文档介绍：第六章生物氧化
第一节生物氧化概述
新陈代谢是生物最基本的特征之一。新陈代谢是指生物活体与外界环境不断交换物质的过程。机体从外界摄取营养物质,转化为机体自身需要的物质称为同化作用,是由小分子合成生物大分子,需要能量;而机体自身原有的物质的分解、排泄称为异化作用,是由生物大分子降解为生物小分子,最后分解成CO2和H2O,释放能量。异化作用释放的能量可供机体生理活动的需要。同化作用为异化作用提供物质基础,异化作用为同化作用提供能量基础。同化作用和异化作用是既对立又统一的矛盾的两个方面,两者相互联系、相互制约,互为基础。
生物机体的同化作用和异化作用都包含着一系列逐步进行的合成与分解的反应,称之为中间代谢反应。能量的释放与供应是逐步进行的,也是由许多中间代谢反应组成的。
机体与外界环境进行物质交换的过程称为物质代谢。在物质交换中伴随着能量的交换,也称为能量代谢。植物通过光合作用将太阳的光能转变为糖的化学能。当糖在体内进行分解代谢时,再将化学能释放出来,用于合成代谢,也可转变为机械能、光能、电能等各种形式的能,以满足生命活动的需要。同化作用和异化作用、物质代谢和能量代谢的相互关系可用图解表示如下:
各种生物的新陈代谢过程虽然复杂,却有共同的特点:A、绝大多数新陈代谢反应是在温和的条件下进行的;B、新陈代谢的一系列中间反应相互配合、有条不紊、彼此协调,又具有严格的顺序性;C、三大营养物质(糖、脂类、蛋白质)的分解具有共同途径,三者均先转化为丙酮酸,再经三羧酸循环氧化成CO2和水(见图6-1);D、具有高度的适应性和灵敏性的自动调节控制体系以适应内外条件的变化。
图6-1 生物获得能量的三个阶段

一、生物氧化的概念
人们把有机分子在体内氧化分解成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化(biological oxidation)。生物氧化实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化-还原反应,是在细胞或组织中发生的,所以又称为细胞氧化或细胞呼吸,有时也称为组织呼吸。
二、生物氧化的特点
生物氧化是发生在生物体内的氧化-还原反应,它具有自然界物质发生氧化-还原反应的共同特征,这主要表现在被氧化的物质总是失去电子,而被还原的物质总是得到电子,并且物质被氧化时,总伴随能量的释放。有机物在生物体内完全氧化和在体外燃烧而被彻底氧化,在化学本质上是相同的。例如1mol的葡萄糖在体内氧化和在体外燃烧都是产生CO2和H2O,放出的总能量都是2 。这并不奇怪,因为氧化作用释放的能量等于这一物质所含化学能与其氧化产物所含的化学能差,放出的总能量的多少与该物质氧化的途径无关,只要在氧化后所生成的产物相同,放出的总能量必然相同。但是,由于生物氧化是在活细胞内进行的,故它与有机物在体外燃烧有许多不同之处,即生物氧化有它本身的特点:
(1)有机物在空气中燃烧时,CO2和H2O的生成是空气中氧直接与碳、氢原子结合的产物。而有机物在细胞中氧化时,CO2是在代谢过程中经脱羧反应释放出来的,H2O的生成则是通过更复杂的过程完成的。
(2)生物氧化是在一系列酶的催化下、在恒温恒压下进行的反应,而有机分子在体外燃烧时需要高温。
(3)生物氧化所产生的能量是逐步发生、分次释放的。这种逐步分次的放能方式,不会引起体温的突然升高,而且可使放出的能量得到最有效的利用。与此相反,有机物在体外燃烧产生大量的光和热,且能量是骤然放出的。
(4)生物氧化过程中产生的能量一般都贮存于一些特殊的化合物[主要是腺三磷(ATP)]中。电子由还原型辅酶传递到氧的过程中形成大量的ATP,占全部生物氧化产生能量的绝大部分。例如,1个葡萄糖分子氧化时生成36个ATP分子,其中32个是还原型辅酶氧化时得到的。
三、生物氧化的基本过程
需氧生物细胞内糖、脂肪、氨基酸等分子所途经的各自分解过程,将在有关章、节中叙述。这些有机物在氧化分解途径中所形成的还原型辅酶,包括NADH和FADH2,通过电子传递途径,使其再重新氧化。在这个过程中,还原型辅酶上的氢以质子形式脱下,其电子沿着一系列的电子传递体转移(称为电子传递链),最终转移到分子氧,使氧激活,质子和离子型氧(激活后的氧)结合生成水。在电子传递过程中释放的能量则使ADP和无机磷结合形成ATP。ATP是生物体内最重要的高能中间物,参与体内众多的需能反应。
第二节生物氧化过程中的某些能量问题
一、自由能的概念
在热力学概念中对生物化学特别有用的是自由能。自由能是一个化合物分子结构中所固有的能量,是一种能在恒温怛压下做功的能量。一种物质A自由能的含量是不能用实验方法测得的。但是在一个化学反应中,当A转化为B时
A B ()
其自由能的变化(ΔG),即A转化为B时所得到的最大的可利用的能量