生物氧化的概念与特点.ppt
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生物化学 第八章 生物氧化
第二节 线粒体氧化体系
一、呼吸链（respiratory chain） 二、呼吸链的组成成分和作用 三、呼吸链的蛋白质复合体 四、呼吸链中各组分的排列顺序
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一、呼吸链（respiratory chain）
• 呼吸链是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活 脱落后，经过一系列的传递体，最后传递 给被激活的氧原子，而生成水的全部体系。 • 在真核生物细胞内，它位于线粒体内膜上， 原核生物中，它位于细胞膜上。
功能：将底物上的氢激活
并脱下。
辅酶：NAD+或NADP+
NAD+ 和NADP+的结构
OR
NAD+：R=H NADP+：R=PO32-
尼克酰胺核苷酸的作用原理：
H
H H CONH 2
C CONH2 N R
+
+ H + e + H+
N R
+ H+
H
2H
H
e
H+
NAD(P)+
+2H
-2H
NAD(P)H+H+
Cys Cys
S S
Fe3+
S S
Fe3+S S来自Cys Cys+e-
Cys Cys
S S Fe3+
S S Fe2+
S S
Cys Cys
（4）泛醌（CoQ）
一种脂溶性的醌类化合物，其分子中的苯醌 结构能进行可逆的加氢反应，是氢传递体。
CoQ + 2H
CoQH2
（5）细胞色素（cytochrome,Cyt）
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
是含铁的电子传递体，辅基为铁卟啉的衍生物，铁 原子处于卟啉环的中心，构成血红素。 线粒体呼吸链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1等， 它们的辅基分别为血红素A、B和C。 细胞色素主要是通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递电 子的作用的。
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。
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。
《生物化学教学》第五章 生物氧化
整理课件
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 。
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 。
复旦大学生化课件生物氧化
（2）催化：RH + O2 R + H2O 作用产物之一是H2O，不是H2O2；包括两种类型：金 属蛋白，如抗坏血酸氧化酶，含铜 L-抗坏血酸 + O2 脱氢抗坏血酸 + H2O
另一类是细胞色素氧化酶，催化： 4 Cyt c-Fe2+ + O2 4 Cyt c-Fe3+ + H2O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过氧化物酶（Peroxidase)
O
O
-酮 酸 脱 羧 酶
H 3C C COOM H g2+TPP H 3C C H+ C 2
2. -直 接 脱 羧
O
O
H2
丙酮酸脱羧酶
HOOC C C COOH
H3C C CO+OHC2
草 酰 乙 酸
丙 酮 酸
氧化脱羧基作用
(Oxidative decarboxylation)
1. -氧化脱羧
O
The matrix contains the enzymes that are responsible for the citric acid cycle, oxidation, AA oxidation and etc. The matrix also contains dissolved O2, H2O, CO2, the recyclable intermediates that serve as energy shuttles, and much more. Because of the folds of the cristae, no part of the matrix is far from the inner membrane. Therefore matrix components can quickly reach inner membrane complexes and transport proteins.
另一类是细胞色素氧化酶，催化： 4 Cyt c-Fe2+ + O2 4 Cyt c-Fe3+ + H2O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过氧化物酶（Peroxidase)
O
O
-酮 酸 脱 羧 酶
H 3C C COOM H g2+TPP H 3C C H+ C 2
2. -直 接 脱 羧
O
O
H2
丙酮酸脱羧酶
HOOC C C COOH
H3C C CO+OHC2
草 酰 乙 酸
丙 酮 酸
氧化脱羧基作用
(Oxidative decarboxylation)
1. -氧化脱羧
O
The matrix contains the enzymes that are responsible for the citric acid cycle, oxidation, AA oxidation and etc. The matrix also contains dissolved O2, H2O, CO2, the recyclable intermediates that serve as energy shuttles, and much more. Because of the folds of the cristae, no part of the matrix is far from the inner membrane. Therefore matrix components can quickly reach inner membrane complexes and transport proteins.
