第六章 生物氧化

第六章生物氧化

【目的与要求】

1、掌握生物氧化的概念和特点；呼吸链的概念、产能部位、各成分的排列顺序；

氧化磷酸化概念及电子传递的抑制与解偶联。

2、熟悉氧化磷酸化机制；ATP 贮存和利用。

3、了解呼吸链的组成。

【教学内容】

1、生物氧化的概述。

2、呼吸链。

3、氧化磷酸化。

【重点与难点】

1、呼吸链各成分的排列顺序、产能部位，偶联机制。

2、氧化磷酸化概念、电子传递的抑制和解偶联。

【教学方法】

多媒体授课。

【教学时数】

5学时

第一节 概述

一、生物氧化的定义

生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解 , 最终生成 CO 2 和 H 2O 并释放出能量的作用称为生物氧化。生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反应 , 所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。在真核生物细胞生物氧化在线粒体中进行，而原核生物是在细胞质膜上进行的。

CO 2的生成：生物体内CO 2的生成来源于有机物转变为含羧基化合物的脱羧作用。（直

接脱羧、氧化脱羧）

H 2O 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H 2O 。

二、生物氧化的过程：

三个阶段：

(1) 第一阶段：糖、脂、蛋白分解为其基本组成单位—葡萄糖、脂肪酸和甘油及氨

基酸。

(2) 第二阶段：经一系列反应生成活泼的二碳化合物乙酰CoA 。 (3) 第三阶段：经三羧酸循环彻底氧化成CO 2 和 H 2 O 并释放出能量

三、生物氧化的特点

有机物在生物体内完全氧化与在体外燃烧而被彻底氧化 , 在本质上是相同的 , 最终的产物都是 CO 2 和 H 2O, 同时所释放能量的总值也相等。生物氧化是在活细胞内进行的 , 它与体外的直接氧化相比又有许多不同的特点：

1、 生物氧化在常温、常压、接近中性的 pH 和多水环境中进行；是在一系列酶、

辅酶和中间传递体的作用下逐步进行的；

2、 氧化反应分阶段进行 , 能量逐步释放 , 既避免了能量骤然释放对机体的损害,

糖原

三酯酰甘油

蛋白质

葡萄糖 脂酸+甘油

氨基酸

H H 2O

又使得生物体能充分、有效地利用释放的能量；

3、生物氧化过程中释放的化学能通常被偶联的磷酸化反应所利用, 贮存于高能磷

酸化合物( 如ATP) 中, 当生命活动需要时再释放出来。

四、生物氧化的方式：

生物氧化的本质是电子的得失，失电子者为还原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体。在生物氧化过程中，主要包括如下几种氧化方式。

1、脱氢：物质分子中脱下一对氢原子，如醇氧化为醛。

2、加氧：物质分子中直接加入氧分子或氧原子，如醛氧化为酸。

3、失电子：原子或离子在反应中失去电子，其正价数升高，这也是氧化。如细胞

色素中铁的氧化。

五、氧化还原电位

在氧化还原反应中，自由能的变化与反应供出或得到电子的趋势成比例。

这种趋势用氧化还原电位表示（E）。

△E'= 标准氧化电位－标准还原电位

△E'值越小，电负性越大，还原能力越强；

△G'=－n F△E'

可以根据△E'计算出化学反应的自由能变化。

六、高能化合物

1、定义

高能化合物：在标准条件下(pH7，25℃，1mol/L)发生水解时，可释放出大量自由能的化合物。习惯上把“大量”定义为5kcal/mol(即21千焦/摩尔)以上。

高能磷酸化合物：分子中含磷酸基团，它被水解下来时释放出大量的自由能，这类高能化合物。

高能键：在高能化合物分子中，被水解断裂时释放出大量自由能的活泼共价键。高能键常用符号“ ~ ”表示。

注意：

高能键并不是这个键集中了大量的能量，而是指水解这个键前后的分子结构存在着很大的自由能的改变。

“高能键”≠“键能高”

2. 高能化合物的类型

根据分子结构和高能键的特征，高能化合物可分为：

3. 最重要的高能化合物—ATP ATP 的特殊作用

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（ATP 4-），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）。ATP 为生物界的“能量货币”，它是生命活动中最重要的能量供体。

其原因在于：ATP 的DG0'值介于其它高能化合物和普通化合物之间，从而使它在生物体内的能量转换过程中能够起中间载体的作用。放能反应和吸能反应往往要通过ADP 和ATP 的相互转变而偶联起来。

ATP 的另一功能是作为磷酸基团转移反应的中间载体。这也是由于它的磷酸基团转移势能在常见的含磷酸基团化合物中处于中间位置。

(1) ATP 是生物能存在的主要形式，是细胞内的“能量通货” (2) ATP 是细胞内磷酸基团转移的中间载体 (3) 生成核苷三磷酸： 核苷二磷酸激酶的作用

ATP + NDP

ADP + NTP 腺苷酸激酶的作用

ADP + ADP ATP + AMP 肌酸激酶的作用

高能化合物

磷酸化合物

非磷酸化合物

磷氧型

磷氮型：磷酸肌酸、磷酸精氨酸

硫酯键化合物：酰基辅酶A

甲硫键化合物：S-腺苷甲硫氨酸

烯醇磷酸化合物：磷酸烯醇式丙酮酸

酰基磷酸化合物：乙酰磷酸

焦磷酸化合物：ATP