10 Biological Oxidation.pptx

第1页：第十章生物氧化Biological

第十章生物氧化Biological Oxidation

第2页：教学要求

教学要求：本节要点如下。

• 要求
• 1.焓、熵、自由能的概念，自由能变化与化学反应平衡的关系
• 2.了解生物氧化的特点
• 3.掌握氧化磷酸化及ATP的生成途径

第3页：教学要求（续）

教学要求（续）：本节要点如下。

• 4.了解化学渗透学说，呼吸作用的控制，抑制剂和解偶联剂对氧化磷酸化的调控
• 5.计算常见底物氧化产生的ATP数

第4页：自养生物异养生物

自养生物异养生物

第5页：分解代谢与合成代谢

分解代谢与合成代谢

第6页：趋同的分解代谢与趋异的合成代谢

趋同的分解代谢与趋异的合成代谢甲羟基戊酸类花生酸异丙基焦磷酸

第7页：生物氧化

生物氧化

第8页：第一节生物能学的几个概念一

第一节生物能学的几个概念一、化学反应的自由能在一个体系中，能够用来做有用功的那部分能量，用符号G表示。恒温、恒压下进行的化学反应，产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化来衡量。自由能G = H-TS自由能的变化△G =△H-T△S=G产物-G反应物

第9页：△G<0，反应能自发进行，能做有用功

△G<0，反应能自发进行，能做有用功。△G>0，反应不能自发进行，必须供给有用功。△G=0，反应处于平衡状态。一个放热反应（或吸热反应）总热量的变化（△H），不能作为此反应能否自发进行的判据，只有自由能的变化才是准确的判据。

第10页：△G<0仅是反应能自发进行的必要条件

△G<0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行。催化剂（酶）只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正值，酶也无能为力。当△G为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才能进行。

第11页：二、自由能变化与化学反应平衡常数的关系

二、自由能变化与化学反应平衡常数的关系aA+bBcC+dD△G°－标准自由能的变化若将标准状况pH定为pH=7.0，则标准值自由能的变化用△G°´表示。

第12页：标准状态下pH=7.0

标准状态下pH=7.0时的平衡常数为Keg

第13页：平衡常数与化学反应标准自由能变化的关系

平衡常数与化学反应标准自由能变化的关系

第14页：标准状态平衡常数

标准状态平衡常数、标准自由能变化与化学反应方向的关系

第15页：标准自由能变化举例

标准自由能变化举例

第16页：三、自由能变化的加和性在偶联的几个化学反

三、自由能变化的加和性在偶联的几个化学反应中，总自由能的变化等于每一步反应自由能变化之和。两个依次的化学反应：A→B→C标准自由能的变化：△G1°´，△G2°´总反应：A→C△G总°´△G总°´=△G1°´+△G2°´

第17页：例如：Glc+ATP

例如

Glc+ATP→G-6-P+ADP（总反应）第一步：Glc+Pi→G-6-P+H2O，此反应不能自发进行第二步：ATP+H2O→ADP+Pi总反应：Glc+ATP→G-6-P+ADP

第18页：因此

因此，一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应偶联，使整个反应可以进行。在生物体内，此类反应很普遍。（糖酵解）分步进行的连续反应1，2，3，……n.K总=K1×K2×K3×……×Kn△G总°´=△G1°´+△G2°´+……+△Gn°´

第19页：四、高能磷酸化合物水解

四、高能磷酸化合物水解时每摩尔磷酸基能释放5000cal以上能量的磷酸化合物，有时不限于磷酸基。△G1°´=-7.3 Kcal/ Mol△G2°´=-7.3 Kcal/ Mol

第20页：高能化合物的类型

1.高能化合物的类型①磷氧键型a.酰基磷酸化合物：3-磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氨甲酰磷酸，酰基腺苷酸，氨酰腺苷酸b.焦磷酸化合物：无机磷酸，ATP，ADPc.烯醇式磷酸化合物：磷酸烯醇式丙酮酸

第21页：酰基磷酸化合物

酰基磷酸化合物

第22页：焦磷酸化合物

焦磷酸化合物

第23页：烯醇式磷酸化合物

烯醇式磷酸化合物

第24页：氮磷键型磷酸肌酸，磷酸精氨酸

氮磷键型磷酸肌酸，磷酸精氨酸：本节要点如下。

• ③硫酯键型3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸酰基辅酶A
• ④甲硫键型S－腺苷甲硫氨酸

第25页：氮磷键型

氮磷键型

第26页：硫酯键型

硫酯键型

第27页：甲硫键型

甲硫键型

第28页：高能磷酸化合物与低能磷酸化合物

高能磷酸化合物与低能磷酸化合物

第29页：生物体能量的储存和利用ATP、磷酸肌酸

2.生物体能量的储存和利用ATP、磷酸肌酸、磷酸精氨酸ATP是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂

第30页：磷酸肌酸、磷酸精氨酸储存能量

磷酸肌酸、磷酸精氨酸储存能量

第31页：能荷：[ATP + 0.5ADP] /

能荷

[ATP + 0.5ADP] / [ATP + ADP + AMP]×100%

第32页：五、生物氧化特点生物氧化

五、生物氧化特点生物氧化

糖、脂、蛋白质在细胞中氧化分解，生成CO2和H2O，并释放能量。是需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原过程，又称细胞呼吸。特点：活细胞中进行，pH中性，温度适中，一系列酶和中间体参与，逐步释放能量。

