动物生化第五章 生物氧化
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【生物化学】第五章-生物氧化-第一节-生物氧化概念幻灯片
2020/5/11
2020/5/11
生物氧化释放的能量有相当多的转换成ATP中活跃的化 学能，用于各种生命活动； 体外燃烧产生的能量则转换为光和热，散失在环境中。
2020/5/11
四、生物氧化涉及的内容
• 有机化合物中C如何变成CO2 ？ • 细胞如何利用有机化合物中的H氧化成水？ • 有机物氧化时，释放的能量如何贮存在ATP中？
2020/5/11
六、高能化合物
1. 高能化合物的高能键
• 定义：一般将水解时能够释放21 kJ /mol以上 自由能（G’< -21 kJ / mol）的化合物称为高 能化合物。
• ATP ADP + Pi + 20.9 KJ.mol-1 • 高能键≠键能高
2020/5/11
注意：“高能键”≠“键能高” 高能键并不是这个键集中了大量的能量， 而是指水解这个键前后的分子结构存在着 很大的自由能的改变。
五、能 荷
细胞的能量状态可用能荷(energy charge)表示。
能荷是细胞中高能磷酸状态的一种数量上的衡量， 它的大小可用下式表示：
(ATP+0.5ADP) 能荷=
(ATP+ADP+AMP)
2020/5/11
能荷的数值在0~1之间。大多数细胞维持的稳态能 荷状态在0.8-0.9的范围内。 ATP生成和消耗的途径和细胞的能荷状态相呼应。 高能荷时，ATP生成过程被抑制，分解代谢减弱； 低能荷时，其效应相反。 能荷对代谢起着重要的调控作用。
营养物质 + O2 H2O + CO2 + 能量 ATP + 热量
2020/5/11
与非生物氧化相比
三、生物氧化的特点
生化-第五章代谢总论与生物氧化
( H ↔ H+ + e )
RH + O2 + 2H+ + 2e ↔ ROH + H2O （二）生物氧化的特点 1. 在细胞内，于体温、近于中性的含水环境中 由酶催化。
2. 能量逐步释放，部分存于ATP中。
3. 分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。
二、 生物氧化中CO2的生成 生物体内CO2的生成来源于有机物转变为含 羧基化合物的脱羧作用。 (1) 直接脱羧
ATP ＋ H2O → ADP ＋ Pi 其ΔG0′= - 30.51kJ／mo1； 当ADP ＋ Pi → ATP时， 也需吸收30.51kJ／mol的自由能 磷酸肌酸（脊椎动物）和磷酸精氨酸（无脊椎动 物）是能量的贮存形式
肌酸磷酸 激酶
第二节
生物氧化
——有机物质在细胞内的氧化作用。又称组织呼 吸或细胞呼吸。
复合物 I
FeS
膜间隙（正）
基质 臂
基质（负）
MH2
NADH -0.32
FMN -0.30 FAD -0.18
c1 aa3 c CoQ b +0.10 +0.07 +0.22 +0.25 +0.29
O2 +0.816
2）琥珀酸-Q还原酶（琥珀酸脱氢酶）
琥珀酸是生物代谢过程（三羧酸循环）中产生 的中间产物，它在琥珀酸-Q还原酶（复合物II） 催化下，将两个高能电子传递给Q。再通过 QH2-Cyt c还原酶、Cyt c和Cyt c氧化酶将电子 传递到O2。 琥珀酸-Q还原酶也是存在于线粒体内膜上的蛋 白复合物, 比NADH-Q还原酶的结构简单，由4 个不同的多肽亚基组成。其活性部分含有辅基 FAD和铁硫蛋白。 琥珀酸-Q还原酶的作用是催化琥珀酸的脱氢氧 化和Q的还原。
生物化学生物氧化PPT课件
目录
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的 两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
目录
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH2。
质子泵（proton pump） 氧化呼吸链中在传递电子的同时能
把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递 复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。
目录
哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能
酶复合体
复合体Ⅰ (NADH-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅱ (琥珀酸-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅲ (泛醌-细胞色素
氧化还原酶)
分子(kD) 亚基
↓
氧化磷酸化减慢
呼吸控制
呼吸控制（respiratory control）： 由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应 ，
称呼吸控制 ，调控的关键物质是ADP。
目录
1000
>40
140
4
250
11
辅酶/辅基
主要功能
FMN、Fe-S 传递NADH+H+中2个e到Q，并 由基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子 到Q
