4生物氧化與能量代謝蛋白質的代謝3課件

1、生 物 氧 化蛋白質代謝主講教師：黃慧聰?shù)?頁，共68頁。一、 生物氧化概述1、生物氧化的概念2、生物氧化的過程3、生物氧化的特點第2頁，共68頁。1、生物氧化的概念 生物氧化（Biological Oxidation） 物質在生物體內氧化分解的過程稱為生物氧化. 糖、脂肪、蛋白質 能量+CO2+H2O 生物氧化的主要生理意義是為生物體提供能量。 第3頁，共68頁。2、 生物氧化的過程多糖 脂肪 蛋白質葡萄糖 甘油脂肪酸 氨基酸HCO2TAC乙酰CoAO2H2O能量第4頁，共68頁。3、生物氧化的特點 體內氧化 體外氧化物質氧化方式：加氧、脫氫、失電子物質氧化時消耗的氧量、得到的產(chǎn)物和能量相同

2、。 （1）相同點第5頁，共68頁。 （2）不同點 體內氧化 體外氧化 反應條件： 溫和 劇烈 反應過程： 分步反應 一步反應 能量逐步釋放 能量突然釋放 產(chǎn)物生成： 間接生成 直接生成 能量形式： 熱能、ATP 熱能、光能第6頁，共68頁。生物氧化特點生物氧化是在生物細胞內進行的酶促氧化過程，反應條件溫和（水溶液，中性pH和常溫）。2.在生物氧化中，碳的氧化和氫的氧化是非同步進行的。氧化過程中脫下來的氫質子和電子，通常由各種載體，如NADH等傳遞到氧并生成水。生物氧化是一個分步進行的過程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反應的產(chǎn)物都可以分離出來。這種逐步進行的反應模式有利于在溫和的條件下釋放能量

3、，提高能量利用率。生物氧化釋放的能量，通過與ATP合成相偶聯(lián)，轉換成生物體能夠直接利用的生物能ATP氧化進行過程中，必然伴隨生物還原反應的發(fā)生。第7頁，共68頁。 生物能和ATPATP是生物能存在的主要形式ATP是能夠被生物細胞直接利用的能量形式。提供物質代謝時需要的能量供給機體生命活動時需要的能量生成其他核苷三磷酸 生物能及其存在形式第8頁，共68頁。ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸第9頁，共68頁。A腺苷堿基戊糖核苷腺嘌呤核苷P一磷酸一磷酸（AMP）P腺苷二磷酸（ADP）P腺苷三磷酸（ATP）O磷 酸核苷酸第10頁，共68頁。機械能-運動化學能-合成滲透能-分泌吸收電能-生物電熱能-體溫光能-生

4、物發(fā)光ATP是生物系統(tǒng)能量交換的中心熒火蟲ATP的特殊作用第11頁，共68頁。ATP的生成和利用ATP ADP 肌酸 磷酸肌酸 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 P P 機械能(肌肉收縮)滲透能(物質主動轉運) 化學能(合成代謝)電能(生物電)熱能(維持體溫)生物體內能量的儲存和利用都以ATP為中心。第12頁，共68頁。線粒體氧化體系 一、呼吸鏈 (Respiratory Chain) 1、呼吸鏈的概念 2、呼吸鏈的組成 3、呼吸鏈的作用第13頁，共68頁。1、呼吸鏈的定義： 一系列酶和輔酶按照一定的順序排列在線粒體內膜上，可以將代謝物脫下的氫（He）逐步傳遞給氧生成水同時釋放能量，由于此過程與細胞

5、攝取氧的呼吸過程有關，所以這一傳遞鏈稱為呼吸鏈。根據(jù)代謝物上脫下氫的受體不同分NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。第14頁，共68頁。2、呼吸鏈的組成四個酶復合體：復合體I IV兩個可靈活移動的成分：泛醌（Q）和 細胞色素C 第15頁，共68頁。 復合體 酶 輔基復合體 NADH一泛醌還原酶 FMN及鐵硫蛋白復合體 琥珀酸一泛醌還原酶 FAD及鐵硫蛋白復合體 泛醌一細胞色素C還原酶 鐵卟啉及鐵硫蛋白復合體 細胞色素C氧化酶 Cu及鐵卟啉第16頁，共68頁。NADH呼吸鏈H2O12O2O2-MH2還原型代 謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 細胞色素b

