称羟化酶。可催化氧分子中的1个氧原子 加到底物上，而另一氧原子被NADPH+H+还原生成 H2O。反应通式： RH+O2+NADPH+H+→ROH+H2O+NADP+
2.双加氧酶 又称转氧酶。催化氧分子中2个氧原子， 分别加到底物分子中特定双键的两个碳原子上，使该底 物分子分解成两部分。
它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe2S)含有两个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋 白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电子的作用
4.泛醌（CoQ）
（简写为 Q ）或辅酶 -Q （ CoQ ）：它是电子传递 链中唯一的非蛋白电子载体。为一种脂溶性醌类 化合物。
这种按一定顺序排列在线粒体内膜上的递氢体和递电 子体构成的连锁反应体系，称为电子传递链（ electron transport chain）。此过程与细胞摄取氧密 切相关，又称呼吸链（respiratory chain）. 呼吸链中传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传递电子的 酶或辅酶称为递电子体。
第一节：生物氧化概述
一、生物氧化的概念 二、生物氧化的特点 三、氧化还原电位与自由能 四、高能化合物
一切生命活动都需要能量，维持生命活动的能 量主要有两个来源：
光能（太阳能）：光合自养生物通过光合作用将光 能转变成有机物中稳定的化学能。
化学能：异养生物或非光合组织通过生物氧化作 用将有机物质（主要是各种光合作用产物）氧化 分解，使存储的稳定的化学能转变成ATP中活跃 的化学能，ATP直接用于需要能量的各种生命活 动。
和Pi的某些电子的能量水平远远小于ATP。 c、H+的低浓度导致ATP4-向分解方向进行。 d、酸酐键溶剂化所需能量小于磷脂键。
总的来说：反应物的不稳定性和产物的稳定性或反应物内的 静电斥力和产物的共振稳定使ATP水解释放大量能量。
以无机磷酸为例说明几种能量近似的 共振形式：
（2）ATP在能量转化中的作用
能荷=
[ATP]+1/2[ADP] [ATP]+[ADP]+[AMP]
腺苷酸库
[ATP]+1/2[ADP] 能荷=
[ATP]+[ADP]+[AMP] ❖能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的 ATP全部转变为AMP时能荷值为0，当AMP全部转变 为ATP时，能荷值为1。 ❖高能荷抑制ATP的生成，促进ATP的应用，即促进机 体内的合成代谢。
举例：
生物体内一些氧化还原体系的生化氧化还
原电位 E0 P54
三、氧化还原电位与自由能
2、自由能（G）: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。 ❖自由能变化（ΔG）:
AB ΔG= GB - GA
▪ΔG是衡量反应自发性的标准。 ΔG< 0，放能，自发进行，可以产生有用的功 ΔG >0，吸能，非自发进行，必须供给能量才能进行。 ΔG =0 ，平衡状态
生物化学(生物氧化)
程为:
E′=Eº′+
RT
C氧化态
nF In C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系
△Gº’=-nF △Eº’
三. 高能磷酸化合物
(一)高能磷酸化合物的概念
高能磷酸化合物：一般将水解时释放20.9KJ/mol以上自由 能的化合物称之，含有高能量的键称为高能键，常 用” ～” 符号表示，典型的代表是三磷酸腺苷(ATP)含有 两个高能键。
二、三羧酸循环生成的ATP
乙酰CoA＋3NAD+＋FAD ＋ GDP＋Pi＋2H2O→
CO2＋3NADH＋FADH2＋GTP＋2H+＋CoASH 每个分子G彻底氧化为H2O和CO2，共能产生： 5（或7）＋12.5×2＝30（或32）分子ATP
三、三羧酸循环的回补反应
草酰乙酸的回补反应
1、丙酮酸的羧化 图6-25 丙酮酸的羧化
(二)呼吸链 呼吸链(respiratory chain,电子传递链ETC):指代谢物上
脱下的氢(质子和电子)经一系列递氢体或电子传递体按对电 子亲和力渐渐升高的顺序依次传递，最后传给分子氧而生 成水的全部体系。
