部分生物能的产生和储藏及代谢部分.ppt
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1、第三部分 生物能的产生和储藏 及生物大分子前体的合成和分解,一、生物膜的结构和功能,1、 生物膜的结构模型流动镶嵌模型 2、 生物膜的主要功能 (1)物质运输(主动运输,被动运输) (2)能量转化(生物氧化) (3)信息传递(细胞识别,激素、神经等信号转导),三、生物体内能量的产生和转化,1、生物能学简介 (1)自由能(G0)的概念及意义 (2)反应平衡常数及其与自由能计算的关系 (3)氧化还原电位及其与自由能计算的关系 (4)高能化合物,2、生物氧化,(1)生物氧化的定义、特点和方式 (2)生物体获取能量的三个阶段 (3)线粒体呼吸链电子传递系统 (4)氧化磷酸化作用 (5)呼吸链和氧化磷酸
2、化的抑制 (6)非线粒体氧化体系,第六章 电子传递体系与氧化磷酸化,主要内容和要求:重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子传递机理和氧化磷酸化机理。对非线粒体氧化体系作一般介绍。,返回,思考,目录,第一节 生物氧化概述 第二节 线粒体电子传递体系 第三节 氧化磷酸化作用 第四节 非线粒体氧化体系(自学),第一节 生物氧化概述,一、生物氧化的概念和特点 二、生物能学简介 三、 高能化合物,生物氧化的特点和方式, 生物氧化的特点 生物氧化过程中CO2的生成和H2O的生成,糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化(biological oxid
3、ation),其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。,生物氧化的特点,在活的细胞中(pH接近中性、体温条件下),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。,CO2的生成,方式:糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物,然后在酶催化下脱羧而生成CO2。 类型:-脱羧和-脱羧 氧化脱羧和单纯脱羧,H2O的生成,代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体(NAD
4、+、NADP+、FAD、FMN等)所接受,再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成H2O 。,例:,12 O2,NAD+,电子传递链,H2O,2e,O=,2H+,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递(氧化),蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物(如丙酮酸、乙酰CoA等),共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O,释放出大量能量,其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,生物氧化的三个阶段,三、生物能学简介,1、生物能的转换及生物系统中的能流 2、自由能的概念及化学反应自由能
5、的计算,自由能(free energy)的概念,定义式:=H-TS 物理意义:* (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: G0,反应不能自发进行 G=0,反应处于平衡状态, 在参与反应的物质浓度为1moL.L-1,温度为250C,pH=0的条件下进行反应,其自由能的变化称为标准自由能变化,用0表示。由于机体内的生化反应一般是在pH=7的条件下进行,在pH=7和上述浓度、压力、温度下的标准自由能变化用0表示。,化学反应自由能的计算,利用化学反应平衡常数计算 基本公式:G=G+ RTlnQc (Qc-浓度商) G= - RTlnKeq 例:计算磷酸葡萄糖异构酶反
6、应的自由能变化 利用标准氧化还原电位(E)计算(限于氧化还 原反应) 基本公式:G=nFE (E=E+-E-) 例:计算NADH氧化反应的G,计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化,达平衡时 =Keq=19,解:,G= - RTlnKeq =-2.3038.314 311 log19 =-7.6KJ.mol-1,G=G+ RTlnQc (Qc-浓度商) =-7.6+ 2.3038.314 311 log0.1 =-13.6KJ.MOL-1,未达平衡时 =Qc=0.1,反应G-1-PG-6-P在380C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
7、=0.01mol.L, G-6-P=0.001mol.L,求反应的 G是多少?,例题:,例题:计算下反应式G,NADH+H+1/2O2=NAD+H2O 正极反应:1/2O2+2H+2e H2O E+ 0.82 负极反应:NAD+H+2e NADH E- -0.3 G-nFE -2964850.82-(-0.32) -220 KJmol-1,生物系统中的能流,生物界的能量传递及转化过程,高能化合物,高能化合物的类型 ATP的特点及其特殊作用,生化反应中,在水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能(21千焦/摩尔)的化合物称为高能化合物。,高能化合物类型,ATP的特点,在pH=7环境中,ATP分子
8、中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式(ATP4-),具有较大势能,加之水解产物稳定,因而水解自由能很大(G=-30.5千焦/摩尔)。,ATP4- + H2O ADP3- + Pi2- + H+ G -30.5kJMOL-1,ATP3- + H2O ADP2- + Pi3- + H+ G -33.1kJMOL-1,ATP的特殊作用, ATP是细胞内的“能量通货” ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体 ATP以偶联方式推动体内非自发反应,线粒体电子传递体系, 线粒体结构特点 电子传递呼吸链的概念 呼吸链的组成 机体内两条主要的呼吸链及其能量变化,线粒体呼吸链,线粒体基质是呼吸底物氧化的
9、场所,底物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将质子和电子转移到内膜的载体上,经过一系列氢载体和电子载体的传递,最后传递给O2生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链(eclctron transfer chain),因为其功能和呼吸作用直接相关,亦称为呼吸链。,呼吸链的组成,1. 黄素蛋白酶类 (flavoproteins, FP) 2. 铁-硫蛋白类 (ironsulfur proteins) 3. 辅酶 (ubiquinone,亦写作CoQ) 4. 细胞色素类 (cytochromes),NADH,辅 酶 Q(CoQ),Fe-S,Cyt c1,O2,Cyt b,Cyt c,
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