6、- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代 謝底物FADH2呼吸鏈FADFADH2琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 細胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸第17頁，共68頁。 接受還原性輔酶上的氫原子對(2H+2e)，使輔酶分子氧化，并將電子對順序傳遞，直至激活分子氧，使氧負離子(O2-)與質子對(2H+)結合，生成水。電子對在傳遞過程中逐步氧化放能，所釋放的能量驅動ADP和無機磷發(fā)生磷酸化反應，生成ATP。3.呼吸鏈的作用第18頁，共68頁。 二、生物氧化過程中ATP的生成 1、氧化磷酸化的概念 2、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位 3、影響氧化

7、磷酸化的因素 第19頁，共68頁。1、氧化磷酸化的概念 呼吸鏈傳遞H給氧生成水的過程，與ADP磷酸化生成ATP的過程相偶聯(lián)發(fā)生稱為氧化磷酸化，又稱偶聯(lián)磷酸化。根據(jù)生物氧化方式，可將氧化磷酸化分為底物水平磷酸化及電子傳遞體系磷酸化。 氧化磷酸化是體內生成ATP的主要方式。 第20頁，共68頁。底物水平磷酸化是在被氧化的底物上發(fā)生磷酸化作用。即底物被氧化的過程中，形成了某些高能磷酸化合物的中間產(chǎn)物，通過酶的作用可使ADP生成ATP。電子傳遞體系磷酸化是指當電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系(呼吸鏈)傳遞給氧形成水時，同時伴有ADP磷酸化為ATP的全過程。通常所說的氧化磷酸化是指電子傳遞體系

8、磷酸化。第21頁，共68頁。 2、氧化磷酸化的偶聯(lián)部位 P/O比值每消耗1mol 氧原子，所消耗的無機磷摩爾數(shù)一對電子通過呼吸鏈P/O比值：一對電子通過呼吸鏈時生成ATP的個數(shù) 1個氧原子2e+O O2-ADP+Pi ATP無機磷個數(shù)生成ATP的個數(shù)第22頁，共68頁。 利用P/O比值推測氧化磷酸化偶聯(lián)部位： 羥丁酸：P/O 3 2e從NADH到O2 生成3個ATP琥珀酸：P/O 2 2e從琥珀酸到O2 生成2個ATP 因此，NADHQ 存在偶聯(lián)部位。抗壞血酸：P/O 1 2e從Cytc到O2生成1個ATPCytc：P/O 1 2e從Cytaa3到O2生成1個ATP 因此，Cytaa3O2 存

9、在偶聯(lián)部位。 Q Cyt c 存在偶聯(lián)部位。第23頁，共68頁。 ATP產(chǎn)生的部位都是有大的電位差變化的地方，例如，NADH呼吸鏈生成ATP的三個部位是：E0值在此三個部位有大的“跳動”，都在0.2伏以上。 ATP產(chǎn)生的部位第24頁，共68頁。3、影響氧化磷酸化的因素呼吸鏈電子傳遞抑制劑 能夠專一阻斷呼吸鏈中某些部位電子傳遞的物質和化學藥品。它的特點是可抑制呼吸鏈的某一環(huán)節(jié)，使呼吸鏈中斷。因底物的氧化作用受阻，偶聯(lián)的磷酸化作用無法進行，ATP的生成隨之減少。這類物質和化學藥品大多對人類或哺乳動物乃至需氧生物具有極強的毒性。（1）生物氧化抑制劑第25頁，共68頁。魚藤酮殺粉蝶菌素（粉蝶霉素A）阿

10、米妥（異戊巴比妥） 抗霉素A二巰基丙醇 CO、CN-、N3-及H2S各種呼吸鏈抑制劑的阻斷位點第26頁，共68頁。解偶聯(lián)劑 不抑制呼吸鏈的遞氫或遞電子過程，而是抑制由ADP+Pi生成ATP的磷酸化作用，使氧化產(chǎn)生的能量不能用于ADP磷酸化。即使氧化與磷酸化偶聯(lián)過程脫離。如：解偶聯(lián)蛋白、雙香豆素、2,4-二硝基苯酚、纈氨霉素、短桿菌肽等。 氧化磷酸化抑制劑 直接作用于ATP合成酶復合體，對電子傳遞及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素 第27頁，共68頁。（2）ADP、Pi與ATP的調節(jié)作用 負反饋調節(jié)。當ATP高時，ADP、AMP下降，氧化磷酸化速度減慢，NADH堆積，TCA循環(huán)速度減慢，AT

