生物氧化与能量

出处：按学科分类—医药、卫生 中国科学技术出版社《食物营养分析实用手册》第24页（1362字）

生物机体的一切生命活动，都需要能量。能量的来源，主要依靠糖、脂肪、蛋白质等有机物质在生物体内的氧化作用。人们把这些物质在生物体细胞内的氧化称为生物氧化。物质在生物氧化过程中要消耗氧，最终生成二氧化碳和水，并放出能量。因此，高等动物通过肺部进行呼吸，吸入氧，排出二氧化碳。由此可见，如果肺的呼吸停止，则生物氧化就不能进行，动物因不能获得能量而死亡。

生物氧化与体外燃烧的化学本质虽然相同，但方式不同，生物氧化是在细胞内，在酶的催化下，在体温和pH近于中性的水环境中进行的，逐步缓慢地氧化并逐步释放能量。释放出的能量有相当一部分以高能键(形成ATP)的形式储存起来，以供机体生命活动的需要。

(一)生物氧化中二氧化碳的生成

实验证明，CO₂的生成是由被氧化的物质转变成羧酸后进行脱羧反应所产生的，例如草酰乙酸脱羧生成丙酮酸和CO₂等反应

(二)生物氧化中水的生成

在生物氧化中水的生成是在一系列酶的催化下完成的，脱氢酶使底物上的氢激活脱落，氧化酶将吸入的氧活化，脱下的氢再与被活化的氧结合生成水。这是体内物质氧化的主要方式，能量在水的生成过程中释放出来。

糖、脂肪、氨基酸等代谢物上的氢被脱氢酶激活脱落后，经过按一定顺序排列起来的传递体的传递，最后传递给被氧化酶激活的氧，而生成水的全部体系称为呼吸链。氢原子的传递实际上也是电子的传递，故又称电子传递体系或电子传递链。

呼吸链的种类有多种，但在具有线粒体的生物中，典型的呼吸链有两种，它们是NADH呼吸链和FADH₂呼吸链。

参加呼吸链的氧化还原酶有：①烟酰胺脱氢酶类，其辅酶是辅酶Ⅰ(NAD⁺)和辅酶Ⅱ(NADP⁺)。②黄素脱氢酶类，其辅基为FMN(黄素单核苷酸)或FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)。③铁硫蛋白类。④辅酶Q类。⑤细胞色素类，包括细胞色素b、c₁、c、a和a₃。

(三)生物氧化中能量的产生

在机体内物质氧化所放出的能量，除一部分散发为热外，其余部分则转化为化学能，蕴藏在一些化学键中，在生物化学中一般将含有5000卡／摩尔以上能量的化合物称为高能磷酸化合物。高能磷酸键(如ATP的高能键)水解时放出7300卡／摩尔。重要的高能磷酸化合物有腺三磷(ATP)和磷酸肌酸等。

实验证明，在从NADH到氧的呼吸链中，有三处释放的能量，足够转化为ATP。

(四)生物体中能量的利用

生物机体能量形式的转变、贮存和利用都是以ATP为中心。生物的一切生命活动都必需靠能量的获得和利用来维持，体内能量的来源是靠能源物质的氧化释放能，以化学能的形式贮存在ATP的高能磷酸键中。而生物体内所有需要消耗能量的生理活动，则又都由ATP的水解作用提供能量。