沈阳农业大学：《基础生物化学》课程教学资源（教材讲义）第6章生物氧化与氧化磷酸化.pdf_大学文库

第六章生物氧化与氧化磷酸化生物的一切活动都需要能量。绿色植物和光合细菌等自养生物通过光合作用，利用大阳能将CO2和H,0同化为糖类等有机化合物，使太阳能转变成化学能贮存于其中：动物和某些微生物等异养生物不能直接利用太阳能，只能利用光合植物形成的有机化合物在生物体内氧化产生有效化学能。生物主要通过细胞呼吸作用把有机化合物氧化成C02和H,0, 同时产生ATP。这就是生物在物质代谢中伴随的能量代谢与能量转换本章首先介绍生物氧化的基本概念、特点及方式，然后侧重讨论各类有机物（糖、虽白质、脂肪等)在细胞内进行生物氧化所经历的一段共同的终端氧化过程中，代谢中间物脱氢生成的还原型辅酶(NADH和FADH2)如何经电子传递链（呼吸链）的电子传递被分子氧氧化，电子传递过程如何与ADP砖酸化生成ATP的过程相偶联。第一节生物氧化概述一、生物氧化的概念、特点、方式 (一)生物氧化的概念牛物活动的能量主要来源是有机物质糖、蛋白质或脂肪在生物体内的氧化。我们把糖蛋白质脂肪等有机物质在生物活细胞里进行氧化分解，最终生成C02和H0,同时释放大量能量的过程称广义的生物氧化()。高等动物通过肺部进行呼吸吸入氧，排出二氧化碳，吸入氧用来氧化摄入体内的营养物质获得能量，微生物则以细胞直接进行呼吸，因此生物氧化又称组织呼吸、细胞呼吸。生物氧化包括细胞呼吸作用中的系列氧化还原反应。糖、蛋白质、脂肪等有机物在生物体内彻底氧化之前，总是先进行分解代谢。它们的分解代谢途径是复杂而又不相同的，但它们在彻底氧化为C0和，0时，都经历一段相同的终端氧化过程，也就是狭义的生物氧化，即代谢中间物脱氢生成的还原型辅酶(NADH 和FADH)经电子传递链（呼吸链）传递给分子氧生成水，电子传递过程伴随着ADP磷酸化生成ATP。 (一)生物化的特片生物氧化与有机物质在体外燃烧（或非生物氧化）的化学本质是相同的都是加氧去氢、失去电子，最终的产物都是CO2和H,0,并且有机物质在生物体内彻底氧化伴随的能量释放与在体外完全燃烧释放的能量总量相等，但二者表现的形式和氧化条件不同。生物氧化有其自身特点：第一，生物氧化是在活细胞内、在体温、常压、近于中性pH及有水环境介质中进行的，是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进行的：第二，生物氧化时，氧化还原过程逐步进行，能量逐步释放，这样不会因为氧化过程中能量骤然程 189