11、P合成降低；當ATP低時，ADP、AMP升高，氧化磷酸化速度加快，TCA循環(huán)速度加快，ATP合成增加。 ADP/ATP是限制氧化磷酸化速度的因素。通過ATP濃度對氧化磷酸化速率進行調控的現(xiàn)象稱為呼吸控制。（3）甲狀腺激素的調節(jié)作用第28頁，共68頁。1、-磷酸甘油穿梭：NADHH內膜線粒體內線粒體外NAD磷酸二羥丙酮-磷酸甘油EFADFADH2E三、胞液總NADH的轉運機制： 第29頁，共68頁。2、 蘋果酸天冬氨酸穿梭：蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸NADHH內膜線粒體內線粒體外-酮戊二酸NADE1NADNADHHE1E2E2 谷氨酸-酮戊二酸 谷氨酸P1P2第30頁，共68頁

12、。非線粒體氧體系自學為主第31頁，共68頁。蛋白質的營養(yǎng)作用氨基酸的一般代謝氨的代謝氨基酸代謝與疾病蛋白質代謝 第32頁，共68頁。蛋白質的營養(yǎng)作用一、蛋白質的營養(yǎng)作用 (1)維持組織的生長，更新和修復(2)合成生物活性物質，如酶、激素、抗體、神經(jīng)遞質等。(3)氧化供能 (17KJ/g pr)第33頁，共68頁。二、蛋白質的需要量和營養(yǎng)價值*氮總平衡：攝入氮=排出氮（蛋白質分解與合成處于平衡）如成人*氮正平衡：攝入氮排出氮（蛋白質合成量多于分解量）如兒童、孕婦*氮負平衡：攝入氮排出氮 （蛋白質分解量多于合成量）如饑餓、消耗 性疾病 （1）氮平衡第34頁，共68頁。（2）生理需要量 每天最低分解

13、量 成人每日最低分解量約為20g/d蛋白質。 蛋白質的生理需要量按個體不同而不同，營養(yǎng)學會推薦成人每天的需要量為80克。第35頁，共68頁。（3）蛋白質的營養(yǎng)價值： 評價蛋白質的營養(yǎng)價值的依據(jù)是食物中蛋白質的必需氨基酸數(shù)量和種類。第36頁，共68頁。蛋白質的互補作用： 營養(yǎng)價值較低的蛋白質混合食用，其必需氨基酸可以互相補充，提高營養(yǎng)價值，稱為蛋白質的互補作用。第37頁，共68頁。一、蛋白質的消化蛋白質的消化、吸收與腐敗第38頁，共68頁。（一）胃中的消化1、HCl的作用 胃酸可使蛋白質變性，有利于蛋白酶發(fā)揮作用。2、胃蛋白酶：以胃蛋白酶原形式分泌，在 H+ 條件下被激活成為胃蛋白酶。 蛋白質

14、多肽（主） 胃蛋白酶第39頁，共68頁。（二）小腸中的消化：胰酶內肽酶: （水解蛋白質內部肽鍵） 胰蛋白酶,糜蛋白酶,彈性蛋白酶 外肽酶:（從肽鍵兩端開始水解） 羧基肽酶 A和 羧基肽酶 B 氨基肽酶 第40頁，共68頁。 氨基酸進入組織細胞的需鈉主動轉運機制ADP+PiATPK+K+Na+Na+Na+氨基酸Na+氨基酸外膜內K+-ATP酶載體蛋白質二、蛋白質的吸收第41頁，共68頁。定義：腸道細菌對未被消化的蛋白質及 未被吸收的消化產(chǎn)物進行的代謝過程1、胺的生成（組胺、酪胺等）CO2胺氨基酸三、蛋白質的腐敗作用第42頁，共68頁。2 腸道氨的生成（腸道氨的兩種主要來源）血氨擴散入血腸菌+ N

15、H3*氨基酸脫氨 氨基酸第43頁，共68頁。*尿素水解腸菌尿素酶CO2 +2NH3擴散入血血氨血中尿素尿素擴散入腸腔氨的吸收主要在結腸，其受腸腔pH的影響，降低結腸的pH，可減少腸道氨的吸收3 其它有害物質的生成(如苯酚、吲哚、硫化氫等）第44頁，共68頁。食物蛋白消化吸收體內合成（非必需氨基酸 ）蛋白質（主）合成酮體氧化供能糖脫羧胺類轉變其它含氮化合物經(jīng)腎排出 (1g/d)氨基酸的一般代謝氨基酸代謝庫氨基酸代謝概況分解脫氨-酮酸（生成尿素）組織蛋白質分解第45頁，共68頁。一、氨基酸的脫氨基作用氨基酸氧化酶 2H-酮酸+ H2O+ NH3氨基酸1 氧化脫氨基作用（特點：有氨生成）亞氨基酸第4

