环境生物化学生物氧化和能量代谢.pptVIP

4.6 生物氧化与能量代谢 4.6.1 生物氧化概述 4.6.2 生物氧化体系和酶类 4.6.3 生物氧化过程中能量的转化和利用 4.6.1生物氧化概述 4.6.1.1生物氧化的概念 生物体内一切代谢物（糖类、脂肪、蛋白质等有机物质）的氧化称为生物氧化（biological oxidation）， 即有机物在生物体内氧化分解成为CO2和H2O并释放能量合成ATP的过程。其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。 生物氧化分为三个阶段，首先是有机物的氧化脱氢；接着氢以 H+＋ｅ-　形式进入呼吸电子传递链而被传递给氧生成水，同时释放能量；最后ATP合成系统利用这些能量催化合成ATP。 CO2的生成 方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。 类型：α-脱羧和β-脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧 H2O的生成 代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NAD+、NADP+、FAD、FMN等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。 生物氧化的三个阶段 　4.6.1.2生物氧化的方法 生物氧化是在一系列氧化-还原酶催化下分布进行的。每一步反应，都由特定的酶催化。在生物氧化过程中，主要包括以下几种方法： 　（１）脱电子反应 　从作用底物上脱去电子（e），如细胞色素类氧化时，其辅基血红素所含的Ｆe２+则失去电子形成Ｆe３+。 ２脱氢反应 底物分子脱去氢原子而被氧化。分为直接脱氢和加水脱氢 （１）直接脱氢　　在底物上以H+＋ｅ-　的形式 脱去一对氢，如琥珀酸脱氢成为延胡羧酸的反应 （２）加水脱氢　　向底物分子中加入水分子后。脱去两个氢原子，结果是底物分子加上了一个来自于水的氧原子。如乙醛加水脱氢成为乙酸 　 　３加氧反应 　向底物分子中直接加入氧原子或氧分子。 　　例如： 　 　 　加氧反应也是氧化还原反应，在分子加氧的同时，常伴有氧接受质子和电子还原成水的反应。 　此外分子加氧后，原子价数要发生变化。如上述苯的氧化，被氧化碳反应前后价数变化如下： 　 　（１）被氧化碳由反应前－１价变为反应＋１价，价数升高即发生了氧化反应。 　（２）从电子理论讲，反应前，碳由于吸收氧原子的电子云而处于富电状态；反应后，氧的电负性大于碳，碳原子的电子云被氧所吸引，碳处于缺电状态。所以反应中虽无分子间的电子转移，却发生了电子云在分子内的重新分布，因而是氧化还原反应。 　（３）氧化还原反应实质上是电子或质子与电子的转移反应。 　 　＊　高等动物通过肺进行呼吸，吸入氧气排出二氧化碳。吸入的氧气用以氧化体内的营养物质，获得能量，所以生物氧化也称得呼吸作用。 　＊　微生物则以细胞直接进行呼吸，又称细胞呼吸。吸入氧气，排出二氧化碳，呼吸的现象，它的本质是物质在生物体内的氧化作用。　＊　１９世纪人们发现微生物不仅能在有氧条件下生存，许多微生物在无氧条件下也能进行氧化作用。因此根据生物氧化是否有分子氧参加，而将其分为两种方式： （１）有氧氧化　　有氧氧化也称为有氧呼吸，许多好气和兼性厌气的微生物能利用氧来氧化底物，最终生成二氧化碳和水，这种方式氧化彻底，释放的能量多。 （２）无氧氧化　　无氧氧化也称为无氧呼吸，这是指非分子氧物质氧化底物的方式，又可分为两种方式。 　　　 a.兼性厌气的微生物能利用体内的有机物来氧化底物，最终生成氧化不完全底物，常称为发酵作用。这种氧化方式不彻底，释放的能量少。 b.许多厌气微生物能以无机物（NO3-,SO42-）氧化底物，这种情况下的氧化较为彻底，但释放的能量不如有氧氧化方式多。 发酵作用 生物呼吸:特定的脱氢酶把呼吸基质的氢移去。氢原子与氧结合生成水的作用也就是糖分经呼吸作用所放出能量的主要来源。 发酵作用：氢原子也能转移给其他物质(也就是受氢物) 而与之结合。 此种不必与氧结合的呼吸作用完全不需要氧。 发酵作用产生的能量不及有氧呼吸产生的多，但是已经足够提供营发酵作用者所需要的能量。 4.6.1.3生物氧化的特点 生物氧化与体外燃烧虽然起始和结果是相同的，如都消耗氧气，都生产二氧化碳和水，释放的能量相等，但作用条件、方式、过程不同。与体外燃烧相比，生物氧化具有以下特点： 　　１生物氧化是在细胞内的生理条件下进行， 如植物体内生物氧化是在环境温度下条件温和，近似恒温恒压。 进行的，恒温动物的生物氧化是在体温下进行的。而有机体外燃烧需高温或高压以及在干燥条件下进行。 ２生物氧化是复杂的酶