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s第五章生物氧化

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第五章 生物氧化(含答案)

第五章 生物氧化(含答案)

第五章生物氧化解释题1 .呼吸链2 .磷氧比值3 .氧化磷酸化作用4 .底物水平磷酸化填空题1 .代谢物在细胞内的生物氧化与在体外燃烧的主要区别是 _____、_____ 和_____ 。

2 .真核细胞生物氧化是在_____ 进行的，原核细胞生物氧化是在 _____进行的。

3. 生物氧化主要通过代谢物反应实现的，生物氧化产生的 H20 是通过_____形成的。

4. 典型的生物界普遍存在的生物氧化体系是由 _____、 _____和_____ 三部分组成的。

5. 典型的呼吸链包括_____ 和 _____两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的 _____不同而区别的。

6. 填写电子传递链中阻断电子流的特异性抑制剂：NAD → FAD → CoQ → Cytb → Cytc l → Cytc → Cytaa3 → O2（）（）（）7. 解释氧化磷酸化作用机制被公认的学说是 _____，它是英国生物化学家 _____于 1961 年首先提出的。

8. 化学渗透学说主要论点认为：呼吸链组分定位于内膜上。

其递氢体有_____ 作用，因而造成内膜两侧的_____ 差，同时被膜上 _____合成酶所利用，促使 ADP ＋ Pi → ATP 。

9 .呼吸链中氧化磷酸化生成 ATP 的偶联部位是 _____、_____ 和 _____。

10 .绿色植物生成 ATP 的三种方式是_____ 、 _____和_____ 。

11 .细胞色素 P 450 是由于它与结合后，在处出现_____ 峰而命名的，它存在于 _____中，通常与 _____作用有关。

12 . NADH 通常转移_____ 和 _____给 O 2 ，并释放能量，生成_____ 。

而 NADPH 通常转移_____和 _____给某些氧化态前体物质，参与代谢。

13. 每对电子从 FADH 2 , 转移到 _____必然释放出两个 H + 进人线粒体基质中。

第五章生物氧化

第五章生物氧化

琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生的中间 产物，它在琥珀酸-Q还原酶的催化下，将两个高能电 子传递给Q。
琥珀酸 FADH2FeS CoQ 然后再通过QH2-cyt.c还原酶、cyt.c和cyt.c氧化酶将电 子传递到O2。
3 作用
呼吸链的作用是接受还原性辅酶Q上的氢原子 对(2H++2e)，使辅酶分子氧化，并将电子对顺 序传递，直至激活分子氧，使氧负离子(O2-) 与质子对(2H+)结合，生成水。电子对在传递 过程中逐步氧化放能，所释放的能量驱动ADP 和无机磷发生磷酸化反应，生成ATP。
QH2-cyt.c还原酶由9个多肽亚基组成，又称为 细胞色素bc1复合体。活性部分主要包括细胞 色素b和c1，以及铁硫蛋白（2Fe-2S）。
细胞色素简写为cyt. ，是含铁的电子传递体，
辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子处于卟啉环的中 心，构成血红素。各种细胞色素的辅基结构略有 不同。线粒体呼吸链中主要含有细胞色素a、b、c 和c1等，组成它们的辅基分别为血红素A、B和C。 细胞色素a、b、c可以通过它们的紫外-可见吸收 光谱来鉴别。
作为能量通货的原因 ① 能量居中，可作 为大多数能量转换酶的能量供体或受体。 ② 既有亲水部分，又有疏水部分。③ 有 多个和酶的结合位点。
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 NH P O C NH O N CH3 CH2COOH
3.有氧氧化
生物氧化在有氧和无氧条件下都能进行。 在有氧条件下，好气生物或兼性生物吸收空 气中的氧作为电子受体，可将燃料分子完全 氧化分解，这称为有氧氧化。因为有氧氧化 燃烧完全，产能多，所以只要有氧气存在， 细胞都优先进行有氧氧化。
生物化学第五章 生物氧化