189 第六章生物氧化与氧化磷酸化生物的一切活动都需要能量。绿色植物和光合细菌等自养生物通过光合作用，利用太阳能将 CO2 和 H2O 同化为糖类等有机化合物，使太阳能转变成化学能贮存于其中；动物和某些微生物等异养生物不能直接利用太阳能，只能利用光合植物形成的有机化合物在生物体内氧化产生有效化学能。生物主要通过细胞呼吸作用把有机化合物氧化成CO2和H2O，同时产生 ATP。这就是生物在物质代谢中伴随的能量代谢与能量转换。本章首先介绍生物氧化的基本概念、特点及方式，然后侧重讨论各类有机物（糖、蛋白质、脂肪等）在细胞内进行生物氧化所经历的一段共同的终端氧化过程中，代谢中间物脱氢生成的还原型辅酶（NADH 和 FADH2）如何经电子传递链（呼吸链）的电子传递被分子氧氧化，电子传递过程如何与 ADP 磷酸化生成 ATP 的过程相偶联。第一节生物氧化概述一、生物氧化的概念、特点、方式 (一)生物氧化的概念生物活动的能量主要来源是有机物质糖、蛋白质或脂肪在生物体内的氧化。我们把糖、蛋白质、脂肪等有机物质在生物活细胞里进行氧化分解，最终生成 CO2 和 H2O，同时释放大量能量的过程称广义的生物氧化（biological oxidation）。高等动物通过肺部进行呼吸，吸入氧，排出二氧化碳，吸入氧用来氧化摄入体内的营养物质获得能量，微生物则以细胞直接进行呼吸，因此生物氧化又称组织呼吸、细胞呼吸。生物氧化包括细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反应。糖、蛋白质、脂肪等有机物在生物体内彻底氧化之前，总是先进行分解代谢。它们的分解代谢途径是复杂而又不相同的，但它们在彻底氧化为 CO2 和 H2O 时，都经历一段相同的终端氧化过程，也就是狭义的生物氧化，即代谢中间物脱氢生成的还原型辅酶（NADH 和 FADH2）经电子传递链（呼吸链）传递给分子氧生成水，电子传递过程伴随着 ADP 磷酸化生成 ATP。 (二)生物氧化的特点生物氧化与有机物质在体外燃烧（或非生物氧化）的化学本质是相同的，都是加氧、去氢、失去电子，最终的产物都是 CO2 和 H2O，并且有机物质在生物体内彻底氧化伴随的能量释放与在体外完全燃烧释放的能量总量相等，但二者表现的形式和氧化条件不同。生物氧化有其自身特点：第一，生物氧化是在活细胞内、在体温、常压、近于中性 pH 及有水环境介质中进行的，是在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐步进行的；第二，生物氧化时，氧化还原过程逐步进行，能量逐步释放，这样不会因为氧化过程中能量骤然释

4.脱电子(e)反应从作用物分子中脱下一个电子。例如： 2+ 还原反应与氧化反应相反，即脱氧、加氢、加电子。氧化与还原反应不能孤立地进行一种物质被氧化，必有另一种物质被还原，所以氧化和还原反应总是偶联进行的。被氧化的物质失去电子或氢原子，必有物质得到电子或氢原子而被还原。被氧化的物质是还原剂 (reductant),是电子或氢的供体，被还原的物质则是氧化剂(oxidant),是电子或氧的受体。在生物氧化中，既能接受氢（或电子），又能供给氢（或电子）的物质，起传递氢（或电子)的作用，称为传递氢载体（或电子载体，)。二、氧化还原电位及自由能生物氧化的功能是为生物体的生命活动提供能量，非光合生物体只能利用化学能，而某些光合生物如某些光合细菌则可以利用光能化学能是化合物的属性，化学能主要以键能的形式贮存在化合物的原子间的化学上，原子间的化学键靠电子以一定的轨道绕核运转来维持。电子占据的轨道不同，其具有的电子势能就不同。当电子从一较高能级的轨道跃迁到一较低能级的轨道时，就有一定的能量释放，反之，则要吸收一定的能量。氧化还原的本质是电子的迁移，是电子从还原剂转移到氧化剂的过程。因此，不难理解，生物氧化过程中，由于被氧化的底物上的电子势能发生了跃降而有能量 )氧化还原电位在生物氧化反应中，通过研究各种化合物对电子的亲和力，可以了解它们是容易被氧化（作为电子供体），还是容易被还原（作为电子受体）。通常用氧化-还原电位 otentials)相对地表示各种化合物对电子亲和力的大小生物体内任何的氧化还原物质连有都可以有氧化还原电位产生。生物体内许多重要的生化物质氧化-还原体系的氧化还原电位己经测出，其数据见表6-1 因为氧化还原电位较高的体系，其氧化能力较强：反之，氧化还原电位较低的体系，其还原能力较强，因此，根据氧化还原电位大小，可以预测任何两个氧化还原体系如果发生反应时其氧化-还原反应向哪个方向进行。从表61中可看出号02/0系统有可能氧化所有在它以上的各个体系，反过来说，这些体系也都有可能使二0/H,0体系还原。氧化还原体系对生物体之所以重要，不只是因为生物体内许多重要反应都属于氧化还原反应，更重要的是生物体的能量来源于体内所进行的氧化还原反应。要了解氧化还原体系和能量之间的关系必须弄清有关能量的一些基本概念。 191

