新陳代謝總論與生物氧化用

第七章新陳代謝總論

與生物氧化現(xiàn)在是1頁\一共有47頁\編輯于星期二第一節(jié)新陳代謝總論一、新陳代謝的概念二、新陳代謝的過程三、新陳代謝的特點(diǎn)四、碳和能的來源五、中間代謝六、代謝的研究方法

現(xiàn)在是2頁\一共有47頁\編輯于星期二新陳代謝（metabolism)的概念是指生物體與外界環(huán)境所進(jìn)行的物質(zhì)和能量的交換過程，以及物質(zhì)與能量在生物體內(nèi)的各種存在形式。例：呼吸作用、生物體的生長、肌肉收縮、光合作用等?，F(xiàn)在是3頁\一共有47頁\編輯于星期二新陳代謝的過程包括物質(zhì)代謝和能量代謝新陳代謝的過程包括營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、中間代謝和代謝產(chǎn)物的排泄等階段。同化作用（anabolism)：由外界到自身，小分子合成大分子，耗能。例如：光合作用異化作用(catabolism)：由自身到外界，大分子分解成小分子，釋放能量。例如：葡萄糖的乙醇發(fā)酵現(xiàn)在是4頁\一共有47頁\編輯于星期二從能量角度考慮合成反應(yīng)都是耗能的，分解反應(yīng)都是放能的。物質(zhì)分解過程中釋放的能量一部分能夠暫時(shí)以某種形式儲(chǔ)存起來，以備需要時(shí)用于耗能的反應(yīng)中，主要以ATP的形式儲(chǔ)存，另一部分以熱能的形式散失，熱能只能用來維持體溫?，F(xiàn)在是5頁\一共有47頁\編輯于星期二ATP中的磷酸鍵現(xiàn)在是6頁\一共有47頁\編輯于星期二新陳代謝的特點(diǎn)1.步驟多，但有序2.代謝具有控制性和調(diào)節(jié)性整體水平調(diào)節(jié)、細(xì)胞水平調(diào)節(jié)、分子水平調(diào)節(jié)3.反應(yīng)是在溫和條件下進(jìn)行的，絕大多數(shù)反應(yīng)是在酶的作用下完成的4.反應(yīng)是在長期的進(jìn)化過程中逐步形成、完善的

現(xiàn)在是7頁\一共有47頁\編輯于星期二碳和能的來源1.碳的來源自養(yǎng)細(xì)胞（CO2）、異養(yǎng)細(xì)胞(有機(jī)碳化合物）2.能的來源光合作用:光能-生物電能-活躍的化學(xué)能-穩(wěn)定的化學(xué)能氧化-還原作用：代謝物-氧還作用-水和CO2

現(xiàn)在是8頁\一共有47頁\編輯于星期二中間代謝現(xiàn)在是9頁\一共有47頁\編輯于星期二六、代謝的研究方法活體內(nèi)與活體外實(shí)驗(yàn)同位素示蹤法代謝途徑阻斷現(xiàn)在是10頁\一共有47頁\編輯于星期二第二節(jié)生物氧化