血红素bH、 bL、c1 Fe-S
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
细胞色素C* 13
A
B
H+ H+
(2) 传递电子的机理
2Fe-2S 4Fe-4S
经FMN、2Fe-2S、Q、4Fe-4S传递NADH+H+的 两个电子到Q，使之摄取基质2个H+转变为QH2。
目录
2、复合体Ⅱ功能（琥珀酸-泛醌还原酶） ----将电子从琥珀酸传递到泛醌
➢ 琥珀酸脱氢→FAD→几种Fe-S →CoQ → QH2 ➢ 经α-磷酸甘油穿梭生成的FADH2，也在此 递氢给Q生成QH2。
质子泵（proton pump） 氧化呼吸链中在传递电子的同时能
把质子从基质泵出到膜间隙的电子传递 复合体，有复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。
目录
哺乳动物氧化呼吸链的组成及功能
酶复合体
复合体Ⅰ (NADH-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅱ (琥珀酸-泛醌氧
化还原酶)
复合体Ⅲ (泛醌-细胞色素
氧化还原酶)
分子(kD) 亚基
↓
氧化磷酸化减慢
呼吸控制
呼吸控制（respiratory control）： 由于ATP/ADP比值变化对氧化磷酸化的调节效应 ，
称呼吸控制 ，调控的关键物质是ADP。
目录
1000
>40
140
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250
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辅酶/辅基
主要功能
FMN、Fe-S 传递NADH+H+中2个e到Q，并 由基质向膜间隙泵出4个H+
FAD、Fe-S
传递琥珀酸中2个电子、2个质子 到Q
血红素bH、 bL、c1 Fe-S
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
细胞色素C* 13
A
B
H+ H+
生物化学第五章 生物氧化
2、氧化磷酸化：代谢物脱下的氢经电
子传递链与氧结合成水的同时，逐步 释放出能量，使ADP磷酸化为ATP的
过程。
氧化磷酸化偶联部位
ATP
ATP
ATP
40
α-磷酸甘油穿梭：
胞液
CH2OH
线粒体膜
基质
1 O 2 2
NADH + +H
C O CH2O P CH2OH
CoQH 2 FAD CoQ
2~ P H2O
*通过苹果酸穿梭系统，一对氢原子可产生3分 子ATP
三、氧化磷酸化中ATP生成的基础
ATP合酶的分子结构
线粒体膜间隙 线粒体内膜
线粒体基粒
四、 氧化磷酸化的偶联机理 1、化学渗透假说：
电子经呼吸链传递时，可将质子 （H+）从线粒体内膜的基质侧泵到内 膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯 度储存能量。当质子顺浓度梯度回流 时驱动ADP与Pi生成ATP。
功能：递氢体
（三）铁硫蛋白 辅基：铁硫簇(Fe-S)
Fe-S含有等量铁原子和硫原子 ，其中铁原子可进行
Fe2+ Fe3++e 反应传递电子。
功能：电子传递体
Ⓢ 表示无机硫
铁硫蛋白
S
无机硫
S
半胱氨酸硫
（四）泛醌（CoQ）
O H3CO CH3 CH3 H3CO O (CH2 CH C CH2)nH
76
Cyt的功能： 电子传递体
参与铁硫蛋白 的电子传递过程
在呼吸链的NAD+、FMN、CoQ和
Fe-S几种电子传递体中不与蛋白质 结合的电子载体是CoQ。
四种具有传递电子功能的酶复合体 人线粒体呼吸链复合体
动物生物化学课件-生物氧化
生物氧化
生物氧化的概念
真核生物的生物氧化发生在线粒体一次性释放的，而是逐步释放的，释放出的能 量也不是直接去用于做功，而是转变为一种特殊的载体，三磷酸腺 苷（ATP）
ATP是机体内直接用于作功的形式。它的磷酸酯键在水解或者转移 时有很大的自由能释放出来，为高能磷酸键。ATP，GTP，CTP，UTP 等含有高能磷酸键的化合物，称为高能磷酸化合物
和（4Fe-4S），通过Fe3+/Fe2+传递电子 （四）细胞色素
一类含有血红素的传递电子蛋白，有细胞色素b、c等十多种，借助 铁原子化学价的互变传递电子。 细胞色素aa3，也称为细胞色素c氧化酶，处于呼吸链的末端，将氢 原子直接传递给氧生成水。它容易被CO，CN-抑制。
NADH呼吸链和FADH呼吸链
NADH呼吸链 以NADH为首的传递链 以琥珀酸为首的传递链，称FADH呼吸链或琥珀酸呼吸链
ATP是自由能的直接供体，而不是贮存形式，它的作用犹如货币一 样在体内使用和流通，因此人们将它形象地称为“通用能量货币”。
呼吸链--水的生成
是指排列在线粒体内膜上的一个有多种脱氢酶以及氢和电子传递体 组成的电子传递系统。
呼吸链的组成
（一）不需氧脱氢酶 （二）辅酶Q（CoQ）又称泛醌。递氢体 （三）铁硫中心 为非血红素铁蛋白。铁硫中心有（Fe-S），（2Fe-2S）
生物氧化的概念
真核生物的生物氧化发生在线粒体一次性释放的，而是逐步释放的，释放出的能 量也不是直接去用于做功，而是转变为一种特殊的载体，三磷酸腺 苷（ATP）