生物化学第五章 生物氧化


2、氧化磷酸化：代谢物脱下的氢经电
子传递链与氧结合成水的同时，逐步 释放出能量，使ADP磷酸化为ATP的
过程。
氧化磷酸化偶联部位
ATP
ATP
ATP
40
α-磷酸甘油穿梭：
胞液
CH2OH
线粒体膜
基质
1 O 2 2
NADH + +H
C O CH2O P CH2OH
CoQH 2 FAD CoQ
2~ P H2O
*通过苹果酸穿梭系统，一对氢原子可产生3分 子ATP
三、氧化磷酸化中ATP生成的基础
ATP合酶的分子结构
线粒体膜间隙 线粒体内膜
线粒体基粒
四、 氧化磷酸化的偶联机理 1、化学渗透假说：
电子经呼吸链传递时，可将质子 （H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内 膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯 度储存能量。当质子顺浓度梯度回流 时驱动ADP与Pi生成ATP。
功能：递氢体
（三）铁硫蛋白 辅基：铁硫簇(Fe-S)
Fe-S含有等量铁原子和硫原子 ，其中铁原子可进行
Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。
功能：电子传递体
Ⓢ 表示无机硫
铁硫蛋白
S
无机硫
S
半胱氨酸硫
（四）泛醌（CoQ）
O H3CO CH3 CH3 H3CO O (CH2 CH C CH2)nH
76
Cyt的功能： 电子传递体
参与铁硫蛋白 的电子传递过程
在呼吸链的NAD+、FMN、CoQ和
Fe-S几种电子传递体中不与蛋白质 结合的电子载体是CoQ。
四种具有传递电子功能的酶复合体 人线粒体呼吸链复合体
第五章 生物氧化

第五章 生物氧化

FMN和FAD发挥功能的部位是核黄素
结构中的异咯嗪环，在该环上可 以进行可逆地加氢或脱氢反应。
NADH脱氢酶
酶蛋白 FMN
琥珀酸脱氢酶 酶蛋白 FAD 脂肪酰COA 酶蛋白 FAD
特点
1、FMN与FAD的异咯嗪环第1位、第10位 两个N原子能够可逆的进行加氢还原， 脱氢氧化。 2、呼吸链中第二个递氢体。 3、传递了两个 氢原子。
A
BH2还原型
（二）生物氧化的特点
体内的生物氧化与体外的物质燃烧，在本 质上都属于氧化过程，都消耗O2，产生CO2 同时放出能量。但由于生物氧化是在生物 体内进行，氧化还原反应进行的环境、条 件、方式等都具有与体外燃烧不同的特点。
物
体内的生物氧化有H2O参加
（1）提供生物氧化的环境
琥珀酸- 泛醌还原酶
该复合物是将电子从琥珀酸
铁硫蛋白
FAD
泛醌
NADH-泛醌还原酶
复合体Ⅱ的功能
琥珀酸- 泛醌还原酶

3、复合体Ⅲ 泛醌细胞色素C还原酶 该复合物是将电子从 泛醌 Cytb Cytc1 Cytc 4、复合体Ⅳ 细胞色素氧化酶
该复合物是将电子从 Cytc Cytaa3
（3）不需氧脱氢酶 以NAD或NADP为辅酶脱氢酶
以FMN或FAD为辅基脱氢酶 以NAD或NADP为辅酶脱氢酶 乳酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶 柠檬酸脱氢酶 6- 磷酸葡萄糖脱氢酶
以FMN或FAD为辅基脱氢酶
琥珀酸脱氢酶 NADH脱氢酶
2、作用方式：SH2
2H (四）其它酶类 1、加氧酶 加单氧酶 加双氧酶 2、过氧化氢酶 3、过氧化物酶
生物氧化的场所 线粒体 生物氧化 微粒体 生物氧化
生物化学第五章生物氧化

