生物能学原理及生物氧化

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1、第十一章生物能学原理及生物氧化PrincipleofBioenergeticsandBiologicalOxidation物质在生物体内进行氧化称生物氧化，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和H2O的过程。此过程需耗氧、排出CO2，又在活细胞内进行，故又称细胞呼吸(cellularrespiration)。*生物氧化（biologicaloxidation）的概念糖脂肪蛋白质CO2和H2OO2能量ADP+PiATP热能*生物氧化的一般过程营养物质分解氧化三阶段大分子小分子-------Ⅰ：分解Ⅱ：分解氧化乙酰CoATCAⅢ：氧化磷酸化

2、（主要产能步）H2O+ATPCO2物质代谢代谢生物氧化能量代谢体内代谢体外燃烧物质——能量转化代谢与能量产能耗能分解合成体内代谢与体外燃烧的区别：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3.效率：以高能键储存，40~55%不能储存，0%4.CO2来源：有机羧酸脱羧而来直接氧化而来氧化糖、脂肪、蛋白质CO2+H2O体内：酶促反应，生成ATP体外：燃烧，生成光和热氧化过程：加氧、脱氢、失电子第一节生物能学的基本原理PrinciplesofBioenergetics一、生物系统遵循热力学定律一个体系及其周

3、围环境的总能量是一个常数。能量可以在系统内转移，或从一种形式转化为另一种形式。有机化合物氧化时释放的能量等于该物质所具有的化学键能与其氧化产物所含化学键能之差。（一）热力学第一定律——能量守恒定律熵（entropy）表示一个系统的无序或随机程度。常用∆G(自由能的变化)衡量一个生物化学过程是否能够自发进行：∆G<0，反应不可逆∆G>0，反应为吸能反应（∆G值越大，则系统越稳定，发生反应的倾向越小。）∆G=0，反应系统处于平衡状态（二）热力学第二定律——自动发生的过程总熵增加∆Gº:当反应物浓度为1mol/L，反应温度为25℃，压力为1大气压时，用∆Gº表示标准自由能变化。

4、∆Gº：生物化学反应时，将pH定为7.0，这种状态下的标准自由能变化用∆Gº表示。∆Gº可根据平衡常数Keg进行计算：∆Gº=-2.303RTlogKegR为气体常数R=8.31×10-3kJ/mol·K，T为绝对温度。（一）代谢物转变时释放的自由能提供另一种代谢物的转变二、体内吸能过程与放能过程偶联进行A+C→B+D+热能（二）一个热力学上不利的反应可被热力学有利的反应驱动AB+CBDAD+C（三）放能反应时生成高能化合物提供吸能反应所需的自由能ACB~DEE～E代表高能化合物，E为相应的低能化合物三、ATP在能量捕获、转移、储存和利用过程中起核心作用一般将∆G

5、º大于ATP（包括ATP），或∆Gº大于21kJ/mol的磷酸化合物称为高能磷酸化合物。用符号~P表示高能磷酸键。（一）高能磷酸化合物的磷酰基水解时释放出大量自由能高能磷酸化合物:一些生物学重要的有机磷酸化合物水解时释放的标准自由能化合物∆GºkJ/mol（kcal/mol）磷酸烯醇式丙酮酸-61.9(-14.8)氨基甲酰磷酸-51.4(-12.3)1,3-二磷酸甘油酸-49.3(-11.8)磷酸肌酸-43.1(-10.3)ATP→ADP+Pi-30.5(-7.3)ADP→AMP+Pi-27.6(-6.6)焦磷酸-27.6(-6.6)1-磷酸葡萄糖-20.9(-5.

6、0)6-磷酸果糖-15.9(-3.8)AMP-14.2(-3.4)6-磷酸葡萄糖-13.8(-3.3)3-磷酸甘油醛-9.2(-2.2)（二）ATP将热力学上不利的过程和有利的反应相偶联体内许多代谢物的“活化”反应（吸能）大多直接或间接地与ATP酸酐键的水解放能反应相偶联，使“活化”反应能顺利进行。OCH2HOHOHOHHOHHOHHH葡萄糖ATPADPMg2+己糖激酶(hexokinase)OHOHOHHOHHOHHOCH2H6-磷酸葡萄糖PP（三）腺苷酸激酶（adenylatekinase）催化腺嘌呤核苷酸之间相互转变ATP+AMP2ADP（四）核苷二磷酸激酶催化UT

7、P、CTP、GTP生成ATP+UDP→ADP+UTPATP+CDP→ADP+CTPATP+GDP→ADP+GTP（五）磷酸肌酸作为肌和脑中能量的一种储存形式ATPADP肌酸磷酸肌酸氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。人体内ATP的来源和去路:第二节氧化磷酸化OxidativePhosphorylation定义代谢物脱下的成对氢原子(2H)通过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