NADH呼吸链
呼吸链
FADH2呼吸链
图5-17 NADH呼吸链（A）和FADH2呼吸链（B）
第五章 生物氧化
第一节 生物氧化概述 一.生物氧化 (一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机 物质在活细胞内氧化分解，产生CO2和H2O并放出能量的 作用称生物氧化。
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。 反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α 脱羧和β 脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α 直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β 直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α 氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β 氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
生物化学第八章 生物氧化
1 O2 2
H2O
实测得FADH2呼吸链： P/O~ 2
FADH2
线粒体是真核细胞的一种细胞器，是生物氧化和能 量转换的主要场所。是组织细胞的“发电厂”。 线粒体内，外膜的化学组成有显著的区别; 外膜：磷脂，胆固醇含量高，蛋白质含量低 内外膜间隙：腺苷酸激酶，核苷酸激酶等 内膜：有些脱氢酶，氧化呼吸链有关的酶， ATP 合成酶 基质： 催化糖有氧分解，脂肪酸氧化，氨基酸分 解和蛋白质生物合成的酶
3
二、生物氧化的一般过程
主要解决三个问题：
1．代谢物中C如何在酶催化下生成CO2；
2．细胞如何利用O2将代谢物中的H氧化成H2O；
3．氧化产生的自由能怎样被收集、转换和储存。
4
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
乙酰CoA
小分子化合物 分解成共同的 中间产物（如 丙酮酸、乙酰 CoA等）
31
2. 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（ >20 千焦 / 摩尔）的化合物称为 高能化合物。
32
高 能 化 合 物 类 型
33
3. ATP的特点
在 pH=7 环 境 中 ， ATP 分子中的三个磷 酸基团完全解离成带 4个负电荷的离子形 式 （ ATP4-）， 具 有 较大势能，加之水解 产物稳定，因而水解 自由能很大（ ΔG°′= -30.5千焦/摩尔）。
34
4.ATP的特殊作用
在机体的能量代谢中， ATP 就好像能量通币， 高能化合物虽有多种，只有 ATP 可为一切生 理机能与生物合成反应提供能量； ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
《生物化学教学》第五章 生物氧化
例如，哺乳动物细胞内的泛醌中有10个 异戊二烯单位，故该泛醌又被叫做CoQ10。 至于其它细胞，则或为6个，或为8个。
整理课件
CoQ能可逆地还原为氢醌，据此而传 递质子和电子。
CoQ在线粒体内膜上未与蛋白质结合 ，又具脂溶性，故可在膜脂中自由泳动。
它不仅是呼吸链中的传递体，而且可以 在膜的内外两侧之间同时传递质子和电子 。
整理课件
NADH泛醌还原酶
简写为NADHQ还原酶, 即复合物I， 它的作用是催化NADH的氧化脱氢以及 Q的还原。所以它既是一种脱氢酶，也是 一种还原酶。 NADHQ还原酶最少含有16
个多肽亚基。它的活性部分含有辅基FMN和 铁硫蛋白。
FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质 子，形成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以 进一步将电子转移给Q。
２. 电子传递抑制剂
能在某一部位阻断呼吸链中电子传递的物质 即是电子传递抑制剂。
NADH → FMN→ FeS →CoQ → Cytb→ FeS→ Cytc1
I
II