生物化学第五章生物氧化


1、NADH-Q还原酶（复合体Ⅰ）
功能：将电子从NADH传递给CoQ
复合体Ⅰ NADH→FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
辅基：FMN，铁硫蛋白
→CoQ
2、复合体Ⅱ：琥珀酸- CoQ还原酶
功能：将电子从琥珀酸传递给CoQ
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
NADH +H+
H
+
H3N
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
H
苹果酸 脱氢酶
NAD+
O -OOC-CH 2-CH2-C-COO -
谷氨酸-天冬 氨酸转运体
+
H3N
-
-
OOC-CH2-C-COO
H 天冬氨酸
呼吸链
O
+
H3N
-OOC-CH 2-C-COO -
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
线
谷氨酸
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS 物理意义：－ΔＧ＝Ｗ ΔG<0，反应能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态 ΔG>0，反应不能自发进行
2、标准自由能变化与平衡常数的关系
A + B == C + D ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、 失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。
物质在体外氧化时所消耗的氧量、最终产物 （CO2、H2O）和释放的能量均相同。
生物化学(生物氧化)

生物化学(生物氧化)

电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方
程为:
E′=Eº′+
RT
C氧化态
nF In C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系
△Gº’=-nF △Eº’
三. 高能磷酸化合物
(一)高能磷酸化合物的概念
高能磷酸化合物：一般将水解时释放20.9KJ/mol以上自由 能的化合物称之，含有高能量的键称为高能键，常 用” ～” 符号表示，典型的代表是三磷酸腺苷(ATP)含有 两个高能键。
二、三羧酸循环生成的ATP
乙酰CoA＋3NAD+＋FAD ＋ GDP＋Pi＋2H2O→
CO2＋3NADH＋FADH2＋GTP＋2H+＋CoASH 每个分子G彻底氧化为H2O和CO2，共能产生： 5（或7）＋12.5×2＝30（或32）分子ATP
三、三羧酸循环的回补反应
草酰乙酸的回补反应
1、丙酮酸的羧化 图6-25 丙酮酸的羧化
(二)呼吸链 呼吸链(respiratory chain,电子传递链ETC):指代谢物上
脱下的氢(质子和电子)经一系列递氢体或电子传递体按对电 子亲和力渐渐升高的顺序依次传递，最后传给分子氧而生 成水的全部体系。
NADH呼吸链
呼吸链
FADH2呼吸链
图5-17 NADH呼吸链（A）和FADH2呼吸链（B）
第五章 生物氧化
第一节 生物氧化概述 一.生物氧化 (一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机 物质在活细胞内氧化分解，产生CO2和H2O并放出能量的 作用称生物氧化。
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。 反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α 脱羧和β 脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α 直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β 直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α 氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β 氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
《生物化学教学》第五章 生物氧化

《生物化学教学》第五章 生物氧化

整理课件
例如，哺乳动物细胞内的泛醌中有10个 异戊二烯单位，故该泛醌又被叫做CoQ10。 至于其它细胞，则或为6个，或为8个。
整理课件
CoQ能可逆地还原为氢醌，据此而传 递质子和电子。
CoQ在线粒体内膜上未与蛋白质结合 ，又具脂溶性，故可在膜脂中自由泳动。
它不仅是呼吸链中的传递体，而且可以 在膜的内外两侧之间同时传递质子和电子 。
整理课件
NADH泛醌还原酶
简写为NADHQ还原酶, 即复合物I， 它的作用是催化NADH的氧化脱氢以及 Q的还原。所以它既是一种脱氢酶，也是 一种还原酶。 NADHQ还原酶最少含有16
个多肽亚基。它的活性部分含有辅基FMN和 铁硫蛋白。
FMN的作用是接受脱氢酶脱下来的电子和质 子，形成还原型FMNH2。还原型FMNH2可以 进一步将电子转移给Q。
２. 电子传递抑制剂
能在某一部位阻断呼吸链中电子传递的物质 即是电子传递抑制剂。
NADH → FMN→ FeS →CoQ → Cytb→ FeS→ Cytc1
I
II
→ Cytc → Cytaa3 →O2 III
例如，位点I处的鱼藤酮、安密妥； 位点II处的抗霉素A； 位点III处的氰化物、CO等．
QH2-cyt. c 还原酶 QH2 + 2 Cyt. c (Fe3+) ==== Q + 2 Cyt. c (Fe2+) + 2H+
QH2-Cyt. c还原酶由9个多肽亚基组成。活性 部分主要包括细胞色素b 和c1，以及铁硫蛋白（ 2Fe-2S）。
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线粒体呼吸链
整理课件
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一般以NADH 呼吸链为最多，存在最为广泛 。
基础生物化学试题(第五章-生物氧化)选择题(含答案)

