生物氧化的过程的三个阶段
高考生物知识点：有氧呼吸三个阶段
高考生物知识点：有氧呼吸三个阶段
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有氧呼吸
1)概念：指细胞在有氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等的有机物彻底的分解产生二氧化碳和水，释放能量，产生许多的ATP的过程。
2)其化学反应式可写成：
C6H12O6+6H2O+6O2→(酶)6CO2+12H2O+能量
3)过程：
第一阶段(糖酵解)：1个分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，同时脱下4个(H)*，放出少量的能量，合成2个ATP，其余以热能散失，场所在细胞的基质中。
第二阶段(柠檬酸循环·三羧酸循环)：2个分子的丙酮酸和6个分子的水中的氢全部脱下20个(H)，生成6分子的二氧化碳，释放少量的能量，合成2个ATP，其余散热消失，场所为线粒体基质中。
第三阶段(电子传递链·氧化磷酸化)：在前两个阶段脱下的24个(H)与6个氧气分子结合成水，并释放大量的能量合成34个ATP，场所。
在线粒体内膜上。
PS:
*(H)是一种十分简化的表示方式，这一过程实际上是氧化型辅酶I(NAD*)转化成还原型辅酶I(NADH)。
注意：1mol的葡萄糖将化学能全转化为ATP中不稳定的化学能，可形成100个，但实际只能转化为30个，所以转化效率为30℅～40℅，其余以热能形式散失。
生物氧化
目录
生物氧化的概念
营养物质在活细胞内彻底氧化成CO2和水，
并释出能量的过程称生物氧化，也叫细胞呼吸 (cellular respiration)。
生 物 氧 化 的 三 个 阶 段
营养物质
阶段Ⅰ
糖原
脂肪
蛋白质
基本单位
葡萄糖 脂肪酸 氨基酸
阶段Ⅱ
乙酰CoA
阶段Ⅲ
线粒体
ADP+Pi CO2
2H
ATP H2O
（四）氢过氧化物酶(hydroperoxidase)
1.过氧化物酶（peroxidase）
H2O2 2H2O 2GSH
GSH过氧化物酶
NADP+
GSH还原酶
GSSG
NADPH+H+
GSH 有抗氧化剂的作用，可还原细胞产生的H2O2
2. 过氧化氢酶（触酶，catalase） 2H2O2
过氧化氢酶
2H2O + O2
分子(kD) 亚基
1000 >40
辅酶/辅基
FMN、Fe-S
主要功能
传递NADH+H+中2个e到Q， 并由基质向膜间隙泵出4个 H+ 传递琥珀酸中2个电子、2个 质子到Q 通过Q循环传递QH2中2个e到 细胞色素C，并把4H+ 由基质 泵出到膜间隙 传递复合体Ⅲ中2个电子到复 合体Ⅳ 把4个Cyt c传来的4个e转交给 O2，在摄取基质中4H+与O2 生成2H2O的同时，把基质中 另外4H+ 泵出到膜间隙
1. NADH氧化呼吸链
NADH→复合体Ⅰ→ Q →复合体Ⅲ →Cyt c →复合体Ⅳ →O2
每对氢通过此呼吸链生成 2.5mol ATP; 又称主要呼吸链; 以NADH的方式进入;
第8章：生物氧化
HSCoA
H2C COOH H2C COOH
琥珀酸
GTP
O C SCoA
琥珀酰CoA
ATP ADP
琥珀酰CoA合成酶
2. 氧化磷酸化
在线粒体中，代谢物脱下的2H经呼吸链氧为 水时所释放的能量使ADP磷酸化生成ATP的 过程。它是体内生成ATP的主要的方式。
呼 吸 链
1 O2 H2O
实质：每消耗1mol氧原子所产生的ATP的mol数。
线粒体离体实验测得的一些底物的P/O比值
底 物 β-羟丁酸 琥珀酸 抗坏血酸 呼吸链的组成 NAD+→复合体Ⅰ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅱ→CoQ→复合体Ⅲ →Cyt c→复合体Ⅳ→O2 Cyt c→复合体Ⅳ→O2 复合体Ⅳ→O2 0.88 0.61-0.68 1 1 细胞色素c (Fe2+) 1.7 2 P/O比值 2.4～2.8 可能生成的 ATP数 3
