兰州交通大学：《生物化学》课程教学课件（讲稿）第六章 生物氧化与生物能

第七章生物氧化 →维持生命活动的能量，主要有两个来源： →光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合作用将光能 转变成生物能。 →化学能：动物和大多数的微生物，通过生物氧化作用将有 机物质（主要是各种光合作用产物）存储的化学能释放出 来，并转变成生物能。 →有机物质在生物体内的氧化作用，称为生物氧化。生物氧 化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用。在整个生物氧 化过程中，有机物质最终被氧化成C02和水，并释放出能 量

第七章 生物氧化 4 维持生命活动的能量，主要有两个来源： 维持生命活动的能量，主要有两个来源： 4 光能（太阳能）：植物和某些藻类，通过光合作用将光能 （太阳能）：植物和某些藻类，通过光合作用将光能 转变成生物能。 转变成生物能。 4 化学能：动物和大多数的微生物，通过生物氧化作用将有 能：动物和大多数的微生物，通过生物氧化作用将有 机物质（主要是各种光合作用产物）存储的化学能释放出 质（主要是各种光合作用产物）存储的化学能释放出 来，并转变成生物能。 来，并转变成生物能。 4 有机物质在生物体内的氧化作用，称为生物氧化。生物氧 有机物质在生物体内的氧化作用，称为生物氧化。生物氧 化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用。在整个生物氧 化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用。在整个生物氧 化过程中，有机物质最终被氧化成 化过程中，有机物质最终被氧化成CO2和水，并释放出能 和水，并释放出能 量

第一节、生物氧化的方式和特点 一、生物氧化的方式 生物氧化是在一系列氧化一还原酶催化 下分步进行的。每一步反应，都由特 定的酶催化。在生物氧化过程中，主 要包括如下几种氧化方式

第一节、生物氧化的方式和特点 第一节、生物氧化的方式和特点 一、生物氧化的方式 一、生物氧化的方式 生物氧化是在一系列氧化 生物氧化是在一系列氧化 -还原酶催化 下分步进行的。每一步反应，都由特 下分步进行的。每一步反应，都由特 定的酶催化。在生物氧化过程中，主 定的酶催化。在生物氧化过程中，主 要包括如下几种氧化方式。 要包括如下几种氧化方式

1,脱氢氧化反应 (1)脱氢 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地位。它是许多 有机物质生物氧化的重要步骤。催化脱氢反应的是 各种类型的脱氢酶。 烷基脂肪酸脱氢琥珀酸脱氢 COOH COOH CH2 CH 2H+2e- CH2 CH COOH COOH 醛酮脱氢-乳酸脱氢酶 OH CH CHCOOH← CHCCOOH NAD NADH

1．脱氢氧化反应 ．脱氢氧化反应 （1）脱氢 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地位。它是许多 在生物氧化中，脱氢反应占有重要地位。它是许多 有机物质生物氧化的重要步骤。催化脱氢反应的是 有机物质生物氧化的重要步骤。催化脱氢反应的是 各种类型的脱氢酶。 各种类型的脱氢酶。 + 2H+ 2 + e￾COOH CH CH COOH COOH CH2 CH2 COOH 烷基脂肪酸脱氢 烷基脂肪酸脱氢-琥珀酸脱氢 醛酮脱氢-乳酸脱氢酶 CH3CHCOOH OH NAD+ NADH CH3CCOOH O

(2)加水脱氢 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类

（2）加水脱氢 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。 酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。 + 2H + + 2e- R C OH O 酶 R C OH H O H H2O R C O H

2,氧直接参加的氧化反应 这类反应包括：加氧酶催化的加氧反应和氧化 酶催化的生成水的反应。 㗊加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子 中。例如， 甲烷单加氧酶 CH+NADH 02>CH3-OH NAD+H2O 咒氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反 应，反应产物为水。在各种脱氢反应中产生的 氢质子和电子，最后都是以这种形式进行氧化 的

2．氧直接参加的氧化反应 ．氧直接参加的氧化反应 a 这类反应包括：加氧酶催化的加氧反应和氧化 这类反应包括：加氧酶催化的加氧反应和氧化 酶催化的生成水的反应。 酶催化的生成水的反应。 a 加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子 加氧酶能够催化氧分子直接加入到有机分子 中。例如， 甲烷单加氧酶 CH4+ NADH + O + NADH + O2 ⎯→ CH3-OH + NAD OH + NAD+ + H2O a 氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反 氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反 应，反应产物为水。在各种脱氢反应中产生的 应，反应产物为水。在各种脱氢反应中产生的 氢质子和电子，最后都是以这种形式进行氧化 氢质子和电子，最后都是以这种形式进行氧化 的

3,生成二氧化碳的氧化反应 (1)直接脱羧作用 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催 化下，直接从分子中脱去羧基。例如丙 酮酸的脱羧。 (2)氧化脱羧作用 氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮 酸)在氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧 的同时，也发生氧化（脱氢）作用。例 如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸

