生物化学第八章 新陈代谢总论与生物氧化知识点归纳
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生物化学 第八章 生物氧化(共83张PPT)
HO– CHCOOH
苹果酸
△ G0′≈0(变化很小）
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
TCA循环
CH2COOH HO CHCOOH
苹果酸
NAD+
NADH+H+
苹果酸脱氢酶
CH2COOH O C COOH
草酰乙酸
△ G0′
完整的三羧酸循环
小结
TCA循环
8步反应(10步) 8种酶催化 反应类型：缩合1、氧化4、底物水平磷酸化1、
S
Fe
S
铁硫簇(Fe4S4) C
功能：参与电子传递
3、细胞色素：以铁卟啉为辅基的结合蛋白
+e
Fe3+
Fe2+
-e
功能：传递电子
第四节 三羧酸循环（TCA循环）
淀粉、糖原
葡萄糖
脂肪
甘油、脂肪酸
蛋白质 氨基酸
TCA循环
乙酰CoA
2H ADP＋Pi
CO2
ATP H2O
1/2O2
概念：
乙酰辅酶A的乙酰基部分通过一种循环, 在有氧 条件下被彻底氧化为CO2和H2O,由于该途径的第一个 代谢物是含有三个羧基的柠檬酸, 故称之为三羧酸循环
或柠檬酸循环,简称为TCA 循环。
为了纪念德国科学家Hans Krebs在阐明TCA循 环中所做出的突出贡献,又称之为Krebs循环。
TCA 循环也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰CoA）被降 解成CO2
产生一些ATP
产生更多的NADH和FADH2
NADH和FADH2进入呼吸链，通过氧化磷酸化产 生更多的ATP。
4 KJ/mol)，这部分能量可推动ADP与Pi合成ATP。
苹果酸
△ G0′≈0(变化很小）
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
TCA循环
CH2COOH HO CHCOOH
苹果酸
NAD+
NADH+H+
苹果酸脱氢酶
CH2COOH O C COOH
草酰乙酸
△ G0′
完整的三羧酸循环
小结
TCA循环
8步反应(10步) 8种酶催化 反应类型：缩合1、氧化4、底物水平磷酸化1、
S
Fe
S
铁硫簇(Fe4S4) C
功能：参与电子传递
3、细胞色素：以铁卟啉为辅基的结合蛋白
+e
Fe3+
Fe2+
-e
功能：传递电子
第四节 三羧酸循环（TCA循环）
淀粉、糖原
葡萄糖
脂肪
甘油、脂肪酸
蛋白质 氨基酸
TCA循环
乙酰CoA
2H ADP＋Pi
CO2
ATP H2O
1/2O2
概念：
乙酰辅酶A的乙酰基部分通过一种循环, 在有氧 条件下被彻底氧化为CO2和H2O,由于该途径的第一个 代谢物是含有三个羧基的柠檬酸, 故称之为三羧酸循环
或柠檬酸循环,简称为TCA 循环。
为了纪念德国科学家Hans Krebs在阐明TCA循 环中所做出的突出贡献,又称之为Krebs循环。
TCA 循环也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰CoA）被降 解成CO2
产生一些ATP
产生更多的NADH和FADH2
NADH和FADH2进入呼吸链，通过氧化磷酸化产 生更多的ATP。
4 KJ/mol)，这部分能量可推动ADP与Pi合成ATP。
第八章代谢总论与生物能学
② ATP + H2O →ADP + Pi
ΔG0 = -30.5kJ/mol
求③ Glc + ATP → Glc-6-p + ADP 的标准自由能变化？
解：反应3为反应1与2之和，其标准自由能变化是反
应1与2之和： 13.8kJ/mol + （-30.5kJ/mol）
3高能化合物
随水解或基团转移反应可放出大量自由能（20.92kJ以上） 的化合物。
▶
THANK YOU!