第九章 生物氧化
第六章 生物氧化
• 生物氧化概述 • 电子传递链 • 生物氧化中ATP的生成
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的基本概念
• 生物氧化（biological oxidation）：有机物质（糖、脂肪 和蛋白质）在生物体内氧化分解成CO2 和H2O，并释放能 量的过程。
• 又称为细胞氧化或细胞呼吸、组织呼吸。
三种假说： • 化学偶联假说 高能共价中间产物 • 构象偶联假说 高能构象中间产物 • 化学渗透假说 1961，P.Mitchell
化学偶联假说（1953年）
chemical coupling hypothesis
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的 化学反应形成高能共价中间物，最后将其能量转 移到ADP中形成ATP。
HO OH ATP
ADP AMP
ATP
ATP在能量交换中的作用如同能量“货币”，是一种 可以流通的能量物质：即可从能量较高的化合物获得 能量，也可较容易地向能量较低的化合物传递能量。
表 各种磷酸化合物的水解自由能
磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
氨基甲酰磷酸 乙酰基磷酸 磷酸肌酸（CP） 焦磷酸（PPi） ATP（→ADP + Pi） 葡萄糖-1-磷酸（G-1-P） 葡萄糖-6-磷酸（G-6-P） α-磷酸甘油
三、生物氧化中CO2的生成
1. 直接脱羧作用
• α-直接脱羧：如氨基酸脱羧
• β-直接脱羧：如草酰乙酸脱羧
2. 氧化脱羧作用
• α-氧化脱羧：如丙酮酸的氧化脱羧
• β-氧化脱羧：如异柠檬酸的氧化脱羧
四、生物氧化过程中H2O的生成
1. 底物脱水
2. 由呼吸链生成水
在生物氧化中，水是代谢物上脱下的氢与生物体吸进的O2化合 生成的。代谢物上的氢需要在脱氢酶的作用下才能脱下，吸入的 O2要通过氧化酶的作用才能转化为高活性的氧。在此过程中， 还需要有一系列传递体才能把氢传递给氧，生成水。
• 生物氧化概述 • 电子传递链 • 生物氧化中ATP的生成
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的基本概念
• 生物氧化（biological oxidation）：有机物质（糖、脂肪 和蛋白质）在生物体内氧化分解成CO2 和H2O，并释放能 量的过程。
• 又称为细胞氧化或细胞呼吸、组织呼吸。
三种假说： • 化学偶联假说 高能共价中间产物 • 构象偶联假说 高能构象中间产物 • 化学渗透假说 1961，P.Mitchell
化学偶联假说（1953年）
chemical coupling hypothesis
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的 化学反应形成高能共价中间物，最后将其能量转 移到ADP中形成ATP。
HO OH ATP
ADP AMP
ATP
ATP在能量交换中的作用如同能量“货币”，是一种 可以流通的能量物质：即可从能量较高的化合物获得 能量，也可较容易地向能量较低的化合物传递能量。
表 各种磷酸化合物的水解自由能
磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
氨基甲酰磷酸 乙酰基磷酸 磷酸肌酸（CP） 焦磷酸（PPi） ATP（→ADP + Pi） 葡萄糖-1-磷酸（G-1-P） 葡萄糖-6-磷酸（G-6-P） α-磷酸甘油
三、生物氧化中CO2的生成
1. 直接脱羧作用
• α-直接脱羧：如氨基酸脱羧
• β-直接脱羧：如草酰乙酸脱羧
2. 氧化脱羧作用
• α-氧化脱羧：如丙酮酸的氧化脱羧
• β-氧化脱羧：如异柠檬酸的氧化脱羧
四、生物氧化过程中H2O的生成
1. 底物脱水
2. 由呼吸链生成水
在生物氧化中，水是代谢物上脱下的氢与生物体吸进的O2化合 生成的。代谢物上的氢需要在脱氢酶的作用下才能脱下，吸入的 O2要通过氧化酶的作用才能转化为高活性的氧。在此过程中， 还需要有一系列传递体才能把氢传递给氧，生成水。
生物化学课件(杨洋)6-生物氧化-lg
➢复合体Ⅰ有质子泵功能。
包括跨膜区和 延伸到基质中的长 臂。NADH在臂中 被氧化，电子传递 给膜中的CoQ。
14
1、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。
• 一对电子经琥珀酸氧化呼吸链传递，P/O比值约 为，即生成分子的ATP。
（2）自由能变化
根据热力学公式，时标准自由能变化(△G0′)与 还原电位变化(△E0′)之间有以下关系：
△G0′ = -nF△E0′ n为传递电子数；F为法拉第常数(96.5kJ/mol·V)
电子传递链自由能变化
①在NADH和CoQ之间： ②在CoQ和Cyt c之间： ③在Cyt aa3和O2之间：
0.21 V 40.5
0.53 V 102.3 kJ/mol
G 0’ = -nF E 0’ n: 传递电子数 F: 法拉第常数 = 96.5 kJ/mol•V = 23 kcal/mol •V ATP高能键 = 30.5 kJ/mol = 7.3 、利用和储存
第一节 概述
• 一、生物氧化的概念和意义
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP
热能
概念：物质在生物体内氧化成二氧化碳和 水并逐步释放能量的过程称为生物氧化 （biological oxidation）。
意义: 为机体提供生命活动所需的能量。
产能
1%
多糖
葡萄糖
1/3
2H
2/3
2H
13
FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
包括跨膜区和 延伸到基质中的长 臂。NADH在臂中 被氧化，电子传递 给膜中的CoQ。
14
1、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。
• 一对电子经琥珀酸氧化呼吸链传递，P/O比值约 为，即生成分子的ATP。
（2）自由能变化
根据热力学公式，时标准自由能变化(△G0′)与 还原电位变化(△E0′)之间有以下关系：
△G0′ = -nF△E0′ n为传递电子数；F为法拉第常数(96.5kJ/mol·V)
电子传递链自由能变化
①在NADH和CoQ之间： ②在CoQ和Cyt c之间： ③在Cyt aa3和O2之间：
0.21 V 40.5
0.53 V 102.3 kJ/mol
G 0’ = -nF E 0’ n: 传递电子数 F: 法拉第常数 = 96.5 kJ/mol•V = 23 kcal/mol •V ATP高能键 = 30.5 kJ/mol = 7.3 、利用和储存
第一节 概述
• 一、生物氧化的概念和意义
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP
热能
概念：物质在生物体内氧化成二氧化碳和 水并逐步释放能量的过程称为生物氧化 （biological oxidation）。
意义: 为机体提供生命活动所需的能量。
产能
1%
多糖
葡萄糖
1/3
2H
2/3
2H
13
FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
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。
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还原电位的数值是在实验开 始时从电位计读出的伏特数。
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
氧化型
E0’（V）
n
丙酮酸
乙酸+CO2
-0.70
2
-酮戊二酸
琥珀酸+ CO2
-0.67
2
乙醛
乙酸
-0.58
2
3-磷酸甘油醛
3-磷酸甘油酸
-0.55
2
异柠檬酸
-酮戊二酸
-0.38
