新陳代謝與生物氧化講解課件

新陳代謝與生物氧化

Metabolismandbiologicaloxidation

新陳代謝與生物氧化

1第一節(jié)新陳代謝總論一、新陳代謝的概念活細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱。新陳代謝釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝

合成代謝（同化作用）

分解代謝（異化作用）生物小分子（簡單）合成為生物大分子（復(fù)雜）需要能量第一節(jié)新陳代謝總論一、新陳代謝的概念新陳代謝釋放能量生物2新陳代謝的共同特點(diǎn)：1.由酶催化，反應(yīng)條件溫和。2.諸多反應(yīng)有嚴(yán)格的順序，彼此協(xié)調(diào)。3.對周圍環(huán)境高度適應(yīng)。新陳代謝的研究方法1.活體內(nèi)(invivo)與活體外實(shí)驗(invitro)3.代謝途徑阻斷2.同位素示蹤法新陳代謝的共同特點(diǎn)：1.由酶催化，反應(yīng)條件溫和。2.諸多3二、生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律化學(xué)反應(yīng)自由能方程式ΔG=ΔH–TΔS（ΔG是總自由能的變化，ΔH是總熱能的變化，ΔS是熵的變化）當(dāng)ΔG＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)給體系補(bǔ)充自由能時，才能推動反應(yīng)進(jìn)行（為吸能反應(yīng)）。當(dāng)ΔG＜0，體系的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行(為放能反應(yīng))。當(dāng)ΔG＝0，表明體系已處于平衡狀態(tài)。二、生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律化學(xué)反應(yīng)自由能方程式當(dāng)ΔG＞04自由能：生物體（或恒溫恒壓）用以作功的能量。在沒有作功條件時，自由能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軉适?。熵：混亂度或無序性，是一種無用的能。自由能：熵：混亂度或無序性，是一種無用的能。5四、高能化合物分類高能化合物磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氮型硫酯鍵化合物甲硫鍵化合物烯醇磷酸化合物?；姿峄衔锝沽姿峄衔铮篈TP－－釋放自由能特別多的化合物。常用～P或～﹝P﹞表示。四、高能化合物分類高能化合物磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氮6烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾7?；姿峄衔锇奔柞Ａ姿狨；佘账岚滨；佘账狨；姿峄衔锇奔柞Ａ姿狨；佘账岚滨；佘账?焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾9氮磷鍵型磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用。氮磷鍵型磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾10硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸?；o酶A硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸酰基輔酶A11甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸12有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)的氧化作用，稱為生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又稱為呼吸作用。光能（太陽能）:植物和某些藻類，通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成生物能?；瘜W(xué)能：通過生物氧化作用將有機(jī)物質(zhì)存儲的化學(xué)能釋放出來，并轉(zhuǎn)變成生物能。生命能量來源第二節(jié)生物氧化有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)的氧化作用，稱為生物氧化。生物氧化13糖

脂肪

蛋白質(zhì)

CO2和H2O

O2能量ADP+PiATP熱能糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP14一、生物氧化的特點(diǎn)1、反應(yīng)條件溫和2、伴隨生物還原反應(yīng)的發(fā)生3、水是許多生物氧化反應(yīng)的氧供體

4、碳的氧化和氫的氧化是非同步進(jìn)行的。5、分步進(jìn)行的過程6、生物氧化釋放的能量，通過與ATP合成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用的生物能ATP。

一、生物氧化的特點(diǎn)1、反應(yīng)條件溫和15二、生物氧化的方式（一）CO2的生成

生物體內(nèi)CO2的生成來源于有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楹然衔锏拿擊茸饔?。A直接脫羧作用CH3CCOOHOCH3CHO+CO2丙酮酸脫羧酶HOOCCH2CCOOH

α

β丙酮酸羧化酶CH3CCOOH+CO2OO（α-脫羧）（β-脫羧）二、生物氧化的方式（一）CO2的生成生物體內(nèi)CO2的生成來16B氧化脫羧作用：在脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）。（二）脫氫氧化反應(yīng)A脫氫琥珀酸脫氫HOOCCH2CHOHCOOHCH3CCOOH+CO2NADP+NADPH+H+OB氧化脫羧作用：在脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）。HOOCC17乳酸脫氫酶B加水脫氫