（BiologicalOxidation）現(xiàn)在是11頁\一共有47頁\編輯于星期二生物氧化的概念相當(dāng)于分解（異化）作用。生物氧化是指糖類、脂類和蛋白質(zhì)等在生物活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的一系列的氧化分解作用，最終生成H2O和CO2,同時(shí)釋放能量的過程，又稱細(xì)胞呼吸或組織呼吸?，F(xiàn)在是12頁\一共有47頁\編輯于星期二生物氧化發(fā)生的場(chǎng)所Lehninger發(fā)現(xiàn)，線粒體是真核生物氧化磷酸化的場(chǎng)所，開始了生物能傳導(dǎo)的新世代。線粒體有兩層膜結(jié)構(gòu)，外膜對(duì)小分子（Mr5000）和離子為自由透過（通過跨膜通道）。內(nèi)膜對(duì)大多數(shù)小分子及離子不透過（包括H+），只有內(nèi)膜上存在特異運(yùn)輸體的物質(zhì)可以透過。內(nèi)膜上含有呼吸鏈和ATP合成酶。線粒體基質(zhì)含有丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和檸檬酸循環(huán)途徑、脂肪酸-氧化途徑、氨基酸氧化途徑及酵解以外所有能量物質(zhì)氧化途徑。現(xiàn)在是13頁\一共有47頁\編輯于星期二線粒體結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是14頁\一共有47頁\編輯于星期二生物氧化的方式與特點(diǎn)1.方式脫電子、脫氫、加氧，本質(zhì)：電子轉(zhuǎn)移2.特點(diǎn)逐步進(jìn)行，逐步完成，有合適的落差，相互偶聯(lián)。在體溫下，在細(xì)胞內(nèi)酶的催化下逐步完成的。釋放的能量大部分儲(chǔ)存在ATP中，能量利用率高。現(xiàn)在是15頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞過程和氧化呼吸鏈生物氧化最終產(chǎn)物：水和CO2

CO2:由糖、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物通過TCA途徑轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物，然后脫羧基而生成水：通過電子傳遞過程實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在是16頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞過程電子從還原型輔酶，通過一系列按照電子親和力遞增的順序排列的電子傳遞體所構(gòu)成的電子傳遞鏈傳遞到氧的過程。構(gòu)成電子傳遞鏈的電子傳遞體都是一些具有氧化還原作用的電子載體?，F(xiàn)在是17頁\一共有47頁\編輯于星期二生物氧化體系—呼吸鏈(respiratorychain)生物氧化體系解決的是有機(jī)物脫氫及氫的去路問題，即解決有機(jī)物是如何通過一系列特異性的酶催化的反應(yīng)脫氫、遞氫和遞電子，把氫交給氧生成水，并產(chǎn)生ATP的問題。定義：又稱電子傳遞鏈，是指代謝物上脫下的氫經(jīng)過一系列遞氫體和遞電子體的依次傳遞，最后傳給被激活的氧分子，從而生成水的全部體系，如同接力棒一樣，這種形式的反應(yīng)——呼吸鏈。遞氫體：呼吸鏈中參與傳遞H的輔酶或輔基遞電子體：呼吸鏈中參與傳遞電子的輔酶或輔基現(xiàn)在是18頁\一共有47頁\編輯于星期二呼吸鏈的組成及作用機(jī)理(1)煙酰胺脫氫酶類（nicotinamidedehydrogenases)(或稱吡啶脫氫酶類，pyridinedehydrogenases)：以NADNADP為輔酶(2)黃素酶類（flavoprotein,flavinlinkeddehydrogenase,NADHdehydrogenase)黃素單核苷酸（FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD)(3)鐵硫蛋白類(4)輔酶Q(coenzymeQ,CoQ)(泛醌ubiquinone)(5)細(xì)胞色素類（cytochromes)Cytb,Cytc,Cytc1,Cyta1a3現(xiàn)在是19頁\一共有47頁\編輯于星期二人體組織最普遍最重要的呼吸鏈

以NAD+(CoI)或NADP+(CoII)為輔酶的脫氫酶 黃素蛋白（黃酶，yellowenzyme,flavoprotein,FP）

輔酶Q(CoQ,泛醌，ubiquinone)

細(xì)胞色素復(fù)合物(cytochromecomplex)組成兩條呼吸鏈：

S.NAD+FP1（FMN)CoQbc1c(a+a3)1/2O2

FP2(FAD)

S.現(xiàn)在是20頁\一共有47頁\編輯于星期二呼吸鏈中傳遞體排列順序的依據(jù)通過每一個(gè)傳遞體的氧化還原電勢(shì)來確定用分光光度法利用抑制劑來確定現(xiàn)在是21頁\一共有47頁\編輯于星期二呼吸主鏈和呼吸支鏈呼吸主鏈：蘋果酸，丙酮酸，檸檬酸等呼吸支鏈：琥珀酸，脂酰CoA，α-磷酸甘油現(xiàn)在是22頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞的抑制劑魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素抗霉素A氰化物、硫化氫、疊氮化物、co等現(xiàn)在是23頁\一共有47頁\編輯于星期二抑制劑的作用部位現(xiàn)在是24頁\一共有47頁\編輯于星期二