191 4．脱电子（e）反应从作用物分子中脱下一个电子。例如： Fe 2+ Fe 3+*+ e －还原反应与氧化反应相反，即脱氧、加氢、加电子。氧化与还原反应不能孤立地进行，一种物质被氧化，必有另一种物质被还原，所以氧化和还原反应总是偶联进行的。被氧化的物质失去电子或氢原子，必有物质得到电子或氢原子而被还原。被氧化的物质是还原剂（reductant），是电子或氢的供体，被还原的物质则是氧化剂（oxidant），是电子或氢的受体。在生物氧化中，既能接受氢（或电子），又能供给氢（或电子）的物质，起传递氢（或电子）的作用，称为传递氢载体（或电子载体，electron carriers）。二、氧化还原电位及自由能生物氧化的功能是为生物体的生命活动提供能量，非光合生物体只能利用化学能，而某些光合生物如植物、某些光合细菌则可以利用光能。化学能是化合物的属性，化学能主要以键能的形式贮存在化合物的原子间的化学键上，原子间的化学键靠电子以一定的轨道绕核运转来维持。电子占据的轨道不同，其具有的电子势能就不同。当电子从一较高能级的轨道跃迁到一较低能级的轨道时，就有一定的能量释放，反之，则要吸收一定的能量。氧化还原的本质是电子的迁移，是电子从还原剂转移到氧化剂的过程。因此，不难理解，生物氧化过程中，由于被氧化的底物上的电子势能发生了跃降而有能量释放。（一）氧化还原电位在生物氧化反应中，通过研究各种化合物对电子的亲和力，可以了解它们是容易被氧化（作为电子供体），还是容易被还原（作为电子受体）。通常用氧化-还原电位（oxidation-reduction potentials）相对地表示各种化合物对电子亲和力的大小。生物体内任何的氧化还原物质连在一起，都可以有氧化-还原电位产生。生物体内许多重要的生化物质氧化-还原体系的氧化-还原电位已经测出，其数据见表 6-1。因为氧化还原电位较高的体系，其氧化能力较强；反之，氧化还原电位较低的体系，其还原能力较强，因此，根据氧化还原电位大小，可以预测任何两个氧化-还原体系如果发生反应时其氧化-还原反应向哪个方向进行。从表 6-1 中可看出 2 1 O2 / H2O 系统有可能氧化所有在它以上的各个体系，反过来说，这些体系也都有可能使 2 1 O2 / H2O 体系还原。氧化还原体系对生物体之所以重要，不只是因为生物体内许多重要反应都属于氧化还原反应，更重要的是生物体的能量来源于体内所进行的氧化还原反应。要了解氧化-还原体系和能量之间的关系必须弄清有关能量的一些基本概念

192 表 6-1 生物体中某些重要氧化-还原体系的标准氧化-还原电位 E0′pH=7.0，25～30℃ 标准氧化-还原电位 E0′（V）乙酸＋ 2H +＋ 2e - 乙醛＋H2O －0.58 2H + ＋ 2e - H2 －0.421 α-酮戊二酸＋ CO2 ＋2H + ＋2e - 异柠檬酸－0.38 乙酰乙酸＋ 2H + ＋ 2e - β-羟丁酸－0.346 NAD + ＋2H + ＋2e - NADH ＋ H + －0.320 NADP + ＋ 2H + ＋ 2e - NADPH ＋ H + －0.324 乙醛＋ 2H + ＋ 2e - 乙醇－0.197 丙酮酸＋ 2H + ＋ 2e - 乳酸－0.185 FAD ＋ 2H + ＋2e - FADH2 －0.180 FMN ＋ 2H + ＋2e - FMNH2 －0.180 草酰乙酸＋ 2H + ＋ 2e - 苹果酸－0.166 延胡索酸＋ 2H + ＋ 2e - 琥珀酸－0.031 2 细胞色素 b（Fe 3+）＋ 2e - 2 细胞色素 b（Fe 2+） +0.030 氧化型辅酶 Q ＋ 2H + ＋2e 还原型辅酶 QH2 +0.10 2 细胞色素 c1 （Fe 3+）＋2e - 2 细胞色素 c1 （Fe 2+） +0.22 2 细胞色素 c （Fe 3+）＋ 2e - 2 细胞色素 c （Fe 2+） +0.25 2 细胞色素 a （Fe 3+）＋ 2e - 2 细胞色素 a （Fe 2+） +0.29 2 细胞色素 a3 （Fe 3+）＋ 2e - 2 细胞色素 a3 （Fe 2+） +0.385 1 2 O2 ＋ 2H + ＋2e - H2O +0.816 注：细胞色素类和辅酶 Q 的电势因它们所处的线粒体膜中状态或分离提纯不同而有所不同。（二）自由能的概念生物体生命活动所需的能量都来自化学变化。在能量概念中，自由能（free energy）的概念对研究生物化学的过程有重要意义。因为机体用以做功的能正是体内有机物在化学反应中所释放出的自由能。自由能的概念在物理化学中是指体系在恒温、恒压下所做的最大有用功的那部分能量；在生物化学中，凡是能够用于做功的能量就称为自由能。生物氧化反应近似于在恒温、恒压状态下进行，过程中发生的能量变化可以用自由能变化△G 表示。△G 表达从某个反应可以得到多少可利用的能量，也是衡量化学反应的自发性的标准。例如，物质 A 转变为物质 B 的反应： A B △G = GB－GA 当△G 为正值时，反应是吸能的，不能自发进行，必须从外界获得能量才能被动进行