代谢途径（metabolic pathway）
➢体内的化学反应通常由酶催化，一系列的连 续的有严格顺序的反应构成代谢途径。 ➢代谢途径的个别步骤称作中间代谢，个别步 骤的产物称作中间产物。
代谢途径的一览图
1点1线在1个途径的末端; 1点2线在1个途径的中间; 1点3线参与2个途径； 其余类推。
代谢途径的区域化
代谢途径的区域化
如：糖酵解在细胞质中进行，三羧酸循环在线粒 体基质中进行，氧化磷酸化在线粒体内膜进行。
2）新陈代谢的特点
➢代谢反应是在温和的条件下进行的，由不同的酶催化。 ➢代谢过程由一系列的连续的化学反应构成，却有严格顺 序。 ➢生物体内的代谢反应有灵活的自我调控步骤。 ➢生物的代谢体系是长期进化中逐步形成，逐步完善的。
～P
6-磷酸葡萄糖
3-磷酸甘油
ATP水解标准自由能变为-30.5kJ/mol，但实际的自由能 变化在不同的细胞有不同值。
不同细胞中[ADP][Pi]/[ATP]值不同。 细胞所处的能量状态用能荷（energy charge）来表示
能荷=（[ATP]+1/2[ADP]）/（ [ATP]+[ADP]+[AMP]）
ΔG0 = -30.5kJ/mol
求③ Glc + ATP → Glc-6-p + ADP 的标准自由能变化？
解：反应3为反应1与2之和，其标准自由能变化是反
应1与2之和： 13.8kJ/mol + （-30.5kJ/mol）
3高能化合物
随水解或基团转移反应可放出大量自由能（20.92kJ以上） 的化合物。
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THANK YOU!
代谢途径（metabolic pathway）
➢体内的化学反应通常由酶催化，一系列的连 续的有严格顺序的反应构成代谢途径。 ➢代谢途径的个别步骤称作中间代谢，个别步 骤的产物称作中间产物。
代谢途径的一览图
1点1线在1个途径的末端; 1点2线在1个途径的中间; 1点3线参与2个途径； 其余类推。
代谢途径的区域化
代谢途径的区域化
如：糖酵解在细胞质中进行，三羧酸循环在线粒 体基质中进行，氧化磷酸化在线粒体内膜进行。
2）新陈代谢的特点
➢代谢反应是在温和的条件下进行的，由不同的酶催化。 ➢代谢过程由一系列的连续的化学反应构成，却有严格顺 序。 ➢生物体内的代谢反应有灵活的自我调控步骤。 ➢生物的代谢体系是长期进化中逐步形成，逐步完善的。
～P
6-磷酸葡萄糖
3-磷酸甘油
ATP水解标准自由能变为-30.5kJ/mol，但实际的自由能 变化在不同的细胞有不同值。
不同细胞中[ADP][Pi]/[ATP]值不同。 细胞所处的能量状态用能荷（energy charge）来表示
能荷=（[ATP]+1/2[ADP]）/（ [ATP]+[ADP]+[AMP]）
第八章代谢总论及生物能
第八章代谢总论及生物能一、新陈代谢二、新陈代谢的特点和调节三、生物能及高能化合物一、新陈代谢(代谢 Metabolism )新陈代谢:营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称为新陈代谢。
实质：错综复杂的化学反应相互配合，彼此协调，对周围转环境高度适应而成的一个有规律的总过程。
代谢的功能：从环境中获得营养转变为自身需要的结构元件装配成自身的大分子形成或分解生物特殊功能所需的生物分子提供生命所需的一切能量。
（二）分类同一种物质，分解代谢和合成代谢选择不同的途径，使代谢增加了灵活性和应变能力。
同一种物质的两种过程并非都是在细胞的相同部位进行。
两用代谢途径；二、新陈代谢的特点与调节1.新陈代谢的特点步骤繁多、彼此协调，逐步进行，有严格顺序性；各代谢途径相互交接，形成物质与能量的网络化交流系统。
精密的调控机制保证机体最经济地利用物质和能量。
各代谢途径之间存在许多重复出现的基元在温和条件下进行(由酶催化)；2. 新陈代谢的调节分子水平（反应物、产物）细胞水平（反应的定位,代谢途径分隔控制）整体水平（激素和神经调节，合理分工安排）基因表达的调控三、生物能及高能化合物概念：是一种能能够被生物细胞直接利用的特殊能量形式。
化学本质：是存储于ATP分子焦磷酸键中的化学能。
（二）高能化合物一般将水解时能够释放 20.9 kJ /mol（5千卡/mol)以上自由能的化合物称为高能化合物。
高能键：在分子中用“~”表示2.高能磷酸化合物机体内有许多磷酸化合物，当其磷酰基水解的时候，释放出大量的自由能。
