第二章生物氧化(电子传递与氧化磷酸化)

1-还原电势-概念
原电池
负极
Zn
Zn电极标准电极 势： -0.763V
e 盐桥
正极
Cu
Cu电极标准电 极势： +0.34V
ZnSO4
CuSO4
Zn ＋ Cu2+ ↔ Zn2+ + Cu 还原剂 氧化剂 被氧化 被还原
两个半 反应 负极反应: Zn↔Zn2++2e E0 Zn2+/ Zn= - 0.76V
第二章 生物氧化
(电子传递与氧化磷酸化)
第一节 氧化还原电势 第二节 生物氧化概述 第三节 电子传递链（呼吸链） 第四节 氧化磷酸化 第五节 线粒体穿梭系统
1-还原电势
第一节、氧化还原电势
一、氧化还原电势： 1、概念： • 氧化还原反应：凡在反应过程中有电子从一种物质 （还原剂）转移到另一种物质（氧化剂）的化学反应。 往往是可逆的 • 还原剂：在氧化还原反应中提供电子的物质。 • 氧化剂：夺得电子的物质 • （氧化）还原电势：还原剂失去电子（氧化剂得到电 子）的倾向。 • 氧化－还原电子对：氧化剂和还原剂相偶联构成的， 任何氧化还原电子对都有特定的标准电势
F：法拉第常数 （96485库仑/mol） T：绝对温度 R：气体常数 （8.314焦耳/升· 摩尔） N：为电子价数的变化
[氧化剂]a
1-还原电势-概念
3、电子转移的方式
（1）电子形式转移： Fe2＋＋Cu2＋ Fe3＋＋Cu＋ A+BH2
（2) 氢原子形式的转移： AH2+B
(3) 有机还原剂直接加氧时，电子转移至O: RH+½ O2 ROH
正极反应: Cu↔Cu2++2e
E0 Cu2+/ Cu=+ 0.34V
ΔE0 = E0正极-E0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V
1-还原电势-概念
2、电极电势计算：
a[氧化态] + ne = b [还原态] 任意电极电位(电势)的能斯特方程： E= E0 + RT ln nF [还原剂]b
例题
练习
2-生物氧化-概念
第二节
一、生物氧化概念：
生物氧化概述
广 义 生 物 氧 化
有机物的C→CO2（脱羧作用：如TCA）
有机物的H+O2→ H2O（氧化的电子传递过程）
狭 义 生 当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量是如 物 何贮存在ATP中（氧化磷酸化） 氧 化
2-生物氧化-特点
二、生物氧化的特点：
练习
3-呼吸链-线粒体
第三节 电子传递链（呼吸链)
一、线粒体的通透性
•外膜：自由透过小分子和离子 •内膜： •不能自由透过小分子和离子，包括 NADH、ATP、ADP、Pi和 H+。 •有电子传递体、ATP合酶（FoF1） •膜间隙：含有许多可溶性酶、底物和一 些辅助因子。 基质：有丙酮酸脱氢酶、TCA的酶、脂肪 酸氧化的酶、氨基酸氧化的酶、DNA、核 糖体、ATP、ADP、Pi、Mg2＋、可溶的中 间产物、其他酶
－0.42
－0.32 －0.32 0.07 0.10
Cytc（Fe2＋）
H2O
Cytc（Fe3＋）
1/2O2+2H+
0.235
0.815
1-还原电势-生物体内还原电势
• 电子从E0′值小的物质转移到E0′大的物质
• △E0′＝E0′电子受体－E0′电子供体
• △ G 0’ = -nF△E0′ △ E0′ > 0 △G0 ’ <0
（1）脱氢 • 催化脱氢反应的是各种类型的脱氢酶。
COOH CH2 CH2 COOH
琥珀酸脱氢酶
COOH CH CH COOH + 2H+ + 2e-
2-生物氧化-类型
•如乳酸脱氢酶
OH C H3C H C O O H N AD
+
O
C H 3C C O O H N ADH
（2）加水脱氢
• 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。
• 酶促反应（是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作 用下逐步完成） • 条件温和（常温常压、近中性pH、有水的活细胞中）
• 复杂的氧化还原过程
• 逐步放能，以ATP形式储存和转运能量 • 真核细胞在线粒体，原核细胞在细胞质进行。
2-生物氧化-类型
三、生物中氧化还原类型：
在生物氧化过程中，主要包括如下几种氧化方式。 1．脱氢氧化反应
H R C O H 2O H R C OH OH ø O R C OH + 2H + + 2e -
2-生物氧化-类型
2．氧直接参加的氧化反应 • 加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子中。
甲烷单加氧酶
CH4 + NADH + O2
CH3-OH + NAD+ + H2O
• 氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应， 反应产物为水。是各种脱氢反应中产生的氢质子 和电子的最后氧化形式。
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基质 外膜 嵴 膜间腔 F1-F0复合体 内膜
线粒体结构模式图
3-呼吸链-线粒体
线粒体嵴的ATP合酶分子组成
(4) 电子以氢负离子（：H-）的形式转移
1-还原电势-生物体内还原电势
二、生物体内的氧化还原电势
生物体内所有的工作都直接或间接地依赖氧化还原反应 中的电子流，电子流能为生物化学做功。 •“生物学电路”：电子源＝相关的还原性化合物如葡萄糖； 通过酶促氧化，释放的电子通过电子传递体自然地流向另一 具有高电子亲和力地物质如O2 • 在非光和作用生物体中，电子源＝还原性化合物（食物） 在光和作用生物体中，最初的电子供体＝受吸收光激发的 化学物质 • 如果存在2种对电子有亲和力的物质，那么电子能够通过 “连接线路”在两种物质间自然流动，通过电动势驱动到 另一亲电子物质
1-还原电势-生物体内还原电势
生物体内一些反应的标准氧化还原电势（P117）
还原剂 铁氧还蛋白（还原态） 氧化剂 铁氧还蛋白（氧化态） E’0伏 －0.43
H2
NADH(+H+) NADPH(+H+) Cytb（Fe2＋) 泛醌（还原态）
2H+
NAD+ NADP+ Cytb（Fe3＋） 泛醌（氧化态）
1、自由能和氧化还原电势的关系 生物体内的氧化还原反应基本原理和化学电池一 样，也可做成化学电池。 △G=-Wmax 且电池所做的最大功 = 电势差×电 量 △G0’ = -Wmax = -nF△E0′ n = 转移电子数 F = 法拉第常数 （1摩尔 = 6.02×1023个电子 = 1法拉第 = 96485 库仑/摩尔＝96.5KJ/V.Mol＝23.062Kcal/Mol）