但其逆反应则是自发的：当△G是负值时，反应是放能的，能自发讲行，自发反应讲行的推动力与自由能的降低成正比。一个物质所含的自由能裁少就越稳定。由此可见△G值的正负表达了反应发生的方向，而△G的数值则表达了自由能变化量的大小。当△G=0时，表明反应体系处于平衡此时反应向任方向进行都缺乏推动力应该说明的是：通过实验测得的有自由能降低的化学反应并不等于这个反应实际上已经自发地进行，还必须供给反应分子的活化能或用催化剂来降低活化能，反应才能进行。生物催化剂酶就起若这种催化作用。例如，葡萄糖可被O,氧化成CO,和HO,其反应方程式如下： CH06+60 →6C02+6H,0 此反应的△G是一个很大的负值（约为一2870.2kml),但这一相当大的△G只能说明反应是释放能量，却与反应速率没有关系。当葡萄糖在弹式量热计中有催化剂存在时，它可在几秒种内发生氧化：在大多数生物体中，上述反应可在数分钟到数小时内完成。但是把葡萄糖放在玻璃瓶中，即使有空气它也可以存放数年而不发生氧化反应。 (三)氧化还原电位与自由能变化个化学反应的自由能变化与该反应的平衡常数和质量作用定律密切相关。当一个反应处于平衡态时， A+BC+D 「C1「D1/「A1「B1=K ,这里[C]、[D]、[A]、[B]代表物质的浓度，K是平衡常数当物乘积与反应物积的比值等于K 反应处于平衡状态大 Kg时，反应趋向左方进行：小于K时，反应趋向右方进行。相应的自由能改变是△G=0,△G>0, △G<0 可以看出，△G不但取决于反应物和产物的化学结构，还取决于它们的浓度，因为浓度决定反应的方向。则为101.325kPa,所测得的值称为标准自由能变化，用△G表示。在化学反应中，自由能和化学反应平衡常数K之间有如下的关系△G =-RTInKe 在生物体内参与反应的物质浓度都很低，往往不是在标准状况，所测得的自由能变化并不是标准自由能变化，用△G表示。△G与标准自由能变化△G之间有定的关系，可用公式表示在许多生物化学反应中，还往往包括H离子的变化，自由能随pH的变化也会有较大的改变，因此所测得的自由能变化应注明离子浓度，当pH=7.0时，反应的标准自由能用△G'表示，因为在生物化学能量学(biochemical energetics)中，通常把pH7.0作为标准状态( state),不是以物理化学中应用的pH0.0(即氢离子浓度为1.0molL) 作为标准因此该△G·称生化标准自由能变化应该指出的是，无论在试管中或在细胞中要维持单位摩尔浓度的环境是很困难的，而且生物体内许多代谢作用发生在非均相系统中。尽管如此，标准自由能变化的概念在中间 193