→ Cytc → Cytaa3 →O2 III
例如，位点I处的鱼藤酮、安密妥； 位点II处的抗霉素A； 位点III处的氰化物、CO等．
QH2-cyt. c 还原酶 QH2 + 2 Cyt. c (Fe3+) ==== Q + 2 Cyt. c (Fe2+) + 2H+
QH2-Cyt. c还原酶由9个多肽亚基组成。活性 部分主要包括细胞色素b 和c1，以及铁硫蛋白（ 2Fe-2S）。
整理课件
线粒体呼吸链
整理课件
整理课件
整理课件
一般以NADH 呼吸链为最多，存在最为广泛 。
生物化学第七章生物氧化
生物化学第七章生物氧化适用于高中生物竞赛一、生物氧化的概念和特点：物质在生物体内氧化分解并释放出能量的过程称为生物氧化。
与体外燃烧一样，生物氧化也是一个消耗O2，生成CO2和H2O，并释放出大量能量的过程。
但与体外燃烧不同的是，生物氧化过程是在37℃，近于中性的含水环境中，由酶催化进行的；反应逐步释放出能量，相当一部分能量以高能磷酸酯键的形式储存起来。
二、线粒体氧化呼吸链：在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的，与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链。
这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于线粒体内膜上。
主要的复合体有：1．复合体Ⅰ（NADH-泛醌还原酶）：由一分子NADH还原酶（FMN），两分子铁硫蛋白（Fe-S）和一分子CoQ组成，其作用是将（NADH+H+）传递给CoQ。
铁硫蛋白分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫。
其分子中的铁离子与硫原子构成一种特殊的正四面体结构，称为铁硫中心或铁硫簇，铁硫蛋白是单电子传递体。
泛醌（CoQ）是存在于线粒体内膜上的一种脂溶性醌类化合物。
分子中含对苯醌结构，可接受二个氢原子而转变成对苯二酚结构，是一种双递氢体。
2．复合体Ⅱ（琥珀酸-泛醌还原酶）：由一分子琥珀酸脱氢酶（FAD），两分子铁硫蛋白和两分子Cytb560组成，其作用是将FADH2传递给CoQ。
细胞色素类：这是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质，为单电子传递体。
细胞色素可存在于线粒体内膜，也可存在于微粒体。
存在于线粒体内膜的细胞色素有Cytaa3，Cytb（b560，b562，b566），Cytc，Cytc1；而存在于微粒体的细胞色素有CytP450和Cytb5。
3．复合体Ⅲ（泛醌-细胞色素c还原酶）：由两分子Cytb（分别为Cytb562和Cytb566），一分子Cytc1和一分子铁硫蛋白组成，其作用是将电子由泛醌传递给Cytc。
4．复合体Ⅳ（细胞色素c氧化酶）：由一分子Cyta和一分子Cyta3组成，含两个铜离子，可直接将电子传递给氧，故Cytaa3又称为细胞色素c氧化酶，其作用是将电子由Cytc传递给氧。
生物氧化
细胞色素b 细胞色素b560 细胞色素cytochrome,Cyt 细胞色素cytochrome,Cyt C、区别： 区别： ① ② 铁卜啉辅基侧链 铁卜啉辅基侧链不同 侧链不同 铁卜啉辅基与酶蛋白连接 铁卜啉辅基与酶蛋白连接方式不同 连接方式不同
辅基 Cyt B 原卜啉Ⅸ(血红素)
与酶蛋白连接 非共价结合 乙烯侧链与酶蛋 Cyt C 原卜啉Ⅸ(血红素) 白多肽链中 Cys 的 –SH相连 Cyt A 血红素A
生物氧化特点 需 O2 释放能量 产生H2O+ CO2 产生H
生物氧化 37 酶 中性 体外燃烧 高温 / 含水干燥 温度 催化 环境
区别：
能量的释放
逐步释放部 分以高能磷 全部以热能 形式散发 酸键形式储 存
氧化还原反应
Fe2+ -e +e Fe3+
氧化反应：失电子、脱氢、加氧；多见 于分解代谢 还原反应：得电子、加氢、脱氧；多见 于合成代谢 实质：电子或氢原子的移换 递氢体/递电子体：氧化还原酶的辅酶或 辅基
多聚异戊二烯长链
甲酰基
（2）复合物Ⅱ 琥珀酸-泛醌还原酶 复合物Ⅱ 琥珀酸-
琥珀酸
FAD，FeFAD，Fe-S，Cytc560 复合体Ⅱ 复合体Ⅱ的电子传递
CoQ
复合物III 复合物III
