山东第一医科大学（泰山医学院）：《生物化学》课程教学资源（PPT课件）生物氧化 Biological Oxidation

Smooth- endoplasmic reticulum Rough endoplasmic reticulum 第9章生物氧化 Biological Oxidation Cytochrome c H+H+ CvtochromeH H+ a+ reductase ATP synthase 2H+1 ADP+P Figure 7.18(2) ATP

第9章 生物氧化 Biological Oxidation

和 本章主要内容 生物氧化概述 ATP 氧化磷酸化 其他生物氧化系统

本章主要内容  生物氧化概述  ATP  氧化磷酸化  其他生物氧化系统

生物氧化(Biological oxidation) 营养物质在动物机体内氧化，生成二氧化碳和水 并有能量释放。这个过程在细胞中进行，宏观上表现 为呼吸作用，因此也将生物氧化称为组织氧化或细胞 氧化、组织呼吸或细胞呼吸。 不同于有机物质在体外的剧烈燃烧，伴随着大量 热能的释放，生物氧化在温和的条件下进行，能量缓 慢的释放

1 生物氧化( Biological oxidation) 营养物质在动物机体内氧化，生成二氧化碳和水， 并有能量释放。这个过程在细胞中进行，宏观上表现 为呼吸作用，因此也将生物氧化称为组织氧化或细胞 氧化、组织呼吸或细胞呼吸。 不同于有机物质在体外的剧烈燃烧，伴随着大量 热能的释放，生物氧化在温和的条件下进行，能量缓 慢的释放

动物机体能量的产生与转移与利用 营养物质经过生物氧化生成二氧化碳和水，在此过程中 释放能量。其中一部分以热的形式释放，另一部分被“截获” 并储存到ATP分子中（使ADP+Pi一ATP,即磷酸化），可 以作为有用功在各种生理活动，如肌肉收缩（机械能)、神 经传导（电能)、生物合成（化学能)、分泌吸收（渗透能) 中利用。 因此，ATP（三磷酸腺苷)被称为机体中通用的能量 货币

动物机体能量的产生与转移与利用 营养物质经过生物氧化生成二氧化碳和水，在此过程中 释放能量。其中一部分以热的形式释放，另一部分被“截获” 并储存到ATP分子中（使ADP+Pi ATP, 即磷酸化），可 以作为有用功在各种生理活动，如肌肉收缩（机械能）、神 经传导（电能）、生物合成（化学能）、分泌吸收（渗透能） 中利用。 因此，ATP（三磷酸腺苷）被称为机体中通用的能量 货币

线粒体 细胞的动力站 Microfilament Centriole Nucleus Ribosomes 内膜 Smooth- endoplasmic 膜间隙 reticulum ® 外膜 Mitochondrion p Rough 222 endoplasmic 28m史 柄部 reticulum Golgi apparatus Lysosome 基底部头部 生物氧化过程主要在线粒体的内膜上进行，内膜上分布着 许多的酶和电子传递体，构成两条呼吸链。内膜上结合的 颗粒（内膜粒子，或称基粒、三分体等）具有ATP合酶的 活性，称F.FATPase

线粒体——细胞的动力站 生物氧化过程主要在线粒体的内膜上进行，内膜上分布着 许多的酶和电子传递体，构成两条呼吸链。内膜上结合的 颗粒（内膜粒子，或称基粒、三分体等）具有ATP合酶的 活性，称FoF1ATPase

2ATP（三磷酸腺苷) 2.1'ATP的分子结构和高能磷酸键 NH2 ATP等的分子中的焦 磷酸键在水解时或在 转移时，可释放很高 的能量，大于 30.56kJ/moL,称高 能磷酸键。 HO OH ATP 陶 ADP AMP

2 ATP （三磷酸腺苷） 2.1 ATP的分子结构和高能磷酸键 ATP等的分子中的焦 磷酸键在水解时或在 转移时，可释放很高 的能量，大于 30.56kJ/moL，称高 能磷酸键。 H2 HO C C N - O H OH H HO H H OCH2 O O - O O P O - - P O O O P O N C CH HC C N N N γ β α ATP AMP ADP

2.2ATP具有较高的磷酸基团转移势 表9-3各种磷酸化合物的水解自由能 磷酸化合物 水解自由能AG(kJ/moL) 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) -61.69 氨基甲酰磷酸 -50.50 乙酰基磷酸 -43.12 磷酸肌酸(CP) -43.12 焦磷酸(PPi) -33.49 ATP(→ADP+Pi) -30.56 葡萄糖-1-磷酸（G-1-P) -20.93 葡萄糖-6磷酸(G-6-P) -13.82 α-磷酸甘油 -9.21 高能磷酸化合物有转移其磷酰基的倾向， 形成较低能量的磷酸脂。ATP是磷酰基的传递体