基础生物化学试题(第五章-生物氧化)选择题(含答案)

《基础生物化学》试题第五章生物氧化单选题1.体内CO2来自：[1分]A碳原子被氧原子氧化B呼吸链的氧化还原过程C有机酸的脱羧D糖原的分解参考答案：C2.线粒体氧化磷酸化解偶联是意味着：[1分]A线粒体氧化作用停止B线粒体膜ATP酶被抑制C线粒体三羧酸循环停止D线粒体能利用氧，但不能生成ATP参考答案：D3.P/O比值是指：[1分]A每消耗1mol氧分子所需消耗无机磷的摩尔数B每消耗1mol氧原子所需消耗无机磷的克数C每消耗1mol氧原子所需消耗无机磷的摩尔数D每消耗1mol氧分子所需消耗无机磷的克数参考答案：A4.各种细胞色素在呼吸链中传递电子的顺序是：[1分]Aa→a3→b→c1→c→1/2 O2Bb→a→a3→c1→c→1/2 O2Cc1→c→b→a→a3→1/2 O2Db→c1→c→aa3→1/2 O2参考答案：D5.细胞色素b，c1，c和P450均含辅基：[1分]AFe3+B血红素CC血红素AD铁卟啉参考答案：D6.下列哪种蛋白质不含血红素：[1分]A过氧化氢酶B过氧化物酶C细胞色素bD铁硫蛋白参考答案：D7.劳动或运动时ATP因消耗而大量减少，此时：[1分]AADP相应增加，ATP/ADP下降，呼吸随之加快BADP相应减少，以维持ATP/ADP恢复正常CADP大量减少，ATP/ADP增高，呼吸随之加快DADP大量磷酸化以维持ATP/ADP不变参考答案：A8.人体活动主要的直接供能物质是：[1分]A葡萄糖B脂肪酸C磷酸肌酸DATP参考答案：D9.下列属呼吸链中递氢体的是：[1分]A细胞色素B尼克酰胺C黄素蛋白D铁硫蛋白参考答案：C10.氰化物中毒时，被抑制的是：[1分]ACyt bBCyt c1CCyt cDCyt aa3参考答案：D11.肝细胞胞液中的NADH进入线粒体的机制是：[1分]A肉碱穿梭B柠檬酸-丙酮酸循环Cα-磷酸甘油穿梭D苹果酸-天冬氨酸穿梭参考答案：D12.ATP的贮存形式是：[1分]A磷酸烯醇式丙酮酸B磷脂酰肌醇C肌酸D磷酸肌酸参考答案：D13.关于电子传递链的下列叙述中哪个是不正确的？[1分]A线粒体内有NADH呼吸链和FADH2呼吸链。

生物化学第五章生物氧化知识题

生物化学第五章生物氧化知识题

第五章生物氧化学习题(一)名词解释1．生物氧化(biologicaloxidation)2．呼吸链(respiratorychain)3．氧化磷酸化(oxidativephospho叮1ation)4．磷氧比(P／O)5．底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)6．高能化合物(highenergycompound)7．呼吸电子传递链(respiratoryelectron–transportchain)(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．原核生物的呼吸链位于。