酶催化的醛氧化成酸的反應(yīng)即屬于這一類。乳酸脫氫酶B加水脫氫

酶催化的醛氧化成酸的反應(yīng)即屬于這18（三）氧直接參加的氧化反應(yīng)加氧酶

能夠催化氧分子直接加入到有機(jī)分子中。例如，

甲烷單加氧酶

CH4+NADH+O2

CH3-OH+NAD++H2O氧化酶

主要催化以氧分子為電子受體的氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為水。在各種脫氫反應(yīng)中產(chǎn)生的氫質(zhì)子和電子，最后都是以這種形式進(jìn)行氧化的。（三）氧直接參加的氧化反應(yīng)加氧酶能夠催化氧分子直接加入到19（四）H2O的生成－－代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧結(jié)合生成水。

生物體主要以脫氫酶、傳遞體及氧化酶組成生物氧化體系，以促進(jìn)水的生成。MH2M遞氫體遞氫體H2

NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ還原型氧化型Cyt遞電子體b,c1,c,aa32H+2e?

O2O2-H2O脫氫酶氧化酶（四）H2O的生成－－代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧20定義呼吸鏈?zhǔn)谴x物上氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)一系列電子傳遞體，最后傳遞給被激活的氧分子而生成水的過程，又稱電子傳遞體系或電子傳遞鏈。組成：遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e），存在于線粒體內(nèi)膜上。1、呼吸鏈內(nèi)膜脊膜定義1、呼吸鏈內(nèi)膜脊膜21①煙酰胺核苷酸類：主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有NAD+和NADP+，大多脫氫酶以NAD+為輔酶。

電子和氫離子一起被接受，還原型CoⅠ將氫移到NADH脫氫酶（黃素）上。2、呼吸鏈中包括5類電子載體：①煙酰胺核苷酸類：主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有NAD22NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R23NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還24②黃素脫氫酶類

黃素酶（NADH脫氫酶）是黃素蛋白，其輔基FMN（FAD）接受2個氫原子成還原型的黃素單核苷酸。②黃素脫氫酶類黃素酶（NADH脫氫酶）是黃素蛋白，其輔基25FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN?。FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)26③鐵硫蛋白類NADH脫氫酶還有幾個非血紅素鐵原子與酸不穩(wěn)定的硫原子結(jié)合，組合成鐵-硫中心。鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3+反應(yīng)傳遞電子。?表示無機(jī)硫

③鐵硫蛋白類NADH脫氫酶還有幾個非血紅素鐵原子與酸不穩(wěn)27④輔酶Q類又稱泛醌（CoQ)，可接受多種脫氫酶脫下的氫和電子轉(zhuǎn)變?yōu)榉捍迹–oQH2），處在呼吸鏈的中心地位。泛醇將電子傳給細(xì)胞色素bc1復(fù)合體，H+釋出。④輔酶Q類又稱泛醌（CoQ)，可接受多種脫氫酶脫下的氫和電28⑤細(xì)胞色素類（cytochromes)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(xì)胞，由于呈現(xiàn)顏色，故稱細(xì)胞色素。其作用靠鐵的變價傳遞電子由CoQ傳到氧。a、cytbc1復(fù)合體：含ctyb、ctyc1及鐵-硫蛋白。b、cyt氧化酶：含ctya和ctya3。除含鐵還含銅（Cu2+→Cu+）c、cytc：在ctybc1復(fù)合體和cty氧化酶間傳遞電子。⑤細(xì)胞色素類（cytochromes)是一類以鐵29

傳遞體作用尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）遞氫體尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）遞氫體黃素蛋白（輔基為FAD和FMN）遞氫體鐵硫蛋白（Fe-S）單電子傳遞體輔酶Q遞氫體細(xì)胞色素類單電子傳遞體傳遞體30復(fù)合體Ⅰ:NADH-Q（泛醌）還原酶

