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1、关于生物氧化和生物能第1页，讲稿共42张，创作于星期二新陈代谢是生物的基本特征之一新陈代谢是生物的基本特征之一包括生物在生命活动中所进行的一切包括生物在生命活动中所进行的一切分分解代谢解代谢与与合成代谢合成代谢5.1 5.1 代谢导论代谢导论第2页，讲稿共42张，创作于星期二生物体内新陈代谢各方面的相互关系：生物体内新陈代谢各方面的相互关系：第3页，讲稿共42张，创作于星期二5.2 5.2 生物氧化生物氧化第4页，讲稿共42张，创作于星期二5.2.1 5.2.1 生物氧化的概念、特点及方式生物氧化的概念、特点及方式第5页，讲稿共42张，创作于星期二1、概念、概念有机物在生物体内的氧化作用，称为
2、生物氧化有机物在生物体内的氧化作用，称为生物氧化生物氧化通常需氧，又称为呼吸作用生物氧化通常需氧，又称为呼吸作用在整个生物氧化过程中，有机物最终被氧化成在整个生物氧化过程中，有机物最终被氧化成COCO2 2和和H H2 2O O，并释放出能量并释放出能量第6页，讲稿共42张，创作于星期二2、生物氧化特点、生物氧化特点在活体细胞中进行，需酶参加在活体细胞中进行，需酶参加 温和条件温和条件 复杂的氧化还原过程复杂的氧化还原过程能量逐步释放，以能量逐步释放，以ATPATP形式储存和转运形式储存和转运第7页，讲稿共42张，创作于星期二代谢简介生物氧化过程生物氧化过程代代谢谢分分子子H H+e-O O2
3、 2-H H2 2O O能量能量呼吸链呼吸链脱氢即是被氧化，脱氢即是被氧化，H可拆分为可拆分为H+e第8页，讲稿共42张，创作于星期二3、生物氧化的方式、生物氧化的方式 脱氢氧化脱氢氧化生成生成COCO2 2的氧化反应的氧化反应氧直接参加的氧化氧直接参加的氧化第9页，讲稿共42张，创作于星期二A.A.脱氢氧化脱氢氧化l脱氢脱氢l加水脱氢加水脱氢第10页，讲稿共42张，创作于星期二B.B.生成生成COCO2 2的氧化反应的氧化反应氧化脱羧氧化脱羧第11页，讲稿共42张，创作于星期二C.C.氧直接参加的氧化氧直接参加的氧化l加氧酶加氧酶催化氧分子直接加入到有机分子中，并生成水的反应催化氧分子直接加
4、入到有机分子中，并生成水的反应l氧化酶氧化酶主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应，产物为水主要催化以氧分子为电子受体的氧化反应，产物为水第12页，讲稿共42张，创作于星期二5.2.2 5.2.2 代谢过程的热力学原理代谢过程的热力学原理自由能自由能(G)G)：指一个反应体系中能够做功的那部分指一个反应体系中能够做功的那部分能量。能量。自由能的变化自由能的变化(G)G)：产物的自由能与反应物的自产物的自由能与反应物的自由能之差，与反应转变过程无关。由能之差，与反应转变过程无关。标准自由能的变化标准自由能的变化(GG0 0)：298K298K，101.3KPa101.3KPa，反应反应物浓度为物浓
5、度为1 1mol/Lmol/L。生化反应中标准自由能的变化生化反应中标准自由能的变化(GG00)：298K298K，101.3KPa101.3KPa，反应物浓度为反应物浓度为1 1mol/Lmol/L，pH=7pH=7。第13页，讲稿共42张，创作于星期二如如 A+B C+D l G=(GC+GD)-(GA+GB)l G=G0+RTlnCD/ABG0反应反应自发自发进行进行反应达到反应达到平衡平衡反应反应不能自发不能自发进行进行第14页，讲稿共42张，创作于星期二ATP与需能生化反应的偶联与需能生化反应的偶联v反应体系的总自由能差等于体系中反应体系的总自由能差等于体系中各单独反应各单独反应自由
6、能的代数自由能的代数和和v即一个热力学上不能进行的反应（即一个热力学上不能进行的反应（G0）可以被另可以被另一个热力学上可以进行的反应（一个热力学上可以进行的反应（G0）所驱动，所驱动，只要它们自由能差的代数和小于零。只要它们自由能差的代数和小于零。v在生化反应中，许多反应是被在生化反应中，许多反应是被ATP的水解的水解所驱动的。所驱动的。第15页，讲稿共42张，创作于星期二葡萄糖葡萄糖+PiG=+13.8kJ/molATP+H2OADP+PiG=-30.5kJ/mol6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+H2O葡萄糖葡萄糖+ATP6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+ADPG=-16.7kJ/mol例如葡萄糖的磷酸化是