4，生物体内高能化合物有等类。

5．细胞色素a的辅基是与蛋白质以键结合。

6．在无氧条件下，呼吸链各传递体都处于状态。

7．NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是、、。

8．磷酸甘油与苹果酸经穿梭后进入呼吸链氧化，其P/O比分别为和。

9．举出3种氧化磷酸化解偶联剂、、。

10．生物氧化是在细胞中，同时产生的过程。

11．高能磷酸化合物通常指水解时的化合物，其中最重要的是，被称为能量代谢的。

12．真核细胞生物氧化的主要场所是，呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于。

13．以NADH为辅酶的脱氢酶类主要是参与作用，即参与从到的电子传递作用；以NADPH为辅酶的脱氢酶类主要是将分解代谢中间产物上的转移到反应中需电子的中间物上。

14．在呼吸链中，氢或电子从氧化还原电势的载体依次向氧化还原电势的载体传递。

15．线粒体氧化磷酸化的重组实验证实了线粒体内膜含有，内膜小瘤含有。

16．典型的呼吸链包括和两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的不同而区别的。

17．解释氧化磷酸化作用机制被公认的学说是，它是英国生物化学家米切尔(Mitchell) 于1961年首先提出的。

18．每对电子从FADH2转移到必然释放出2个H‘进入线粒体基质中。

19．体内CO2的生成不是碳与氧的直接结合，而是。

20．动物体内高能磷酸化合物的生成方式有和两种。

生物化学第五章生物氧化知识题

生物化学第五章生物氧化知识题

第五章生物氧化学习题(一) 名词解释1 .生物氧化(biologicaloxidation)2 .呼吸链(respiratorychain)3 .氧化磷酸化(oxidativephospho 叮1ation)4 .磷氧比(P / O)5 .底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)6 .高能化合物(highenergycompound)7 .呼吸电子传递链(respiratoryelectron -ransportchain)(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 .原核生物的呼吸链位于_____________ 。

4，生物体内高能化合物有 _______________________________________________________ 等类。

5 .细胞色素a的辅基是__________ 与蛋白质以__________ 键结合。

6 •在无氧条件下，呼吸链各传递体都处于________________ 状态。

7 • NADH 呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是__________ 、________ 、_________。

8 .磷酸甘油与苹果酸经穿梭后进入呼吸链氧化，其P/0比分别为___________ 和________ 。

9 •举出3种氧化磷酸化解偶联剂__________ 、 ________ 、________ 。

10 .生物氧化是___________ 在细胞中_____________ ，同时产生 ___________ 的过程。

11 .高能磷酸化合物通常指水解时__________ 的化合物，其中最重要的是__________ ,被称为能量代谢的________ 。

第五章 生物氧化

第五章 生物氧化

1、酶促氧化过程、反应条件温和 2、质子和电子由载体传递到氧生成水 3、分步进行：有利于提高能量利用率 4、氧化磷酸化，形成ATP 5、CO2的生成方式——脱羧作用
第二节
氧化还原酶类
1、脱氢酶 使代谢物的氢活化、脱落 Nhomakorabea 传递给受氢体或中间传递体 显著特点：体外实验中以甲烯蓝为受氢体 氧化型甲烯蓝：兰色 还原型甲烯蓝：无色
高能基团的传递
高能化合物的种类
烯醇式磷酸化合物 △Go Kcal/mol (-C=C-O~P(O)) -14.8 酰基磷酸化合物 (-C-O~P(O)) -10.1 O 焦磷酸化合物 ((O)P-O~P(O)) -7.3
磷氧型 -O~P 磷酸化合物
磷氮型 HN =C-N~P(O)
O
-10.3 -7.5
磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)
CH2OH
2-磷酸甘油酸
二、呼吸链生成水
（1）代谢脱下的氢原子通过多种酶和辅酶所催化的 连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水； （2）酶和辅酶有序排列在线粒体内膜； 传递氢的酶和辅酶——递氢体 传递电子的酶和辅酶——递电子体 （3）与细胞呼吸有关，此传递链称为呼吸链。 递氢体、递电子体都起传递电子的作用，称 电子传递链。
乙酰CoA
共同中间物进入 三羧酸循环,氧化 脱下的氢由电子 传递链传递生成 H2O，释放出大 量能量-ATP。
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸 循环
• 生物氧化主要的内容 • （1） CO2如何生成？脱羧反应
• （2） H2O如何生成?电子传递链 • (3)能量如何生成?ATP的生成
生物氧化的特点
O R C O～ P O O
CH2

