Chapter?24生物氧化 Biological oxidation PHOTOSYNTHESIS RESPIRATION biolog a /司 usE energy sunlight high heat Co H. low 生物能量转换示意图
Chapter24 生物氧化 Biological oxidation 生物能量转换示意图
Chapter24生物氧化 前 生命活动能量的来源 ●来自于体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化,生物体 内的氧化和外界的燃烧在化学本质上相同,方式不同。 2、什么是生物氧化? ●有机分子在机体内氧化分解成CO和H2O并释放出能量的 过程,称为生物氧化(细胞氧化或细胞呼吸)。 生物氧化在形式上虽有加氧、脱氢和失电子的不同形式,但从氧化的 基本概念来看,生物氧化与体外的化学氧化,实质相同,即一种物质丢 失电子是氧化,得到电子是还原 ●特点与意义:在近中性和约37c的水溶液中逐步进行的一 系列酶促反应;逐步释放的能量,一部分用于维持体温,另 一部分用来合成ATP供机体利用
前 言 1、生命活动能量的来源 ●来自于体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化，生物体 内的氧化和外界的燃烧在化学本质上相同，方式不同。 2、什么是生物氧化？ ●有机分子在机体内氧化分解成CO2和H2O并释放出能量的 过程，称为生物氧化（细胞氧化或细胞呼吸）。 生物氧化在形式上虽有加氧、脱氢和失电子的不同形式，但从氧化的 基本概念来看，生物氧化与体外的化学氧化，实质相同，即一种物质丢 失电子是氧化，得到电子是还原。 ●特点与意义：在近中性和约37°C的水溶液中逐步进行的一 系列酶促反应；逐步释放的能量，一部分用于维持体温，另 一部分用来合成ATP供机体利用。 Chapter24 生物氧化
Chapter24生物氧化 氧化一还原电势 1、氧化一还原反应的概念 ●氧化还原反应:凡在反应过程中有电子从一物质(还 原剂)转移到另一物质(氧化剂)的化学反应 An+ t ne====A 2、氧化一还原电势的概念 ●电动势(ξ):=E(正极电极电势)-E(负极电极电势) 3、生物体内重要的氧化一还原电势(117页)
Chapter24 生物氧化 一、氧化—还原电势 1、氧化—还原反应的概念 ●氧化—还原反应：凡在反应过程中有电子从一物质（还 原剂）转移到另一物质（氧化剂）的化学反应。 An+ + ne=====A 2、氧化—还原电势的概念 ●电动势（ξ）：ξ=E（正极电极电势）–E（负极电极电势） 3、生物体内重要的氧化—还原电势（117页）
氧化还原电势与自由能的变化 在生物氧化反应中,氧化与还原总是相互偶联的。一个 化合物(还原剂)失去电子,必然伴随另一个化合物氧 化剂)接受电子。在线粒体呼吸链中,推动电子从 NADH传递到o2的力,是由于NAD+/NADH+H+ 和1/2O2/H2O两个半反应之间存在很大的电势差。 (a)佐O2+2H++2e→H2O =+082V (b )NAD++ H++2e> NADH E0'=-0322 V ■将(a)减去(b),即得(c式 ■(c)佐O2+NADH+2H+→H2O+NAD+E’ +1.14V △G=nF△E=-2x96500×114=-220kJ/mol
◼ 在生物氧化反应中，氧化与还原总是相互偶联的。一个 化合物（还原剂）失去电子，必然伴随另一个化合物(氧 化剂）接受电子。在线粒体呼吸链中，推动电子从 NADH传递到O2的力，是由于NAD+ / NADH + H+ 和1/2 O2 / H2O两个半反应之间存在很大的电势差。 ◼ (a) ½ O2 + 2 H+ + 2 e - → H2O E0 ’ = +0.82 V ◼ (b) NAD+ + H+ + 2 e - → NADH E0 ’ = -0.322 V ◼ 将 (a) 减去 (b)，即得 (c) 式： ◼ (c)½ O2 + NADH + 2H+ → H2O + NAD+ E0 ’ = +1.14 V ◼ G’ =-nF E0 ’ =-2 96500 1.14 = -220 kJ / mol 氧化-还原电势与自由能的变化
电子传递过程和氧化呼吸链 (一)生物氧化的方式 ●生物氧化中物质的氧化方式包括加氧、脱氢和失电子,与 化学上氧化还原的概念是一致的,但需递氢体和递电子体。 (糖、脂肪、氨基酸等)脱氢 脱氢酶的辅酶(氧化 还原型辅酶 型)NAD+、FAD NADH、FADH2) 电子沿一系列的电子传递体转移,最后转移到 分子氧,同时逐步释放大量的自由能,ADP磷 氢以质子形式脱 酸化形成ATP。 下,进入递氢体 生物组织CO的产生主要是有 机酸在酶的催化下脱羧反应完 质子和离子氧结合生成水 成的