这类化合物称作高能磷酸化合物。
（1）ATP（2）磷酸肌酸、磷酸精氨酸（1）ATP是生物能存在的主要形式① ATP作为生物能源具有的特点ATP是一种瞬时自由能供体（能量中转站），不是能量存储形式。
ATP、ADP和Pi在细胞内处于动态平衡状态，ATP和ADP循环速率非常快。
②ATP的特殊作用ATP末端磷酸基团水解可以释放能量，通过酶和其它生物化学反应相偶联，使多数不能自发进行的反应得以顺利进行。
新陈代谢总论和生物氧化
第二篇
代
谢
第七章 新陈代谢总论与生物氧化
一、新陈代谢总论
二、生物氧化
新陈代谢的概念
生物氧化的特点
新陈代谢的研究方法
生物体内能量代谢的基本规律 高能化合物与ATP的作用
生物氧化中CO2的生成
生物氧化中水的生成 氧化磷酸化作用
一、新陈代谢总论
1.1 新陈代谢的概念 是生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程。这 是生物最基本的特征，也是生命存在的前提。 合成代谢 (同化作用)
(4) 其它贮能物质：磷酸肌酸 在肌肉、神经组织，磷酸肌酸是主要的贮能物 质，但是它含有的能量需转化成ATP后再利用。
二、生物氧化(Biological oxidation)
2.1 概述 2.2 生物氧化中CO2的生成 2.3 生物氧化中H2O的生成 2.3.1 呼吸链 2.3.2 呼吸链的组成 2.3.3 呼吸链中传递体的顺序 2.4 氧化磷酸化 2.4.1 ATP的生成 2.4.2 胞浆中NADH的氧化磷酸化 2.4.3 氧化磷酸化中ATP的合成部位 2.4.4 氧化磷酸化的偶联机制
2.2 生物氧化中CO2的生成
生物体内CO2的生成来源于含羧基的有机化合物的脱羧作用。 • 直接脱羧 丙酮酸脱羧酶 CH3CCOOH O HOOCCH2CCOOH O (-脱羧) CH3CHO + CO2 CH3CCOOH + CO2 O
丙酮酸羧化酶 (-脱羧)
• 氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化(脱氢)。 NADP+ NADPH + H+ CH3CCOOH + CO2 O
氧化酶
½ O2
NAD+、FMN、 FAD、COQ
代
谢
第七章 新陈代谢总论与生物氧化
一、新陈代谢总论
二、生物氧化
新陈代谢的概念
生物氧化的特点
新陈代谢的研究方法
生物体内能量代谢的基本规律 高能化合物与ATP的作用
生物氧化中CO2的生成
生物氧化中水的生成 氧化磷酸化作用
一、新陈代谢总论
1.1 新陈代谢的概念 是生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程。这 是生物最基本的特征，也是生命存在的前提。 合成代谢 (同化作用)
(4) 其它贮能物质：磷酸肌酸 在肌肉、神经组织，磷酸肌酸是主要的贮能物 质，但是它含有的能量需转化成ATP后再利用。
二、生物氧化(Biological oxidation)
2.1 概述 2.2 生物氧化中CO2的生成 2.3 生物氧化中H2O的生成 2.3.1 呼吸链 2.3.2 呼吸链的组成 2.3.3 呼吸链中传递体的顺序 2.4 氧化磷酸化 2.4.1 ATP的生成 2.4.2 胞浆中NADH的氧化磷酸化 2.4.3 氧化磷酸化中ATP的合成部位 2.4.4 氧化磷酸化的偶联机制
2.2 生物氧化中CO2的生成
生物体内CO2的生成来源于含羧基的有机化合物的脱羧作用。 • 直接脱羧 丙酮酸脱羧酶 CH3CCOOH O HOOCCH2CCOOH O (-脱羧) CH3CHO + CO2 CH3CCOOH + CO2 O
丙酮酸羧化酶 (-脱羧)
• 氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化(脱氢)。 NADP+ NADPH + H+ CH3CCOOH + CO2 O
氧化酶
½ O2
NAD+、FMN、 FAD、COQ
《生物化学》第八章生物氧化
线粒体生物氧化体系 一、线粒体内的呼吸链
铁硫蛋白
铁硫蛋白是一类含铁硫络合物的蛋白质，其中，铁原子可与无机硫原 子或是蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合。铁硫络合物中的铁和硫有 三种组合方式。通常情况下，铁硫蛋白以第二种和第三种形式存在。
铁硫蛋白中的铁可以呈两价（还原型），也可呈三价（氧化型），铁 的氧化、还原可起到传递电子的作用。