第33页：真核细胞的生物氧化多在线粒体内进行

真核细胞的生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。底物磷酸化：酵解途径中1,3-二磷酸甘油酸2-磷酸烯醇丙酮酸氧化磷酸化占90%以上。

第34页：第二节电子传递链与氧化磷酸化一

第二节电子传递链与氧化磷酸化一、氧化-还原电势

第35页：氧化还原电势与标准自由能△G°´＝－n

氧化还原电势与标准自由能△G°´＝－n F△E°´n :转移电子数F：法拉利常数，23062cal / V mol△E°´:电子供体与电子受体的标准电势差。ADP磷酸化至少需要7.3Kcal/mol自由能。

第36页：电子传递链中的氧化还原电势

电子传递链中的氧化还原电势

第37页：二、电子传递过程生物氧化途径中生成的还原

二、电子传递过程生物氧化途径中生成的还原型辅酶（NADH和FADH2）通过电子传递途径，使其氧化，此过程称为电子传递过程。还原型辅酶中的氢以质子形式脱下，其电子沿一系列的电子传递体（电子传递链）转移，最后转移到分子氧上，生成H2O。

第38页：电子传递过程中，还原型辅酶被氧化

电子传递过程中，还原型辅酶被氧化。细胞内供能物质的彻底氧化产物是CO2和H2O，CO2主要在三羧酸循环中产生，水在电子传递过程的最后阶段产生。

第39页：电子传递过程中释放出的能量用来合生成ATPP/O比

电子传递过程中释放出的能量用来合生成ATPP/O比：一对电子通过呼吸链传至氧产生ATP的分子数NADH → 2.5ATP（2.5×7.3 =18.25Kcal/mol）18.25÷52.6 = 34.7 %FADH2→1.5ATP（1.5×7.3=10.95Kcal/mol）10.95÷43.4 = 25.2 %

第40页：电子传递链

电子传递链

第41页：三、电子传递链的组成

三、电子传递链的组成

第42页：NADH-Q还原酶复合物

1.NADH-Q还原酶复合物（ComplexⅠ）又称NADH脱氢酶，辅基是FMN和铁硫蛋白

第43页：NAD+

NAD+

第44页：NAD+NADH

NAD+NADH

第45页：

第46页：铁硫蛋白

铁硫蛋白

第47页：

第48页：

第49页：

第50页：辅酶Q（泛醌）接受黄素酶脱下的电子和氢原

2.辅酶Q（泛醌）接受黄素酶脱下的电子和氢原子

第51页：辅酶Q（续）

3.琥珀酸-Q还原酶复合物（ComplexⅡ）

第52页：辅酶Q（续）

4.细胞色素还原酶复合物（Complex Ⅲ）辅酶Q-细胞色素c还原酶，细胞色素bc1复合体。

第53页：

第54页：

第55页：

第56页：

第57页：辅酶Q（续）

5.细胞色素氧化酶复合物（ComplexⅣ）

第58页：电子传递链

电子传递链

第59页：电子传递链

电子传递链

第60页：电子传递链

电子传递链

第61页：四、电子传递链的抑制剂

四、电子传递链的抑制剂：本节要点如下。

• 1.鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素阻止电子从NADH向CoQ传递
• 2.抗菌素A抑制电子从Cytb向Cytc1传递
• 3.氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO阻断电子从Cytaa3向O2传递

第62页：电子传递链的抑制剂

电子传递链的抑制剂

第63页：抑制剂

抑制剂

第64页：氧化磷酸化的能量偶联假说

氧化磷酸化的能量偶联假说：下表列出相关数据。

原文「Pual Boyer」按通行拼写记作 Paul Boyer；其余人名与年份照录原文。

第65页：化学偶联：电子传递过程

化学偶联

电子传递过程中的高能中间物裂解驱动氧化磷酸化。构象偶联：电子传递过程中，线粒体内膜蛋白构象变成高能形式，驱动ATP合成。化学渗透：电子传递过程中释放的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，生成的H+电化学梯度驱动ATP合成

第66页：泵出质子

泵出质子

第67页：质子梯度

质子梯度

第68页：

第69页：ATP的合成

ATP的合成

第70页：ATP合成机制

2.ATP合成机制

第71页：

第72页：

第73页：

第74页：

第75页：

第76页：亲和素抗生物素蛋白

亲和素抗生物素蛋白

第77页：

第78页：解偶联机制电子传递与磷酸化作用

3.解偶联机制电子传递与磷酸化作用解偶联A.特殊试剂的解偶联解偶联剂：2，4－二硝基苯酚三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（FCCP）酸性环境中携带H+，破坏跨膜梯度，抑制ATP的形成，不抑制电子传递过程。

第79页：

第80页：氧化磷酸化抑制剂

氧化磷酸化抑制剂

寡霉素抑制氧的利用和ATP的生成，不抑制电子传递链。离子载体抑制剂：缬氨霉素结合一价阳离子（K＋）透过线粒体内膜，破坏氧化磷酸化过程。

第81页：B.激素控制褐色脂肪线粒体氧化

B.激素控制褐色脂肪线粒体氧化磷酸化解偶联产热素（Thermogenin）可以被脂肪酸激活

第82页：甘油磷酸穿梭

甘油磷酸穿梭

第83页：苹果酸穿梭

苹果酸穿梭

第84页：

第85页：葡萄糖完全氧化合成ATP的数量

葡萄糖完全氧化合成ATP的数量