生物氧化和生物能
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢ 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。
➢ （1）直接脱羧作用 ➢ 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直
接从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。 ➢ （2）氧化脱羧作用 ➢ 氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧
化脱羧酶系的催化下，在脱羧的同时，也发生氧 化（脱氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧
二、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，pH7和常温）。
下分步进行的。 ➢ 每一步反应，都由特定的酶催化。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
（1）脱氢 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地
位。它是许多有机物质生物氧化的重 要步骤。催化脱氢反应的是各种类型 的脱氢酶。
脂肪酸脱氢（烷基脱氢成烯）
琥珀酸脱氢
COOH CH2 CH2 COOH
HH
H
H
OH OH
ATP（三磷酸腺苷）
ADP（二磷酸腺苷）
（C）烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） 磷氧键型：酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物
（2）、 氮磷键型（如胍基磷酸化合物）
O
NH
PO
C NH O
N CH3
CH2COOH
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸肌酸
磷酸精氨酸
❖这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
（3）、硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
（4）、 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
H3C
COOCH NH3+
CH2
CH2 S+ A
6.3 线粒体呼吸链 和ATP的合成
COOH
CH + CH
COOH
2H+ + 2e-
醇脱氢
乳酸脱氢酶
OH CH3CHCOOH
NAD+
O CH3CCOOH NADH
（2）加水脱氢
酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。
H
H
H2O
酶
RCO
R C OH
OH
O R C OH + 2H+ + 2e -
2．氧直接参加的氧化反应
❖ 这类反应包括：加氧酶催化的加氧反应和氧化酶 催化的生成水的反应。
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”
（1）、磷氧键型（—O-P)
(A)酰基磷酸化合物
O
O O-
C O P O-
CH OH O
CH2 O P O-
O-
1,3-二磷酸甘油酸
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20.92kJ/mol)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
* 生物氧化的一般过程
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP
热能
营养物质分解氧化三阶段
大分子小分子 ------- Ⅰ：分解
Ⅱ：分解氧化
乙酰CoA
TCA Ⅲ：氧化磷酸化
（主要产能步）
H2O+ATP CO2
6.1 生物氧化的特点和方式
➢ 一、生物氧化的方式 ➢ 生物氧化是在一系列氧化-还原酶催化
体外氧化
剧烈 一步反应
能量突然释放
直接生成 热能、光能
6.2 生物能及其存在形式
一、 生物能和ATP
1、ATP是生物能存在的主要形式
ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。
2. 生物化学反应的自由能变化 生物化学反应与普通的化学反应 一样,也服从热力学的规律。
3、ATP与需能生化反应的偶联
二、 生物体系中的高能磷酸酯类化合物
目的与要求
1.掌握生物氧化的概念与特点,呼吸 链与能量代谢。
2.熟悉生物氧化过程中二氧化碳的 生成方式。
3.了解物质的氧化方式、氧化磷酸 化作用机制和其他氧化体系。
一切生命活动都需要能量，维持生命活 动的能量主要有两个来源：
光能（太阳能）：光合自养生物通过光合作 用将光能转变成有机物中稳定的化学能。
❖ 加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子中。例如，
❖
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。
❖ 在各种脱氢反应中产生的氢质子和电子， 最后都是以这种形式进行氧化的。
3．生成二氧化碳的氧化反应
➢ 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。
1、相同点
体内氧化
体外氧化
（1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子
（2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物 和能量相同。
2、不同点
体内氧化
（1）反应条件： 温和 （2）反应过程： 分步反应
能量逐步释放
（3）产物生成： 间接生成 （4）能量形式： 热能、ATP
O
O
CH3 C O P OO-
乙酰磷酸
O
O
H3N+ C O P OO-
氨甲酰磷酸
Oபைடு நூலகம்
O
RC O P O A O-
酰基腺苷酸
O
O
RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
（B）焦磷酸化合物
NH2
OO
O- P O P O-
O-
O-
焦磷酸
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
化学能：异养生物或非光合组织通过生物 氧化作用将有机物质（主要是各种光合作 用产物）氧化分解，使存储的稳定的化学 能转变成ATP中活跃的化学能，ATP直接 用于需要能量的各种生命活动。
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生 物细胞内进行氧化分解而生成CO2和 H2O并释放出能量的过程称为生物氧化。
