生物化學 第六篇 生物能學和生物氧化

1、第六篇第六篇生物能學和生物氧化生物能學和生物氧化（第十七～十八章（第十七～十八章小結(jié)）小結(jié)）第十七章第十七章生物能學生物能學生物能學是專門研究生命系統(tǒng)內(nèi)的能量流動和能量轉(zhuǎn)化規(guī)律的一門學科。恒溫、恒壓條件得出的方程ΔG=ΔHTΔS也適用于生命系統(tǒng)。一個化學反應的自由能變化有一部分是恒定的，它由反應物本身的性質(zhì)決定，而另一部分是可變的，它由反應的溫度和反應物與產(chǎn)物的濃度決定。在給定的條件下，如果知道ΔGθ＇，可以計算出一個反應的ΔG。通過計

2、算ΔG，可以判斷一個反應在給定條件下進行的方向性。如果ΔG=0，則反應到達平衡；如果ΔG＜0，則該反應為放能反應，可以自發(fā)地進行。如果ΔG為一個非常大的負值，則表明此反應為不可逆反應；如果ΔG＞0，則此反應為需能反應，不能自發(fā)地進行。如果ΔG是一個非常大的正值，則意味著反應幾乎沒有發(fā)生的可能。一個氧化還原反應的ΔGθ＇與其ΔEθ＇的關(guān)系是ΔGθ＇=nFΔEθ＇。而非標準條件下的ΔG與同樣條件下的ΔE之間的關(guān)系為ΔG=nFΔE。細胞內(nèi)的放

3、能反應可以用來驅(qū)動需能反應，只要兩個反應的總的ΔG＜0，并通過某種偶聯(lián)機制聯(lián)系在一起。生物體內(nèi)存在兩種偶聯(lián)機制，一種機制通過一個共同的代謝中間物來實現(xiàn)。另一種機制是通過特殊的高能生物分子來進行的。高能生物分子是指那些既容易水解又能夠在水解之中釋放出大量自由能的一類分子的總稱，以高能磷酸化合物最為常見。在高能分子水解的時候，被水解斷裂的化學鍵稱為高能鍵，經(jīng)常用“～”表示。可使用“磷酸基團轉(zhuǎn)移勢能”來比較各種高能磷第十八章第十八章生物氧化生

4、物氧化生物體內(nèi)發(fā)生的氧化反應通稱為生物氧化，參與生物氧化的酶有氧化酶、脫氫酶、過氧化物酶和加氧酶。加氧酶又分為雙加氧酶和單加氧酶。糖、脂肪和氨基酸等代謝物經(jīng)生物氧化的終產(chǎn)物為H2O和CO2。CO2由生物氧化過程中形成的含有羧基的中間物經(jīng)脫羧反應產(chǎn)生，H2O是由質(zhì)子與氧負離子結(jié)合而成。生物氧化過程中從代謝物脫下來的氫和電子需要經(jīng)過呼吸鏈的傳遞最終與氧氣結(jié)合。呼吸鏈可分為NADH呼吸鏈、FADH2呼吸鏈和細胞色素P450呼吸鏈。其中前兩種呼

5、吸鏈位于原核細胞的細胞膜和真核細胞的線粒體內(nèi)膜，而P450不產(chǎn)生ATP，其主要功能是參與某些代謝物的合成或降解。呼吸鏈的主要成分包括：NAD及與NAD偶聯(lián)的脫氫酶、黃素及與黃素偶聯(lián)的脫氫酶、CoQ、鐵硫蛋白、細胞色素、分子氧。這些組分在線粒體內(nèi)膜上按照一定次序排列。屬于流動電子傳遞體的有NAD、UQ和細胞色素c。在特定的條件下，呼吸鏈可拆成四種復合物以及UQ和細胞色素c。復合體Ⅰ即NADHUQ還原酶，其主要成分為NADH脫氫酶，該酶以N

6、ADH為底物，F(xiàn)MN和鐵硫蛋白為輔基。電子在復合體Ⅰ上的流向是：NADH→FMN→鐵硫蛋白→UQ；復合體Ⅱ即琥珀酸UQ還原酶，其主要成分是琥珀酸脫氫酶，還含有鐵硫蛋白和細胞色素b560。電子在復合體Ⅱ的流向是：琥珀酸→FAD→鐵硫蛋白→細胞色素b560→UQ；復合體Ⅲ即UQ細胞色素c還原酶，其電子供體為在復合體Ⅰ和Ⅲ形成的UQH2。電子在復合體Ⅲ的流向是：UQH2→細胞色素b→鐵硫蛋白→細胞色素c1→細胞色素c；復合體Ⅳ即細胞色素c氧化

7、酶，其電子供體為還原性的細胞色素c。電子在復合體Ⅳ的流向是：細胞色素c→CuA→血紅素a→CuBa3雙核中心→O2。O2是整個呼吸鏈的電子最終受體。呼吸鏈的主要功能是產(chǎn)生ATP，這種與電子傳遞偶聯(lián)在一起的合成ATP的方式被稱為氧化磷酸化。用來解釋偶聯(lián)機制的假說有化學偶聯(lián)假說、構(gòu)象偶聯(lián)假說和化學滲透學說，但只有化學滲透學說正確，擁有大量實驗證據(jù)?；瘜W滲透學說的主要內(nèi)容是電子在沿著呼吸鏈向下游傳遞的時候，釋放的自由能轉(zhuǎn)化為直接用來驅(qū)動ATP