功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)復(fù)合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2由以上五種電子傳遞體組成4個復(fù)合體復(fù)合體Ⅰ:NADH-Q（泛醌）還原酶功能:將電子從N31復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH32復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-Q（泛醌）還原酶功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-Q（泛醌）還原酶功能:將電子從琥珀33復(fù)合體Ⅲ:QH2（泛醌）-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c

復(fù)合體ⅢQH2→→Cytc

b562;b566;Fe-S;c1復(fù)合體Ⅲ:QH2（泛醌）-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子34復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給35新陳代謝與生物氧化講解課件361.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在氧化分解過程中脫下的氫，大部分經(jīng)此呼吸鏈氧化為水。例如丙酮酸、異檸檬酸、乳酸、酮戊二酸、蘋果酸、谷氨酸等。3、體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈：根據(jù)接受氫的初始受體不同2.FADH2氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2一般情況下琥珀酸、a-磷酸甘油氧化脫氫生成FADH2作為這條呼吸鏈的最初供體。1.NADH氧化呼吸鏈3、體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈：根據(jù)接受氫37呼吸鏈的組成及傳遞體的順序

各組分在鏈上的位置次序與其得失電子趨勢的強(qiáng)度有關(guān)。電子總是從低氧化還原電位向高的電位上流動的，氧化還原電位的數(shù)值愈低，即供電子的傾向愈大，愈易成為還原劑，而處在呼吸鏈的前面。MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1+0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18魚藤酮安密妥抑制劑：抗霉素A氰化物，CO，疊氮化合物呼吸鏈的組成及傳遞體的順序各組分在鏈上的位置次序與其得381．NADH氧化呼吸鏈：1．NADH氧化呼吸鏈：392.FADH2氧化呼吸鏈2.FADH2氧化呼吸鏈40NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈41電子傳遞鏈電子傳遞鏈42三、氧化磷酸化作用——伴隨著放能的氧化作用而進(jìn)行的磷酸化。P240ADP+Pi+能量→ATPAMP+PPi+能量→ATP1.ATP的生成（1）底物水平磷酸化：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。X~+ADP→ATP+XP三、氧化磷酸化作用——伴隨著放能的氧化作用而進(jìn)行的磷酸化。P43（2）電子傳遞體系磷酸化(electrontransportsystem)即：電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系傳遞給氧形成水，同時伴有ADP磷酸化為ATP。NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→a→a3→O2PPP3ADP3ATPP/O比值：在電子傳遞體系磷酸化中，在一定時間內(nèi)，每消耗一摩爾氧所消耗無機(jī)磷酸的摩爾數(shù)。根據(jù)所消耗的無機(jī)磷酸摩爾數(shù)，可間接測出ATP生成量。NADH的P/O=3FADH2的P/O=2電子傳遞過程和磷酸化作用相耦聯(lián)的部位，從NADH到分子氧的呼吸鏈中，有三處能使氧化還原過程釋放的能量轉(zhuǎn)化為ATP。（2）電子傳遞體系磷酸化(electrontranspor442.氧化磷酸化作用機(jī)理(mechanism)化學(xué)滲透學(xué)說(chemiosmotishypothesis)

氧化磷酸化作用的關(guān)鍵因素是質(zhì)子（H+）梯度和完整的線粒體內(nèi)膜?；瘜W(xué)偶聯(lián)學(xué)說形成高能中間產(chǎn)物，促使ATP生成。結(jié)構(gòu)偶聯(lián)學(xué)說電子傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組分發(fā)生構(gòu)象變化而形成一種高能形式，然后將能量傳遞給ATP酶分子，形成ATP。

A*ox+ADP+Pi→Aox+ATP2.氧化磷酸化作用機(jī)理(mechanism)化學(xué)滲透學(xué)說45MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e?O2O2-X-+IO-XHIOHH2OX~IX~IX~I頭部ATP合酶ADP+PiATP2H+X-+IO-H2O化學(xué)滲透學(xué)說內(nèi)膜MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb246ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸

琥珀酸

H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)

++++++++++---------化學(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+47化學(xué)滲透學(xué)說：英國P.Mitchell于1961年提出的。主要論點(diǎn)：

呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜之上，當(dāng)氧化進(jìn)行時，呼吸鏈起質(zhì)子泵作用，質(zhì)子被泵出線粒體內(nèi)膜外側(cè)，造成了膜內(nèi)外兩側(cè)間跨膜的化學(xué)電位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP與Pi合成ATP。化學(xué)滲透學(xué)說：英國P.Mitchell于1961年提出的。主48化學(xué)滲透學(xué)說：英國P.Mitchell于1961年提出的。(1)呼吸鏈中氫傳遞體和電子傳遞體是間隔交替排列的。（2）傳氫體有氫泵的作用，當(dāng)傳氫體從內(nèi)膜內(nèi)側(cè)接受從底物傳來的氫后，可將其中的電子傳給其后的電子傳遞體，而將兩個氫泵出內(nèi)膜。（3）內(nèi)膜對氫不能自由通過，泵出膜外側(cè)的氫不能自由返回膜內(nèi)側(cè)，因而使內(nèi)膜外側(cè)的氫離子濃度高于內(nèi)側(cè)，造成氫離子濃度的跨膜梯度。此梯度所包含能量可驅(qū)使ADP和Pi合成ATP。（4）利用ATP合成酶的特點(diǎn)，將膜外側(cè)的氫離子轉(zhuǎn)化成內(nèi)側(cè)的氫離子，與氧生成水。化學(xué)滲透學(xué)說：英國P.Mitchell于1961年提出的。493.胞液中NADH的氧化磷酸化(oxidativephosphorylationofNADHincytoplasm)NADH+H+NAD+二羥磷酸丙酮甘油-α-磷酸線粒體內(nèi)膜甘油-α-磷酸穿梭作用（肌肉、神經(jīng)組織）甘油-α-磷酸FAD二羥磷酸丙酮FADH2NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O23.胞液中NADH的氧化磷酸化(oxidativep50酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+蘋果酸蘋果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸鏈蘋果酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)NADH系統(tǒng)（肝、腎、心等組織）酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+蘋果酸蘋果酸NAD+草酰51（一）需氧脫氫酶和氧化酶

四、其他生物氧化體系（一）需氧脫氫酶和氧化酶四、其他生物氧化體系52（二）過氧化物酶體中的酶類

1、過氧化氫酶(catalase)又稱觸酶，其輔基含4個血紅素2H2O22H2O+O2過氧化氫酶

（二）過氧化物酶體中的酶類1、過氧化氫酶(catalase532、過氧化物酶(perioxidase)以血紅素為輔基，催化H2O2直接氧化酚類或胺類化合物

R+H2O2RO+H2ORH2+H2O2R+2H2O過氧化物酶

過氧化物酶

2、過氧化物酶(perioxidase)R+H2O254呼吸鏈電子傳遞過程中可產(chǎn)生超氧離子（O2﹣）其化學(xué)性質(zhì)活潑,可使磷脂分子中不飽和脂肪酸氧化生成過氧化脂質(zhì),損傷生物膜。（三）超氧化物歧化酶2O2﹣+2H+SODH2O2+O2H2O+O2過氧化氫酶SOD：超氧化物歧化酶(superoxidedismutase)呼吸鏈電子傳遞過程中可產(chǎn)生超氧離子（O2﹣）其化學(xué)性55

谷胱甘肽過氧化物酶

H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G–SHG–S–S–GNADP+NADPH+H+*此類酶可保護(hù)生物膜及血紅蛋白免遭損傷

谷胱甘肽還原酶

含硒的谷胱甘肽過氧化物酶

谷胱甘肽過氧化物酶H2O2H2O2G56（四）微粒體中的酶類

1、加單氧酶(monoxygenase)*催化的反應(yīng)：RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O故又稱混合功能氧化酶(mixed-functionoxidase)或羥化酶(hydroxylase)。上述反應(yīng)需要細(xì)胞色素P450(CytP450)參與。（四）微粒體中的酶類1、加單氧酶(monoxygena57目錄目錄582、加雙氧酶此酶催化氧分子中的2個氧原子加到底物中帶雙鍵的2個碳原子上。例如：

(O2)

