生物化学 第八章 生物氧化优秀课件 (2)
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
从反应形式上，生物氧化有失电子、加氧、脱 氢和加水脱氢氧化等不同形式。
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；进行广泛脱氢反应，脱 下的氢通过呼吸链氧化生成H2O； 4、能量主要在氢的氧化过程逐步释放，有利于 ATP生成； 5、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，生物氧化 过程受到生物体的精确调控。
自由能变化为：ΔG0＝G20－G10 生物氧化是在细胞中接近恒温、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
第二节 生物氧化中能量问题
一、氧化还原电位
某一化合物的氧化型和还原型，称为一对氧化还原对，如 Zn2+/Zn。
在标准条件下与标准氢电极比较所得电位差称为该氧还对 的标准氧化还原电位，用E0表示。一个氧还对的E0是个常 数。
在物理化学中规定测定标准氧还电位的标准条件为：25℃， pH＝0，反应物浓度[A+]=[A]=1mol/L；若有气体参加，则 需维持98KPa。
等。
高
能
磷
2
酸
键
高能硫脂键
ATP
ATP是细胞中最重要的高能化合物。
酸酐键 磷酯键
O
-
Oγ
P O
～ -
O
O P
～β
O
O Pα
O - O-
NH2 NN
NN O
CH2 O
腺嘌呤
酸酐键水解时
OH OH AMP
ADP
△ G0′=-30.5kJ/mol
ATP
ATP重要性主要表现在以下几方面：
1、是产能反应和需能反应之间最主要的能量介质； 2、作为磷酸基团供体参与磷酸化反应； 3、ATP参加高能磷酸基团转移反应。
生物化学 第八章 生物氧化
第一节 概述
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
从氧化的基本概念来看，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。
6、进行生物氧化反应的部位：线粒体、内质网、过 氧化酶体等；
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。
有氧氧化：需氧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。
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）。
氧化酶 2Cu+
1/2O22－
H2O
1/2O2
细胞色素氧化酶、酚氧化酶等
1、细胞色素氧化酶
概念：一类血红素蛋白，是呼吸链的最后一个酶，又名 末端氧化酶。
组成：Cyta、Cyta3、Cu 功能：将电子从Cytc最终传递到O2。
2Fe3+
2Fe2+
2Cu2+ 2Fe2+
在有氧或无氧条件下都能催化代谢底物分子氧化。
一、不需氧脱氢酶类
反应过程：
还原型底物SH2 氧化型底物S
氧化型辅酶＋ 不需氧脱氢酶 还原型辅酶·2H
还原型受体分子 氧化型受体分子
辅酶（或辅基）：NAD＋、NADP＋、FMN、FAD
还原型的辅酶分子不能激活分子氧，不能以O2为其电子受 体。
二、需氧脱氢酶类
NAD+ + H+ + 2e NADH E0′ -0.32
ΔG0′ -nFΔE0′ -2×96.485×[0.82-(-0.32)]
-220 KJ·mol-1
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；
高能化合物：分子结构中含有高能键的化合物。 细胞中重要的高能键有：高能磷酸键、高能硫脂键
第三节 生物氧化酶类
➢ 不需氧脱氢酶类 ➢ 需氧脱氢酶类 ➢ 氧化酶类 ➢ 电子传递体 ➢ 过氧化氢酶等
一、不需氧脱氢酶类
定义：直接作用于底物分子，使之脱氢氧化，不以氧作
为直接受氢体的酶。
作用特点：
只能激活底物分子，夺取其电子对（2e）和质子对（2H+） 使其氧化，酶分子的辅酶接受电子对被还原
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。
例题：计算下列反应式ΔG0′
NADH + H+ + ½ O2 NAD+ + H2O
1/2 O2 + 2H+ + 2e H2O E0′ 0.82
一、氧化还原电位
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)。
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，把一个反应体系能够提供做功 的能量称为自由能，用G0表示。
一、氧化还原电位
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。 (表8-2)
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′。
定义：催化底物分子脱氢，以分子氧作为直接受 氢体，反应生成过氧化氢（H2O2）的酶。 辅基：FMN、FAD 作用特点： 既催化底物脱氢，又直接激活分子氧。
பைடு நூலகம்
二、需氧脱氢酶类
反应过程：
还原型底物SH2 氧化型底物S
FAD或FMN
需氧脱氢酶 FADH2或FMNH2
O22－ O2
H2O2
生成的H2O2经过氧化氢酶催化将其分解。
2H2O2
过氧化氢酶
2H2O + O2
三、氧化酶类
概念：含铜或铁的金属蛋白，不能从底物上脱氢,只能
夺取底物上电子对（2e），用于激活分子氧（O2）， 从而促进氧与底物的化合。
作用特点：
