8新陳代謝總論與生物氧化

1、第6章 新陳代謝總論與生物氧化(BiologicalOxidation)6新陳代謝總論與生物氧化6.1.1 新陳代謝的研究6.1.2 生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律6.1.3 高能化合物與ATP的作用6.1新陳6.1.4肌酸磷酸是高能磷酸鍵的貯存形式代謝總論6.1.5 輔酶A的遞能作用6.2.1 生物氧化的特點6.2.2 呼吸鏈的組成及6.2傳遞的順序生物氧化6.2.36.2.4氧化磷酸化作用細胞中NADH的跨膜運轉(zhuǎn)6.1 新陳代謝總論新陳代謝的概念及內(nèi)涵小分子大分子代謝（同化作用）需要能量能量分解代謝（異化作用）大分子小分子新陳代謝信息交換物質(zhì)代謝能量代謝6.1.1 新陳代謝的研究1，內(nèi)（in

2、vivo）和外實驗（in vitro）2，同位素示蹤法3，代謝途徑阻斷法4，突變體研究法6.1.2 生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律1、能的概念(1)熱力學第一定理:能量守恒。(1) 熱力學第二定理：自發(fā)過程是向著能量分散程度(熵，S)增大的方向進行。(3)能：在恒溫恒壓下,體系可以用來對環(huán)境作功的那部分能量。(4)能變化的公式:G=H­ TSG0G0G=0反應(yīng)自發(fā)需要能力才能向正反應(yīng)進行反應(yīng)處于平衡狀態(tài)6.1.2 生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律2、反應(yīng)（1）能的變化及其與平衡常數(shù)的Go能能：能與G = Go+ RTlnCD/BA當G = 0時， Go= ­2.303RTlgK能的可

3、加性6.1.2 生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律3、氧化還原電位（1）E：在氧化還原反應(yīng)中,能的變化與反應(yīng)物供出或得到的趨勢成比例,這種趨勢用數(shù)字表示,即為氧化還原電位.（2）、Eo與Eo（3）Eo的含義其值越小表示所帶越多，還原能力越強6.1.2 生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律4、氧化還原電位與檢流計能的e+-Go= ­nFEoEo，表示反應(yīng)能自發(fā)進行ZnSO4CuSO4鹽橋2+負極反應(yīng): Zn ­ 2e =Zn2+E0 Zn/ Zn= ­ 0.76VE0 = E0正極­E0負極=+0.34V ­(­0.76V)=+1.10V2+正極反應(yīng):

4、Cu2+2e= CuE0 Cu/ Cu=+ 0.34V6.1.3 高能化合物與ATP的作用1、生物體內(nèi)常見的高能磷酸化合物能量Go kJ/mol通式舉例磷酸肌酸（磷氮型）­43.1磷酸烯醇式­61.9酸（磷氧型）乙酰磷酸（磷氧型）­42.3­30.5NTP（磷氧型）乙酰CoA（非磷酸型）­31.4ORCSCoAO OP OPOH OHOHORCOPO3H2CHRCOPO3H2NHRCNPO3H2H6.1.3 高能化合物與ATP的作用2、 ATP是生物細胞內(nèi)能量代謝的偶聯(lián)劑ATP最常見的高能磷酸化合物，具有高能磷酸基團，能量通貨。生物 機械能主動

5、生物發(fā)光生物發(fā)電生物發(fā)熱ATP + H2OADP + PiADP +PiATP能量30.5kJ/mol吸收能量30.5kJ/mol6.1.3 高能化合物與ATP的作用3、ATP實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和的形式1，轉(zhuǎn)換末端的磷酸基團2，轉(zhuǎn)換焦磷酸基團3，將AMP轉(zhuǎn)換給其他物質(zhì)，再焦磷酸4，將腺苷轉(zhuǎn)移給其他物質(zhì)，再焦磷酸和磷酸6.1.4 磷酸肌酸是高能磷酸鍵的貯存形式6.1.5 輔酶A的遞能作用乙酰輔酶ACH 3CO SCo A6.2 生物氧化(BiologicalOxidation)6.2.1生物氧化特點(與非生物氧化比較)1 mol葡萄糖(glucose, G)徹底氧化生成6CO2和6H2O以及產(chǎn)生286