7、被例如葡萄糖的磷酸化是被ATP水解反应所驱动。水解反应所驱动。第16页，讲稿共42张，创作于星期二5.2.3 生物能和生物能和ATPlATPATP是能够被生物细胞利用的能量形式是能够被生物细胞利用的能量形式l光能需要通过光合作用转变成光能需要通过光合作用转变成ATPATP（光合磷酸化）光合磷酸化）l化学能需通过生物氧化转变成化学能需通过生物氧化转变成ATPATP（氧化磷酸化）氧化磷酸化）第17页，讲稿共42张，创作于星期二生物体系中的高能磷酸酯类化合物生物体系中的高能磷酸酯类化合物lATP+H2O ADP+Pi G0=-30.5 KJ/mollADP+H2O AMP+Pi G0=-30.5 K
8、J/mollAMP+H2O 腺苷腺苷+Pi G0=-14.2 KJ/moll高能磷酸键：生化中把磷酸化合物水解时释出的能量高能磷酸键：生化中把磷酸化合物水解时释出的能量2020KJ/molKJ/mol者所含的磷酸键称高能磷酸键，常用者所含的磷酸键称高能磷酸键，常用P P表示，含有高表示，含有高能键的化合物称为高能化合物。能键的化合物称为高能化合物。第18页，讲稿共42张，创作于星期二第19页，讲稿共42张，创作于星期二5.3 电子传递和氧化磷酸化电子传递和氧化磷酸化第20页，讲稿共42张，创作于星期二5.3.1 线粒体膜的结构特点线粒体膜的结构特点ATPATP合成酶合成酶第21页，讲稿共42张
9、，创作于星期二线粒体结构线粒体结构线粒体结构模式图线粒体结构模式图线粒体嵴的分子组成线粒体嵴的分子组成ATPATP合成酶合成酶疏水蛋白疏水蛋白与线粒体电子传递与线粒体电子传递系统连接的部位系统连接的部位第22页，讲稿共42张，创作于星期二OSCP（能量转换通道能量转换通道）第23页，讲稿共42张，创作于星期二5.3.2 线粒体呼吸链的组成线粒体呼吸链的组成q线粒体呼吸链的电子传递酶系及相关的蛋白，都分布在内膜上线粒体呼吸链的电子传递酶系及相关的蛋白，都分布在内膜上q现在已经分离出了四种复合物，组成完整的线粒体呼吸链体系现在已经分离出了四种复合物，组成完整的线粒体呼吸链体系第24页，讲稿共42张
10、，创作于星期二5.3.3 线粒体呼吸链的电子传递线粒体呼吸链的电子传递第25页，讲稿共42张，创作于星期二1 1、线粒体呼吸链的电子传递、线粒体呼吸链的电子传递NADH呼吸链：呼吸链：由复合体由复合体、及及CoQ、Cytc组成组成FADH2呼吸链：呼吸链：由复合体由复合体、及及CoQ、Cytc组成组成第26页，讲稿共42张，创作于星期二氧化还原电势与自由能的变化氧化还原电势与自由能的变化氧化态氧化态-还原态还原态第27页，讲稿共42张，创作于星期二G0=-20.82-(-0.32)96.485=220kJ/molT电子从电子从NADHNADH传递到传递到O O2 2是具有很强自发趋势的氧化反应
11、过程是具有很强自发趋势的氧化反应过程T反应释放的大量自由能在线粒体呼吸链中，是通过一系列的分布反应反应释放的大量自由能在线粒体呼吸链中，是通过一系列的分布反应完成的完成的第28页，讲稿共42张，创作于星期二电子传递链中生成电子传递链中生成ATP的部位的部位NADH FMN G=-296.485(-0.03)-(-0.32)=-55.96kJ/molCytb Cytc G=-296.4850.25-0.07=-34.7kJ/molCytaa3 O2 G=-296.4850.82-0.29=-102.27kJ/mol第29页，讲稿共42张，创作于星期二l这三个部位所释放的自由能都足以供给这三个部位
12、所释放的自由能都足以供给ADPADP和无机磷和无机磷酸形成酸形成ATPATPl代谢物脱下的代谢物脱下的2mol2mol氢原子，经氢原子，经NADHNADH呼吸链而使氧原呼吸链而使氧原子还原，有三处可以偶联磷酸化，生成子还原，有三处可以偶联磷酸化，生成3mol ATP3mol ATP第30页，讲稿共42张，创作于星期二P/O比比T 磷酸化的效率可以通过测定线粒体的磷酸化的效率可以通过测定线粒体的P/O来判断来判断TP/O比指每消耗比指每消耗1mol氧原子所消耗无机磷酸的摩尔数氧原子所消耗无机磷酸的摩尔数TP/O比反映了每消耗比反映了每消耗1mol氧原子，产生氧原子，产生ATP的摩尔数的摩尔数第3
13、1页，讲稿共42张，创作于星期二3、电子传递反应与、电子传递反应与ATP合成偶联机制合成偶联机制T长期以来，科学家提出了很多假说长期以来，科学家提出了很多假说T现广泛被接受的理论是现广泛被接受的理论是1961年英国年英国P.D.P.D.米切尔米切尔提出的提出的化学渗化学渗透假说透假说第32页，讲稿共42张，创作于星期二 因提出氧化因提出氧化磷酸化偶联磷酸化偶联机制：化学机制：化学渗透学说而渗透学说而在在1978197819781978年获诺年获诺贝尔化学奖贝尔化学奖的的Peter D Peter D Peter D Peter D Mitchell Mitchell Mitchell Mitc