3．生成二氧化碳的氧化反应 ．生成二氧化碳的氧化反应 （1）直接脱羧作用 ）直接脱羧作用 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催 氧化代谢的中间产物羧酸在脱羧酶的催 化下，直接从分子中脱去羧基。例如丙 化下，直接从分子中脱去羧基。例如丙 酮酸的脱羧。 （2）氧化脱羧作用 ）氧化脱羧作用 氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮 氧化代谢中产生的有机羧酸（主要是酮 酸）在氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧 酸）在氧化脱羧酶系的催化下，在脱羧 的同时，也发生氧化（脱氢）作用。例 的同时，也发生氧化（脱氢）作用。例 如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸。 如苹果酸的氧化脱羧生成丙酮酸

二、生物氧化的特点 1.生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过 程，反应条件温和（水溶液，pH~7和常温）。 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. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 进行的。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

二、生物氧化的特点 二、生物氧化的特点 1. 生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过 生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过 程，反应条件温和（水溶液， 程，反应条件温和（水溶液，pH ∼ 7和常温）。 2. 氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发 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 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。 氢作用直接参予了氧化反应。 4. 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子， 进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子， 通常由各种载体，如 通常由各种载体，如NADH等传递到氧 并 生 成 水

5.生物氧化是一个分步进行的过程。每一 步都由特殊的酶催化，每一步反应的产 物都可以分离出来。这种逐步进行的反 应模式有利于在温和的条件下释放能 量，提高能量利用率。 6.生物氧化释放的能量，通过与ATP合成 相偶联，转换成生物体能够直接利用的 生物能ATP

5. 生物氧化是一个分步进行的过程。每一 生物氧化是一个分步进行的过程。每一 步都由特殊的酶催化，每一步反应的产 步都由特殊的酶催化，每一步反应的产 物都可以分离出来。这种逐步进行的反 物都可以分离出来。这种逐步进行的反 应模式有利于在温和的条件下释放能 应模式有利于在温和的条件下释放能 量，提高能量利用率。 量，提高能量利用率。 6. 生物氧化释放的能量，通过与 生物氧化释放的能量，通过与ATP合成 相偶联，转换成生物体能够直接利用的 相偶联，转换成生物体能够直接利用的 生物能ATP

第二节、生物能及其存在形式 一、生物能和ATP 1.ATP是生物能存在的主要形式 生物能的化学本质是存储于ATP分子焦磷酸键中的化学能。 ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。ATP通过水 解和磷酰化反应，为细胞的各种活动提供能量，而本身 则变成ADP(或AMP)。ATP可以通过光合磷酸化或氧化磷 酸化重新变成ATP。ATP和ADP的相互转变，是连接光能与 化学能的纽带，是生物利用光能或化学能的基本分子机 制。 光能（光合作用-光合磷酸化） 化学能（生物氧化一氧化磷酸化） ADP+Pi ATP 生物能（水解或磷酸化)

第二节、生物能及其存在形式 第二节、生物能及其存在形式 一、生物能和ATP 1. ATP是生物能存在的主要形式 是生物能存在的主要形式 生物能的化学本质是存储于 生物能的化学本质是存储于ATP分子焦磷酸键中的化学能。 分子焦磷酸键中的化学能。 ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。 是能够被生物细胞直接利用的能量形式。ATP通过水 解和磷酰化反应，为细胞的各种活动提供能量，而本身 解和磷酰化反应，为细胞的各种活动提供能量，而本身 则变成ADP（或AMP）。ATP可以通过光合磷酸化或氧化磷 可以通过光合磷酸化或氧化磷 酸化重新变成ATP 。ATP 和ADP的相互转变，是连接光能与 的相互转变，是连接光能与 化学能的纽带，是生物利用光能或化学能的基本分子机 化学能的纽带，是生物利用光能或化学能的基本分子机 制。 光能（光合作用 光能（光合作用 -光合磷酸化） 化学能（生物氧化 化学能（生物氧化 -氧化磷酸化） ADP+Pi ATP 生物能（水解或磷酸化） 生物能（水解或磷酸化）

2.生物化学反应的自由能变化 生物化学反应与普通的化学反应一样，也服从热力学的 规律。 △G=△H0+T△S0 3.ATP与需能生化反应的偶联 口生物体内进行的许多反应，是许多热力学不利的反应 但是这类反应可以通过与一个热力学有利反应的偶联 来实现.即两个偶联反应的自由能变化之和为负值，则 此偶联反应能顺利进行 ATP水解反应不仅可以与热力学不利的反应相偶联， 也可以与其它需能生物活动，如物质转运、细胞运 动、肌肉收缩等偶联，从而为这些需能生物活动提供 自由能

2. 生物化学反应的自由能变化 生物化学反应的自由能变化 生物化学反应与普通的化学反应一样 与普通的化学反应一样,也服从热力学的 也服从热力学的 规律。 △G0= △H0+T△S0 3. ATP与需能生化反应的偶联 ♫生物体内进行的许多反应,是许多热力学不利的反应. 但是这类反应可以通过与一个热力学有利反应的偶联 来实现.即两个偶联反应的自由能变化之和为负值,则 此偶联反应能顺利进行. ♫ATP水解反应不仅可以与热力学不利的反应相偶联, 也可以与其它需能生物活动,如物质转运、细胞运 动、肌肉收缩等偶联，从而为这些需能生物活动提供 自由能