第24章 生物氧化-电子传递和氧化磷酸化作用
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生物氧化与氧化磷酸化一、教学大纲基本要求教学大纲基本要求讲解生物氧化与氧化磷酸化,1.生物能学简介,包括化学反应的自由能,自由能变化与化学反应平衡常数的关系,标准自由能变化的加和性,高能磷酸化合物,生物氧化的概念和特点。
2.线粒体电子传递,包括线粒体电子传递过程,电子传递链,电子传递链有关的酶和载体,电子传递链的抑制剂。
3.氧化磷酸化作用,包括氧化磷酸化的,P/O比和由ADP形成ATP的部位,电子传递和ATP形成的偶联及调节机制概念,氧化磷酸化的偶联机理,氧化磷酸化的解偶联。
二、本章知识要点1、本章概述有机物分子在生物细胞内被逐步氧化生成CO2,并释放出能量。
电子传递和氧化磷酸化作用使NADH和和FADH2再氧化并以ATP捕获释放出的能量。
真核生物电子传递和氧化磷酸化作用在线粒体内膜进行,而原核生物中过程在质膜上进行。
2、自由能变、反应平衡常数、氧化还原电位体系内能用于做功的能量称为自由能。
对化学反应来说,可以把自由能看成促使化学反应达到平衡的一种驱动力。
反应物自由能的总和与产物的自由能总和之差就是该反应的自由能变化(△G)。
当△G<0时体系未达到平衡,反应可以自发正向进行;当△G>0时体系未达到平衡,必须供能反应才能正向进行;当△G=0时反应处于平衡状态。
在参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为一个大气压(0.1MPa),温度为25℃、pH=0的条件下进行反应时自由能的变化称为标准自由能变化(△G0)。
标准自由能变化具有加和性。
对生物化学反应而言,在参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为0.1MPa,温度为25℃、pH=7.0的条件下进行反应时自由能变为标准自由能变化(△G0)。
生化反应中自由能变与反应的平衡常数间的关系可以用△G0=-RTlnK′eq =-2.303RTlogK′eq。
氧化-还原电位(E)是物质对电子亲和力的量度。
生化反应的标准氧化-还原电势(E0 )是在标准状况(参加反应物质的浓度为1mol/L、压力为0.1MPa,温度为25℃)和pH7的条件下测量的,用伏特表示。
11.1生物氧化、氧化电子传递链和氧化磷酸化作用生物氧化、氧化电子传递链和氧化磷酸化作用一、生物氧化的概念和特点。
糖,脂,蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解,生成CO2,H2O并释放出能量,这个过程称生物氧化。
生物氧化是需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原作用,又称细胞氧化或细胞呼吸。
特点:反应条件温和,多步反应,逐步放能。
生物氧化在活细胞中进行,pH中性,反应条件温和,一系列酶和电子传递体参与氧化过程,逐步氧化,逐步释放能量,转化成ATP。
真核细胞,生物氧化多在线粒体内进行,在不含线粒体的原核细胞中,生物氧化在细胞膜上进行。
二、氧化电子传递过程生物氧化过程中形成的还原型辅酶(NADH和FADH2),通过电子传递途径,使其重新氧化,此过程称为电子传递过程。
在电子传递过程中,还原型辅酶中的氢以负质子(H —)形式脱下,其电子经一系列的电子传递体(电子传递链)转移,最后转移到分子氧上,质子和离子型氧结合生成H2O。
三、氧化电子传递链由NADH到O2的氧化电子传递链主要包括FMN、辅酶Q(CoQ)、细胞色素b、c1、c、a,a3及一些铁硫蛋白。
氧化电子传递链位于原核生物的质膜上,真核生物中位于线粒体的内膜上。
电子载体的标准势能△G o /是逐步下降的,电子沿着电势升高的方向流动。
其中有三个部位的势能落差△G较大,足以形成ATP(ADP磷酸化需要的自由能=7.3Kal/mol.)。
这三个部位正好是氧化磷酸化部位。
细胞内供能物质的彻底氧化产物是CO2、H2O其中CO2主要是在三羟酸循环中产生,水是在电子传递过程的最后阶段产生。
四、电子传递链的酶和电子载体呼吸链中的电子载体都是和蛋白质结合存在(包括NAD+、FMN、铁硫中心、细胞色素)。
这些蛋白质大都是水不溶性的,嵌在线粒体的内膜上。
NAD+是许多脱氢酶的辅酶,FMN是NADH脱氢酶的辅酶。
1、NAD+和NADP+脱氢酶分别与NAD+或NADP+结合,催化底物脱氢,这类酶称为与NAD(P)相关的脱氢酶,多数脱氢酶以NAD+为辅酶,少数以NADP+为辅酶(如G-6-P脱氢酶)少数酶能以NAD+或NADP+两种辅酶(Glu脱氢酶)。
本第十九章代谢总论、第二十章生物能学第二十四章生物氧化-电子传递和氧化磷酸化作用(一)名词解释1.生物氧化2.呼吸链:有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子,经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递,最终与氧结合生成水,这样的电子或氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。
3.氧化磷酸化:在底物脱氢被氧化时,电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP 磷酸化生成ATP 的作用,称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解合成ATP 的主要方式。
4.磷氧比(P/O):在物质氧化时,每消耗1摩尔原子氧所消耗的无机磷的摩尔数(或每消耗一摩尔原子氧所生成的A TP的摩尔数)称为P/O比值。
5.底物水平磷酸化:在底物被氧化的过程中,底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键(或高能硫酯键),由此高能键提供能量使ADP(或GDP)磷酸化生成ATP(或GTP)的过程称为底物水平磷酸化。
此过程与呼吸链的作用无关,以底物水平磷酸化方式只产生少量ATP。
体内仅有的三个底物水平磷酸化反应为?6.能荷:能荷是细胞中高能磷酸状态的一种数量上的衡量,能荷大小可以说明生物体中ATP-ADP-AMP 系统的能量状态。
[ATP]+ 1/2 [ADP]能荷= [ATP]+[ADP]+[AMP]7. 两用代谢途径——分解代谢和合成代谢可以共同利用的代谢环节称为两用代谢途径。
如柠檬酸循环是典型的两用代谢途径,氨基酸分解代谢的产物如草酰乙酸、α-酮戊二酸是柠檬酸循环的中间物,这些中间物又可用来合成氨基酸。
(二) 填空题1.生物氧化有3 种方式:_________、___________和__________ 。
2.生物氧化是氧化还原过程,在此过程中有_________、_________和________ 参与。
3.生物分子的E0'值小,则电负性_________,供出电子的倾向_________。
4.生物体内高能化合物有_________、_________、_________、_________、_________、_________等类。