1. 温度： 体温，~37度
高温
2. 反应温和：酶促,逐步氧化,逐步放能,可调节
反应剧烈：短时间内以光、热能形式放能
不能储存，0% 碳和氢直接与氧结合生成。
3. 效率：以高能键储存，40~55%
4. CO2来源：有机羧酸脱羧而来
二、生物氧化的酶类 氧化酶类 需氧脱氢酶 不需氧脱氢酶
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
B: FAD和 FMN
FAD（或FMN）+ 2H FADH2（或 FMNH2）
C: 辅酶Q ( CoQ) 泛醌（辅酶Q, CoQ, Q）由多个异戊烯连接形 成较长的疏水侧链（人CoQ10），脂溶性, 在膜中 可流动。 不固定于复合体，呈游离状态。氧化还 原反应时可生成中间产物半醌型泛醌。
生物化学三大代谢重点总结
第八章生物氧化1. 生物氧化：物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内彻底分解时逐步释放能量，最终生成C02和H2O的过程。
2. 生物氧化中的主要氧化方式：加氧、脱氢、失电子3. CO2的生成方式：体内有机酸脱羧4. 呼吸链：代谢物脱下的成对氢原子通过位于线粒体内膜上的多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶称为呼吸链，又称电子传递链。
组成(1) N ADH 氧化呼吸链：苹果酸-天冬氨酸穿梭NADH —复合物I —CoQ —复合物III —Cyt c —复合物IV f O 产2.5个ATP(2) 琥珀酸氧化呼吸链：3-磷酸甘油穿梭琥珀酸—复合物II —CoQ —复合物III —Cyt c —复合物IV —O 产1.5个ATP含血红素的辅基：血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、过氧化物酶、过氧化氢酶5. 细胞质NADH 的氧化：胞液中NADH必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。
转运机制(1 ) 3-磷酸甘油穿梭：主要存在于脑和骨骼肌的快肌，产生 1.5个ATP(2 )苹果酸-天冬氨酸穿梭：主要存在于肝、心和肾细胞；产生2.5个ATP6. ATP的合成方式：(1 )氧化磷酸化：是指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。
偶联部位：复合体I、III、IV(2 )底物磷酸化：是底物分子内部能量重新分布，通过高能基团转移合成ATP。
磷/氧比：氧化磷酸化过程中每消耗1摩尔氧原子(0.5摩尔氧分子)所消耗磷酸的摩尔数或合成ATP的摩尔数。
7. 磷酸肌酸作为肌肉中能量的一种贮存形式第九章糖代谢寸一、糖的生理功能：(1 )氧化供能(2 )提供合成体内其它物质的原料(3 )作为机体组织细胞的组成成分吸收速率最快的为-半乳糖二、血糖1. 血糖：指血液中的葡萄糖正常空腹血糖浓度：3.9~6.1mmol/L2. 血糖的来源：（1）食物糖消化吸收（2）肝糖原分解（3）糖异生去路：（1 ）氧化分解供能（2）合成糖原（3）转化成其它糖类或非糖物质3. 血糖调节：肝脏调节、肾脏调节（肾糖阈）、神经调节、激素调节体内主要升血糖激素：胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素、生长激素、甲状腺素三、糖代谢1. 无氧酵解（无氧或缺氧；生成乳酸；释放少量能量）关键酶：己糖激酶、6- 磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶反应部位：胞液产能方式：底物磷酸化净生成2ATP⑴ 葡萄糖磷酸化为6- 磷酸葡萄糖-1ATP⑵ 6- 磷酸葡萄糖转变为6- 磷酸果糖⑶ 6- 磷酸果糖转变为1,6- 二磷酸果糖-1ATP⑷ 1,6- 二磷酸果糖裂解⑸ 磷酸丙糖的同分异构化⑹ 3- 磷酸甘油醛氧化为1,3- 二磷酸甘油酸【脱氢反应】⑺ 1,3- 二磷酸甘油酸转变成3- 磷酸甘油酸【底物磷酸化】+1*2ATP⑻ 3- 磷酸甘油酸转变为2- 磷酸甘油酸⑼ 2- 磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸⑽ 磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，并通过底物水平磷酸化+1*2ATP（11）丙酮酸加氢转变为乳酸生理意义：（1）是机体在缺氧情况下获取能量的有效方式。