第五章 生物氧化


这一系列酶和辅酶都具有传递电子的作
用，所以呼吸链也称为电子传递链。
第五章
人体线粒体内重要的呼吸链有两条
NADH氧化呼吸链 琥珀酸氧化呼吸链
第五章
（一）呼吸的链组成成分 1.尼克酰胺类（NAD+和NADP+） ➢ 是体内多种不需氧脱氢酶的辅酶 ➢ 作用：传递一个H和一个电子（e）
第五章
NAD+和NADP+的结构
NTP可作为不同有机物合成过程的能量载体。 如UTP用于糖原的合成，CTP用于磷脂合成，GTP用于 蛋白质合成等。
第五章
第二节 其他氧化体系
胞质中的NADH必 须通过某种转运机制 才能进入线粒体，体 内某些物质脱氢也可 直接以氧作为受氢体， 除呼吸链外体内还有 其他氧化体系。
第五章
一、胞质中的NADH氧化
Ｐ/Ｏ比值是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消 耗无机磷的摩尔数，即生成ＡＴＰ的摩尔数。
第五章
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底物
呼吸链的组成
P/O比值
β-羟丁酸 琥珀酸 抗坏血酸
பைடு நூலகம்
NADH →FMN[Fe-S] →Q→ Cytb → Cytc1 → Cytc → Cytaa3 → O2 FADH2→Q→ Cytb → Cytc1 → Cytc → Cytaa3 → O2 Cytc → Cytaa3 → O2
第二节 其他氧化体系 一、胞质中的NADH氧化 二、微粒体中的氧化酶 三、过氧化物酶体中的氧化
酶类 四、超氧化物歧化酶
第五章
学习目标
1.掌握线粒体呼吸链的组成和氧化磷酸化及影响氧化磷酸化 的因素。 2.熟悉生物氧化的概念和特点，ATP的生成方式与能量代谢 及胞质中NADH的氧化。 3.了解体内其他氧化体系。 4. 运用影响氧化磷酸化因素的知识解释临床相关疾病发生现 象。 5.具有理论联系实际的工作作风，具有宣传和防范风险的职 业素质
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甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
H 3C
COO-
CH
N
H
+ 3
CH2
CH2 S+ A
三、 ATP以偶联方式推动体内非自发反应
❖ ATP是自由能的载体，它推动那些不输入自由能在 热力学上就不能进行的反应
如细胞内脂肪酸合成中，由乙酰辅酶A羧化为丙二酸单酰 辅酶A这一步
ATPADP +P i
O
CH 3COSCOA HOO CC H 2 C~SCo
❖ ATP在生物体内能量交换中之所以起着核心的作用
ATP是机体内直接用以做功的形式
❖ 在ATP三个磷酸基团中含有 两个磷酸酐键，成为高能 分子
O
O
O
NH 2 C NC HC C N
N CH
N
❖ 当ATP水解为二磷酸腺苷 (ADP)和磷酸(Pi)时，或水
-O
Pγ
-O
O Pβ
-O
O
Pα
-O
OCH
2
H
O H
❖ 营养物质在生物体内氧化分解成H2O 和CO2并释放能量的过程称为生物氧 化（biological oxidation）
❖ 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称 为呼吸作用
❖ 因为是在体内组织细胞中进行的，所 以又称为细胞氧化
第一节 自由能
生物体能量代谢服从能量守恒定律
❖ 热力学第一定律（能量守恒定律）
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
焦磷酸化合物
O
O
O- P O P O-
O-
O-
焦磷酸
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
ATP（三磷酸腺苷）
ADP（二磷酸腺苷）
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
s第五章生物氧化
讲授内容
❖ 第一节 自由能 ❖ 第二节 ATP ❖ 第三节 氧化磷酸化作用 ❖ 第四节 其他生物氧化体系
教学目标
❖ 熟悉氧化与还原反应是如何通过两种 电子传递链偶联的
❖ 了解化学渗透理论的要点，以及电子 传递是如何与ADP的磷酸化偶联的
❖ 熟悉胞液中的NADH转换为线粒体中 的NADH的途径