色氨酸吡咯酶2、加雙氧酶此酶催化氧分子中的2個氧原子加到底物中帶雙鍵的59磷酸甘油穿梭途徑：糖酵解作用是在胞漿中進(jìn)行的，在真核生物胞液中的NADH不能通過正常的線粒體內(nèi)膜，要使糖酵解所產(chǎn)生的NADH進(jìn)入呼吸鏈氧化生成ATP。能完成這種穿梭任務(wù)的化合物有甘油-α-磷酸與蘋果酸等。胞液中含有甘油-α-磷酸脫氫酶，可以將二羥丙酮磷酸還原為甘油-α-磷酸，后者可以擴(kuò)散到線粒體內(nèi)，線粒體內(nèi)則有另一種甘油-α-磷酸脫氫酶，可以催化進(jìn)入的甘油-α-磷酸脫氫，形成FAD·H2，于是細(xì)胞液的NADH便間接地形成了線粒體內(nèi)的FAD·H2，后者通過呼吸鏈產(chǎn)生ATP。這種穿梭作用主要存在于肌肉、神經(jīng)組織。所以葡萄糖在這些組織中徹底氧化所產(chǎn)生的ATP比其他組織要少2個，即產(chǎn)生36個ATP。

磷酸甘油穿梭途徑：60

新陳代謝與生物氧化

Metabolismandbiologicaloxidation

新陳代謝與生物氧化

61第一節(jié)新陳代謝總論一、新陳代謝的概念活細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱。新陳代謝釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝

合成代謝（同化作用）

分解代謝（異化作用）生物小分子（簡單）合成為生物大分子（復(fù)雜）需要能量第一節(jié)新陳代謝總論一、新陳代謝的概念新陳代謝釋放能量生物62新陳代謝的共同特點(diǎn)：1.由酶催化，反應(yīng)條件溫和。2.諸多反應(yīng)有嚴(yán)格的順序，彼此協(xié)調(diào)。3.對周圍環(huán)境高度適應(yīng)。新陳代謝的研究方法1.活體內(nèi)(invivo)與活體外實(shí)驗(invitro)3.代謝途徑阻斷2.同位素示蹤法新陳代謝的共同特點(diǎn)：1.由酶催化，反應(yīng)條件溫和。2.諸多63二、生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律化學(xué)反應(yīng)自由能方程式ΔG=ΔH–TΔS（ΔG是總自由能的變化，ΔH是總熱能的變化，ΔS是熵的變化）當(dāng)ΔG＞0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。當(dāng)給體系補(bǔ)充自由能時，才能推動反應(yīng)進(jìn)行（為吸能反應(yīng)）。當(dāng)ΔG＜0，體系的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行(為放能反應(yīng))。當(dāng)ΔG＝0，表明體系已處于平衡狀態(tài)。二、生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律化學(xué)反應(yīng)自由能方程式當(dāng)ΔG＞064自由能：生物體（或恒溫恒壓）用以作功的能量。在沒有作功條件時，自由能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軉适?。熵：混亂度或無序性，是一種無用的能。自由能：熵：混亂度或無序性，是一種無用的能。65四、高能化合物分類高能化合物磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氮型硫酯鍵化合物甲硫鍵化合物烯醇磷酸化合物?；姿峄衔锝沽姿峄衔铮篈TP－－釋放自由能特別多的化合物。常用～P或～﹝P﹞表示。四、高能化合物分類高能化合物磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氮66烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾67?；姿峄衔锇奔柞Ａ姿狨；佘账岚滨；佘账狨；姿峄衔锇奔柞Ａ姿狨；佘账岚滨；佘账?8焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾69氮磷鍵型磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用。氮磷鍵型磷酸肌酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾70硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸酰基輔酶A硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸?；o酶A71甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸72有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)的氧化作用，稱為生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又稱為呼吸作用。光能（太陽能）:植物和某些藻類，通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成生物能?；瘜W(xué)能：通過生物氧化作用將有機(jī)物質(zhì)存儲的化學(xué)能釋放出來，并轉(zhuǎn)變成生物能。生命能量來源第二節(jié)生物氧化有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)的氧化作用，稱為生物氧化。生物氧化73糖

脂肪

蛋白質(zhì)

