生物化学生物氧化

二、生化反应中自由能的变化
1. 生物化学反应的自由能（free energy）变化
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS 物理意义：－ΔＧ＝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： ΔG<0，反应能自发进行 ΔG>0，反应不能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态。
化学反应自由能的计算
a. 利用化学反应平衡常数计算 基本公式：ΔG′=ΔGº´+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔGº′= - RTlnKeq
b. 利用标准氧化还原电位（Eº）计算（限于氧化-还 原反应） 基本公式：ΔG º′=－nFΔE º′ (ΔE º′=E0+ ′-E0- ′)
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
负极反应：NAD++H++2e NADH E-º′ -0.32V
ΔG º′-nFΔE º′ -2×96485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
生物体通过 生物氧化所产生 的能量，除一部 分用以维持体温 外，大部分可以 通过磷酸化作用 转移至高能磷酸 化合物如ATP中 。
三、高能化合物
高能化合物：在生化反应中，发生水解或基团转移 反应时释放的自由能大于21kJ/mol的化合物。 1. 生物体系中的高能磷酸酯类化合物
高能磷酸键 水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯
键，常表示为 P。 高能磷酸化合物
含有高能磷酸键的化合物
高 能 化 合 物 的 类 型
2. ATP的特点及其特殊作用
例题： 反应G-1-PG-6-P在38℃达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求 G0。如果反应未达到平 衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L， 求反应的 G是多少？
解： 达平衡时
=Keq=19
ΔGº′= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 log19
用直接参予了氧化反应。
(4) 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行 的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各 种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
(5) 生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特 殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出 来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的 条件下释放能量，提高能量利用率。
共同中间物进入三 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。
生物能是一种能够被生物细胞直接利用 的特殊能量形式。
生物能的化学本质是存储于ATP分子焦磷酸键 中的化学能。
ATP是生物能存在的主要形式； ATP是一种瞬时自由能供体； ATP、ADP和Pi在细胞内始终处于动态平衡； ATP和ADP循环速度非常快。
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）。
O
O
O
腺嘌呤—核糖—
O
—
P
+ —
O
—
+ P—
O
—
P
—+
O-
O-
O-
O-
Mg2+
ATP4- + H2O ＝ ADP3- + Pi2- + H+ ATP3- + H2O ＝ ADP2- + Pi3- + H+
(6) 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ATP。
脂肪
多糖
蛋白质
脂肪酸、甘油
葡萄糖、 其它单糖
氨基酸
乙酰CoA
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
生物氧化的三个阶段
大分子降解成 基本结构单位
小分子化合物分解 成共同的中间产物 （如丙酮酸、乙酰 CoA等）
第一节 生物氧化概述
一 生物氧化的概念及特点
1. 生物氧化的概念 物质在生物体内进行的氧化称生物氧化，主要指
糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最 终生成CO2 和 H2O的过程。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。
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
类型：α-脱羧和β-脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧
例： R
H2N-CH-COOH
氨基酸脱羧酶
R CH2-C-COOH
CH3COSCoA+CO2
CoASH NAD+
NADH+H+
H2O的生成
代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢
载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）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 。
例：
乙醇脱氢酶
CH3CH2OH
CH3CHO
NAD+
NADH+H+
NAD+
2e
电子传递链
1\2 O2 O=
2H+
H2O
2.生物氧化的特点
(1) 生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反 应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。
(2) 氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发生。 (3) 水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作
=-7.6kJ.mol-1
未达平衡时
=Qc=0.1
ΔG′=ΔGº′+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.3038.314 311 log0.1 =-13.6kJ.mol-1
例题：计算下反应式ΔGº′
NADH+H++1/2O2 = NAD++H2O
正极反应：1/2O2+2H++2e H2O E+º′ 0.82V
体外氧化
能量是突然释放的。
进行广泛的加水脱氢反应使物 质能间接获得氧，并增加脱氢 的机会；脱下的氢与氧结合产 生H2O，有机酸脱羧产生CO2。
产生的CO2、H2O由物质 中的碳和氢直接与氧结
合生成。
CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的 中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。
能量
ATP
热能
* 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。
物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产 物（CO2，H2O）和释放能量均相同。
* 生物氧化与体外氧化之不同点
生物氧化
是在细胞内温和的环境中（体 温， p H 接近中性），在一系列 酶促反应逐步进行，能量逐步 释放有利于有利于机体捕获能 量，提高ATP生成的效率。