复合物III: CoQ—细胞色素C还原酶,包括 Cytb2分子(b562, b566), Cytc1, 铁硫蛋白各1 分子 功能: 将电子从CoQ传递给细胞色素C
1、呼吸链中的组成
复合体 复合体Ⅰ 复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ 复合体Ⅳ 酶名称 NADHNADH-Q 还原酶 琥珀酸琥珀酸-Q还原酶 Q-CytC 还原酶 CytC 氧化酶 辅基 FMN，FeFMN，Fe-S FAD， FeFAD， Fe-S 铁卜啉，Fe铁卜啉，Fe-S 铁卜啉，Cu 铁卜啉，
生物氧化与氧化磷酸化
3. 生物氧化的方式
• 加氧 • 脱氢 • 脱电子
二、氧化还原电势和自由能
1.自由能（free energy） 指物质能用于做功的能量。 恒温恒压下体系自由能变化 △ G = △H - T△S
△ G <0 反应能自发进行，为放能反应 △ G >0 反应不能自发进行，需补充自由能 才能推动反应进行，为吸能反应 △ G =0 反应达到平衡状态
一.线粒体的结构基础
外膜（对小分子和离子通透）
嵴
内膜
（只允许非极性的小分子如 O2和CO2通过)
H+不能通过扩散跨过内膜
（基质）
外膜上蛋白质种类很少
内膜上蛋白质种类很多 转运蛋白 电子传递链上的各种组分和ATP合酶等 膜间隙
线粒体
基质中含有很多氧化途径的酶类，还有线粒体基因组 复制，转录和翻译所需要的全部酶类。
注意:
• 反应可以自动发生并不意味着反应的速度 就很快。反应速度与活化能有关。 • 一个开放体系的熵可以降低，代价是消耗 额外的能量。 • 整个生命过程的自由能变化是负值，所以 生命是一个不可逆的过程。
热力学第二定律的核心： 宇宙总是趋向于越来越无序。
• 自然界孤立体系中的一切变化都是自发的 向混乱度增加的方向进行，△S>0。
n=6-10
完全氧化的状态
部分氧化的半醌式自由基中间体
血红素C
细胞色素c的血红素 以共价键与蛋白相结合
血红素A
d类细胞色素仅在细菌中发现，其辅基为铁二氢卟啉
• 高等动物线粒体电子传递链中至少有5种细 胞色素：b,c1,c,a和a3. • 细胞色素c是膜的外周蛋白，位于线粒体内 膜的外侧，能被盐溶液抽提；其他的细胞 色素都紧紧地与线粒体内膜相结合，需要 高浓度的去垢剂才能把它们增溶下来。
生物氧化氧化电子传递链和氧化磷酸化作用生物氧化氧化电子
11.1生物氧化、氧化电子传递链和氧化磷酸化作用生物氧化、氧化电子传递链和氧化磷酸化作用一、生物氧化的概念和特点。
糖，脂，蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解，生成CO2，H2O并释放出能量，这个过程称生物氧化。
生物氧化是需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原作用，又称细胞氧化或细胞呼吸。
特点：反应条件温和，多步反应，逐步放能。
生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件温和，一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐步释放能量，转化成ATP。
真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
二、氧化电子传递过程生物氧化过程中形成的还原型辅酶（NADH和FADH2），通过电子传递途径，使其重新氧化，此过程称为电子传递过程。
在电子传递过程中，还原型辅酶中的氢以负质子（H —）形式脱下，其电子经一系列的电子传递体（电子传递链）转移，最后转移到分子氧上，质子和离子型氧结合生成H2O。
三、氧化电子传递链由NADH到O2的氧化电子传递链主要包括FMN、辅酶Q（CoQ）、细胞色素b、c1、c、a,a3及一些铁硫蛋白。
氧化电子传递链位于原核生物的质膜上，真核生物中位于线粒体的内膜上。
电子载体的标准势能△G o /是逐步下降的，电子沿着电势升高的方向流动。
其中有三个部位的势能落差△G较大，足以形成ATP（ADP磷酸化需要的自由能=7.3Kal/mol.）。
这三个部位正好是氧化磷酸化部位。
细胞内供能物质的彻底氧化产物是CO2、H2O其中CO2主要是在三羟酸循环中产生，水是在电子传递过程的最后阶段产生。
四、电子传递链的酶和电子载体呼吸链中的电子载体都是和蛋白质结合存在（包括NAD+、FMN、铁硫中心、细胞色素）。