CO2和H2O

O2能量ADP+PiATP熱能糖脂肪蛋白質(zhì)CO2和H2OO2能量ADP+PiATP74一、生物氧化的特點(diǎn)1、反應(yīng)條件溫和2、伴隨生物還原反應(yīng)的發(fā)生3、水是許多生物氧化反應(yīng)的氧供體

4、碳的氧化和氫的氧化是非同步進(jìn)行的。5、分步進(jìn)行的過程6、生物氧化釋放的能量，通過與ATP合成相偶聯(lián)，轉(zhuǎn)換成生物體能夠直接利用的生物能ATP。

一、生物氧化的特點(diǎn)1、反應(yīng)條件溫和75二、生物氧化的方式（一）CO2的生成

生物體內(nèi)CO2的生成來源于有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楹然衔锏拿擊茸饔?。A直接脫羧作用CH3CCOOHOCH3CHO+CO2丙酮酸脫羧酶HOOCCH2CCOOH

α

β丙酮酸羧化酶CH3CCOOH+CO2OO（α-脫羧）（β-脫羧）二、生物氧化的方式（一）CO2的生成生物體內(nèi)CO2的生成來76B氧化脫羧作用：在脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）。（二）脫氫氧化反應(yīng)A脫氫琥珀酸脫氫HOOCCH2CHOHCOOHCH3CCOOH+CO2NADP+NADPH+H+OB氧化脫羧作用：在脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）。HOOCC77乳酸脫氫酶B加水脫氫

酶催化的醛氧化成酸的反應(yīng)即屬于這一類。乳酸脫氫酶B加水脫氫

酶催化的醛氧化成酸的反應(yīng)即屬于這78（三）氧直接參加的氧化反應(yīng)加氧酶

能夠催化氧分子直接加入到有機(jī)分子中。例如，

甲烷單加氧酶

CH4+NADH+O2

CH3-OH+NAD++H2O氧化酶

主要催化以氧分子為電子受體的氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為水。在各種脫氫反應(yīng)中產(chǎn)生的氫質(zhì)子和電子，最后都是以這種形式進(jìn)行氧化的。（三）氧直接參加的氧化反應(yīng)加氧酶能夠催化氧分子直接加入到79（四）H2O的生成－－代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧結(jié)合生成水。

生物體主要以脫氫酶、傳遞體及氧化酶組成生物氧化體系，以促進(jìn)水的生成。MH2M遞氫體遞氫體H2

NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ還原型氧化型Cyt遞電子體b,c1,c,aa32H+2e?

O2O2-H2O脫氫酶氧化酶（四）H2O的生成－－代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧80定義呼吸鏈?zhǔn)谴x物上氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)一系列電子傳遞體，最后傳遞給被激活的氧分子而生成水的過程，又稱電子傳遞體系或電子傳遞鏈。組成：遞氫體和電子傳遞體（2H2H++2e），存在于線粒體內(nèi)膜上。1、呼吸鏈內(nèi)膜脊膜定義1、呼吸鏈內(nèi)膜脊膜81①煙酰胺核苷酸類：主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有NAD+和NADP+，大多脫氫酶以NAD+為輔酶。

電子和氫離子一起被接受，還原型CoⅠ將氫移到NADH脫氫酶（黃素）上。2、呼吸鏈中包括5類電子載體：①煙酰胺核苷酸類：主要作為一類不需氧脫氫酶的的輔酶。有NAD82NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+

NAD+和NADP+的結(jié)構(gòu)R=H:NAD+;R83NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還原反應(yīng)時變化發(fā)生在五價氮和三價氮之間。NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互轉(zhuǎn)變氧化還84②黃素脫氫酶類

黃素酶（NADH脫氫酶）是黃素蛋白，其輔基FMN（FAD）接受2個氫原子成還原型的黃素單核苷酸。②黃素脫氫酶類黃素酶（NADH脫氫酶）是黃素蛋白，其輔基85FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)時不穩(wěn)定中間產(chǎn)物是FMN?。FMN結(jié)構(gòu)中含核黃素，發(fā)揮功能的部位是異咯嗪環(huán)，氧化還原反應(yīng)86③鐵硫蛋白類NADH脫氫酶還有幾個非血紅素鐵原子與酸不穩(wěn)定的硫原子結(jié)合，組合成鐵-硫中心。鐵硫蛋白中輔基鐵硫簇(Fe-S)含有等量鐵原子和硫原子，其中鐵原子可進(jìn)行Fe2+Fe3+反應(yīng)傳遞電子。?表示無機(jī)硫