193 但其逆反应则是自发的；当△G 是负值时，反应是放能的，能自发进行，自发反应进行的推动力与自由能的降低成正比。一个物质所含的自由能越少就越稳定。由此可见△G 值的正负表达了反应发生的方向，而△G 的数值则表达了自由能变化量的大小。当△G=0 时，表明反应体系处于平衡状态，此时反应向任一方向进行都缺乏推动力。应该说明的是：通过实验测得的有自由能降低的化学反应并不等于这个反应实际上已经自发地进行，还必须供给反应分子的活化能或用催化剂来降低活化能，反应才能进行。生物催化剂酶就起着这种催化作用。例如，葡萄糖可被 O2 氧化成 CO2和 H2O，其反应方程式如下： C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O 此反应的△G 是一个很大的负值（约为－2870.2kJ/mol），但这一相当大的△G 只能说明反应是释放能量，却与反应速率没有关系。当葡萄糖在弹式量热计中有催化剂存在时，它可在几秒种内发生氧化；在大多数生物体中，上述反应可在数分钟到数小时内完成。但是把葡萄糖放在玻璃瓶中，即使有空气它也可以存放数年而不发生氧化反应。（三）氧化还原电位与自由能变化一个化学反应的自由能变化与该反应的平衡常数和质量作用定律密切相关。当一个反应处于平衡态时， A + B C + D ［C］［D］/［A］［B］=Keq，这里［C］、［D］、［A］、［B］代表物质的浓度，Keq 是平衡常数。当产物乘积与反应物乘积的比值等于 Keq 时，反应处于平衡状态；大于 Keq 时，反应趋向左方进行；小于 Keq 时，反应趋向右方进行。相应的自由能改变是△G=0，△G>0, △G<0。可以看出，△G 不但取决于反应物和产物的化学结构，还取决于它们的浓度，因为浓度决定反应的方向。化学反应的自由能随环境温度和物质浓度（活度）而改变，在比较自由能变化时，必须在标准状况下进行测定，即 25℃，溶液中溶质的标准状态为单位摩尔浓度，若为气体，则为 101.325kPa，所测得的值称为标准自由能变化，用△G 表示。在化学反应中，自由能和化学反应平衡常数 Keq 之间有如下的关系△G =－RTlnKeq。在生物体内参与反应的物质浓度都很低，往往不是在标准状况，所测得的自由能变化并不是标准自由能变化，用△G 表示。△G 与标准自由能变化△G 之间有一定的关系，可用公式表示△G=△G ＋RTlnKeq。在许多生物化学反应中，还往往包括 H ＋离子的变化，自由能随 pH 的变化也会有较大的改变，因此所测得的自由能变化应注明 H ＋离子浓度，当 pH=7.0 时，反应的标准自由能用△G ′表示，因为在生物化学能量学（biochemical energetics）中，通常把 pH 7.0 作为标准状态（reference state），不是以物理化学中应用的 pH 0.0（即氢离子浓度为 1.0mol/L）作为标准。因此该△G ′称生化标准自由能变化。应该指出的是，无论在试管中或在细胞中要维持单位摩尔浓度的环境是很困难的，而且生物体内许多代谢作用发生在非均相系统中。尽管如此，标准自由能变化的概念在中间

代谢研究中仍然很有用。自由能的变化可以从平衡常数计算，也可以由反应物与产物的氧化还原电位计算。在实验的基础上，总结出反应的自由能变化与氧化还原体系的氧化还原电位差有如下关系 △G=-nFAE 若为标准态，则表示为△G'=一nF△Eo 式中n迁移的电子数法拉第常数(23.063 kcal/mol或96,487kJ/Wmol) 传递链中NAD7(NADH+r)的氧化还原标准电位为一0.32V,而OH,O的氧化还原标准电位为+O.816V,因此一对电子自NADH+H传递到氧原子的反应中，标准自由能变化可按上式计算求得： -nF△E'=-296.4871.136=-219.22kJ 然而在生物体内，并不是有电位差的任何两体系间都能发生反应，如上述的NAD (NADH+F)和O,H,O两体系之间的电位差很大，它们之间直接反应的趋势很强烈。但是这种直接反应通常不能发生，因为生物体是高度组织的，氢（电子）通过组织化的各中间传递体按顺序传递，能量的释放才能逐步进行。三、高能磺酸化合物磷酸化合物在生物机体的能量转换过程中起着重要作用。在机体内有许多磷酸化合物，其磷酸键中贮存大量的能这种能量称为磷酸键能。一般将含有20.9k/mol以上能量的磷酸化合物称为高能磷酸化合物，含有高能的健称为高能键。高能键常以“一”符号表示。在生物化学中所说的“高能键”和物理化学中的“高能键”的含意是根本不同的。物理化学中的高能健是指该健很稳定，要使其断裂则需大量的能量。而生物化学中的“高能键”指的是随者水解反应或基团转移反可放出大量自由能的健，此处高能键是不稳定键，如具有高的磷酸基团转移势能或水解时释放较多自由能的磺酸研键或硫酸键。 (一)高能磷酸化合物的类型在生物体内具有高能键的化合物是很多的，根据键的特性，可以分成几种类型： 1。货氧排型（一Op) 属于这种键型的化合物很多，又可分成几类： (1)焦磷酸化合物 194

