生物氧化和生物能

關(guān)于生物氧化和生物能第1頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三新陳代謝是生物的基本特征之一包括生物在生命活動中所進行的一切分解代謝與合成代謝5.1代謝導(dǎo)論第2頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三生物體內(nèi)新陳代謝各方面的相互關(guān)系：

第3頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三5.2生物氧化第4頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三5.2.1生物氧化的概念、特點及方式第5頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三1、概念有機物在生物體內(nèi)的氧化作用，稱為生物氧化生物氧化通常需氧，又稱為呼吸作用在整個生物氧化過程中，有機物最終被氧化成CO2和H2O，并釋放出能量第6頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三2、生物氧化特點在活體細胞中進行，需酶參加溫和條件復(fù)雜的氧化還原過程能量逐步釋放，以ATP形式儲存和轉(zhuǎn)運第7頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三代謝簡介生物氧化過程代謝分子H+e-O2-H2O能量呼吸鏈脫氫即是被氧化，H可拆分為H++e第8頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三3、生物氧化的方式

脫氫氧化生成CO2的氧化反應(yīng)氧直接參加的氧化第9頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三A.脫氫氧化脫氫加水脫氫第10頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三B.生成CO2的氧化反應(yīng)氧化脫羧第11頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三C.氧直接參加的氧化

加氧酶催化氧分子直接加入到有機分子中，并生成水的反應(yīng)氧化酶主要催化以氧分子為電子受體的氧化反應(yīng)，產(chǎn)物為水第12頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三5.2.2代謝過程的熱力學(xué)原理自由能(G)：指一個反應(yīng)體系中能夠做功的那部分能量。自由能的變化(ΔG)：產(chǎn)物的自由能與反應(yīng)物的自由能之差，與反應(yīng)轉(zhuǎn)變過程無關(guān)。標(biāo)準自由能的變化(ΔG0)：298K，101.3KPa，反應(yīng)物濃度為1mol/L。生化反應(yīng)中標(biāo)準自由能的變化(ΔG0’)：298K，101.3KPa，反應(yīng)物濃度為1mol/L，pH=7。第13頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三如

A+BC+DΔG=(GC+GD)-(GA+GB)ΔG=ΔG0+RTln[C][D]/[A][B]ΔG<0ΔG=0ΔG>0反應(yīng)自發(fā)進行反應(yīng)達到平衡反應(yīng)不能自發(fā)進行第14頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三ATP與需能生化反應(yīng)的偶聯(lián)反應(yīng)體系的總自由能差等于體系中各單獨反應(yīng)自由能的代數(shù)和即一個熱力學(xué)上不能進行的反應(yīng)（ΔG>0）可以被另一個熱力學(xué)上可以進行的反應(yīng)（ΔG<0）所驅(qū)動，只要它們自由能差的代數(shù)和小于零。在生化反應(yīng)中，許多反應(yīng)是被ATP的水解所驅(qū)動的。第15頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三葡萄糖+PiΔG=+13.8kJ/molATP+H2OADP+PiΔG=-30.5kJ/mol6－磷酸葡萄糖+H2O葡萄糖+ATP6－磷酸葡萄糖+ADPΔG=-16.7kJ/mol例如葡萄糖的磷酸化是被ATP水解反應(yīng)所驅(qū)動。第16頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三5.2.3生物能和ATPATP是能夠被生物細胞利用的能量形式光能需要通過光合作用轉(zhuǎn)變成ATP（光合磷酸化）化學(xué)能需通過生物氧化轉(zhuǎn)變成ATP（氧化磷酸化）第17頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三生物體系中的高能磷酸酯類化合物ATP+H2OADP+PiΔG0’=-30.5KJ/molADP+H2OAMP+PiΔG0’=-30.5KJ/molAMP+H2O腺苷+PiΔG0’=-14.2KJ/mol高能磷酸鍵：生化中把磷酸化合物水解時釋出的能量＞20KJ/mol者所含的磷酸鍵稱高能磷酸鍵，常用～P表示，含有高能鍵的化合物稱為高能化合物。第18頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三√√√√√√√第19頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三5.3電子傳遞和氧化磷酸化第20頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三5.3.1線粒體膜的結(jié)構(gòu)特點

ATP合成酶第21頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三線粒體結(jié)構(gòu)線粒體結(jié)構(gòu)模式圖線粒體嵴的分子組成ATP合成酶疏水蛋白與線粒體電子傳遞系統(tǒng)連接的部位第22頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三OSCP（能量轉(zhuǎn)換通道）第23頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三5.3.2線粒體呼吸鏈的組成

線粒體呼吸鏈的電子傳遞酶系及相關(guān)的蛋白，都分布在內(nèi)膜上現(xiàn)在已經(jīng)分離出了四種復(fù)合物，組成完整的線粒體呼吸鏈體系第24頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三5.3.3線粒體呼吸鏈的電子傳遞