14、hell P.D.P.D.P.D.P.D.米切尔米切尔米切尔米切尔 第33页，讲稿共42张，创作于星期二化学渗透假说要点化学渗透假说要点T线粒体内膜的电子传递链是一个质线粒体内膜的电子传递链是一个质子泵子泵T在电子传递链中，电子由高能状态在电子传递链中，电子由高能状态传递到低能状态时释放的能量，用传递到低能状态时释放的能量，用于驱动膜内侧的于驱动膜内侧的H+迁移到膜外侧迁移到膜外侧（膜对（膜对H+是不通透的），在膜内外是不通透的），在膜内外产生质子梯度和电位梯度产生质子梯度和电位梯度T在膜内外电势差的驱动下，膜外高在膜内外电势差的驱动下，膜外高能质子沿特殊通道跨膜回到膜内能质子沿特殊通道跨膜回
15、到膜内T跨膜过程中释放的能量，直接驱动跨膜过程中释放的能量，直接驱动ADP和磷酸合成和磷酸合成ATP第34页，讲稿共42张，创作于星期二4 4、氧化磷酸化的解偶联作用和抑制作用、氧化磷酸化的解偶联作用和抑制作用第35页，讲稿共42张，创作于星期二呼吸毒物呼吸毒物阻断电子传递阻断电子传递l能够阻断电子传递链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑能够阻断电子传递链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂制剂第36页，讲稿共42张，创作于星期二l当具有极毒的氰化物进入体内过多时，可以因当具有极毒的氰化物进入体内过多时，可以因CNCN-与与细胞色素氧化酶的细胞色素氧化酶的FeFe3+3+结合成结合成
16、氰化高铁细胞色素氧化氰化高铁细胞色素氧化酶酶，使细胞色素失去传递电子的能力，结果呼吸链，使细胞色素失去传递电子的能力，结果呼吸链中断，细胞死亡中断，细胞死亡第37页，讲稿共42张，创作于星期二解偶联剂解偶联剂阻碍呼吸链释放的能量用于合成阻碍呼吸链释放的能量用于合成ATPATPl某些化合物能够消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，某些化合物能够消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，解除电子传递与磷酸化偶联的作用称为解偶联剂解除电子传递与磷酸化偶联的作用称为解偶联剂l实质是只有电子传递，没有磷酸化实质是只有电子传递，没有磷酸化l患病毒性感冒时体温升高，是因为病毒毒素使氧化磷酸化解偶患病毒性感冒时体温升高，
17、是因为病毒毒素使氧化磷酸化解偶联，产生的能量全部变成热使体温升高联，产生的能量全部变成热使体温升高第38页，讲稿共42张，创作于星期二氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂l直接作用于线粒体直接作用于线粒体F F0 0F F1 1-ATP-ATP复合体中复合体中F F1 1组分而抑制组分而抑制ATPATP合成的一类化合物合成的一类化合物l寡霉素与寡霉素与F F0 0的一个亚基结合抑制的一个亚基结合抑制F F1 1l双环己基碳二亚胺（双环己基碳二亚胺（DCCDDCCD），阻断），阻断F F0 0的质子通道的质子通道第39页，讲稿共42张，创作于星期二例题例题:在有相应酶存在时，在标准状态下，此反应在有
18、相应酶存在时，在标准状态下，此反应苹果酸苹果酸+NAD+草酰乙酸草酰乙酸+NADH+H+是否可按照箭头所示的方向进行？是否可按照箭头所示的方向进行？解：草酰乙酸解：草酰乙酸+2e-+2 H+苹果酸苹果酸 E0=-0.166V NAD+H+2e-NADH+H+E0=-0.32V G0=-2-0.32-(-0.166)96.485=29.72kJ/mol0 按照箭头所示的按照箭头所示的反反方向进行方向进行 电子受体（氧化态）电子受体（氧化态）电子供体（还原态）电子供体（还原态）第40页，讲稿共42张，创作于星期二习题习题r在有相应酶存在时，在标准状态下，下列反应中哪些在有相应酶存在时，在标准状态下，下列反应中哪些可以按箭头所示的方向进行？并计算各反应的可以按箭头所示的方向进行？并计算各反应的Gr氧化还原电势参考氧化还原电势参考P119表表5-3r1、丙酮酸、丙酮酸+NADH+H+乳酸乳酸+NDA+r2、乙醛、乙醛+延胡索酸延胡索酸 乙酸乙酸+琥珀酸琥珀酸r3、苹果酸、苹果酸+丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸+乳酸乳酸第41页，讲稿共42张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第42页，讲稿共42张，创作于星期二