只能以分子氧为受体，无氧条件下不能起催化作用。
三、氧化酶类
反应过程：
还原型底物SH2 氧化型底物S
2H+ 2Cu2+
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；进行广泛脱氢反应，脱 下的氢通过呼吸链氧化生成H2O； 4、能量主要在氢的氧化过程逐步释放，有利于 ATP生成； 5、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，生物氧化 过程受到生物体的精确调控。
自由能变化为：ΔG0＝G20－G10 生物氧化是在细胞中接近恒温、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
第二节 生物氧化中能量问题
一、氧化还原电位
某一化合物的氧化型和还原型，称为一对氧化还原对，如 Zn2+/Zn。
在标准条件下与标准氢电极比较所得电位差称为该氧还对 的标准氧化还原电位，用E0表示。一个氧还对的E0是个常 数。
在物理化学中规定测定标准氧还电位的标准条件为：25℃， pH＝0，反应物浓度[A+]=[A]=1mol/L；若有气体参加，则 需维持98KPa。
等。
高
能
磷
2
酸
键
高能硫脂键
ATP
ATP是细胞中最重要的高能化合物。
酸酐键 磷酯键
O
-
Oγ
P O
～ -
O
O P
～β
O
O Pα
O - O-
NH2 NN
NN O
CH2 O
腺嘌呤
酸酐键水解时
OH OH AMP
ADP
△ G0′=-30.5kJ/mol
ATP
ATP重要性主要表现在以下几方面：
1、是产能反应和需能反应之间最主要的能量介质； 2、作为磷酸基团供体参与磷酸化反应； 3、ATP参加高能磷酸基团转移反应。
生物化学 第八章 生物氧化
第一节 概述
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
从氧化的基本概念来看，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。
6、进行生物氧化反应的部位：线粒体、内质网、过 氧化酶体等；
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。
有氧氧化：需氧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。
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）。
氧化酶 2Cu+
1/2O22－
H2O
1/2O2
细胞色素氧化酶、酚氧化酶等
1、细胞色素氧化酶
概念：一类血红素蛋白，是呼吸链的最后一个酶，又名 末端氧化酶。
组成：Cyta、Cyta3、Cu 功能：将电子从Cytc最终传递到O2。
2Fe3+
2Fe2+
2Cu2+ 2Fe2+
在有氧或无氧条件下都能催化代谢底物分子氧化。
一、不需氧脱氢酶类
反应过程：
还原型底物SH2 氧化型底物S
氧化型辅酶＋ 不需氧脱氢酶 还原型辅酶·2H
还原型受体分子 氧化型受体分子
辅酶（或辅基）：NAD＋、NADP＋、FMN、FAD
还原型的辅酶分子不能激活分子氧，不能以O2为其电子受 体。
二、需氧脱氢酶类
NAD+ + H+ + 2e NADH E0′ -0.32
ΔG0′ -nFΔE0′ -2×96.485×[0.82-(-0.32)]
-220 KJ·mol-1
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；
高能化合物：分子结构中含有高能键的化合物。 细胞中重要的高能键有：高能磷酸键、高能硫脂键
第三节 生物氧化酶类
➢ 不需氧脱氢酶类 ➢ 需氧脱氢酶类 ➢ 氧化酶类 ➢ 电子传递体 ➢ 过氧化氢酶等
一、不需氧脱氢酶类
定义：直接作用于底物分子，使之脱氢氧化，不以氧作
为直接受氢体的酶。
作用特点：
只能激活底物分子，夺取其电子对（2e）和质子对（2H+） 使其氧化，酶分子的辅酶接受电子对被还原
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。
例题：计算下列反应式ΔG0′
NADH + H+ + ½ O2 NAD+ + H2O
1/2 O2 + 2H+ + 2e H2O E0′ 0.82
一、氧化还原电位
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)。
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，把一个反应体系能够提供做功 的能量称为自由能，用G0表示。
一、氧化还原电位
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。 (表8-2)
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′。
定义：催化底物分子脱氢，以分子氧作为直接受 氢体，反应生成过氧化氢（H2O2）的酶。 辅基：FMN、FAD 作用特点： 既催化底物脱氢，又直接激活分子氧。
பைடு நூலகம்
二、需氧脱氢酶类
反应过程：
还原型底物SH2 氧化型底物S
FAD或FMN
需氧脱氢酶 FADH2或FMNH2
O22－ O2
H2O2
生成的H2O2经过氧化氢酶催化将其分解。
2H2O2
过氧化氢酶
2H2O + O2
三、氧化酶类
概念：含铜或铁的金属蛋白，不能从底物上脱氢,只能
夺取底物上电子对（2e），用于激活分子氧（O2）， 从而促进氧与底物的化合。
作用特点：
只能以分子氧为受体，无氧条件下不能起催化作用。
三、氧化酶类
反应过程：
还原型底物SH2 氧化型底物S
2H+ 2Cu2+