这些蛋白质大都是水不溶性的，嵌在线粒体的内膜上。
NAD+是许多脱氢酶的辅酶，FMN是NADH脱氢酶的辅酶。
1、NAD+和NADP+脱氢酶分别与NAD+或NADP+结合，催化底物脱氢，这类酶称为与NAD（P）相关的脱氢酶，多数脱氢酶以NAD+为辅酶，少数以NADP+为辅酶（如G-6-P脱氢酶）少数酶能以NAD+或NADP+两种辅酶（Glu脱氢酶）。
生物氧化及其特点
生物氧化及其特点生物氧化是指生物体内发生的一系列氧化反应。
生物氧化是维持生物体正常生活活动的必要过程，涉及能量产生、物质代谢、信号传递等多个方面。
本文将从生物氧化的基本原理、特点以及在生物体内的重要性等方面进行阐述。
生物氧化的基本原理是通过氧气参与的氧化还原反应。
在这些反应中，有机物质被氧化成为二氧化碳和水，同时释放出大量的能量。
这些能量通过细胞内的线粒体进行捕获和利用，供给细胞的生命活动所需。
生物氧化的反应过程中，产生的能量主要以三磷酸腺苷（ATP）的形式储存，并通过细胞色素系统和电子传递链进行传递和利用。
此外，生物氧化还参与了多种物质代谢的过程，包括有机物的分解、合成和转化等。
生物氧化的特点主要有以下几个方面。
首先，生物氧化是高效的能量转化过程。
通过氧化还原反应释放出的能量可以高效地转化为ATP，为细胞提供持续稳定的能量供应。
其次，生物氧化是高度选择性的反应过程。
生物氧化反应由酶催化完成，酶对底物的选择性很高，能够高效地催化特定的反应。
此外，生物氧化还具有调节性。
生物体内的氧化反应是通过一系列复杂的调节机制进行调控的，以确保氧化反应的平衡和适应生物体的需要。
生物氧化在生物体内具有重要的作用。
首先，生物氧化是生物体能量代谢的基础。
生物体通过氧化还原反应将有机物质转化为能量，并将其储存为ATP，以供给细胞的各种生命活动所需。
其次，生物氧化是物质代谢的关键过程。
生物体内的有机物质通过氧化反应进行分解、合成和转化，从而维持物质代谢的平衡和正常功能。
此外，生物氧化还参与了多种信号传递的过程。
一些氧化反应产生的活性氧物质可以作为信号分子，参与细胞的信号传递和调节。
除了上述的基本原理、特点和作用之外，生物氧化还有一些其他的特点和重要性。
例如，生物氧化是生物体抵抗氧化应激的重要手段。
氧化应激是指细胞内外环境中氧化物质增加或抗氧化能力下降导致的细胞损伤现象，而生物氧化反应可以产生一些具有抗氧化能力的物质，如抗氧化酶和谷胱甘肽等，帮助生物体抵御氧化应激。
生物氧化的概念和特点(一)
生物氧化的概念和特点(一)
生物氧化的概念和特点
一、生物氧化的概念 1. 生物氧化是指生物体内在新陈代谢过程中，有机物质通过与氧气发生化学反应而释放出能量的过程。
2. 生物氧化是一种氧化还原反应，其中有机物质被氧气氧化，同时氧气被还原产生水。
3. 生物氧化是细胞呼吸的最后一步，将有机物质中的化学能转化为三磷酸腺苷（ATP）的化学能。
二、生物氧化的特点 1. 高效能产能：生物氧化反应是细胞内能量产生的主要途径，通过细胞呼吸过程可以高效地产生ATP能量。
2. 氧气依赖性：生物氧化反应需要氧气的参与，没有氧气的情况下无法进行正常的细胞呼吸过程。
3. 燃烧过程：生物氧化反应与燃烧反应有相似之处，都是有机物质与氧气的氧化反应，只是生物氧化反应是在生物体内进行的。
4. 产生水和二氧化碳：生物氧化反应的产物包括水和二氧化碳，水是氧气还原的产物，二氧化碳是有机物质被氧化后释放出来的。
5. 能量释放顺序：生物氧化反应是通过一系列产生高能磷酸键的反应，将有机物质中的化学能转化为ATP能量。
6. 发生在细胞内膜：生物氧化反应大部分发生在细胞线粒体的内膜上，其中线粒体的内膜系统具有高度结构化和功能特异性。
综上所述，生物氧化是细胞内在新陈代谢过程中，有机物质与氧气发生氧化还原反应，并释放出能量的过程。
它具有高效能产能、氧
气依赖性、类似燃烧过程、产生水和二氧化碳、能量释放顺序、发生在细胞内膜等特点。
生物氧化
三、生物氧化的本质及过程
1. 本质 生物氧化的本质是电子的得失，失电 子者为还原剂，是电子供体，得电子者为氧化 剂，是电子受体，在生物体内，它有三种方式： O2 加氧氧化 苯丙氨酸 酪氨酸 电子转移
脱氢氧化
OH CH3CHCOOH NAD
+
乳酸脱氢酶
O CH3CCOOH
NADH
脂肪
多糖
蛋白质
