基础生物化学生物氧化

6.1.1.2 生物氧化的特点
生物体内进行的氧化反应与体外氧化反应都遵 循氧化反应（脱氢、脱电子和加氧等）的一 般规律，最终氧化分解产物是CO2和H2O， 同时释放能量。但是生物氧化反应又有其特 点。
①生物氧化中底物是在酶的催化下，经一系列 连续的化学反应逐步氧化分解的，氧化过程 产生的能量也是逐步释放的。
反应，转变为含羧基的化合物，经脱羧反应 生成CO2，包括直接脱羧和氧化脱羧。
② H2O的生成 生物氧化中底物脱下的氢与氧结合生成水。
6.1.2 生物氧化的自由能变化
6.1.2.1 自由能概念
生物体不能直接利用热能做动，在生命活动过 程中所需的能量都来自体内生化反应释放的 自由能。
自由能(free energy) ：在恒温、恒压条件下一 个体系可用于做有用功的能量。又称Gibbs自 由能，以G表示。
ATP水解时的标准自由能变化位于多种物质水 解时标准自由能变化的中间，它能从具有更 高能量的化合物接受高能磷酸键，ATP也能 将～Pi转移给水解时标准自由能变化较小的 化合物。
为了衡量磷酸化合物中磷酸基团转移的热力学 趋势，而引入磷酸基团转移势能，在数值上 等于其水解反应的-G0′。在磷酸基团转移反 应中，磷酸基从转移势能较高的供体转移到 转移势能较低的受体分子。
ATP的末端有两个以磷酸酐键连接的磷酸基， 由于P＝O键的极化，电子云偏向氧原子，使 磷原子带部分正电荷，相距很近的正电荷相 互排斥，使磷酸酐键不稳定。
同时，在生理pH条件下，ATP约带4个空间距 离很近的负电荷，它们之间相互排斥，使磷 酸酸酐键易水解。
当ATP水解生成ADP和Pi时，可部分消除这种 应力，而且在生理pH下ADP和Pi都带负电荷， 使平衡强烈地趋向水解，释放出大量自由能。
6.1.2.3 氧化还原电位
生物体内进行的生化反应有许多是氧化还原反 应，生物所需要的能量就来自于体内的氧化 还原反应。在生物体中物质进行氧化-还原时， 其基本原理和化学电池一致。在氧化-还原反 应中，电子从还原剂传递到氧化剂。
标准状况下氧化还原电位变化：
E′=标准氧化电极电位标准还原电极电位
E′越大，得到电子的倾向越大，氧化能力越强； E′越小，失去电子的倾向越大，还原能力越 强。
代谢物在体内的氧化可以分为3个阶段：
①糖、脂肪和蛋白质经过分解代谢生成乙酰辅 酶A中的乙酰基。
②并乙使酰N辅A酶DA和进FA入D三还羧原酸成循NA环D脱H氢、，FA生D成H2C。O2 ③NADH和FADH2中的氢经呼吸链将电子传递
给氧生成水，氧化过程中释放出来的能量用 于ATP合成。
狭义地说只有第3个阶段才是生物氧化，这是 体内能量生成的主要阶段。
6 生物氧化(Biologicaloxidation)
6.1 生物氧化概述 6.2 电子传递链（呼吸链） 6.3 氧化磷酸化
6.1 生物氧化概述
6.1.1 生物氧化的概念
6.1.1.1 生物氧化的主要内容
生物氧化（biological oxidation）是生物细胞将糖、 脂和蛋白质等有机物进行氧化分解，最终生 成CO2和H2O并释放能量的过程，也称为细 胞呼吸（cellular respiration）。
中度体力劳动者每日每kg体重需供给能量 34~40千卡，若一成人重70kg，从事中度体力 劳动，则每日应供应含能量2450千卡的食物， 其中40%的能量转变成化学能储存于ATP分
子的高能键中，这一部分能量应为
2450×0.4=980.0千卡，按每molATP水解生成 ADP+Pi释放7.3千卡能量计算，应当合成： 980÷7.3=134.3molATP，ATP的分子量为 507.22，所以134.3molATP重达68.12kg，表 明ATP在体内的代谢十分旺盛。
ATP是最重要的高能化合物。
并非含磷酸基团的化合物均属于高能化合物， 例如6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖、3-磷酸甘 油，它们水解时只释放出4.2~12.6 kJ·mol-1 的能量，因而属于低能磷酸化合物。
6.1.3.2 ATP的结构及其在能量转换中的作用
糖、脂肪和蛋白质是大多数生物赖以生存的主 要能源物质，通过细胞呼吸作用使这些贮存 能源物质氧化分解，同时释放出能量。释放 的能量除一部分以热的形式散失于周围环境 中之外，其余部分通过底物水平磷酸化或氧 化磷酸化生成ATP，以高能磷酸键的形式存 在。同时，ATP也是生命活动利用能量的主 要直接供给形式。
ATP的合成可与放能反应偶联，利用其释放的 能量由ADP和Pi合成ATP；在需要时又水解 成ADP和Pi，同时将贮藏的能量释放出来， 以推动各种耗能的生命活动。如分子和离子 的跨膜主动运输、收缩蛋白的收缩、小的构 件分子合成生物大分子等。
ATP-ADP循环是生物系统的能量交换中枢。
ATP还可作为磷酸基团转移反应的中间载体。
ATP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，因而在磷酸基团转 移势能高的供体与低能的受体之间充当中间 载体。
例如EMP生成的高能中间产物1,3-二磷酸甘油 酸和PEP，在细胞内并不直接水解，而是经 特殊激酶的作用，以转移磷酸基团的形式将 捕获的自由能传递给ADP生成ATP。ATP又 可通过酶促磷酸基团转移反应将磷酸酐键的
6.1.3 高能磷酸化合物
6.1.3.1 生物体内的高能化合物
生命过程必须与放能反应偶联。生物氧化释放 的能量一般先贮藏在高能化合物中，机体用 于做功的能量来自高能化合物水解反Βιβλιοθήκη Baidu。这 样，高能化合物就成为放能反应与吸能反应 之间的能量梭。
高能化合物中含有高能键，高能键是指具有高 的磷酸基团转移势能或水解时释放较多自由 能的磷酸酐键或硫酯键。高能键是不稳定的 键。
②生物氧化产生的能量部分可转变成生命活动 能够利用的形式，即合成ATP，不是全以热 的形式释放。
③生物氧化是在常温、常压、近中性pH的环 境中进行。
在真核细胞内，生物氧化主要是在线粒体中进 行，原核细胞内生物氧化是在细胞膜上进行。
6.1.1.3 生物氧化中CO2和H2O的生成 ① CO2的生成 代谢底物在酶的作用下经一系列脱氢、加水等