NAD＋＋2H＋＋2e－ NADH＋H＋ 此外，亦有不少脱氢酶的辅酶为尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （NADP＋），又称辅酶 Ⅱ（CoⅡ）。
NADP＋＋2H＋＋2e－ NADPH＋H＋
- 13 -
第二节
线粒体生物氧化体系 一、线粒体内的呼吸链
黄素蛋白（FP）
02
又称为辅酶 I（CoI），为体内很多脱氢酶的辅酶，是连接作用物与呼 吸链的重要环节，分子中除含尼克酰胺（维生素 PP）外，还含有核糖、磷 酸及一分子腺苷酸（AMP）。
-8-
第一节 生物氧化概述
四、参与生物氧化的酶
氧化酶直接作用于底物，以氧 作为受氢体或受电子体，生成的产 物是水。氧化酶均为结合蛋白质， 辅基常含有Cu2＋，如细胞色素氧化 酶、酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶等。
氧化酶
-9-
第一节 生物氧化概述
四、参与生物氧化的酶
脱氢酶
需氧脱氢酶 不需氧脱氢酶
通 常 以 黄 素 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 （ FAD ） 或 黄 素 腺 嘌 呤 单 核 苷 酸 （FMN）为辅基，可激活代谢物分子中的氢，与氧分子结合，
-5-
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念
代谢物在体内的氧化可以分为三个阶段：
首先是糖、脂肪和蛋 白质经过分解代谢生 成乙酰辅酶 A 中的乙 酰基；
铁硫蛋白
铁硫蛋白是一类含铁硫络合物的蛋白质，其中，铁原子可与无机硫原 子或是蛋白质肽链上半胱氨酸残基的硫相结合。铁硫络合物中的铁和硫有 三种组合方式。通常情况下，铁硫蛋白以第二种和第三种形式存在。
铁硫蛋白中的铁可以呈两价（还原型），也可呈三价（氧化型），铁 的氧化、还原可起到传递电子的作用。
NAD＋＋2H＋＋2e－ NADH＋H＋ 此外，亦有不少脱氢酶的辅酶为尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 （NADP＋），又称辅酶 Ⅱ（CoⅡ）。
NADP＋＋2H＋＋2e－ NADPH＋H＋
- 13 -
第二节
线粒体生物氧化体系 一、线粒体内的呼吸链
黄素蛋白（FP）
02
又称为辅酶 I（CoI），为体内很多脱氢酶的辅酶，是连接作用物与呼 吸链的重要环节，分子中除含尼克酰胺（维生素 PP）外，还含有核糖、磷 酸及一分子腺苷酸（AMP）。
-8-
第一节 生物氧化概述
四、参与生物氧化的酶
氧化酶直接作用于底物，以氧 作为受氢体或受电子体，生成的产 物是水。氧化酶均为结合蛋白质， 辅基常含有Cu2＋，如细胞色素氧化 酶、酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶等。
氧化酶
-9-
第一节 生物氧化概述
四、参与生物氧化的酶
脱氢酶
需氧脱氢酶 不需氧脱氢酶
通 常 以 黄 素 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 （ FAD ） 或 黄 素 腺 嘌 呤 单 核 苷 酸 （FMN）为辅基，可激活代谢物分子中的氢，与氧分子结合，
-5-
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念
代谢物在体内的氧化可以分为三个阶段：
首先是糖、脂肪和蛋 白质经过分解代谢生 成乙酰辅酶 A 中的乙 酰基；
生物化学课件-生物氧化
nF
cg([还 电子原 供体型 ] )
教学ppt
16
16
（二）自由能的变化（ P306 ）
氧化- 还原反应自由能的变化与标准电势的关系如下：
ΔG°′=－nFΔE°′
例题：计算下反应式Δ G °′ （ P306 ） Δ G °′ = - nFΔE°′=-2×96.485×0.123
=- 23.74kJ/mol
有机物的氧化在一系列酶,辅酶和中间传递体参与下
进行，其途径迂回曲折，有条不紊,氧化过程中能量
逐步释放，其中一部分由一些高能化合物（如 ATP
）截获，再供给机体所需.在此过程中既不会因氧化
过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释放的能
量尽可得到有效的利用。
