生物氧化的概念与特点.ppt

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。
– 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：
– 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
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）。
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。
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
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+
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’）。
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。
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。
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
2
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）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
泛醌（氧化型）
+0.10
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
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