新陳代謝總論與生物氧化

關(guān)于新陳代謝總論與生物氧化第1頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2代謝(metabolism)又稱新陳代謝，是生物體內(nèi)所有化學(xué)變化的總稱。新陳代謝是生命的基本特征。第一節(jié)新陳代謝概述一、定義第2頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3合成代謝與分解代謝是相輔相成的，它們的平衡使生物體既保持自身的穩(wěn)定，又能不斷更新，以適應(yīng)環(huán)境。代謝合成代謝（同化作用）分解代謝（異化作用）機(jī)體從環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，把它們轉(zhuǎn)化為自身物質(zhì)機(jī)體將自身物質(zhì)轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物，排出體外第3頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4代謝過程是通過一系列酶促反應(yīng)完成的。完成某一代謝過程的一組相互銜接的酶促反應(yīng)稱為代謝途徑。二、代謝途徑第4頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5代謝途徑的特點(diǎn)沒有完全可逆的代謝途徑；代謝途徑的形式是多樣的；代謝途徑有確定的細(xì)胞定位；代謝途徑是相互溝通的；代謝途徑之間有能量關(guān)聯(lián)；代謝途徑的流量可調(diào)控。第5頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6每個(gè)代謝途徑的流量，都受反應(yīng)速度最慢的步驟的限制，這個(gè)步驟稱為限速步驟，或關(guān)鍵步驟，這個(gè)酶稱為限速酶或關(guān)鍵酶。限速步驟一般是代謝途徑或分支的第一步，這樣可避免有害中間產(chǎn)物的積累。限速步驟一般是不可逆反應(yīng)，其逆過程往往由另一種酶催化。第6頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7第二節(jié)

合成代謝生物分子結(jié)構(gòu)的多層次性決定了合成代謝的階段性。首先由簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)分子(CO2、NH3、H2O等)合成生物小分子（單糖、氨基酸、核苷酸等），再用這些構(gòu)件合成生物大分子，進(jìn)而組裝成各種生物結(jié)構(gòu)。趨異性是指隨著合成代謝階段的上升，傾向于產(chǎn)生種類更多的產(chǎn)物。一、階段性和趨異性第7頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8人類不能從無(wú)到有合成所有的生物分子。那些不能自己合成，只能從食物中攝取的物質(zhì)，稱為是必需的。如氨基酸中有8種是必需氨基酸，維生素和某些高不飽和脂肪酸也是必需的。嚴(yán)格說(shuō)，糖是非必需的。二、營(yíng)養(yǎng)依賴性第8頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9合成代謝需要消耗能量。合成生物小分子的能量直接來(lái)自ATP和NADPH，合成生物大分子直接來(lái)自核苷三磷酸。合成代謝所需的能量主要用于活化前體或構(gòu)件分子，以及用于還原步驟等。三、需要能量推動(dòng)第9頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10生物大分子有兩種組裝模式：四、信息來(lái)源1.模板指導(dǎo)組裝核酸和蛋白質(zhì)的合成，都以先在的信息分子為模板。2.酶促組裝有些構(gòu)件序列簡(jiǎn)單均一的大分子通過酶促組裝聚合而成。第10頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11生物大分子的分解有三個(gè)階段：水解產(chǎn)生構(gòu)件分子、氧化分解產(chǎn)生乙酰輔酶A、氧化成二氧化碳和水。在這個(gè)過程中，隨著結(jié)構(gòu)層次的降低，傾向產(chǎn)生少數(shù)共同的分解產(chǎn)物，即具有趨同性。第三節(jié)分解代謝一、階段性和趨同性第11頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12分解代謝的各個(gè)階段都是釋放能量的過程。第一階段放能很少。第二階段約占三分之一，可推動(dòng)ATP和NADPH的合成，它們可作為能量載體向體內(nèi)的耗能過程提供能量。第三階段通過三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化釋放其余的能量，主要用于ATP的合成。二、意義第12頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月13第四節(jié)代謝中的能量與調(diào)控一、代謝與能量熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律熱力學(xué)第二定律：熵定律自由能：ΔG=ΔH-TΔS，<0為自發(fā)1.