③鐵硫蛋白類NADH脫氫酶還有幾個非血紅素鐵原子與酸不穩(wěn)87④輔酶Q類又稱泛醌（CoQ)，可接受多種脫氫酶脫下的氫和電子轉(zhuǎn)變?yōu)榉捍迹–oQH2），處在呼吸鏈的中心地位。泛醇將電子傳給細(xì)胞色素bc1復(fù)合體，H+釋出。④輔酶Q類又稱泛醌（CoQ)，可接受多種脫氫酶脫下的氫和電88⑤細(xì)胞色素類（cytochromes)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(xì)胞，由于呈現(xiàn)顏色，故稱細(xì)胞色素。其作用靠鐵的變價傳遞電子由CoQ傳到氧。a、cytbc1復(fù)合體：含ctyb、ctyc1及鐵-硫蛋白。b、cyt氧化酶：含ctya和ctya3。除含鐵還含銅（Cu2+→Cu+）c、cytc：在ctybc1復(fù)合體和cty氧化酶間傳遞電子。⑤細(xì)胞色素類（cytochromes)是一類以鐵89

傳遞體作用尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）遞氫體尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）遞氫體黃素蛋白（輔基為FAD和FMN）遞氫體鐵硫蛋白（Fe-S）單電子傳遞體輔酶Q遞氫體細(xì)胞色素類單電子傳遞體傳遞體90復(fù)合體Ⅰ:NADH-Q（泛醌）還原酶

功能:

將電子從NADH傳遞給泛醌

(ubiquinone)復(fù)合體ⅠNADH→→CoQFMN;Fe-SN-1a,b;

Fe-SN-4;

Fe-SN-3;Fe-SN-2由以上五種電子傳遞體組成4個復(fù)合體復(fù)合體Ⅰ:NADH-Q（泛醌）還原酶功能:將電子從N91復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+

NAD+FMNFMNH2還原型Fe-S氧化型Fe-SQQH2復(fù)合體Ⅰ的功能NADH+H+NAD+FMNFMNH92復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-Q（泛醌）還原酶功能:

將電子從琥珀酸傳遞給泛醌復(fù)合體Ⅱ琥珀酸→→CoQFe-S1;

b560;

FAD;

Fe-S2;

Fe-S3復(fù)合體Ⅱ:琥珀酸-Q（泛醌）還原酶功能:將電子從琥珀93復(fù)合體Ⅲ:QH2（泛醌）-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子從泛醌傳遞給細(xì)胞色素c

復(fù)合體ⅢQH2→→Cytc

b562;b566;Fe-S;c1復(fù)合體Ⅲ:QH2（泛醌）-細(xì)胞色素c還原酶功能：將電子94復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給氧

復(fù)合體Ⅳ還原型Cytc→→O2CuA→a→a3→CuB復(fù)合體Ⅳ:細(xì)胞色素c氧化酶功能：將電子從細(xì)胞色素c傳遞給95新陳代謝與生物氧化講解課件961.NADH氧化呼吸鏈NADH→復(fù)合體Ⅰ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在氧化分解過程中脫下的氫，大部分經(jīng)此呼吸鏈氧化為水。例如丙酮酸、異檸檬酸、乳酸、酮戊二酸、蘋果酸、谷氨酸等。3、體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈：根據(jù)接受氫的初始受體不同2.FADH2氧化呼吸鏈

琥珀酸→復(fù)合體Ⅱ→Q→復(fù)合體Ⅲ→Cytc→復(fù)合體Ⅳ→O2一般情況下琥珀酸、a-磷酸甘油氧化脫氫生成FADH2作為這條呼吸鏈的最初供體。1.NADH氧化呼吸鏈3、體內(nèi)兩條重要的呼吸鏈：根據(jù)接受氫97呼吸鏈的組成及傳遞體的順序