第八章生物氧化
2.细胞色素 Cyt 细胞色素(Cyt 细胞色素 Cyt) 细胞色素是属于色蛋白类的结合蛋白， 细胞色素是属于色蛋白类的结合蛋白，其辅基是 含铁卟啉的衍生物(血红素A,血红素B,血红素 血红素A,血红素B,血红素C) 含铁卟啉的衍生物 血红素A,血红素B,血红素C) 细胞色素共有五种，分别为Cyt 细胞色素共有五种，分别为Cyt a, Cyt b, c， Cyt c1, Cyt c， Cyt a3. 细胞色素在呼吸链中是通过铁卟啉中的铁原子氧 化还原作用而往复传递电子， 化还原作用而往复传递电子，细胞色素是单电子 传递体方程式如下 方程式如下： 传递体方程式如下： ( b, c1, c) 2Cyt·Fe 2Cyt Fe3+ + 2e2Cyt·Fe 2Cyt Fe2+
一. 生物氧化的涵义 由前述分解代谢的总方程式： 由前述分解代谢的总方程式：
有机物 + O2 能量（ ATP） CO2 + H2O + 能量（ ATP）
则有机物的分解是一种有氧参与的氧化反应， 则有机物的分解是一种有氧参与的氧化反应， 且反应发生在生物体内， 且反应发生在生物体内，故称为生物氧化 定义 有机物质在生物体细胞内的 氧化分解作用称为生物氧化 由于此过程消耗氧生成CO2 ，且在细 由于此过程消耗氧生成CO 胞中进行， 胞中进行，因此又称为细胞呼吸
（二）反应历程复杂 例 葡萄糖的氧化反应方程式： 葡萄糖的氧化反应方程式： C6H12O6 +6O2 6CO2 + 6H2O
在体内和体外都是一样的， 在体内和体外都是一样的，但各自的反 应历程不同,体外氧化是一次反应完全的 应历程不同 体外氧化是一次反应完全的 而生物氧化是在活细胞的水溶液中进 生物氧化是在活细胞的水溶液中进 行的，途径迂回曲折，有条不紊， 行的，途径迂回曲折，有条不紊，反 应历程复杂， 应历程复杂，都是酶促反应
食品生物化学-4生物氧化
①头部
也称偶联因子F1，它位于线
粒体内膜的基质侧表面，由5种亚基 组成，是9聚体（α 3β 3γ δ ε
），含
有ATP合成酶活性，其中α和β亚基上有ADP和 ATP的结合位点；β亚基有催化活性，称为催化亚
基；γ亚基可调节质子从Fo蛋白向F1蛋白的流动，
起阀门的作用。
功能：催化ADP和pi发生磷酸化生成 ATP。
4、甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
4.3 呼吸链及其组成成分
4.3.1 呼吸链 4.3.2 呼吸链的组成成分 4.3.3 生物体内重要的呼吸链
4.3.1 呼吸链
概念：一系列酶和辅酶按照一定的顺序排列在线粒体内
膜上，可以将代谢物脱下的氢（H＋＋e）逐步传递给氧生 成水同时释放能量，由于此过程与细胞摄取氧的呼吸过程 有关，所以这一传递链称为呼吸链。 呼吸链中传递氢的酶和辅酶称为递氢体；传递电子的酶和 辅酶称为递电子体。
1、相同点
体内氧化
体外氧化
（1）物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子 遵循氧化还原反应的一般规律。 （2）物质氧化时消耗的氧量、得到的产物
（CO2，H2O）和能量相同。
2、不同点
体内氧化 体外氧化
（1）反应条件： 温和（体温，pH接近中性） 剧烈 （2）反应过程： 分步反应
能量逐步释放
一步反应
能量突然释放
NADH氧化呼吸链
FADH2氧化呼吸链
NADH 呼吸链
2H+ SH 2
2H
+
NAD
(1)
FMNH2
(2)