6、7.5kJ(能量)體內(nèi)氧化，體外燃燒氧化本質(zhì)：生物氧化與非生物氧化一樣6.2.1生物氧化特點(與非生物氧化比較)作用方式不同：1，有的環(huán)境（細胞內(nèi)），有嚴格的定位。2，CO2是由脫羧產(chǎn)生；H2O是由活性氫氣與活性氧結(jié)合生成的。4，的化學能被偶聯(lián)磷酸化反應(yīng)所利用,貯高能磷酸化合物(如ATP)中。能量是逐步。5，氧化部位：真核細胞線粒體原核細胞細胞膜6.2.2 呼吸鏈的組成及的傳遞順序6.2.2 呼吸鏈的組成及的傳遞順序1、呼吸鏈（respiratory chain）傳遞鏈(electron transfer chain ,ETC)也叫定義：它是代謝物上的氫原子被脫氫酶激活脫落 后，經(jīng)過一系列的傳

7、遞體，最后傳遞給被激活的氧原子，而生成水的全部體系。在真核生物細胞內(nèi)，它位于線粒體內(nèi)膜上，原核生物細胞中，它位于細胞膜上。呼吸鏈的兩種類型種類:NADHFADH2呼吸鏈和呼吸鏈6.2.2 呼吸鏈的組成及的傳遞順序2、傳遞鏈（呼吸鏈）的組成（1） 煙酰胺脫氫酶類以NAD+、NADP+為輔酶接受的部位：煙酰胺與酶的活性中心結(jié)合當有H時：NAD+ 2H (2H+2e)NADH + H+ NADPH + H+NADP+ 2H (2H+2e)（2）脫氫酶類(蛋白)FMN / FAD做為輔基(結(jié)合牢固)氫的接受部位：異咯嗪基的1和5位接受或氫的形式FMN + 2H+FAD + 2H +FMNH2FADH2

8、（3）鐵硫蛋白類(FeS) (iron­sulfur protein）含非卟啉鐵和硫（對酸不）接受和的方式Fe3+Fe2+ev 鐵硫聚簇通過Fe3+ ? Fe2+變化，將氫從FMNH2上脫下傳給CoQ，同時起傳遞的作用，每次傳遞一個.+e­CysSSSCysFe3+Fe3CysSSSCysCysSSSCysFe3+Fe2CysSSSCys（4）輔酶Q類(泛醌，ubione) CoQ脂溶性的醌類化合物，是傳遞鏈中唯一的非蛋白質(zhì)組分醌酚每次傳遞2個（一對OCH3OCH3CH3O(CH2CH CCH2)nH OCH3）n=6­10（5）細胞色素類（ cytochrome

9、, Cyt）是一類以鐵卟啉（血紅素）為輔基的蛋白質(zhì)。廣泛分布于生物細胞，因有顏色，故稱細胞色素。由CoQ傳到氧。其作用靠鐵的變價傳遞Cyt bcc1復合體：含Cyt b 、Cyt c1及鐵-硫蛋白。Cyt氧化酶：含Cyt a和Cyt a3除含鐵,還含銅(Cu2+Cu+)Cyt c：在Cyt b c1復合體和Cyt氧化酶間傳遞。傳遞體作用遞氫體遞氫體遞氫體酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+）酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+FAD和FMN）蛋白（輔基為鐵硫蛋白（Fe­S） 輔酶Q細胞色素類單傳遞體遞氫體傳遞體單由以上五種傳遞體組成4個復合體：NADH脫氫酶（1）復合體:從NADH傳遞給泛醌(u

10、bione)功能:將復合體NADH FMN Fe­SN­1a,b Fe­S ­4 Fe­SN­3 Fe­SN­2CoQ（2）復合體: 琥珀酸脫氫酶功能:將從琥珀酸傳遞給泛醌復合體CoQ琥珀酸Fe­S1 b560 FAD Fe­S2 Fe­S3（3）復合體: Cyt b、c1復合體從泛醌傳遞給細胞色素c功能：將復合體QH2Cyt cb562 b566 Fe­S c1（4）復合體: Cyt c氧化酶從細胞色素c傳遞給氧功能：將復合還原型Cyt c O2其中Cyta3交給O2。形成

