II第六章生物氧化
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断裂的活泼共价键称为高能键。用 表示
但须注意：释放的能量并非集中在这个键上，而是 与分子结构和水解反应有关，生化上的“高能键”， 涵义不同于普通化学上的“键能”，不能把“高能 键”理解为“能键高”
2、高能化合物的类型
按其分子结构特点及所含高能键的 特征分：
磷氧键型 磷氮键型 硫酯键型 甲硫键型
（1）磷氧键型（—O-P)
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
(4) 甲硫键型
COO-
CH
N
H
+ 3
S-腺苷甲硫氨酸
CH2 CH2
H 3C S + A
3.最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷)
NH2
N
N
～ ～ O-
Oγ
P O-
O-
Oβ
P
O-
O-
Oα
N
P O-
OCH2 O H
H
N
H
H
OH OH A三MP磷酸腺苷 (ATP)
单位为J/mol、KJ/mol。
四、高能化合物
生物氧化
糖、脂肪、蛋白质
CO2+H2O+能量
1、高能化合物的概念
ATP
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，称为高能化合物。习 惯上把“大量”定为5kcal/mol(即20.92KJ/mol)以上。
～ 在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解
1、CO2的生成
2、水的生成
在脱氢酶、传递体、氧化酶组成的体系催化下生成
3、能量的生成
当有机物被氧化成C2O和H2O时，释 放的能量怎样转化成ATP 。
主要是通过呼吸链 底物水平磷酸化
氧化ห้องสมุดไป่ตู้酸化
二、生物氧化的特点 1. 酶的催化（反应条件温和）。 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. 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. 生物氧化是一个分阶段进行的过程， 能量通过逐步氧化释放，不会引起 体温的突然升高，而且可使放出的 能量得到最有效的利用。
6. 生物氧化释放的能量一般都贮存于 一些特殊的化合物中，主要是ATP。
生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相
生物氧化的一般过程
TCA
三、生物氧化的酶类
1. 脱氢酶类：
乳酸脱氢酶
OH CH3CHCOOH
NAD+
O CH3CCOOH NADH
2. NADH脱氢酶以及其他黄素蛋白酶类
3. 需氧脱氢酶类
4. 细胞色素酶类
线粒体的电子传递链至少含有5种不同的 细胞色素：b、c、c1、a、a3.
5. 加氧酶类:能使氧直接与代谢物结合酶
II第六章生物氧化
第六章 生物氧化
西北大学生命科学学院
第一节 生物氧化概述 第二节 呼吸链（电子传递链） 第三节 氧化磷酸化 第四节 活性氧
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念和特点 二、生物氧化的酶类 三、氧化还原电位与自由能 四、高能化合物
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：
O
O
O- P O P O-
O-
O-
O
焦磷酸
O- P
O-
ATP（三磷酸腺苷）
7.3千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
NH2
N
N
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
(C)烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
(2) 氮磷键型
O
O
NH
PO
NH
PO
ATP是磷酸基团转移反应的中间载体
磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能低 的物质转移。
磷酸基团转移势能在数值上等于其水解反应的ΔG0’。
磷酸基团转移势能 /4.18kJ.mol-1
16 磷酸烯醇式丙酮酸
14 1,3-二磷酸 12 甘油酸
10 8 6
4 2
高能~P供体
~P ~P
磷酸肌酸(高能磷酸基团贮备物)
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。（植物和某些藻类）
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。
一、生物氧化概述
糖、脂、蛋白质等有机物在细胞内氧化分解，最 终生成CO2和水并释放能量的过程。又称细胞氧化 或细胞呼吸。
ADP
ATP
ATP的特殊作用
ATP在一切生物生命活动中都起着重要作用，在细 胞的细胞核、细胞质和线粒体中都有ATP存在。
ATP在磷酸化合物中所处的位置具有重要的意义， 它在细胞的酶促磷酸基团转移中是一个“共同中间 体”。
ATP是生物体通用的能量货币。
ATP是能量的携带者和转运者，但并不能量的贮存 者。起贮存能量作用的物质称为磷酸原，在脊推动 物中是磷酸肌酸。
C NH O N CH3 C H 2C O O H
C NH O N CH3 NH2 C H2C H2C H2C HC O O H
磷酸肌酸
磷酸精氨酸
10.3千卡/摩尔
7.7千卡/摩尔
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
NH2
N
N
O
OS O-
O
OP O-
四、自由能与氧化还原电位
（一）自由能（G）（1878）
指在一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下 能够做功的那一部分能量。用符号G表示。
自由能变化（ΔG）
A
B
ΔG= GB - GA
（二）生化标准自由能变化(ΔG0)
指在标准条件下，即温度为25℃，参加 反应的物质浓度为1mol/L,若有气体，则为 1个大气压，pH为7时，测定的自由能变化。
~P
AT P ~P ~P
同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，
都生成CO2和H2O，所释放的能量也相同。但二者 进行的方式和历程却不同：
生物氧化
体外燃烧
1、细胞内温和条件
高温或高压、干燥
条（常温、常压、中性pH、水溶液）
2、一系列酶促反应
无机催化剂
逐步氧化放能，能量利用率高
能量爆发释放
3、释放的能量转化成ATP被利用 转换为光和热，散失
(A)酰基磷酸化合物
O
O O-
C O P O-
CH OH O
CH2 O P OO-
1,3-二磷酸甘油酸
O
O
CH3 C O P OO-
乙酰磷酸
O
O
RC O P O A
O
O
O-
H3N+ C O P OO-
酰基腺苷酸
O