194 代谢研究中仍然很有用。自由能的变化可以从平衡常数计算，也可以由反应物与产物的氧化还原电位计算。在实验的基础上，总结出反应的自由能变化与氧化还原体系的氧化还原电位差有如下关系： △G =－nF△E 若为标准态，则表示为△G ′=－nF△E0′ 式中 n 迁移的电子数 F 法拉第常数（23.063 kcal/mol 或 96.487 kJ/V mol） △E 发生反应的两个氧化-还原体系电位差利用这个式子对于任何一对氧化还原反应都可由△E 方便地计算出△G。例如，NADH 传递链中 NAD + /（NADH＋H +）的氧化还原标准电位为－0.32V，而 1 2 O2/H2O 的氧化还原标准电位为+0.816V，因此一对电子自 NADH+H +传递到氧原子的反应中，标准自由能变化可按上式计算求得： △E0′= 0.816－（－0.32）= 1.136V △G ′= －nF△E0′= －2 96.487 1.136 = －219.22 kJ 然而在生物体内，并不是有电位差的任何两体系间都能发生反应，如上述的 NAD + / （NADH＋H +）和 1 2 O2/H2O 两体系之间的电位差很大，它们之间直接反应的趋势很强烈。但是这种直接反应通常不能发生，因为生物体是高度组织的，氢（电子）通过组织化的各中间传递体按顺序传递，能量的释放才能逐步进行。三、高能磷酸化合物磷酸化合物在生物机体的能量转换过程中起着重要作用。在机体内有许多磷酸化合物，其磷酸键中贮存大量的能，这种能量称为磷酸键能。一般将含有 20.9 kJ/mol 以上能量的磷酸化合物称为高能磷酸化合物，含有高能的键称为高能键。高能键常以“～”符号表示。在生物化学中所说的“高能键”和物理化学中的“高能键”的含意是根本不同的。物理化学中的高能键是指该键很稳定，要使其断裂则需大量的能量。而生物化学中的“高能键”指的是随着水解反应或基团转移反应可放出大量自由能的键，此处高能键是不稳定的键，如具有高的磷酸基团转移势能或水解时释放较多自由能的磷酸酐键或硫酸键。 (一)高能磷酸化合物的类型在生物体内具有高能键的化合物是很多的，根据键的特性，可以分成几种类型。 1．磷氧键型（－O～P）属于这种键型的化合物很多，又可分成几类：（1）焦磷酸化合物

