食品生物化学-2006版7-10

第六章 生物氧化第一节 概述 第二节 线粒体氧化体系 第三节 能量代谢中生物能的产生、转 移和储存 第四节 生物能的利用

第一节 概述 生物体系中能的最初来源：生物唯一

可以利用和贮存的形式为化学能，它 的终极来源是太阳辐射能，绿色植物 具有这种转变作用

生 物 界 能 量 传 递 及 转 化 总 过 程

太光 合 作 用 合成 呼 吸 作 用 (CH2O) +O2 分解

阳(光 能)

电子传递(电 能)

自 养 细 胞

ADP

ATP(化 学 能)

(CO2) +H2O(化 学 能)

电子传递(电 能)

异 养 细 胞

ADP生 命 生物合成 机 械 功 主动运输 生物发光 生物发电 生物发热

ATP(化 学 能)

现象

一 生物氧化的方式及其特点 生物氧化(biological oxidation) :营养 物质在生物体内氧化分解成H2O和CO2并 释放能量的过程称为生物氧化(也称细 胞氧化/组织呼吸) 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，因为是在体内组织细胞 中进行的，所以又称为“细胞氧化”

生物氧化方式 脱氢-生物氧化的主要方式 失电子、加氧、脱氢

脱羧-CO2的生成机制 α-脱羧 β-脱羧 氧化脱羧 直接脱羧

直接脱羧 (单纯脱酸) α-脱羧O CH3 C COOH α-酮酸脱羧酶Mg2 + TPP

O CH3 C H+ CO2

β-脱羧：COOH COOH C CH2 COOH O 草酰乙酸脱羧酶 C CH3 O + CO2

氧化脱羧 α-氧化脱羧O CH3 C COOH + NAD+ 丙酮酸脱羧酶系 CoASH CO2 O CH3 CH+ ~ SCoA+ NADH+H

β-氧化脱羧COOH CHOH CH2 COOH + COOH+ NADP

苹果酸酶

C CH3

O

+ CO2

+ + NADP H+H

生物氧化的特点 生物氧化不同于体外氧化(燃烧),尽

管二者的最终产物都是二氧化碳和水， 所释放的总能量也完全相同

生物氧化是在生物体内进行的，它具有 许多与体外燃烧不同的特点： 而生物氧化是营养物质在37℃ 左右 ，经酶

催化的一系列的化学反应，逐步氧化，并逐 步地温和释放能量。这样产生的能量，既不 会使体温突然上升而损伤机体，又可以使释 放的能量得到最有效的利用

生物氧化过程中释放的能量以化学能的形式 储存在ATP(三磷酸腺苷)中，ATP再给机 体提供能量。ATP是生物体内的能量“转运

站”或“载体”,还有一部分能量以热能的 形式释放 生物氧化在近中性的水溶液中进行，pH保 持相对恒定 生物氧化过程中产生的CO2不是来自碳原子 与氧的直接化合，而是通过有机酸的脱羧基 作用生成的 在真核生物细胞内，生物氧化都在线粒体内 进行。不含线粒体的原核生物如细菌，生物 氧化在细胞膜上进行

水的生成机制 代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的 氢载体(NAD+、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H2OCH3CH2OH乙醇脱氢酶

CH3CHO

NAD+

NADH+H+NAD+

2e电子传递链

1/2 O2 O2-

2H+

H2 O

二 参与生物氧化的物质—— 脱氢酶、传递体、氧化酶

1 脱氢酶-使氢活化、脱落、传递 以FMN、FAD为辅酶的黄素酶 需氧黄酶：以氧为直接受氢体，氢原子

不经中间体直接给氧 不需氧黄酶：不以氧为直接受氢体，氢

原子经中间体传递给氧 以NAD、 NADP为辅酶

2 传递体-传递氢或者电子 递氢体 递电子体

3 氧化酶(oxidase) 一般含Cu2+和Fe3+ 通过氧化态和还原态的互变，将电子传递给

氧使其激活，并与氢结合生成水

三 同化作用与异化作用 同化作用：获取环境中物质转化为体内的新 物质-合成代谢，耗能 异化作用：体内物质转化为环境中的物质分解代谢，释放能量

小分子

大分子

合成代谢(同化作用)需要能量 新 陈 代 谢 能 量 代 谢 物 质 代 谢 信 息 交 换

释放能量

分解代谢(异化作用)大分子 小分子

第二节 线粒体氧化体系 一 线粒体 生物氧化可以发生在细胞的不同细胞器中，如

线粒体、微粒体及过氧化物酶体中，其中最重 要的为线粒体中的生物氧化。线粒体被称为发 电站 线粒体内外膜通透性不同，内膜有严格的选择 性，内膜上有特异的运输系统可使某些物质通 过。呼吸链酶系在内膜。外膜通透性大，大多 小分子可自由通过

线粒体结构

二 呼吸链 1 呼吸链概念：由脱氢酶、中间传递体及

氧化酶组成的整个体系称为生物氧化链。 此体系由一系列连锁反应组成，和细胞 摄取氧的呼吸过程有关，故又称呼吸链(respiratory chain) 水的生成-物质在酶(脱氢酶)的催化下脱

氢，经中间传递体传递，最后与分子氧结合 而生成水。故水是在呼吸链的传递过程中间 形成的

2 组成-具有辅基的结合蛋白(分5类) (1)NAD、NADP为辅酶的脱氢酶 催化代谢物脱氢，脱下的氢由NAD+ (CoⅠ)或NADP+(CoⅡ)接受 还原型的辅酶I、II常写作NADH+H+ 和 NADPH+H+ 存在于线粒体、基质或胞液中 递氢机理

NAD(P)

+

+ 2H+ +2e

NAD(P)H + H+