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。
③
硫酯键型
N
NH2 N N OCH2
-
O R C SCoA
O O S O
-
O O P O
N H H OH
O
H H OH
酰基辅酶A
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
乙酰辅酶A
④ 甲硫键型
化学渗透假说简单示意图
线粒体膜
线粒体基质 H 2O eO2 ATP ADP + Pi
- - - ++++
H+ H+
化学渗透假说详细示意图
胞液侧 H+ + + + + + +
H+ H+ Cyt c
+
+ +
F0
+
Q
NADH+H+
Ⅰ
Ⅱ
NAD+
延胡索酸 琥珀酸
-
Ⅲ
Ⅳ
- - 1/2O2+2H+ H 2O
- F1
问答题
1、简述化学渗透学说的主要内容，其最显著特点是什么？ 2、何谓高能化合物？体内ATP 有那些生理功能？ 3、氰化物和一氧化碳为什麽能引起窒息死亡？原理何在？
第六章 生物氧化
E0‘(V)
－0.32 －0.219 －0.219
氧化还原对
Cyt c1 Fe3+ /Fe2+ Cyt c Fe3+ /Fe2+ Cyt a Fe3+ /Fe2+
E0‘(V)
0.22 0.254 0.29
Cyt bL(bH) Fe3+/Fe2+
Q10 /Q10H2
0.05(0.10)
0.06
Cyt a3 Fe3+ /Fe2+
FMN(FAD)的结构：
CH2OPO32H H H C C C CH2 H3C N N O OH OH OH
N H3C N
异 咯 嗪
O
异咯嗪环的作用：
FMN/FAD
FMNH /FADH
FMNH 2/FADH
2
（氧化型）
（还原型）
铁硫蛋白 铁硫蛋白（Fe-S）共有
9种同工蛋白；分子中
含有由半胱氨酸残基硫
目录
泛醌从复合体Ⅰ、Ⅱ募集还原当量和电子并穿 梭传递到复合体Ⅲ。
电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH)
→Fe-S →Cytc1→Cytc
目录
细胞色素类：
这是一类以铁卟啉为辅基的酶。在生物氧 化反应中，其铁离子可为+2价亚铁离子，也可 为+3价高铁离子，通过这种转变而传递电子。
R=H: NAD+;
R=H2PO3: NADP+
目录
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。
目录
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 FMNH· 。在可逆的氧化还原反应中显示3种分子状 态，属于单、双电子传递体。
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一些生物学上常见的氧化还原对的标准半电池电位
还原型 丙酮酸 -酮戊二酸 乙醛 3-磷酸甘油醛 异柠檬酸 NADH + H+ 3-磷酸甘油醛 + Pi 乙醇 乳酸 氧化型 乙酸+CO2 琥珀酸+ CO2 乙酸 3-磷酸甘油酸 -酮戊二酸 HAD+ 1,3-二磷酸甘油酸 乙醛 丙酮酸 E0’（V） -0.70 -0.67 -0.58 -0.55 -0.38 -0.32 -0.29 -0.197 -0.185 n 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Chap 6
Cellular Respiration
第一节 生物氧化的概念与特点 第二节 生物氧化与生物能(自学) 第三节 生物氧化体系（重点） 第四节 氧化磷酸化作用（重点）
第一节 生物氧化的概念与特点
一、生物氧化的概念
糖、脂肪、氨基酸等营养物质，在活细胞内进 行一系列的氧化分解，最终生成H2O和CO2、 释出能量的过程，称为生物氧化
n：反应中每分子反应物的电子传递数目 F：法拉第常数（23.062 kcal/mol · V） E0’：两个氧化还原对之间标准氧化还原电位差值
G0’：氧化还原反应的标准自由能变化
第二节 生物氧化与生物能
一、氧化还原电位 – 标准氧化还原电位 – 非标准状态下的氧化还原电位 二、氧化还原电位与自由能
一、氧化还原电位
对
– 任意一种可氧化（或可还原）物质的氧化型 和还原型（氧化型+e/还原型）称为一个氧 化还原对或半电池。