生物氧化通常需要消耗氧，所以又称 为呼吸作用。
➢ 3，水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水 脱氢作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。
➢ （1）直接脱羧作用 ➢ 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催化下，直
接从分子中脱去羧基。例如丙酮酸的脱羧。 ➢ （2）氧化脱羧作用 ➢ 氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮酸）在氧
化脱羧酶系的催化下，在脱羧的同时，也发生氧 化（脱氢）作用。例如苹果酸的氧化脱羧
二、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，pH7和常温）。
下分步进行的。 ➢ 每一步反应，都由特定的酶催化。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
（1）脱氢 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地
位。它是许多有机物质生物氧化的重 要步骤。催化脱氢反应的是各种类型 的脱氢酶。
脂肪酸脱氢（烷基脱氢成烯）
琥珀酸脱氢
COOH CH2 CH2 COOH
HH
H
H
OH OH
ATP（三磷酸腺苷）
ADP（二磷酸腺苷）
（C）烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） 磷氧键型：酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物
（2）、 氮磷键型（如胍基磷酸化合物）
O
NH
PO
C NH O
N CH3
CH2COOH
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸肌酸
磷酸精氨酸
❖这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
（3）、硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
（4）、 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
H3C
COOCH NH3+
CH2
CH2 S+ A
6.3 线粒体呼吸链 和ATP的合成
COOH
CH + CH
COOH
2H+ + 2e-
醇脱氢
乳酸脱氢酶
OH CH3CHCOOH
NAD+
O CH3CCOOH NADH
（2）加水脱氢
酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。
H
H
H2O
酶
RCO
R C OH
OH
O R C OH + 2H+ + 2e -
2．氧直接参加的氧化反应
❖ 这类反应包括：加氧酶催化的加氧反应和氧化酶 催化的生成水的反应。
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”
（1）、磷氧键型（—O-P)
(A)酰基磷酸化合物
O
O O-
C O P O-
CH OH O
CH2 O P O-
O-
1,3-二磷酸甘油酸
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20.92kJ/mol)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
* 生物氧化的一般过程
糖 脂肪 蛋白质
O2
CO2和H2O
ADP+Pi
能量
ATP
热能
营养物质分解氧化三阶段
大分子小分子 ------- Ⅰ：分解
Ⅱ：分解氧化
乙酰CoA
TCA Ⅲ：氧化磷酸化
（主要产能步）
H2O+ATP CO2
6.1 生物氧化的特点和方式
➢ 一、生物氧化的方式 ➢ 生物氧化是在一系列氧化-还原酶催化
体外氧化
剧烈 一步反应
能量突然释放
直接生成 热能、光能
6.2 生物能及其存在形式
一、 生物能和ATP
1、ATP是生物能存在的主要形式
ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。
2. 生物化学反应的自由能变化 生物化学反应与普通的化学反应 一样,也服从热力学的规律。
3、ATP与需能生化反应的偶联
二、 生物体系中的高能磷酸酯类化合物
目的与要求
1.掌握生物氧化的概念与特点,呼吸 链与能量代谢。
2.熟悉生物氧化过程中二氧化碳的 生成方式。
3.了解物质的氧化方式、氧化磷酸 化作用机制和其他氧化体系。
一切生命活动都需要能量，维持生命活 动的能量主要有两个来源：
光能（太阳能）：光合自养生物通过光合作 用将光能转变成有机物中稳定的化学能。
❖ 加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子中。例如，
❖
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。
❖ 在各种脱氢反应中产生的氢质子和电子， 最后都是以这种形式进行氧化的。
3．生成二氧化碳的氧化反应
➢ 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。
1、相同点
体内氧化
体外氧化
（1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子
（2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物 和能量相同。
2、不同点
体内氧化
（1）反应条件： 温和 （2）反应过程： 分步反应
能量逐步释放
（3）产物生成： 间接生成 （4）能量形式： 热能、ATP
O
O
CH3 C O P OO-
乙酰磷酸
O
O
H3N+ C O P OO-
氨甲酰磷酸
Oபைடு நூலகம்
O
RC O P O A O-
酰基腺苷酸
O
O
RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
（B）焦磷酸化合物
NH2
OO
O- P O P O-
O-
O-
焦磷酸
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
化学能：异养生物或非光合组织通过生物 氧化作用将有机物质（主要是各种光合作 用产物）氧化分解，使存储的稳定的化学 能转变成ATP中活跃的化学能，ATP直接 用于需要能量的各种生命活动。
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生 物细胞内进行氧化分解而生成CO2和 H2O并释放出能量的过程称为生物氧化。
生物氧化通常需要消耗氧，所以又称 为呼吸作用。