2H
CoQ
Cyt Fe
(4)(b
2+ 2e
Cyt Fe
基础生物化学-生物氧化
内膜约含 80％的蛋白质，包括电子传递链和氧 化磷酸化的有关组分，是线粒体功能的主要 担负者 。 线粒体 的内腔 充满半流动的基质 （衬质），其中包含大量的酶类以及线粒体 DNA和核糖体。 线粒体基质酶类包括 TCA酶类、脂肪酸-氧化 酶类和氨基酸分解代谢酶类。
哺乳动物线粒体 DNA 为环状分子，编码包括 细胞色素氧化酶、细胞色素 b 和 F0 疏水亚基 在内的10多种蛋白质，约占内膜总蛋白质的 20％，其余的蛋白质均由核基因编码，在细 胞质中合成后运入线粒体。 线粒体内膜的内表面有一层排列规则的球形颗 粒，通过一个细柄与构成嵴的内膜相连接， 这就是ATP合酶(偶联因子F1-F0)。
6.1.1.3 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 生物氧化中底物脱下的氢与氧结合生成水。
6.1.2 生物氧化的自由能变化 6.1.2.1 自由能概念 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) ：在恒温、恒压条件下一 个体系可用于做有用功的能量。又称Gibbs自 由能，以G表示。
②黄素蛋白(flavoproteins) 与电子传递链有关的黄素蛋白有两种，分别以 FMN和FAD为辅基。
在FAD、FMN分子中的异咯嗪部分可进行可逆 的脱氢加氢反应。氧化型黄素辅基从NADH接 受两个电子和一个质子，或从底物(如琥珀酸) 接受两个电子和两个质子而还原： NADH+H++FMN=NAD++FMNH2 琥珀酸+FAD=延胡索酸+FADH2
生物化学生物氧化
二、生化反应中自由能的变化
1. 生物化学反应的自由能（free energy）变化
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS 物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量)
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： ΔG<0，反应能自发进行 ΔG>0，反应不能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态。
化学反应自由能的计算
a. 利用化学反应平衡常数计算 基本公式：ΔG′=ΔGº´+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔGº′= - RTlnKeq
b. 利用标准氧化还原电位（Eº）计算（限于氧化-还 原反应） 基本公式：ΔG º′=－nFΔE º′ (ΔE º′=E0+ ′-E0- ′)
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
负极反应：NAD++H++2e NADH E-º′ -0.32V
ΔG º′-nFΔE º′ -2×96485×[0.82-(-0.32)] -220 KJ·mol-1
生物体通过 生物氧化所产生 的能量，除一部 分用以维持体温 外，大部分可以 通过磷酸化作用 转移至高能磷酸 化合物如ATP中 。
三、高能化合物
高能化合物：在生化反应中，发生水解或基团转移 反应时释放的自由能大于21kJ/mol的化合物。 1. 生物体系中的高能磷酸酯类化合物
高能磷酸键 水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯
键，常表示为 P。 高能磷酸化合物
含有高能磷酸键的化合物
高 能 化 合 物 的 类 型
2. ATP的特点及其特殊作用
例题： 反应G-1-PG-6-P在38℃达到平衡时， G-1-P占 5%，G-6-P占95%，求 G0。如果反应未达到平 衡，设[G-1- P]=0.01mol.L， [G-6-P]=0.001mol.L， 求反应的 G是多少？