各組分在鏈上的位置次序與其得失電子趨勢的強(qiáng)度有關(guān)。電子總是從低氧化還原電位向高的電位上流動的，氧化還原電位的數(shù)值愈低，即供電子的傾向愈大，愈易成為還原劑，而處在呼吸鏈的前面。MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1+0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18魚藤酮安密妥抑制劑：抗霉素A氰化物，CO，疊氮化合物呼吸鏈的組成及傳遞體的順序各組分在鏈上的位置次序與其得981．NADH氧化呼吸鏈：1．NADH氧化呼吸鏈：992.FADH2氧化呼吸鏈2.FADH2氧化呼吸鏈100NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈NADH氧化呼吸鏈FADH2氧化呼吸鏈101電子傳遞鏈電子傳遞鏈102三、氧化磷酸化作用——伴隨著放能的氧化作用而進(jìn)行的磷酸化。P240ADP+Pi+能量→ATPAMP+PPi+能量→ATP1.ATP的生成（1）底物水平磷酸化：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。X~+ADP→ATP+XP三、氧化磷酸化作用——伴隨著放能的氧化作用而進(jìn)行的磷酸化。P103（2）電子傳遞體系磷酸化(electrontransportsystem)即：電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系傳遞給氧形成水，同時伴有ADP磷酸化為ATP。NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→a→a3→O2PPP3ADP3ATPP/O比值：在電子傳遞體系磷酸化中，在一定時間內(nèi)，每消耗一摩爾氧所消耗無機(jī)磷酸的摩爾數(shù)。根據(jù)所消耗的無機(jī)磷酸摩爾數(shù)，可間接測出ATP生成量。NADH的P/O=3FADH2的P/O=2電子傳遞過程和磷酸化作用相耦聯(lián)的部位，從NADH到分子氧的呼吸鏈中，有三處能使氧化還原過程釋放的能量轉(zhuǎn)化為ATP。（2）電子傳遞體系磷酸化(electrontranspor1042.氧化磷酸化作用機(jī)理(mechanism)化學(xué)滲透學(xué)說(chemiosmotishypothesis)

氧化磷酸化作用的關(guān)鍵因素是質(zhì)子（H+）梯度和完整的線粒體內(nèi)膜?；瘜W(xué)偶聯(lián)學(xué)說形成高能中間產(chǎn)物，促使ATP生成。結(jié)構(gòu)偶聯(lián)學(xué)說電子傳遞使線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)組分發(fā)生構(gòu)象變化而形成一種高能形式，然后將能量傳遞給ATP酶分子，形成ATP。

A*ox+ADP+Pi→Aox+ATP2.氧化磷酸化作用機(jī)理(mechanism)化學(xué)滲透學(xué)說105MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e?O2O2-X-+IO-XHIOHH2OX~IX~IX~I頭部ATP合酶ADP+PiATP2H+X-+IO-H2O化學(xué)滲透學(xué)說內(nèi)膜MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb2106ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸

琥珀酸

H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)

基質(zhì)側(cè)

++++++++++---------化學(xué)滲透假說詳細(xì)示意圖ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+107化學(xué)滲透學(xué)說：英國P.Mitchell于1961年提出的。主要論點(diǎn)：

呼吸鏈存在于線粒體內(nèi)膜之上，當(dāng)氧化進(jìn)行時，呼吸鏈起質(zhì)子泵作用，質(zhì)子被泵出線粒體內(nèi)膜外側(cè)，造成了膜內(nèi)外兩側(cè)間跨膜的化學(xué)電位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP與Pi合成ATP?；瘜W(xué)滲透學(xué)說：英國P.Mitchell于1961年提出的。主108化學(xué)滲透學(xué)說：英國P.Mitchell于1961年提出的。(1)呼吸鏈中氫傳遞體和電子傳遞體是間隔交替排列的。（2）傳氫體有氫泵的作用，當(dāng)傳氫體從內(nèi)膜內(nèi)側(cè)接受從底物傳來的氫后，可將其中的電子傳給其后的電子傳遞體，而將兩個氫泵出內(nèi)膜。（3）內(nèi)膜對氫不能自由通過，泵出