ATP合成的類型代謝物水平磷酸化（底物水平磷酸化）氧化磷酸化現(xiàn)在是25頁\一共有47頁\編輯于星期二底物水平磷酸化（SubstrateLevelPhosphorylation)代謝物質(zhì)分解過程中，底物分子因脫氫、脫水等作用，能量在分子內(nèi)部重排（重新分布）形成高能磷酸酯鍵，并通過酶的作用使ADP形成ATP?，F(xiàn)在是26頁\一共有47頁\編輯于星期二氧化磷酸化

（OxidativePhosphorylation)

生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化為水時(shí)所釋放的能量轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP的過程。實(shí)際上是氧化作用與氧化作用過程釋放的能量用于形成ATP過程（磷酸化作用）兩種作用的偶聯(lián)反應(yīng)。現(xiàn)在是27頁\一共有47頁\編輯于星期二氧化磷酸化與底物水平磷酸化區(qū)別：底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接與一個(gè)代謝中間物上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)氧化磷酸化：指ATP的生成是基于與電子傳遞相偶聯(lián)的磷酸化作用?，F(xiàn)在是28頁\一共有47頁\編輯于星期二磷氧比（P/O）代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化生成水，一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞到O2生成水所產(chǎn)生的ATP分子的數(shù)目（即消耗1分子O2所產(chǎn)生ATP的數(shù)目）稱為磷氧比（P/O）。代謝物脫下的2H經(jīng)NADH氧化呼吸鏈被氧化為水時(shí)，生成3ATP（P/O3），而經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈氧化為水時(shí)，生成2ATP（P/O2）。新近的研究結(jié)果支持這樣的結(jié)論，2H經(jīng)NADH氧化呼吸鏈被氧化為水時(shí)，生成2.5ATP；而經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈氧化為水時(shí)，生成1.5ATP?，F(xiàn)在是29頁\一共有47頁\編輯于星期二呼吸鏈中ATP的產(chǎn)生現(xiàn)在是30頁\一共有47頁\編輯于星期二氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制解偶聯(lián)電子傳遞和ATP形成在正常細(xì)胞內(nèi)總是相偶聯(lián)的。ATP形成必須以電子傳遞為前提，而呼吸鏈只有生成ATP才能推動(dòng)電子的傳遞?，F(xiàn)在是31頁\一共有47頁\編輯于星期二解偶聯(lián)劑的作用使電子傳遞和ATP形成兩個(gè)過程分離，失掉它們的緊密聯(lián)系。它只抑制ATP的形成過程，不抑制電子傳遞過程，使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。典型的解偶?lián)劑：DNP（2，4-二硝基苯酚）注：解偶聯(lián)劑作用只抑制氧化磷酸化過程中ATP的形成，對(duì)底物水平磷酸化沒有影響?，F(xiàn)在是32頁\一共有47頁\編輯于星期二思考以前有人曾經(jīng)考慮過使用解偶聯(lián)劑如DNP作為減肥藥，但不久就放棄使用，為什么？檸檬酸P/O？琥珀酸P/O？在魚藤酮存在的情況下，蘋果酸P/O？琥珀酸的P/O？在DNP存在的條件下，蘋果酸P/O？琥珀酸的P/O？現(xiàn)在是33頁\一共有47頁\編輯于星期二DNP作為一種解偶聯(lián)劑，能夠破壞線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度，使質(zhì)子梯度轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而不是ATP。在解偶聯(lián)狀態(tài)下，電子傳遞過程完全是自由進(jìn)行的，底物失去控制的被快速氧化，細(xì)胞的代謝速率將大幅度提高。這些將導(dǎo)致機(jī)體組織消耗其存在的能源形式，如糖原和脂肪，因此有減肥的功效。但是由于這種消耗是失去控制的消耗，同時(shí)消耗過程中過分產(chǎn)熱，這勢(shì)必會(huì)給機(jī)體帶來強(qiáng)烈的副作用?，F(xiàn)在是34頁\一共有47頁\編輯于星期二化學(xué)滲透假說

