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1、精品文檔 第七單元生物 氧化 一、生物能學(xué)的幾個(gè)概念 （一）化學(xué)反應(yīng)中的自由能變化及其意義 1. 化學(xué)反應(yīng)中的自由能 自由能：在一個(gè)體系中，能夠用來(lái)做 有用功的那一部分能量稱自由能，用符號(hào) G表不o 在恒溫、恒壓下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，其 產(chǎn)生有用功的能力可以用反應(yīng)前后自由 能的變化來(lái)衡量。 自由能的變化：皿=G產(chǎn)物一G反應(yīng)物 =AH_TAS △G代表體系的自由能變化，4H代表體系的焰變化，T代表體系的絕對(duì)溫度,zXS弋表體系的嫡變化。 焓與熵都是體系的狀態(tài)函數(shù)。 給代表體系的內(nèi)能與壓力P乘以體積V之和：H=U+PV,dH=dU+PdV+VdP 熵代表體系中能量

2、的分散程度，也就是體系的無(wú)序程度：△S=dQ/T,△S=AS#系+Z\S環(huán)境，只有△$》0,過(guò)程才能自發(fā)進(jìn)行。 2. AGM判斷一個(gè)過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行的根據(jù) △ G<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，能做有用功。 △ G>0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，必須供給能量。 △ G=0,反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。 一個(gè)放熱反應(yīng)（或吸熱反應(yīng)）的總熱量 的變化（△H），不能作為此反應(yīng)能否自發(fā) 進(jìn)行的判據(jù)，只有自由能的變化才是唯一 準(zhǔn)確的指標(biāo)。 △ G

3、AG為正值時(shí)，反應(yīng)體系為吸能反 應(yīng)，此時(shí)只有與放能反應(yīng)相偶聯(lián)，反應(yīng)才 能進(jìn)行。 3. 標(biāo)準(zhǔn)自由能變化及其與化學(xué)反應(yīng) 平衡常數(shù)的關(guān)系 aA+bB-cC+dD 標(biāo)準(zhǔn)自由內(nèi)能變化：在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條 件下的自由能變化，用^G。表示。 標(biāo)準(zhǔn)條件：25℃，參加反應(yīng)的物質(zhì)的 濃度都是1mol/L（氣體則是1大氣壓）。 若同時(shí)定義pH=7.0，則標(biāo)準(zhǔn)自由能變化用 △G°'表示。z^G。'=—GTlnK/ K/是化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，因此，△ G°/也是一個(gè)常數(shù)。常見物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生 成自由能AG?！呀?jīng)列在各種化學(xué)手冊(cè)中，可以根據(jù)AG?！?-RTlnK的公式求出平衡常數(shù)K'。 △Go/和

4、4G實(shí)際上是兩個(gè)不同條件下的自由能變化值。 （1）△Go/是標(biāo)準(zhǔn)條件下的自由能變 化，既反應(yīng)物A、B、C、D的起始濃度都為1mol/L,溫度為25°C,pH=7.0時(shí)白勺八G。每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都有其特定的標(biāo)準(zhǔn)自由 能變化（既AGo/）,是一個(gè)固定值，3 是任意給定條件下的自由能變化，它是反 應(yīng)物A、B、C、D的起始濃度、溫度、pH 的狀態(tài)函數(shù)，在一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng) 中，自由能總是在降低，△G總是負(fù)值， 隨著反應(yīng)向平衡點(diǎn)的趨近，△G的絕對(duì)值逐漸縮小，直到為0。 （2）從AGo/=-RTlnK/,可以求出K/及AGo:根據(jù)AGo/、AG與K/可以判斷任何條件下反應(yīng)進(jìn)行的方向及程

5、度。 （二）自由能變化的可加和性 在偶聯(lián)的幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，自由能的 總變化等于每一步反應(yīng)自由能變化的總 和。因此，一個(gè)熱力學(xué)上不能進(jìn)行的反應(yīng) ，可與其它反應(yīng)偶聯(lián)，驅(qū)動(dòng)整個(gè)反應(yīng)進(jìn)行 。此類反應(yīng)在生物體內(nèi)是很普遍的。 二、高能磷酸化合物 高能化合物：水解時(shí)釋放5000#/mol及以上自由能的化合物。 高能磷酸化合物：水解每摩爾磷酸基 能釋放5000ca以上能量的磷酸化合物。 （一）高能化合物的類型 1. 磷氧鍵型。 （ 1）?；姿峄衔? 3-磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氨甲酰磷酸，?；佘账?，氨酰腺苷酸。 （ 2）焦磷酸化合物。 無(wú)機(jī)焦磷酸，ATP，ADP。 （