ATP是机体内直接用于作功的形式。它的磷酸酯键在水解或者转移 时有很大的自由能释放出来，为高能磷酸键。ATP，GTP，CTP，UTP 等含有高能磷酸键的化合物，称为高能磷酸化合物
和（4Fe-4S），通过Fe3+/Fe2+传递电子 （四）细胞色素
一类含有血红素的传递电子蛋白，有细胞色素b、c等十多种，借助 铁原子化学价的互变传递电子。 细胞色素aa3，也称为细胞色素c氧化酶，处于呼吸链的末端，将氢 原子直接传递给氧生成水。它容易被CO，CN-抑制。
NADH呼吸链和FADH呼吸链
NADH呼吸链 以NADH为首的传递链 以琥珀酸为首的传递链，称FADH呼吸链或琥珀酸呼吸链
ATP是自由能的直接供体，而不是贮存形式，它的作用犹如货币一 样在体内使用和流通，因此人们将它形象地称为“通用能量货币”。
呼吸链--水的生成
是指排列在线粒体内膜上的一个有多种脱氢酶以及氢和电子传递体 组成的电子传递系统。
呼吸链的组成
（一）不需氧脱氢酶 （二）辅酶Q（CoQ）又称泛醌。递氢体 （三）铁硫中心 为非血红素铁蛋白。铁硫中心有（Fe-S），（2Fe-2S）
生化 05(生物氧化)
既抑制氧的利用又抑制ATP形成的物质，称为氧化磷酸 化抑制剂。 ① 氧化磷酸化抑制剂作用特点
既抑制氧的利用 ATP的形成 。
如寡霉素对氧利用的抑制作用可被解偶联剂解除
，又抑制
② 典型的氧化磷酸化抑制剂
寡霉素 与三分子体柄部蛋白质结合，使头部的ATP合 酶失去活性，不能生成ATP 。
（3）离子载体抑制剂
（二）高能化合物
高能化合物（ energy-rich chemical compound）是指含有高能基团（ energy-rich redical，转移势能高的基团）的化合物。表示 这种高能基团的方式是在有关基团的前面加一个 “～”符号，这一符号通常称为高能键 （energy-rich bond）。
ATP
ADP+Pi
乙酰辅酶A羧化酶
C H3C O S C O A
乙 CoA 酰 CO2
O HO O C C H2 C ~S C oA
丙 酸 酰 二 单 CoA
（三）高能化合物的类型P124～125
1. 磷氧键型 ⑴酰基磷酸化合物 如1，3-二磷酸甘油酸 ⑵焦磷酸化合物 无机焦磷酸、ATP ⑶烯醇式磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸 2. 氮氧键型 磷酸肌酸（储备能量） 3. 硫酯键型 3´-磷酸腺苷-5´-磷酰硫酸 4. 甲硫键型 S-腺苷甲硫氨酸
一、概
述
（一）生物氧化 （二）高能化合物 （三）高能化合物的类型
（一）生物氧化
1.概念 糖、脂、蛋白质等有机物质在生物体内经过 一系列与体外燃烧有别的氧化分解，最终生成 CO2 和 H2O 并释放能量的过程,称为生物氧化 （biological oxidation）。 2.特点 （1）营养物质在37℃左右 ，经酶催化的一系 列的化学反应，逐步氧化，并逐步地释放能量；
既抑制氧的利用 ATP的形成 。
如寡霉素对氧利用的抑制作用可被解偶联剂解除
，又抑制
② 典型的氧化磷酸化抑制剂
寡霉素 与三分子体柄部蛋白质结合，使头部的ATP合 酶失去活性，不能生成ATP 。
（3）离子载体抑制剂
（二）高能化合物
高能化合物（ energy-rich chemical compound）是指含有高能基团（ energy-rich redical，转移势能高的基团）的化合物。表示 这种高能基团的方式是在有关基团的前面加一个 “～”符号，这一符号通常称为高能键 （energy-rich bond）。
ATP
ADP+Pi
乙酰辅酶A羧化酶
C H3C O S C O A
乙 CoA 酰 CO2
O HO O C C H2 C ~S C oA
丙 酸 酰 二 单 CoA
（三）高能化合物的类型P124～125
1. 磷氧键型 ⑴酰基磷酸化合物 如1，3-二磷酸甘油酸 ⑵焦磷酸化合物 无机焦磷酸、ATP ⑶烯醇式磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸 2. 氮氧键型 磷酸肌酸（储备能量） 3. 硫酯键型 3´-磷酸腺苷-5´-磷酰硫酸 4. 甲硫键型 S-腺苷甲硫氨酸
一、概
述
（一）生物氧化 （二）高能化合物 （三）高能化合物的类型
（一）生物氧化
1.概念 糖、脂、蛋白质等有机物质在生物体内经过 一系列与体外燃烧有别的氧化分解，最终生成 CO2 和 H2O 并释放能量的过程,称为生物氧化 （biological oxidation）。 2.特点 （1）营养物质在37℃左右 ，经酶催化的一系 列的化学反应，逐步氧化，并逐步地释放能量；
生化实验报告生物氧化
一、实验目的1. 了解生物氧化的基本概念和过程。
2. 掌握生物氧化过程中酶的催化作用和能量代谢。
3. 通过实验观察生物氧化过程中的物质变化，加深对生物氧化原理的理解。
二、实验原理生物氧化是指生物体内有机物质在酶的催化作用下，与氧气发生氧化还原反应，产生能量、二氧化碳和水的过程。
生物氧化是生物体能量代谢的重要途径，分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。