表 9-3 各种磷酸化合物的水解自由能 磷酸化合物 水解自由能ΔG（kJ/moL） 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） -61.69 氨基甲酰磷酸 -50.50 乙酰基磷酸 -43.12 磷酸肌酸（CP） -43.12 焦磷酸（PPi） -33.49 ATP（→ADP + Pi） -30.56 葡萄糖-1-磷酸（G-1-P） -20.93 葡萄糖-6-磷酸（G-6-P） -13.82 α-磷酸甘油 -9.21 高能磷酸化合物有转移其磷酰基的倾向， 形成较低能量的磷酸脂。ATP是磷酰基的传递体。 2.2 ATP具有较高的磷酸基团转移势

2.3ATP以偶联反应的方式推动非自发的反应 例如，细胞中合成脂肪酸时有以下反应： 乙酰C0A+CO2 →丙二酸单酰C0A △G=+18.84kj/moL,不能自发进行。 乙酰C0A羧化酶（生物素为辅酶）催化以下反应： 1.E-生物素+CO,+ATP+H0 )+E-生物素CO,+ADP+P △G=-17.58kj/moL 2.E-生物素-C0,+乙酰C0A+E-生物素+丙二酸单酰C0A △G=-1.00kj/moL 总反应为： 乙酰C0A+CO2+ATP+H,0 +丙二酸单酰C0A+ADP+P, △G=-18.59kj/moL

2.3 ATP以偶联反应的方式推动非自发的反应 例如，细胞中合成脂肪酸时有以下反应： 乙酰CoA+ CO2 丙二酸单酰CoA ΔG = +18.84kj/moL，不能自发进行。 乙酰CoA羧化酶（生物素为辅酶）催化以下反应： 1．E-生物素+ CO2+ ATP +H2O E-生物素- CO2 + ADP + Pi ΔG = - 17.58 kj/moL 2. E-生物素- CO2 + 乙酰CoA E-生物素 + 丙二酸单酰CoA ΔG = -1.00 kj/moL 总反应为： 乙酰CoA+ CO2+ ATP +H2O 丙二酸单酰CoA+ ADP + Pi ΔG = -18.59kj/moL

2.4ATP的生成方式 1.底物水平的磷酸化（回忆糖的分解代谢） 2. 氧化磷酸化(oxydative phosphorylation) 底物脱下的氢(2H→2H++2e)经过呼吸链(respiratory chain) 或电子传递系统(electronic transport system)的传递最后交给氧， 并与之结合生成水。在此过程中，氧化释放的部分能量以高能磷酸 键的形式储存在ATP分子中 (ADP+Pi一ATP),这种氧化过程与磷酸化过程的偶联称为氧 化磷酸化。这是需氧生物合成ATP的主要方式

2.4 ATP的生成方式 1. 底物水平的磷酸化（回忆糖的分解代谢） 2. 氧化磷酸化 (oxydative phosphorylation ) 底物脱下的氢（2H 2H+ + 2e）经过呼吸链( respiratory chain) 或电子传递系统( electronic transport system )的传递最后交给氧， 并与之结合生成水。在此过程中,氧化释放的部分能量以高能磷酸 键的形式储存在ATP分子中 （ADP+Pi ATP），这种氧化过程与磷酸化过程的偶联称为氧 化磷酸化 。这是需氧生物合成ATP的主要方式

3 呼吸链(respiratory chain) 3.1呼吸链的组成成分 不需氧脱氢酶 辅酶Q（(C0Q,泛醌) 细胞色素(Cyt) 铁硫复合物(FeS,铁硫中心)》 细胞色素a,a3,即细胞色素c氧化酶 这些成分在呼吸链上以一定的顺序排列传递电子和氢，构 成电子传递系统(Electronic Transport System) 圈

不需氧脱氢酶 辅酶Q（CoQ，泛醌） 细胞色素（Cyt） 铁硫复合物（FeS，铁硫中心） 细胞色素a,a3，即细胞色素c氧化酶 这些成分在呼吸链上以一定的顺序排列传递电子和氢，构 成电子传递系统（Electronic Transport System） 3 呼吸链( respiratory chain) 3.1 呼吸链的组成成分