二、电子传递过程和氧化呼吸链 （一）生物氧化的方式 ●生物氧化中物质的氧化方式包括加氧、脱氢和失电子，与 化学上氧化—还原的概念是一致的，但需递氢体和递电子体。 （糖、脂肪、氨基酸等） 脱氢 脱氢酶的辅酶（氧化 型）NAD+、FAD 还原型辅酶 （NADH、FADH2） 氢以质子形式脱 下，进入递氢体 电子沿一系列的电子传递体转移，最后转移到 分子氧，同时逐步释放大量的自由能，ADP磷 酸化形成ATP。 质子和离子氧结合生成水 生物组织CO2的产生主要是有 机酸在酶的催化下脱羧反应完 成的
(二)电子传递过程 ●什么是电子传递过程?还原型辅酶通过电子传递再氧 化,这个过程称为电子传递过程。电子传递和ATP形成的偶 联机制称为氧化磷酸化作用,该全过程又称氧化呼吸链或呼 吸代谢。(118页) ●电子传递链的部位:原核细胞存在于质膜上,真核 细胞存在于线粒体内膜上。 (三)呼吸链(电子传递链)概念的建立 它是指代谢物上脱下的氢经一系列递氢体或电子传递体的依次传递, 最后传给分子氧从而生成水的全部体系。 按照还原电势大小排列,即电子亲和力不断增加的顺序 待氧化底物 NAD+ E-FMN FeS CoQ Cyt-b Cyt-c Cyt-a 02 NADH H20 2H+ 120
（二）电子传递过程 ●什么是电子传递过程？——还原型辅酶通过电子传递再氧 化，这个过程称为电子传递过程。电子传递和ATP形成的偶 联机制称为氧化磷酸化作用，该全过程又称氧化呼吸链或呼 吸代谢。（118页） ●电子传递链的部位：原核细胞存在于质膜上，真 核 细胞存在于线粒体内膜上。 （三）呼吸链（电子传递链）概念的建立 它是指代谢物上脱下的氢经一系列递氢体或电子传递体的依次传递， 最后传给分子氧从而生成水的全部体系。 按照还原电势大小排列，即电子亲和力不断增加的顺序 待 氧 化 底 物 NAD+ E-FMN FeS CoQ Cyt-b Cyt-c Cyt-a O2 NADH 2H+ 1/2O¯ H2O
0.4 H 2H+2e released energy, produce ATP electron transport system 2 2H+ 2 H. 0.8 电子流动方向
0000C0CC 2H+ 4H+ 4H+ Intermembrane ++ space 学Q III I Fumar O9+2H Succinate ADP+ Pi NADH +H NAD+ F Matrix k F ATP Chemical ATP Electrical potential synthesIs potential △pH D driven by d Inside proton-motive (inside alkaline) force egative) 呼吸链(电子传递链)各组成成分在线粒体内膜上的定位 1、各组分不对称分布;2、高能质子泵出,形成[H+电化学梯度
呼吸链（电子传递链）各组成成分在线粒体内膜上的定位 1、各组分不对称分布；2、高能质子泵出，形成[H+ ]电化学梯度
(四)呼吸链(电子传递链)各个成员 ①NADH:还原型辅酶 它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得 到的产物。NADH所携带的高能电子是 线粒体呼吸链主要电子供体之 NAD+ + +2 H、H CON JH2 Re eduction CONH Oxidation N N
（四）呼吸链（电子传递链）各个成员 NADH：还原型辅酶 ◼ 它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得 到的产物。NADH所携带的高能电子是 线粒体呼吸链主要电子供体之一
(四)呼吸链(电子传递链)各个成员 铁硫蛋白 n铁硫蛋白简写为Fe-S是一种与电子传递有关的蛋白质,它与 NADH-Q还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。 它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有两 个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过Fe3+←>Fe2+变 化起传递电子的作用 b Cyss S-Cys Protein S-Cys CysS Cys-S S-C Protein
（四）呼吸链（电子传递链）各个成员 铁硫蛋白 ◼ 铁硫蛋白(简写为Fe-S)是一种与电子传递有关的蛋白质，它与 NADH−Q还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物形式存在。 ◼ 它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在。(2Fe-2S)含有两 个活泼的无机硫和两个铁原子。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变 化起传递电子的作用
