第五章 生物氧化
教学ppt
1
讲授内容
❖ 第一节 自由能 ❖ 第二节 ATP ❖ 第三节 氧化磷酸化作用 ❖ 第四节 其他生物氧化体系
教学ppt
2
教学目标
❖ 熟悉氧化与还原反应是如何通过两种 电子传递链偶联的
❖ 了解化学渗透理论的要点，以及电子 传递是如何与ADP的磷酸化偶联的
❖ 熟悉胞液中的NADH转换为线粒体中 的NADH的途径
OO CH3 C O P O-
O-
乙酰磷酸
教学ppt
17
酰基磷酸化合物
OO H3N+ C O P O-
O-
氨甲酰磷酸
O
O
RC O P O A O-
酰基腺苷酸
OO
RCH C O P O A
N+H3
O-
教学ppt
氨酰基腺苷酸
18
焦磷酸化合物
O
O
O- P O P O-
O-
O-
焦磷酸
NH2
N
N
O O- P
能
化学能
转移
CO2 H2O
ATP
肌酸储存
C
磷酸肌酸
CP
ADP+Pi
机械能 （肌肉收缩）
电能 （神经传导）
能利用
化学能 热能
（生长修补） （维持体温）
渗透能（吸收、分泌、 离子主动转运）
其它
体 内 能 量 的 产 生 ,转 移 和 利 用
教学ppt
15
二、ATP具有较高的磷酸基团转移潜势
❖ ATP当水解时具有较强的趋势将末端磷酸基转移给 水。即具有较高的磷酸基团转移的潜势
4
生物氧化概念
❖ 营养物质在生物体内氧化分解成H2O 和CO2并释放能量的过程称为生物氧 化（biological oxidation）
❖ 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称 为呼吸作用
❖ 因为是在体内组织细胞中进行的，所 以又称为细胞氧化
教学ppt
5
教学
7
生物体能量代谢服从能量守恒定律
进行（为吸能反应） ΔG＝ 0时，表明体系已处于平衡状态
❖ 化能营养生物都是从食物氧化的自发过程中获取自由能来完成 生命活动！
教学ppt
11
第二节 ATP
教学ppt
12
一、 ATP是生物体中自由能的通用货币
❖ 分解代谢释放的能量并不能直接被细胞利用，必须 经 一 类 高 能 物 质 —— 其 中 最 主 要 的 是 三 磷 酸 腺 苷 (ATP)暂时储存起来
❖ 也就是说，并不是任何形式的能都可被细胞利用， 细胞直接利用的仅仅是三磷酸腺苷(ATP)一类高能 化合物中所储存的能量
❖ ATP在生物体内能量交换中之所以起着核心的作用
教学ppt
13
ATP是机体内直接用以做功的形式
❖ 在ATP三个磷酸基团中含有 两个磷酸酐键，成为高能分 子
O
O
O
NH 2 C NC HC C N
乙酰CoC A2 O
丙二酸单酰C
❖ 这样的偶联反应中，酶是重要的偶联剂
教学ppt
24
底物水平磷酸化
❖ 经过代谢反应，代谢物分子内部产生高能键，在这些高能键 水解时，释放的能量，足以推动ADP或GDP磷酸化。
❖ 这种底物氧化过程中产生的能量直接将ADP磷酸化生成ATP 的过程，称为底物水平磷酸化
1．3-二磷酸甘油酸（~P） 3-磷酸甘油酸激酶
❖ 热力学第一定律（能量守恒定律）
能量既不能创造也不能消灭，只能从一种形式转 变为另一种形式
热力学第一定律不能预测某一反应能否自发进行。
教学ppt
8
生物体能量代谢服从热力学第二定律
❖ 热力学第二定律
热的传导只能由高温物体传至低温物体。
任何一种物理或化学的过程都自发地趋向于增加 体系与环境的总熵
教学ppt
ADP
ATP
磷酸烯醇式丙酮酸（~P）
丙酮酸激酶
ADP
ATP
教学ppt
3-磷酸甘油酸 烯醇式丙酮酸
25
第三节 氧化磷酸化作用
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
ATP（三磷酸腺苷）
ADP（二磷酸腺苷）
教学ppt
19
烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
磷氧键型：酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物
教学ppt
20
氮磷键型（如胍基磷酸化合物）
❖ 生物体内除ATP外还有一些化合物也有很高的转移 磷酸基的潜势
磷酸烯醇式丙酮酸等的磷酸基转移潜势比ATP高。意味着 它们能将磷酸基转移给ADP而生成ATP
糖降解中许多产物都如此
教学ppt
16
磷氧键型（—O-P)
酰基磷酸化合物
O
O O-
C O P O-
CH OH O
CH2 O P O-
O-
1,3-二磷酸甘油酸
9
自由能
❖ 自由能
是生物体（或恒温恒压下）用来作功的能量 在没有作功条件时，自由能将转变为热能丧失
❖熵
是指混乱度或无序性，是一种无用的能
教学ppt
10
自由能的作用
❖ 在恒温恒压条件（生物体系内）下
ΔG=ΔH-TΔS
G＜0时，体系的反应能自发进行（为放能反应） ΔG＞0时，反应不能自发进行，当给体系补充自由能时，才能推动反应
N CH
N
❖ 当ATP水解为二磷酸腺苷 (ADP)和磷酸(Pi)时，或水
-O
Pγ
-O
O Pβ
-O
O
Pα
-O
OCH
2
H
O H
H
H
解为磷酸腺苷(AMP)和焦磷 酸(PPi)时，能释放出大量 能量
ATP ADP
HO OH
AMP
教学ppt
14
ATP推动体内任何一种需要自由能的反应
底物
热能
（散失）
氧化 分解
O
NH
PO
C NH O
N CH3 C H 2C O O H
磷酸肌酸
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
C H2C H2C H2C HC O O H
磷酸精氨酸
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
教学ppt
21
硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
教学ppt
22
教学ppt
3
生物能量的获得
❖ 光能（太阳能）
光能营养生物——植物和微生物 通过光合作用将光能转变成有机物中稳定的化学
能
❖ 化学能
化能营养生物——动物和人
通过生物氧化作用将有机物质（主要是各种光合
作用产物）氧化分解，使存储的稳定的化学能转
变成ATP中活跃的化学能，ATP直接用于需要能
量的各种生命活动 教学ppt
甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
H 3C
COO-
CH
N
H
+ 3
CH2
CH2 S+ A
教学ppt
23
三、 ATP以偶联方式推动体内非自发反应
❖ ATP是自由能的载体，它推动那些不输入自由能在 热力学上就不能进行的反应
如细胞内脂肪酸合成中，由乙酰辅酶A羧化为丙二酸单酰
辅酶A这一步
ATPADP +P i
O
CH 3COSCOA HOO CC H 2 C~SCo