O
氨甲酰磷酸 RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
(B) 焦磷酸化合物
但须注意：释放的能量并非集中在这个键上，而是 与分子结构和水解反应有关，生化上的“高能键”， 涵义不同于普通化学上的“键能”，不能把“高能 键”理解为“能键高”
2、高能化合物的类型
按其分子结构特点及所含高能键的 特征分：
磷氧键型 磷氮键型 硫酯键型 甲硫键型
（1）磷氧键型（—O-P)
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
(4) 甲硫键型
COO-
CH
N
H
+ 3
S-腺苷甲硫氨酸
CH2 CH2
H 3C S + A
3.最重要的高能化合物ATP (三磷酸腺苷)
NH2
N
N
～ ～ O-
Oγ
P O-
O-
Oβ
P
O-
O-
Oα
N
P O-
OCH2 O H
H
N
H
H
OH OH A三MP磷酸腺苷 (ATP)
单位为J/mol、KJ/mol。
四、高能化合物
生物氧化
糖、脂肪、蛋白质
CO2+H2O+能量
1、高能化合物的概念
ATP
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，称为高能化合物。习 惯上把“大量”定为5kcal/mol(即20.92KJ/mol)以上。
～ 在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解
1、CO2的生成
2、水的生成
在脱氢酶、传递体、氧化酶组成的体系催化下生成
3、能量的生成
当有机物被氧化成C2O和H2O时，释 放的能量怎样转化成ATP 。
主要是通过呼吸链 底物水平磷酸化
氧化ห้องสมุดไป่ตู้酸化
二、生物氧化的特点 1. 酶的催化（反应条件温和）。 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. 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. 生物氧化是一个分阶段进行的过程， 能量通过逐步氧化释放，不会引起 体温的突然升高，而且可使放出的 能量得到最有效的利用。
6. 生物氧化释放的能量一般都贮存于 一些特殊的化合物中，主要是ATP。
生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相
生物氧化的一般过程
TCA
三、生物氧化的酶类
1. 脱氢酶类：
乳酸脱氢酶
OH CH3CHCOOH
NAD+
O CH3CCOOH NADH
2. NADH脱氢酶以及其他黄素蛋白酶类
3. 需氧脱氢酶类
4. 细胞色素酶类
线粒体的电子传递链至少含有5种不同的 细胞色素：b、c、c1、a、a3.
5. 加氧酶类:能使氧直接与代谢物结合酶
II第六章生物氧化
第六章 生物氧化
西北大学生命科学学院
第一节 生物氧化概述 第二节 呼吸链（电子传递链） 第三节 氧化磷酸化 第四节 活性氧
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念和特点 二、生物氧化的酶类 三、氧化还原电位与自由能 四、高能化合物
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：
O
O
O- P O P O-
O-
O-
O
焦磷酸
O- P
O-
ATP（三磷酸腺苷）
7.3千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
NH2
N
N
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
(C)烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
(2) 氮磷键型
O
O
NH
PO
NH
PO
ATP是磷酸基团转移反应的中间载体
磷酸基团往往从磷酸基团转移势能高的物质向势能低 的物质转移。
磷酸基团转移势能在数值上等于其水解反应的ΔG0’。
磷酸基团转移势能 /4.18kJ.mol-1
16 磷酸烯醇式丙酮酸
14 1,3-二磷酸 12 甘油酸
10 8 6
4 2
高能~P供体
~P ~P
磷酸肌酸(高能磷酸基团贮备物)
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。（植物和某些藻类）
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。
一、生物氧化概述
糖、脂、蛋白质等有机物在细胞内氧化分解，最 终生成CO2和水并释放能量的过程。又称细胞氧化 或细胞呼吸。
ADP
ATP
ATP的特殊作用
ATP在一切生物生命活动中都起着重要作用，在细 胞的细胞核、细胞质和线粒体中都有ATP存在。
ATP在磷酸化合物中所处的位置具有重要的意义， 它在细胞的酶促磷酸基团转移中是一个“共同中间 体”。
ATP是生物体通用的能量货币。
ATP是能量的携带者和转运者，但并不能量的贮存 者。起贮存能量作用的物质称为磷酸原，在脊推动 物中是磷酸肌酸。
C NH O N CH3 C H 2C O O H
C NH O N CH3 NH2 C H2C H2C H2C HC O O H
磷酸肌酸
磷酸精氨酸
10.3千卡/摩尔
7.7千卡/摩尔
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
NH2
N
N
O
OS O-
O
OP O-
四、自由能与氧化还原电位
（一）自由能（G）（1878）
指在一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下 能够做功的那一部分能量。用符号G表示。
自由能变化（ΔG）
A
B
ΔG= GB - GA
（二）生化标准自由能变化(ΔG0)
指在标准条件下，即温度为25℃，参加 反应的物质浓度为1mol/L,若有气体，则为 1个大气压，pH为7时，测定的自由能变化。
~P
AT P ~P ~P
同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗氧气，
都生成CO2和H2O，所释放的能量也相同。但二者 进行的方式和历程却不同：
生物氧化
体外燃烧
1、细胞内温和条件
高温或高压、干燥
条（常温、常压、中性pH、水溶液）
2、一系列酶促反应
无机催化剂
逐步氧化放能，能量利用率高
能量爆发释放
3、释放的能量转化成ATP被利用 转换为光和热，散失
(A)酰基磷酸化合物
O
O O-
C O P O-
CH OH O
CH2 O P OO-
1,3-二磷酸甘油酸
O
O
CH3 C O P OO-
乙酰磷酸
O
O
RC O P O A
O
O
O-
H3N+ C O P OO-
酰基腺苷酸
O
O
氨甲酰磷酸 RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
(B) 焦磷酸化合物