能量既不能创造也不能消灭，只能从一种形式转 变为另一种形式
热力学第一定律不能预测某一反应能否自发进行。
生物体能量代谢服从热力学第二定律
❖ 热力学第二定律
热的传导只能由高温物体传至低温物体。
任何一种物理或化学的过程都自发地趋向于增加 体系与环境的总熵
自由能
❖ 自由能
是生物体（或恒温恒压下）用来作功的能量 在没有作功条件时，自由能将转变为热能丧失
ADP
ATP
磷酸烯醇式丙酮酸（~P）
丙酮酸激酶
ADP
ATP
3-磷酸甘油酸 烯醇式丙酮酸
第三节 氧化磷酸化作用
一、生物氧化的特点
❖生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实 质相同，都是脱氢、失电子或与氧结合，消耗 氧气，都生成C2O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
乙酰CoC A2 O
丙二酸单酰C
❖ 这样的偶联反应中，酶是重要的偶联剂
底物水平磷酸化
❖ 经过代谢反应，代谢物分子内部产生高能键，在这些高能键 水解时，释放的能量，足以推动ADP或GDP磷酸化。
❖ 这种底物氧化过程中产生的能量直接将ADP磷酸化生成ATP 的过程，称为底物水平磷酸化
1．3-二磷酸甘油酸（~P） 3-磷酸甘油酸激酶
❖熵
是指混乱度或无序性，是一种无用的能
自由能的作用
❖ 在恒温恒压条件（生物体系内）下 ΔG=ΔH-TΔS
G＜0时，体系的反应能自发进行（为放能反应） ΔG＞0时，反应不能自发进行，当给体系补充自由能时，才能推动反
应进行（为吸能反应） ΔG＝ 0时，表明体系已处于平衡状态
❖ 化能营养生物都是从食物氧化的自发过程中获取自由能来完成 生命活动！
生物能量的获得
❖ 光能（太阳能）
光能营养生物——植物和微生物 通过光合作用将光能转变成有机物中稳定的化学
能
❖ 化学能
化能营养生物——动物和人 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
生物氧化概念
H
H
解为磷酸腺苷(AMP)和焦磷 酸(PPi)时，能释放出大量 能量
ATP ADP
HO OH
AMP
ATP推动体内任何一种需要自由能的反应
底物
热能
（散失）
氧化 分解
能
化学能
转移
CO2 H2O
ATP
肌酸储存
C
磷酸肌酸
CP
ADP+Pi
机械能 （肌肉收缩）
电能 （神经传导）
能利用
化学能 热能
（生长修补） （维持体温）
渗透能（吸收、分泌、 离子主动转运）
其它
体 内 能 量 的 产 生 ,转 移 和 利 用
二、ATP具有较高的磷酸基团转移潜势
❖ ATP当水解时具有较强的趋势将末端磷酸基转移给 水。即具有较高的磷酸基团转移的潜势
❖ 生物体内除ATP外还有一些化合物也有很高的转移 磷酸基的潜势
磷酸烯醇式丙酮酸等的磷酸基转移潜势比ATP高。意味 着它们能将磷酸基转移给ADP而生成ATP
体外燃烧
细胞内温和条件 （常温、常压、中性pH、水溶液）
一系列酶促反应 逐步氧化放能，能量利用率高 释放的能量转化成ATP被利用
氮磷键型（如胍基磷酸化合物）
O
NH
PO
C NH O
N CH3 C H 2C O O H
磷酸肌酸
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
C H2C H2C H2C HC O O H
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。
硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
第二节 ATP
一、 ATP是生物体中自由能的通用货币
❖ 分解代谢释放的能量并不能直接被细胞利用，必须 经 一 类 高 能 物 质 —— 其 中 最 主 要 的 是 三 磷 酸 腺 苷 (ATP)暂时储存起来
❖ 也就是说，并不是任何形式的能都可被细胞利用， 细胞直接利用的仅仅是三磷酸腺苷(ATP)一类高能 化合物中所储存的能量
糖降解中许多产物都如此
磷氧键型（—O-P)
酰基磷酸化合物O源自O O-C O P O-CH OH O
CH2 O P O-
O-
1,3-二磷酸甘油酸
OO CH3 C O P O-
O-
乙酰磷酸
酰基磷酸化合物
OO H3N+ C O P O-
O-
氨甲酰磷酸
O
O
RC O P O A O-
酰基腺苷酸
OO
RCH C O P O A