生物氧化与氧化磷酸化教学幻灯片讲义.ppt

第六章 生物氧化与氧化磷酸化1. 生物氧化概述2. 生物氧化中CO2的生成3. 生物氧化中H2O的生成4. 氧化磷酸化;第一节 生物氧化概述;一、生物氧化的概念;;二、生物氧化的基本内容 ◆ CO2的产生？ ◆ H2O形成？ ◆ 能量的释放、储存和利用？ ; 三、生物氧化的方式 根据有无氧的参与，分为有氧氧化和无氧氧化。 根据反应场所，分为线粒体氧化体系与非线粒体氧化体系。 ;无氧氧化:在无氧条件下，兼性生物或厌气生物能利用细胞中的氧化型物质作为电子受体，将燃料分子氧化分解，这称为无氧氧化。这些生物有的以有机物分子作为最终的氢受体(如厌氧发酵)，有的则以无机物分子作为氢受体(如微生物中的化能自养菌对NO3-、SO42-的利用)。; 生物氧化遵循氧化－还原的基本原理，常见的主要有三种方式： ;;;④ 生物氧化是在常温、常压、接近中性pH的温和环境中进行的。 ;生物系统中的能量流;; 五、生物氧化中CO2和H2O的生成 1、CO2的生成 代谢底物在酶的作用下经一系列脱氢、加水等反应，转变为含羧基的化合物，经脱羧反应生成CO2，包括直接脱羧和氧化脱羧。;;2、H2O的生成;六、生物氧化的自由能变化 1、自由能的概念 生物体不能直接利用热能做动，在生命活动过程中所需的能量都来自体内生化反应释放的自由能。 自由能(free energy) ：指在一个体系的总能量中，在恒温恒压条件下能够做功的那一部分能量，以G表示。 ; 在恒温恒压条件下生物系统的能量转换必须服从热力学定律，即 ?G＝?H－T?S ?G、?H和?S分别代表自由能、焓和熵的变化，T为绝对温度。 ?G0，表示自由能释放，反应可以自发进行；可以产生有用的功。 ?G0，表示需要输入自由能以驱动反应进行； ?G=0，表示反应处于平衡状态。 ?G仅与反应物的基态和终态有关，与反应途径、反应机制无关。 ;; 反应的标准自由能变化及其平衡常数的关系 ?G?′表示生物体系的标准自由能变化，即25℃ (298K)、pH7.0、 参加反应物质的浓度为lmo1·L-1、压力为0.1MPa条件下的自由能变化。 ?G?′与平衡常数K′的关系为： ?G?′= -RTlnK′= -2.303RTlogK′; 对于一个反应序列，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。即使反应序列中某一步反应的自由能变化为正值，若整个途径的自由能变化的总和为负值，则该反应序列仍可自发进行。;2、氧化还原电位 生物体内进行的生化反应有许多是氧化还原反应，生物所需要的能量就来自于体内的氧化还原反应。在生物体中物质进行氧化-还原时，其基本原理和化学电池一致。在氧化-还原反应中，电子从还原剂传递到氧化剂。 ;生化标准氧化还原电位（E0?）： 生化标准条件下（ 25?C、一个大气压、 pH=7.0 、电子供体和电子受体的浓度都是1mol/L）时的标准氧化还原电位 意义: 一般E0 ?值越小，失电子能力越大，即还原能力越强，是强还原剂 E0’值越大，得电子能力越大，即氧化能力越强，是强氧化剂 在氧化还原反应中，电子总是从E0’值较小的物质转移到值较大的物质，即从还原剂流向氧化剂。;氧化还原电位与自由能的关系 ?G?′与反应物的标准氧化还原电势差(?E0′)间的关系： ?G?′=-nF?E0′ n为转移电子数，F为法拉弟常数(23062cal·V-1·mol-1)。 利用公式可根据氧化还原电位差计算出化学反应的自由能变化，在生物氧化中这种自由能意味着一个系统能够转移电子的能力。 ; 1、生物体内的高能化合物 生命过程必须与放能反应偶联。生物氧化释放的能量一般先贮藏在高能化合物中，机体用于做功的能量来自高能化合物水解反应。这样，高能化合物就成为放能反应与吸能反应之间的能量梭。 在生化反应中，在水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能（21千焦/摩尔）以上的化合物称为高能化合物。 在高能化合物分子中，释放出大量自由能时水解断裂的活泼共价键称为高能键。高能键是不稳定的键。 ;生物系统中的能量流; 根据生物体内高能化合物的分子结构特点及所含高能键的特征可以把他们分成以下几种3种类型： ① 磷氧键型; ① ◆ 磷氧键型; ◆焦磷酸化合物; ◆烯醇式磷酸化合物;氮磷键型;硫酯键型;高能化合物类型; 2、ATP的特殊作用; ATP的合成可与放能反应偶联，利用其释放的能量由ADP和Pi合成ATP；在需要时又水解成ADP