16、6頁，共68頁。氨基酸氧化脫氨的主要酶：* L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及 腎臟，輔基為FMN）* D-氨基酸氧化酶（活性強，但體內D-氨基 酸少，輔基為FAD）* L-谷氨酸脫氫酶 活性強，分布于肝、腎及腦組織 為變構酶，受ATP、ADP等調節(jié)， 輔酶為NAD+或NADP+ 專一性強，只作用于谷氨酸，催化 的反應可逆第47頁，共68頁。+ H2O_H2O+ NH3-酮戊二酸L-谷氨酸脫氫酶L-谷氨酸L-谷氨酸脫氫酶 NAD+NADH+H+第48頁，共68頁。轉氨酶+2. 轉氨基作用+第49頁，共68頁。轉氨酶（其輔酶為磷酸吡哆醛）*丙氨酸氨基轉移酶（ALT）又稱谷丙轉氨酶（GPT）臨床

17、意義：急性肝炎患者血清ALT升高*天冬氨酸氨基轉移酶（AST）又稱谷草轉氨酶(GOT)臨床意義：心肌梗患者血清AST升高ALT谷氨酸 + 丙酮酸 -酮戊二酸 + 丙氨酸AST谷氨酸 + 草酰乙酸 -酮戊二酸 +天冬氨酸第50頁，共68頁。特點：生理意義：接受氨基的主要酮酸有：轉氨基作用* 只有氨基的轉移，沒有氨的生成 * 催化的反應可逆 是體內合成非必需氨基酸的重要途徑*丙酮酸 *-酮戊二酸 *草酰乙酸第51頁，共68頁。轉氨酶3. 聯(lián)合脫氨基作用轉氨基作用和谷氨酸氧化脫氨基作用的聯(lián)合-酮戊二酸+ NAD+谷氨酸脫氫酶+ NADH+H+氨基酸-酮酸谷氨酸第52頁，共68頁。特點：有氨生成，反應

18、過程可逆骨骼肌和心肌組織主要由該途徑脫氨4. 嘌呤核苷酸循環(huán)脫氨反應生理意義： * 體內合成非必需氨基酸的主要途徑 * 肝、腎等組織主要脫氨途徑聯(lián)合脫氨基作用第53頁，共68頁。二、-酮酸的代謝2. 經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化供能1. 經(jīng)氨基化生成非必需氨基酸3. 轉變?yōu)樘羌爸惿前被幔焊?、絲、丙等多種氨基酸生酮氨基酸：亮氨酸、賴氨酸 生酮兼生糖氨基酸：異亮、苯丙、酪、蘇、色第54頁，共68頁。氨的代謝一、 體內氨的來源*來源： 氨基酸脫氨（主）從腸道吸收的氨 腎臟產(chǎn)生的氨（主要來自谷氨酰胺分解的氨）第55頁，共68頁。 二、 氨的轉運 1. 丙氨酸-葡萄糖循環(huán)肌肉蛋白質谷氨酸-酮戊二酸丙酮酸糖分解

19、丙氨酸丙氨酸丙氨酸尿素NH3-酮戊二酸谷氨酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖氨基酸NH3肌肉血液肝|第56頁，共68頁。2. 谷氨酰胺的運氨作用L-谷氨酸谷氨酰胺NH3 + ATPADP + Pi谷氨酰胺合成酶(腦、肌肉)H2ONH3谷氨酰酶(肝、腎)尿素、銨鹽等臨床上用谷氨酸鹽降低血氨第57頁，共68頁。氨的去路：合成尿素排出（主）與谷氨酸合成谷氨酰胺合成非必需氨基酸及含氮物經(jīng)腎臟以銨鹽形式排出第58頁，共68頁。三、 尿素的生成（一） 尿素合成的主要器官：肝臟瓜氨酸精氨酸酶尿素鳥氨酸NH3 + CO2精氨酸NH32分子氨與1分子CO2結合生成1分子尿素及1分子水（二） 尿素合成的鳥氨酸循環(huán)第59頁，共68頁。 （三）尿素合成的調節(jié)1. 食物蛋白的影響 高蛋白膳食時尿素合成速度加快，且排出的含氮物中尿素占90%2. 精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的限速酶，可調節(jié)尿素的合成。第60頁，共68頁。高血氨癥與肝昏迷* 血氨正常參考值：5.54-65mol/L*引起高血氨癥主要原因： 肝功能嚴重損傷，尿素合成障礙*可能的機制： 腦中氨升高，消耗-酮戊二酸（轉變?yōu)楣劝彼幔?，使三羧酸循環(huán)減弱，ATP合成減少，引起大腦功能障礙，嚴重時昏迷。*降低血氨的措施： 限制蛋白