由于不同底物具有不同的氧 化还原能力，就会产生不同 的电流，其方向或正或负。 如果电流流向样品半电池， 表明H+／H2对失去电子，发 生氧化反应，同时，样品半 电池中发生还原作用，该氧 化还原对定为正值；相反， 如果电流从样品半电池流出， 该氧化还原对的还原电位规 定为负值，这时样品半电池 中发生的是氧化作用。 还原电位的数值是在实验开 始时从电位计读出的伏特数。
FADH2
苹果酸 琥珀酸 细胞色素b（Fe2+）
FAD
草酰乙酸 延胡索酸 细胞色素b（Fe3+）
-0.18
-0.166 -0.031 +0.06
2
2 2 1
泛醌（还原型）
细胞色素c（Fe2+） 细胞色素a（Fe2+） H2
泛醌（氧化型）
细胞色素c（Fe3+） 细胞色素a（Fe3+） H+
+0.10
+0.22 +0.29 +0.421
二、生物氧化的特点
3. 进行生物氧化的代谢物分子大多是有机物，它们 在氧化时除了失去电子外，还要失去质子，一个 电子和一个质子相当于一个氢原子。所以生物氧 化反应往往也是脱氢反应。并且，生物体中的氧 化还原反应总是同时包含两个电子的转移。 4. 生物氧化过程还受到生物体的精确调节，这种调 节控制着生物氧化的速率能正好满足生物体对 ATP的需要。
第一节 生物氧化的概念与特点
– 生物氧化（biological oxidation）又称细胞 氧化或细胞呼吸，指的是有机物质在生物体 内所进行的氧化作用。 – 生物氧化在化养生物的能量获取过程中具有 决定性的作用，
营养物分子中的化学能是在分解代谢的不同阶段
被逐步地释放出来的，这些化学键能的释放几乎 都是通过氧化还原反应来完成的。
第一节 生物氧化的概念与特点
三、有氧氧化和无氧氧化
– 生物氧化并非仅在有氧条件下发生，无氧条件下也能 进行。 – 需氧生物和兼性生物在有氧条件下，以氧作为最终电 子受体所进行的氧化作用，叫有氧氧化（aerobic oxidation）。 – 专性厌氧生物和兼性生物在缺氧条件下，最终电子受 体不是氧，电子交给了营养物分解代谢过程产生的某 种有机分子，或者某些外源性电子受体，如硝酸盐、 亚硝酸盐等。这种不需要氧参加的生物氧化过程叫无 氧氧化（anaerobic oxidation）。
标准氧化还原电位
标准生物学状态下（25oC，1atm，1M， pH=7），半电池的氧化态物质接受电子的能 力表示为标准氧化还原电位（Eo’）。 为使Eo有确定的数值，规定在标准状态下 （pH=0，H2气的分压为1个大气压）时， 2H+/H2的氧化还原电位：Eo =0.00V。 任意一个半电池的标准氧化还原电位（Eo’）可 利用标准氢半电池（2H+/H2）作为参比电极测 定出来
二、氧化还原电位与自由能
氧 化 还 原 反 应 的 标 准 自 由 能 （ free energy ） 变 化 （ G0’）与两个半反应的氧化还原电位之间差值（ E0’）成线性关系： 标准状态下：G0’＝- nF E0’＝ - nF（E0’受体- E0’供体） 非标准状态下： ΔG = - nFΔE
2
1 1 2
Fe2+
H2 O
Fe3+
O2
+0.77
+0.816
1
2
非标准状态下的氧化还原电位
在非标准条件下实际的氧化还原电位（E’）可用Nernst方程计算：
其中，R为气体常数（8.314 J／mol ·K） T为绝对温度 n为每分子转移的电子数 F为法拉第常数（96.485 k J／V ·mol）。 因此：在250C，n＝2时：2.303RT／nF 项值为0.03。
2
脱羧酶
2
R
C H
COOH
R
C H
H
+ CO2
第一节 生物氧化的概念与特点
二、生物氧化的特点
1. 生物氧化是在细胞温和的条件下，经历许 多复杂的酶促反应历程而逐步完成的。生 物氧化中的能量也是逐步释放出来的。
2. 这些被释放出来的能量一部分转变成热能， 一部分用来推动ATP分子中高能磷酸键的 形成。
第一节 生物氧化的概念与特点
体外燃烧 有机物+ 02 生物氧化 有机物
酶促 高温
H2O + CO2 + 能量
脱羧 （CO2）
电子传递体 H+ 逐步释能
代谢物MH2
O2 ½ O2-
H2O
电子传递体 —— 呼吸链
生物氧化中的CO2的生成
绝大部分有机物生物氧化中的CO2生成是经 ？中的脱 羧作用产生的。 答：三羧酸循环 其他一些CO2产生途径如 糖异生 草酰乙酸 + GTP → 磷酸烯醇式丙酮酸 +GDP + CO2 氨基酸脱羧 NH NH