(ChemiosmoticHypothesis)

1961,PeterMitchell（1920-1992）（英生化學(xué)家）提出，因此獲得1978年諾貝爾獎(jiǎng)。電子傳遞的結(jié)果把H+從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)泵到膜外空間，形成一個(gè)跨線粒體內(nèi)膜的H+梯度，其中所含的化學(xué)滲透能正是促進(jìn)ATP合成所需能量，這種能量被稱為質(zhì)子推動(dòng)力或質(zhì)力(Proton-motiveforce)。

現(xiàn)在是35頁\一共有47頁\編輯于星期二化學(xué)滲透模型（ChemiosmoticModel)現(xiàn)在是36頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞鏈中的四個(gè)蛋白復(fù)合體現(xiàn)在是37頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞鏈現(xiàn)在是38頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞鏈現(xiàn)在是39頁\一共有47頁\編輯于星期二ATP合成酶及ATP合成

現(xiàn)在是40頁\一共有47頁\編輯于星期二穿梭系統(tǒng)（ShuttleSystems)

有些NADH是在胞液中產(chǎn)生的，而呼吸鏈位于線粒體的內(nèi)膜上，線粒體的內(nèi)膜對(duì)NADH不能透過，必須通過一定的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制才能保證底物分子脫下的H可以通過呼吸鏈遞氫和遞電子被徹底氧化，釋放能量。這種轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制即為穿梭系統(tǒng)，經(jīng)過穿梭系統(tǒng)把胞液中的NADH轉(zhuǎn)變?yōu)榫€粒體內(nèi)的NADH經(jīng)呼吸鏈被氧化。包括磷酸甘油穿梭、蘋果酸-草酰乙酸穿梭。現(xiàn)在是41頁\一共有47頁\編輯于星期二α-磷酸甘油穿梭現(xiàn)在是42頁\一共有47頁\編輯于星期二蘋果酸穿梭現(xiàn)在是43頁\一共有47頁\編輯于星期二本章內(nèi)容綱要總結(jié)新陳代謝概念，特點(diǎn)生物氧化概念，特點(diǎn)及過程氧化磷酸化與底物水平磷酸化概念及區(qū)別呼吸鏈概念，組成，排列順序及功能P/O值，抑制劑，解偶聯(lián)劑兩種穿梭系統(tǒng)現(xiàn)在是44頁\一共有47頁\編輯于星期二復(fù)習(xí)題

1．生物氧化有3種方式：_________、___________和__________。2．生物氧化是氧化還原過程，在此過程中有_________、_________和________參與。3．原核生物的呼吸鏈位于_________。4.△G0‘為負(fù)值是_________反應(yīng)，可以_________進(jìn)行。5．生物分子的E0＇值小，則電負(fù)性_________，供出電子的傾向_________。6．細(xì)胞色素a的輔基是_________與蛋白質(zhì)以_________鍵結(jié)合。7．在無氧條件下，呼吸鏈各傳遞體都處于_________狀態(tài)。8．磷酸甘油與蘋果酸經(jīng)穿梭后進(jìn)人呼吸鏈氧化，其P/O比分別為_____和_____。現(xiàn)在是45頁\一共有47頁\編輯于星期二復(fù)習(xí)題9．反應(yīng)的自由能變化用_________表示，標(biāo)準(zhǔn)自由能變化用_________表示，生物化學(xué)中pH7.0時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化則表示為_________。10．真核細(xì)胞生物氧化的主要場(chǎng)所是_________，呼吸鏈和氧化磷酸化偶聯(lián)因子都定位于_________。11．在呼吸鏈中，氫或電子從_________的載體依次向______