第25頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三1、線粒體呼吸鏈的電子傳遞

NADH呼吸鏈：由復(fù)合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cytc組成FADH2呼吸鏈：由復(fù)合體Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及CoQ、Cytc組成第26頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三氧化還原電勢與自由能的變化氧化態(tài)-還原態(tài)第27頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三△G0=-2×[0.82-(-0.32)]×96.485=－220kJ/mol電子從NADH傳遞到O2是具有很強自發(fā)趨勢的氧化反應(yīng)過程反應(yīng)釋放的大量自由能在線粒體呼吸鏈中，是通過一系列的分布反應(yīng)完成的第28頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三電子傳遞鏈中生成ATP的部位NADHFMN△Gθ’=-2×96.485×[(-0.03)-(-0.32)]=-55.96kJ/molCytbCytc△Gθ’=-2×96.485×[0.25-0.07]=-34.7kJ/molCytaa3O2△Gθ’=-2×96.485×[0.82-0.29]=-102.27kJ/mol第29頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三這三個部位所釋放的自由能都足以供給ADP和無機磷酸形成ATP代謝物脫下的2mol氫原子，經(jīng)NADH呼吸鏈而使氧原子還原，有三處可以偶聯(lián)磷酸化，生成3molATP第30頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三P/O比

磷酸化的效率可以通過測定線粒體的P/O來判斷P/O比指每消耗1mol氧原子所消耗無機磷酸的摩爾數(shù)P/O比反映了每消耗1mol氧原子，產(chǎn)生ATP的摩爾數(shù)第31頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三3、電子傳遞反應(yīng)與ATP合成偶聯(lián)機制長期以來，科學(xué)家提出了很多假說現(xiàn)廣泛被接受的理論是1961年英國P.D.米切爾提出的化學(xué)滲透假說第32頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三

因提出氧化磷酸化偶聯(lián)機制：化學(xué)滲透學(xué)說而在1978年獲諾貝爾化學(xué)獎的PeterDMitchellP.D.米切爾

第33頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三化學(xué)滲透假說要點

線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈是一個質(zhì)子泵在電子傳遞鏈中，電子由高能狀態(tài)傳遞到低能狀態(tài)時釋放的能量，用于驅(qū)動膜內(nèi)側(cè)的H+遷移到膜外側(cè)（膜對H+是不通透的），在膜內(nèi)外產(chǎn)生質(zhì)子梯度和電位梯度在膜內(nèi)外電勢差的驅(qū)動下，膜外高能質(zhì)子沿特殊通道跨膜回到膜內(nèi)跨膜過程中釋放的能量，直接驅(qū)動ADP和磷酸合成ATP第34頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三4、氧化磷酸化的解偶聯(lián)作用和抑制作用第35頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三①呼吸毒物—阻斷電子傳遞能夠阻斷電子傳遞鏈中某一部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑第36頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三當(dāng)具有極毒的氰化物進入體內(nèi)過多時，可以因CN-與細胞色素氧化酶的Fe3+結(jié)合成氰化高鐵細胞色素氧化酶，使細胞色素失去傳遞電子的能力，結(jié)果呼吸鏈中斷，細胞死亡第37頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三②解偶聯(lián)劑—

阻礙呼吸鏈釋放的能量用于合成ATP某些化合物能夠消除跨膜的質(zhì)子濃度梯度或電位梯度，解除電子傳遞與磷酸化偶聯(lián)的作用稱為解偶聯(lián)劑實質(zhì)是只有電子傳遞，沒有磷酸化患病毒性感冒時體溫升高，是因為病毒毒素使氧化磷酸化解偶聯(lián)，產(chǎn)生的能量全部變成熱使體溫升高第38頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三③氧化磷酸化抑制劑直接作用于線粒體F0F1-ATP復(fù)合體中F1組分而抑制ATP合成的一類化合物寡霉素與F0的一個亞基結(jié)合抑制F1雙環(huán)己基碳二亞胺（DCCD），阻斷F0的質(zhì)子通道第39頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三例題:在有相應(yīng)酶存在時，在標(biāo)準狀態(tài)下，此反應(yīng)蘋果酸+NAD+

草酰乙酸+NADH++H+

是否可按照箭頭所示的方向進行？解：草酰乙酸+2e-+2H+蘋果酸E0=-0.166VNAD++H++2e-NADH+H+E0=-0.32V

△G0=-2×[-0.32-(-0.166)]×96.485=29.72kJ/mol＞0∴按照箭頭所示的反方向進行

電子受體（氧化態(tài)）電子供體（還原態(tài)）第40頁，講稿共42頁，2023年5月2日，星期三習(xí)題在有