线粒体氧化体系是生物氧化过程中的主要途径，包括糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化三个阶段。
非线粒体氧化体系包括过氧化物酶体和微粒体等，主要参与生物转化和解毒作用。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 酵母提取物- 0.1 mol/L Tris-HCl缓冲液（pH 7.4）- 0.1 mol/L NADH溶液- 0.1 mol/L NAD+溶液- 0.1 mol/L FAD溶液- 0.1 mol/L FMN溶液- 0.1 mol/L 苹果酸脱氢酶溶液- 0.1 mol/L 琥珀酸脱氢酶溶液- 0.1 mol/L 3-磷酸甘油醛脱氢酶溶液- 0.1 mol/L 琥珀酸溶液- 0.1 mol/L 3-磷酸甘油醛溶液- 0.1 mol/L 苹果酸溶液- 0.1 mol/L 线粒体提取物- 氧气- 氮气- 二氧化碳- 水合氯醛- 红外光谱仪- 紫外光谱仪- 高速离心机- 烧杯- 移液管- 滴定管- 恒温水浴锅2. 实验仪器：- 红外光谱仪- 紫外光谱仪- 高速离心机- 烧杯- 移液管- 滴定管- 恒温水浴锅四、实验方法1. 线粒体氧化体系实验：- 将线粒体提取物加入Tris-HCl缓冲液中，制成线粒体悬浮液。
- 向线粒体悬浮液中加入苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶溶液，启动生物氧化反应。
- 通过红外光谱仪和紫外光谱仪检测反应过程中产生的CO2和H2O。
- 记录反应过程中线粒体悬浮液的吸光度变化，分析生物氧化过程中的能量代谢。
2. 非线粒体氧化体系实验：- 将酵母提取物加入Tris-HCl缓冲液中，制成酵母悬浮液。
生物化学(生物氧化)
电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示，其方
程为:
E′=Eº′+
RT
C氧化态
nF In C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系
△Gº’=-nF △Eº’
三. 高能磷酸化合物
(一)高能磷酸化合物的概念
高能磷酸化合物：一般将水解时释放20.9KJ/mol以上自由 能的化合物称之，含有高能量的键称为高能键，常 用” ～” 符号表示，典型的代表是三磷酸腺苷(ATP)含有 两个高能键。
二、三羧酸循环生成的ATP
乙酰CoA＋3NAD+＋FAD ＋ GDP＋Pi＋2H2O→
CO2＋3NADH＋FADH2＋GTP＋2H+＋CoASH 每个分子G彻底氧化为H2O和CO2，共能产生： 5（或7）＋12.5×2＝30（或32）分子ATP
三、三羧酸循环的回补反应
草酰乙酸的回补反应
1、丙酮酸的羧化 图6-25 丙酮酸的羧化
(二)呼吸链 呼吸链(respiratory chain,电子传递链ETC):指代谢物上
脱下的氢(质子和电子)经一系列递氢体或电子传递体按对电 子亲和力渐渐升高的顺序依次传递，最后传给分子氧而生 成水的全部体系。
NADH呼吸链
呼吸链
FADH2呼吸链
图5-17 NADH呼吸链（A）和FADH2呼吸链（B）
第五章 生物氧化
第一节 生物氧化概述 一.生物氧化 (一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机 物质在活细胞内氧化分解，产生CO2和H2O并放出能量的 作用称生物氧化。
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。 反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α 脱羧和β 脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α 直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β 直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α 氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β 氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
程为:
E′=Eº′+
RT
C氧化态
nF In C还原态
(三)氧化还原电位与自由能的关系
△Gº’=-nF △Eº’
三. 高能磷酸化合物
(一)高能磷酸化合物的概念
高能磷酸化合物：一般将水解时释放20.9KJ/mol以上自由 能的化合物称之，含有高能量的键称为高能键，常 用” ～” 符号表示，典型的代表是三磷酸腺苷(ATP)含有 两个高能键。
二、三羧酸循环生成的ATP
乙酰CoA＋3NAD+＋FAD ＋ GDP＋Pi＋2H2O→
CO2＋3NADH＋FADH2＋GTP＋2H+＋CoASH 每个分子G彻底氧化为H2O和CO2，共能产生： 5（或7）＋12.5×2＝30（或32）分子ATP
三、三羧酸循环的回补反应
草酰乙酸的回补反应
1、丙酮酸的羧化 图6-25 丙酮酸的羧化
(二)呼吸链 呼吸链(respiratory chain,电子传递链ETC):指代谢物上
脱下的氢(质子和电子)经一系列递氢体或电子传递体按对电 子亲和力渐渐升高的顺序依次传递，最后传给分子氧而生 成水的全部体系。
NADH呼吸链
呼吸链
FADH2呼吸链
图5-17 NADH呼吸链（A）和FADH2呼吸链（B）
第五章 生物氧化
第一节 生物氧化概述 一.生物氧化 (一)生物氧化(biological oxidation)：糖、脂、蛋白质等有机 物质在活细胞内氧化分解，产生CO2和H2O并放出能量的 作用称生物氧化。
特点：一系列酶引起的,在活细胞内发生氧化还原反应。 反应部位：真核线粒体、原核细胞膜
(二)生物氧化的方式 1.CO2的生成 脱羧作用：α 脱羧和β 脱羧两种类型 脱羧过程：氧化脱羧 直接脱羧 (1) α 直接脱羧 丙酮酸脱羧反应 (2) β 直接脱羧 草酰乙酸脱羧反应 (3) α 氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应 (4) β 氧化脱羧 苹果酸氧化脱羧反应
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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
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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
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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
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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
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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！
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11
第二节 ATP
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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
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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
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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。
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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
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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
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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
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
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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
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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。
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21
硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
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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
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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