生物化学 第八章 生物氧化优秀课件 (2)

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′。
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
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。
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
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）。
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。
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。
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FMNH2Leabharlann O22－ O2H2O2
生成的H2O2经过氧化氢酶催化将其分解。
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
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
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。
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。
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。
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
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+