2020/12/5
教学ppt
8
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二、有氧氧化和无氧氧化（ P303 ）
总
命
过
现
程
象
2020/12/5
ADP
(CH2O) +O2
ADP
太阳
（光 能）
自
电子传递
（电 能）
养
ATP
细
（化 学 能）
胞
合成 分解
(CO2) +H2O
（化 学 能）
电子传递
（电 能）
异
ATP
养
（化 学 能）
细
生物合成
机械功
胞
主动运输
生物发光
生物发电教学ppt 生物发热
4
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第一节 代谢的一般过程
一、分解代谢与合成代谢
V
12
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2020/12/5
教学ppt
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1 、标准氧化还原电势
生物化学第八章生物氧化
➢ 能量突然释放。
➢ 通过加水脱氢反应使物质能间
接获得氧，并增加脱氢的机会； ➢ 物质中的碳和氢直接
脱下的氢与氧结合产生H2O， 有机酸脱羧产生CO2。
氧 结 合 生 成 CO2 和 H2O 。
教学ppt
4
目录
生物氧化的一般过程
糖原
三酯酰甘油
蛋白质
葡萄糖
脂酸+甘油
乙酰CoA
氨基酸
TAC CO2
ADP+Pi ATP
血红素c 血红素a，a3，
CuA, CuB
含结合位点
NADH（基质侧） CoQ（脂质核心） 琥珀酸（基质侧） CoQ（脂质核心） Cyt c（膜间隙侧）
Cyt c1， Cyt a Cyt c（膜间隙侧）
➢ 泛醌不包含在上述四种复合体中。
教学ppt
9
目录
4H+
Ⅱ
琥珀酸
胞液侧
延胡索酸
Ⅰ
基质侧
QH2 Q
NADH+H+
NAD+
4H+
4H+ Cytc ox
4H+
Cytc ox
Cytc red
Cytc red
Ⅲ
线粒体内膜 Ⅳ
4H+
1/2O2+2H+
H2O
4H+
电子传递链各复合体在线粒体内膜中的位置
教学ppt
10
目录
1、复合体Ⅰ作用是将NADH+H+中的电子传递给 泛醌(ubiquinone)
➢ 复合体Ⅰ又称NADH-泛醌还原酶。 ➢ 复合体Ⅰ电子传递：NADH→FMN→Fe-S→
➢ 电子传递过程：CoQH2→(Cyt bL→Cyt bH) →Fe-S →Cytc1→Cytc
第八章 新陈代谢总论428
（2）分解代谢
有机物质在细胞内发生分解的作用过程。分解过程中的 许多中间产物可供作生物合成的原料。伴随分解代谢释 放出化学能并转化为细胞能够利用的生物能（ATP）。
合成代谢和分解代谢相辅相成，有机地联系在 一起，构成中间代谢的统一整体。
三、生物体内能量代谢的基本规律 1.自由能
自由能(G)：指一个反应体系中能够做功的那部 分能量。 自由能的变化(ΔG)：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。 标准自由能的变化(ΔG0)：298K，101.3KPa， 反应物浓度为1mol/L，pH=0。 生化反应中标准自由能的变化(ΔG0’)：298K， 101.3KPa，反应物浓度为1mol/L，pH=7。
细胞中重要的高能键：高能磷酸键和 高能硫脂键。
高 能 化 合 物 类 型
ATP的结构特点及其重要意义
ATP（三磷酸腺苷，腺苷三磷酸， adenosine triphosphate）是一种很重要的高能 磷酸化合物。 生物体每天要消耗大量ATP，安静状态 的成年人：每天消耗40kgATP；激烈运动时： 每分钟就消耗0.5kg。 ATP是一分子腺嘌呤、一分子核糖和三 个相连的磷酸基团构成的核苷酸 RT ln A B
当反应达到平衡时， ΔG=0，那么，
G
0
C D RT ln keq ' RT ln A B
3.自由能与氧化还原电位的关系
' E0
:
pH＝7， 101.3KPa，25℃，反应物浓度为 1mol/L，氧化态与还原态物质与标准氢电 极组成原电池测定得到的氧化还原电位。
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS
G：（实际）自由能变化（actual free energy change）； H总热能变化； T S总体熵变化。