11、的活性部位將 aa36.2.2 呼吸鏈的組成及的傳遞順序3 、呼吸鏈中傳遞體的順序（1）傳遞順序NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈3 、呼吸鏈中傳遞體的順序（2） 呼吸鏈中傳遞體的排列順序?qū)嶒炓罁?jù)1) 根據(jù)各組分標準氧化還原電位確定順序，氧化還原電位逐漸增加。該值越大，說明越易氧化劑處于呼吸鏈末端，越小，說明越易還原劑處于呼吸鏈始端。2)利用傳遞抑制劑選擇性阻斷；3)體外拆開和重組 呼吸鏈的抑制劑6.2.3 氧化磷酸化作用能驅(qū)動ADP利用生物氧化過程的磷酸化，形成ATP的過程產(chǎn)生ATP的方式：底物水平磷酸化傳遞鏈的磷酸化(氧化磷酸化)6.2.3 氧化磷酸化作用1、底物水平磷酸化(subst

12、rate­level phospharylation)特點：(1) 形成一個高能磷酸化合物的中間產(chǎn)物，通過酶使細胞中的ADP生成ATP。(2) 其能量來源伴隨有底物脫氫，分子內(nèi)能量重新分布。(3)與氧的與否無關(guān)。6.2.3 氧化磷酸化作用2、傳遞體系的磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)從NADH或FADH2經(jīng)過概念：傳遞鏈的能量轉(zhuǎn)移給ADP，給分子氧時，將形成ATP的過程。（是生成ATP的主要形式）傳遞過程和磷酸化作用相偶聯(lián)（兩者緊密地聯(lián)在一起）3、傳遞鏈與ATP生成量的（1）測定比P / O 比值：某一種物質(zhì)作為底物，每消耗1mol原子氧時，有多

13、少原子的無機磷被酯化，及每消耗1mol原子氧時能生成ATP的數(shù)。NADH呼吸鏈的P/O大約為2.5。FADH2呼吸鏈的P/O大約為1.5。傳遞伴隨著ATP的ATP生成的主要依據(jù)，不必以比值作為（2）能荷(energy charge)腺苷酸庫:ATP、ADP、AMP能荷(energy charge)：總腺苷酸中（ATP、ADP、AMP濃度之和）所負荷的高能磷酸基的數(shù)量。能荷= (ATP+0.5ADP) / (ATP+ADP+AMP)在 0.80.9細胞的能荷（3）能的變化值G與ATP生成量的Eo電勢Go = ­ nF Eo1molATP需要30.52KJ能量既反應(yīng)的Go > 30

14、.52KJ的位點都會1ATP6.2.3 氧化磷酸化作用4、氧化磷酸化的機制ATP酶的結(jié)構(gòu)Fo­F1ATPaseFo:橫跨線粒體內(nèi)膜，作為質(zhì)子由10多種通道，組成F1:由5種(9個)組成F1­ATP酶單獨ATP，能水解ATP。，不能化學滲透學說(Chemiosmotic hypothesis)由英國的P. Mitchell提出理論要點：(1)氫遞體和遞體間隔，定向排列（不能逆轉(zhuǎn)，催化定向）。(2)傳遞鏈復合體（傳氫體）起質(zhì)子泵的作用，將質(zhì)子從線粒體基質(zhì)側(cè)定向的泵到內(nèi)膜外膜，將傳給其后的傳遞體。(3)內(nèi)膜對質(zhì)子不透性，使內(nèi)膜外側(cè)的質(zhì)子濃度高于內(nèi)側(cè)，形成一個質(zhì)子的跨膜梯度，這種跨膜質(zhì)子電化學梯度就是推動ATP的原動力。(4)H+通過ATP合酶上特殊途徑，返回到內(nèi)膜（逆向回流），通過質(zhì)子梯度所的能偶聯(lián)的ADP與磷度隨之就消失。ATP，而其質(zhì)子電化學梯6.2.3 氧化磷酸化作用5、氧化磷酸化的抑制劑(1) 呼吸鏈阻斷劑：阻斷(2) 解偶聯(lián)劑：或質(zhì)子的傳遞。傳遞鏈和ADP的磷酸化兩個過程分離。將2,4二酚。(3)離子載體抑制劑：可以將一價陽離子從膜間隙轉(zhuǎn)移到線粒體基質(zhì)，降低內(nèi)膜兩側(cè)的電位差。(4)質(zhì)子通道阻斷劑：寡霉素直接作用于F1。6.2.4 胞液中NADH的跨膜轉(zhuǎn)運膜穿梭：真核細胞的糖酵解途徑產(chǎn)生的NADH在胞液中，而