式。磷酸肌酸在供给肌肉能量上特别重要，储藏在其分子中的高能磷酸键(~P)供给肌肉收缩所需要的ATP。当肌肉ATP浓度高时，末端磷酸基团即转移到肌酸上产生磷酸肌酸。当ATP因肌肉运动而消耗时，ADP浓度增高，促进磷酸基团向相反方向转移，即生成ATP。在一些无脊椎动物如虾蟹的肌肉中则以磷酸精氨酸作为能量的储藏形式：肌酸+ATP亡磷酸肌酸+ADP (一)ATP在能量转换中的作用 ATP是高能磷酸化合物中的典型代表。ATP是由腺嘌吟、核糖及三磷酸单位组成的核苷酸，ATP的活化形式通常为ATP与Mg(或Mn2)的复合物。 0 0 腺嘌呤一核糖-0一P一0~P一0一P一0 0 Mg ATP-Mg”复合物中有中这一高能化合物充当“能量的流通货币。作为能量的携带者或传递者，其分子个磷酸基围 ,分别形成两个酸研键和酸酯，鲸酸键不稳定在生理叫下，ATP约带4个空间距离很近的负电荷，它们之间相互排斥，使磷酸酐健易水解。当 ATP水解产生ADP及Pi(正磷酸)时或者当ATP水解产生AMP及PPi(焦磷酸)时，即释出大量的自由能。在这些反应中自由能变化约为一30.54 kJ/mol: ATP+HOADP+Pi △G =-30.54 kJ/mol ATP+H2O AMP+PPi △G'=-30.54 kJ/mol 而磺酸酯键水解时，释放出的标准自由能则低得多，仅为一142kJ/mol 在生物体内ATP在提供能量及在能量转换中起着重要作) 。ATP作为能量的即时供体，在传递能量方面起若转运站的作用。它既接受代谢反应释放的能量，又可供给代谢万应所需要的能量。它是能量的携带者或传递者，而不是化学能量的贮存库。以高能硫酸形式贮存能量的物质称为“磷酸原”，在无脊椎动物中是磷酸精氨酸：在脊椎动物中是磷酸肌酸。磷酸肌酸可以与AP相互转化。ATP多时，以磷酸肌酸的形式贮存能量：AP不足时，酶酸肌酸转化为ATP。ATP的水解放能反应可以和细胞内吸能的反应偶联起来，从而推动吸能的反应 ,以完成合成代谢、肌肉收缩、物质的吸收、分泌、运输等生理生化过程，使ATP义转化为ADP及磷酸（见图6-1）。， 197

197 式。磷酸肌酸在供给肌肉能量上特别重要，储藏在其分子中的高能磷酸键（～P）供给肌肉收缩所需要的 ATP。当肌肉 ATP 浓度高时，末端磷酸基团即转移到肌酸上产生磷酸肌酸。当 ATP 因肌肉运动而消耗时，ADP 浓度增高，促进磷酸基团向相反方向转移，即生成 ATP。在一些无脊椎动物如虾蟹的肌肉中则以磷酸精氨酸作为能量的储藏形式：肌酸 + ATP 磷酸肌酸 + ADP (二)ATP在能量转换中的作用 ATP 是高能磷酸化合物中的典型代表。ATP 是由腺嘌呤、核糖及三磷酸单位组成的核苷酸，ATP 的活化形式通常为 ATP 与 Mg 2+（或 Mn 2+）的复合物。腺嘌呤核糖 O P O O - O P O O - O P O O - O - ～～ Mg 2+ ATP Mg 2+ 复合物 ATP 这一高能化合物充当“能量的流通货币”，作为能量的携带者或传递者，其分子中有三个磷酸基团，分别形成两个磷酸酐键和一个磷酸酯键，磷酸酐键不稳定。在生理 pH 下，ATP 约带 4 个空间距离很近的负电荷，它们之间相互排斥，使磷酸酐键易水解。当 ATP 水解产生 ADP 及 Pi（正磷酸）时或者当 ATP 水解产生 AMP 及 PPi（焦磷酸）时，即释出大量的自由能。在这些反应中自由能变化约为－30.54 kJ/mol： ATP + H2O ADP + Pi △G ′= ―30.54 kJ/mol ATP + H2O AMP + PPi △G ′= ―30.54 kJ/mol 而磷酸酯键水解时，释放出的标准自由能则低得多，仅为―14.2 kJ/mol。在生物体内 ATP 在提供能量及在能量转换中起着重要作用。ATP 作为能量的即时供体，在传递能量方面起着转运站的作用。它既接受代谢反应释放的能量，又可供给代谢反应所需要的能量。它是能量的携带者或传递者，而不是化学能量的贮存库。以高能磷酸形式贮存能量的物质称为“磷酸原”，在无脊椎动物中是磷酸精氨酸；在脊椎动物中是磷酸肌酸。磷酸肌酸可以与 ATP 相互转化。ATP 多时，以磷酸肌酸的形式贮存能量；ATP 不足时，磷酸肌酸转化为 ATP。ATP 的水解放能反应可以和细胞内吸能的反应偶联起来，从而推动吸能的反应进行，以完成合成代谢、肌肉收缩、物质的吸收、分泌、运输等生理生化过程，使 ATP 又转化为 ADP 及磷酸（见图 6-1）。%

沈阳农业大学：《基础生物化学》课程教学资源（教材讲义）第6章 生物氧化与氧化磷酸化

沈阳农业大学：《基础生物化学》课程教学资源（教材讲义）第6章生物氧化与氧化磷酸化