2
NADH + H+
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
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）。
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
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
G0’：氧化还原反应的标准自由能变化
– 需传递体的生物氧化体系 这是生物体内的主要氧化体系，由不需氧 脱氢酶和多个电子传递体组成。 可以分成两个阶段：
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
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。
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。
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。
HAD+
-0.32
2
3-磷酸甘油醛 + Pi
1,3-二磷酸甘油酸
-0.29
2
乙醇
乙醛
-0.197
2
乳酸
丙酮酸
-0.185
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FADH2 苹果酸
FAD 草酰乙酸
-0.18
2
-0.166
2
琥珀酸
延胡索酸
-0.031
2
细胞色素b（Fe2+）
细胞色素b（Fe3+）
+0.06
1
泛醌（还原型）
泛醌（氧化型）
+0.10
第一节 生物氧化的概念与特点
体外燃烧 有机物+ 02 高 温
H2O + CO2 + 能量
生物氧化 有机物 酶 促
脱羧 （CO2）
代谢物MH2 电子传递体
H+
O2 ½ O2-
逐步释能
电子传递体 —— 呼吸链
H2O
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。
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
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。
2
细胞色素c（Fe2+）
细胞色素c（Fe3+）
+0.22
1
细胞色素a（Fe2+）
细胞色素a（Fe3+）
+0.29
1
H2 Fe2+
H+ Fe3+
+0.421
2
+0.77
1
H2O
O2
+0.816
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。
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
NH2
脱羧酶
NH2
R C COOH
R C H + CO2
H
H
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。
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
第三节 生物氧化体系
一、生物氧化体系的类型
– 不需传递体的生物氧化体系 代谢物经氧化酶或需氧脱氢酶催化进行的 脱氢反应属于这种类型。
一、生物氧化体系的类型
二、氧化还原电位与自由能
一、氧化还原电位
对于任意一个氧化还原反应，如：
我们可以将其分成两部分：
– 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。
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’）。
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
氧化型
E0’（V）
n
丙酮酸
乙酸+CO2
-0.70
2
-酮戊二酸
琥珀酸+ CO2
-0.67
2
乙醛
乙酸
-0.58
2
3-磷酸甘油醛
3-磷酸甘油酸
-0.55
2
异柠檬酸
-酮戊二酸
-0.38
2
NADH + H+
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
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）。
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
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
G0’：氧化还原反应的标准自由能变化
– 需传递体的生物氧化体系 这是生物体内的主要氧化体系，由不需氧 脱氢酶和多个电子传递体组成。 可以分成两个阶段：
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
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。
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。
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。
HAD+
-0.32
2
3-磷酸甘油醛 + Pi
1,3-二磷酸甘油酸
-0.29
2
乙醇
乙醛
-0.197
2
乳酸
丙酮酸
-0.185
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FADH2 苹果酸
FAD 草酰乙酸
-0.18
2
-0.166
2
琥珀酸
延胡索酸
-0.031
2
细胞色素b（Fe2+）
细胞色素b（Fe3+）
+0.06
1
泛醌（还原型）
泛醌（氧化型）
+0.10
第一节 生物氧化的概念与特点
体外燃烧 有机物+ 02 高 温
H2O + CO2 + 能量
生物氧化 有机物 酶 促
脱羧 （CO2）
代谢物MH2 电子传递体
H+
O2 ½ O2-
逐步释能
电子传递体 —— 呼吸链
H2O
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。
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
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。
2
细胞色素c（Fe2+）
细胞色素c（Fe3+）
+0.22
1
细胞色素a（Fe2+）
细胞色素a（Fe3+）
+0.29
1
H2 Fe2+
H+ Fe3+
+0.421
2
+0.77
1
H2O
O2
+0.816
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。
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
NH2
脱羧酶
NH2
R C COOH
R C H + CO2
H
H
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。
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
第三节 生物氧化体系
一、生物氧化体系的类型
– 不需传递体的生物氧化体系 代谢物经氧化酶或需氧脱氢酶催化进行的 脱氢反应属于这种类型。
一、生物氧化体系的类型
二、氧化还原电位与自由能
一、氧化还原电位
对于任意一个氧化还原反应，如：
我们可以将其分成两部分：
– 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。
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’）。