6、3）烯醇式磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸。 2. 氮磷鍵型 磷酸肌酸，磷酸精氨酸。 3. 硫酯鍵型 3＇-磷酸腺苷-5＇-磷酰硫酸，?；o酶A。 4. 甲硫鍵型 S-腺昔甲硫氨酸。 （二）ATP勺特殊的作用 1. 是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)的 化學(xué)偶聯(lián)劑 2. 在磷酸基轉(zhuǎn)移中的作用。 如已糖激酶：Glc+ATP-G-6-P+ADP 。甘油激酶：甘油+ATP-3一磷酸甘油 +ADP。 （三）磷酸肌酸、磷酸精氨酸的儲(chǔ)能作用 磷酸肌酸是易興奮組織（如肌肉、腦 、神經(jīng)）唯一的能起暫時(shí)儲(chǔ)能作用的物質(zhì) 。磷酸精氨酸是無(wú)脊椎動(dòng)物肌肉中的儲(chǔ)能 物質(zhì)。 三、生物氧化、氧化電

7、子傳遞鏈和氧化磷 酸化作用 （一）生物氧化的概念和特點(diǎn)。 糖，脂，蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)在細(xì)胞中 進(jìn)行氧化分解，生成CO,H2斑釋放出能 量，這個(gè)過(guò)程稱生物氧化。生物氧化是需 氧細(xì)胞呼吸代謝過(guò)程中的一系列氧化還 原作用，又稱細(xì)胞氧化或細(xì)胞呼吸。其特 點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和，多步反應(yīng)，逐步放能 。生物氧化在活細(xì)胞中進(jìn)行，pHM生，反 應(yīng)條件溫和，一系列酶和電子傳遞體參與 氧化過(guò)程，逐步氧化，逐步釋放能量，轉(zhuǎn) 化成ATR真核細(xì)胞，生物氧化多在線粒 體內(nèi)進(jìn)行，在不含線粒體的原核細(xì)胞中， 生物氧化在細(xì)胞膜上進(jìn)行。 生物氧化分為三個(gè)階段，第一階段： 多糖，脂，蛋白質(zhì)等分解為構(gòu)造單位—

8、— 單糖、甘油與脂肪酸、氨基酸，該階段幾 乎不釋放化學(xué)能。第二階段：構(gòu)造單位經(jīng) 糖酵解、脂肪酸B氧化、氨基酸氧化等各自的降解途徑分解為丙酮酸、乙酰CoA? 少數(shù)幾種共同的中間代謝物物，這些共同 的中間代謝物在不同種類物質(zhì)的代謝間 起著樞紐作用。該階段釋放少量的能量。 第三階段：丙酮酸、乙酰Co蹲經(jīng)過(guò)三竣酸循環(huán)徹底氧化為CQHQ釋放大量的能量。 在第二、第三階段中，氧化脫下的電 子（H—）經(jīng)過(guò)一個(gè)氧化的電子傳遞過(guò)程（ 氧化電子傳遞鏈）最終傳給O2，并生成ATP ,以這種方式生成ATP勺作用稱為氧化磷 酸化作用，它是一種很重要的將生物氧化 和能量生成相偶連的機(jī)制。 生物

9、氧化的終產(chǎn)物是C邸口HO,CO勺形成是通過(guò)三酸酸循環(huán)過(guò)程，HOW是在電子傳遞過(guò)程的最后階段生成。 （二）氧化電子傳遞過(guò)程 生物氧化過(guò)程中形成的還原型輔酶 （NADH和FADH2）,通過(guò)電子傳遞途徑 ，使其重新氧化，此過(guò)程稱為電子傳遞過(guò) 程。在電子傳遞過(guò)程中，還原型輔酶中的 氫以負(fù)質(zhì)子（H）形式脫下，其電子經(jīng)一 系列的電子傳遞體（電子傳遞鏈）轉(zhuǎn)移， 最后轉(zhuǎn)移到分子氧上，質(zhì)子和離子型氧結(jié) 合生成H2O。 1 .氧化電子傳遞鏈 由NADH到。2的氧化電子傳遞鏈主要包括FMN、輔酶Q（CoQ）、細(xì)胞色素b 、ci、c、aa及一些鐵硫蛋白。氧化電子傳遞鏈位于原核生物的質(zhì)膜上，真核

10、生物中位于線粒體的內(nèi)膜上。電子載體的標(biāo)準(zhǔn)勢(shì) 能AGo/是逐步下降的，電子沿著電勢(shì)升高的方向流動(dòng)。其中有三個(gè)部位的勢(shì)能落 差A(yù)G較大，足以形成ATP（ADP磷酸化 需要的自由能=7.3Kal/mol.）。這三個(gè)部位 正好是氧化磷酸化部位。細(xì)胞內(nèi)供能物質(zhì) 的徹底氧化產(chǎn)物是CO2、H2O其中CO2主要是在三羥酸循環(huán)中產(chǎn)生，水是在電子傳遞 過(guò)程的最后階段產(chǎn)生。 2 .電子傳遞鏈的酶和電子載體 呼吸鏈中的電子載體都是和蛋白質(zhì) 結(jié)合存在（包括NAD+、FMN、鐵硫中心 、細(xì)胞色素）。這些蛋白質(zhì)大都是水不溶 性的，嵌在線粒體的內(nèi)膜上。 （1）naD口nadP 脫氫酶分別與NAD+或

11、NADP+結(jié)合， 催化底物脫氫，這類酶稱為與NAD（P） 相關(guān)的脫氫酶，多數(shù)脫氫酶以NAD+為輔 酶，少數(shù)以NADP+為輔酶（如G-6-P脫氫酶）少數(shù)酶能以NAD+或NADP+兩種輔酶 （Glu脫氫酶）。 （2） NADH氫酶以及其它黃素蛋白 酶類 NADH脫氫酶含F(xiàn)MN輔基，鐵-硫中心。鐵硫中心鐵的價(jià)態(tài)變化（Fe3+—Fe2+ ）可以將電子從FMN輔基上轉(zhuǎn)移到呼吸鏈下一成員輔酶Q上。含有核黃素輔基的酶還包括琥珀酸脫氫酶、脂酰CoA脫氫酶等 。 （3）輔酶Q（泛酶） 電子傳遞鏈上唯一的非蛋白質(zhì)成分。 輔酶Q在線粒體中有兩種存在形式：膜結(jié)合型、游離型。輔酶Q不僅可以接受F

12、MN上的氫（NADH脫氫酶），還可以接受線 粒體FADH2上的氫（如琥珀酸脫氫酶、脂酰CoA脫氫酶以及其它黃素酶類）。 （4）細(xì)胞色素類 細(xì)胞色素類是含鐵的電子傳遞體，鐵原子處于卟啉的結(jié)構(gòu)中心，構(gòu)成血紅素。 細(xì)胞色素類是呼吸鏈中將電子從輔酶Q傳遞到。2的專一酶類。線粒體的電子傳遞鏈 至少含有5種不同的細(xì)胞色素：b、c、c1 、a、83,細(xì)胞色素b有兩種存在形式：b562、b566,細(xì)胞色素c是唯一可溶性的細(xì)胞色素，同源性很強(qiáng)，可作為生物系統(tǒng)發(fā)生關(guān) 系的一個(gè)指標(biāo)。細(xì)胞色素a、氏是以復(fù)合物的形式存在，又稱細(xì)胞色素氧化酶，將電 子從細(xì)胞色素熊到分子O2。 3.電子傳遞抑制劑 阻斷

13、呼吸鏈中某一部位的電子傳遞， 主要有魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素（魚 安殺）等，可阻斷電子由NADH向CoQ專遞?？姑顾谹,抑制電子從細(xì)胞色素b向細(xì)胞色素ci傳遞。氧化物、硫化氫、疊氮化物、CO等，阻斷電子從細(xì)胞色素aa3向O2傳遞。 （三）氧化磷酸化作用 1 .幾個(gè)概念 氧化磷酸化作用：電子沿著氧化電子 傳遞鏈傳遞的過(guò)程中所伴隨的將ADP磷酸化為ATP的作用，或者說(shuō)是ATP的生成與氧化電子傳遞鏈相偶聯(lián)的磷酸化作用。 底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接與一個(gè)代謝中間物（如PEP）上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。糖酵解中 1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。 P/O比：一對(duì)

14、電子通過(guò)呼吸鏈傳至氧所產(chǎn)生的ATP的分子數(shù)。NADH—3ATP,FADH2—2ATP 呼吸控制：ADP作為關(guān)鍵物質(zhì)，對(duì)氧化磷酸化的調(diào)節(jié)作用稱為呼吸控制。 解偶聯(lián)劑（2.4—硝基苯酚）：電子傳 遞過(guò)程和ATP形成過(guò)程相分離，電子傳遞仍可進(jìn)行，但不能形成ATP。 氧化磷酸化抑制劑：抑制O2的利用和ATP的形成。 2 .氧化磷酸化的偶聯(lián)機(jī)理伴隨著呼吸鏈電子傳遞過(guò)程發(fā)生的 ATP勺合成稱為氧化磷酸化。氧化磷酸化 是生物體內(nèi)的糖、脂肪、蛋白質(zhì)氧化分解 ,并合成ATP勺主要方式。 英國(guó)生物化學(xué)家PeterMitchell于 1961年提出的關(guān)于解釋呼吸鏈電子傳遞 與氧化磷酸化作用偶聯(lián)機(jī)制的一種假說(shuō)。 其基本觀點(diǎn)是：電子經(jīng)呼吸鏈傳遞釋放的 能量，將質(zhì)子從線粒體內(nèi)膜的內(nèi)側(cè)泵到內(nèi) 膜的外側(cè)，在膜兩側(cè)形成電化學(xué)梯度而積 蓄能量，當(dāng)質(zhì)子順此梯度經(jīng)AT論成酶Fo通道回流時(shí)，F(xiàn)i催化ADPJPi結(jié)合，形成ATP。NADHH+生物氧化時(shí)的磷氧比值為2.5,FADH勺磷氧比值為1.5。氧化磷酸化作用的機(jī)制，已有十分收入納入的研究。 精品文檔