有關(guān)定律第13頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月14生化反應(yīng)中，在水解時(shí)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)中可釋放出大量自由能（>21千焦/摩爾）的化合物稱為高能化合物。1、高能化合物的類型第14頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月15在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個(gè)磷酸基團(tuán)完全解離成帶4個(gè)負(fù)電荷的離子形式（ATP4-），具有較大勢(shì)能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩爾）。腺嘌呤—核糖—O—P—O—P—O—P—O-OOOO-O-O-+++Mg2+ATP4-+H2O＝ADP3-+Pi2-+H+G＝-30.5kJ?MOL-1ATP3-+H2O＝ADP2-+Pi3-+H+G＝-33.1kJ?MOL-12、ATP的特點(diǎn)及其特殊作用第15頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月16代謝過程是一系列酶促反應(yīng)，可通過酶活性和數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，神經(jīng)和激素的調(diào)節(jié)也起著重要作用。代謝是動(dòng)態(tài)的。生物體內(nèi)總是同時(shí)進(jìn)行著分解代謝與合成代謝。即使體重保持不變，代謝也在不斷地進(jìn)行。二、代謝調(diào)節(jié)第16頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月17第五節(jié)呼吸鏈一、呼吸鏈的概念二、呼吸鏈的組成三、機(jī)體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈四、電子傳遞抑制劑第17頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月18呼吸鏈又稱電子傳遞鏈，是由一系列電子載體構(gòu)成的，從NADH或FADH2向氧傳遞電子的系統(tǒng)。一、呼吸鏈的概念其中的氫以質(zhì)子形式脫下，電子沿呼吸鏈轉(zhuǎn)移到分子氧，形成離子型氧，再與質(zhì)子結(jié)合生成水。放出的能量則使ADP和磷酸生成ATP。第18頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月19原核細(xì)胞的呼吸鏈位于質(zhì)膜上，真核細(xì)胞則位于線粒體內(nèi)膜上。第19頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月20線粒體有兩層膜。外膜平滑稍有彈性，內(nèi)膜有許多向內(nèi)褶疊的嵴，嵴的存在實(shí)際上增加了內(nèi)膜的面積。線粒體內(nèi)膜具有許多生物活性蛋白質(zhì)，嵌在雙層磷脂系統(tǒng)中，不能自由移動(dòng)，這些蛋白質(zhì)包括電子傳遞酶類以及與之有關(guān)的蛋白質(zhì)和ATP合成的酶類、各種脫氫酶類、各種代謝物運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)蛋白等。第20頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21二、呼吸鏈的組成呼吸鏈包含15種以上組分，主要由4種酶復(fù)合體和2種可移動(dòng)電子載體構(gòu)成。其中復(fù)合體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、輔酶Q(呼吸鏈中唯一的非蛋白氧化還原載體)和細(xì)胞色素C的數(shù)量比為1：2：3：7：63：9。第21頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月22呼吸鏈中各中間體的順序NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADH2Fe-S琥珀酸等復(fù)合物II復(fù)合物IV復(fù)合物I復(fù)合物IIINADH脫氫酶細(xì)胞色素還原酶細(xì)胞色素氧化酶琥珀酸-輔酶Q還原酶第22頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月23即NADH：輔酶Q氧化還原酶復(fù)合體，由NADH脫氫酶（一種以FMN為輔基的黃素蛋白）和一系列鐵硫蛋白組成。它從NADH得到兩個(gè)電子，經(jīng)鐵硫蛋白傳遞給輔酶Q。1.復(fù)合體Ⅰ第23頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月24鐵硫蛋白+e

傳遞電子機(jī)理：Fe3+Fe2+

-e鐵硫蛋白含有非血紅素Fe和對(duì)酸不穩(wěn)定的S原子。Fe和S常以等摩爾量存在（Fe2S2,Fe4S4)，構(gòu)成Fe-S中心，F(xiàn)e與蛋白質(zhì)分子中的4個(gè)Cys殘基的巰基與蛋白質(zhì)相連結(jié)。1Fe0S2-4Cys4Fe4S2-4Cys2Fe2S2-4CysSFe第24頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月25由琥珀酸脫氫酶（一種以FAD為輔基的黃素蛋白）和鐵硫蛋白組成，將從琥珀酸得到的電子傳遞給輔酶Q。2.復(fù)合體Ⅱ第25頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月26CoQ是帶有聚異戊二烯側(cè)鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動(dòng)，是呼吸鏈中唯一的非蛋白氧化還原載體。它在電子傳遞鏈中處于中心地位，可接受各種黃素酶類脫下的氫。3.輔酶Q第26頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月27CoQ的結(jié)構(gòu)和遞氫原理CoQ+2HCoQH2第27頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月28細(xì)胞色素還原酶復(fù)合體，是細(xì)胞色素和鐵硫蛋白的復(fù)合體，把來(lái)自輔酶Q的電子，依次傳遞給結(jié)合在線粒體內(nèi)膜外表面的細(xì)胞色素c。4.復(fù)合體Ⅲ第28頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月29特點(diǎn)：以血紅素為輔基，血紅素的主要成份為鐵卟啉。類別:

根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類，呼吸鏈中含5種（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸鏈中的中為電子傳遞體，a和a3以復(fù)合物存在，稱細(xì)胞色素氧化酶，其分子中除含F(xiàn)e外還含有Cu

，可將電子傳遞給氧。5.細(xì)胞色素類傳遞電子機(jī)理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+-e-e

第29頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月30細(xì)胞色素氧化酶復(fù)合體。將電子傳遞給氧。6.復(fù)合體IV第30頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月31NADH呼吸鏈H2O1/2O2O2-MH2FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

細(xì)胞色素b-c-c1-aa32H+MFe—S三、機(jī)體內(nèi)兩條主要的呼吸鏈NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2第31頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32FADH2呼吸鏈FADFADH2琥珀酸2Fe2+2Fe3+

細(xì)胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ1/2O2O2-2H+H2O延胡索酸Fe—SFADH2→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2第32頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月33四、電子傳遞抑制劑第33頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月34第六節(jié)氧化磷酸化NADH+H++3ADP+3Pi+1/2O2→NAD++4H2O+3ATP一、定義與生物氧化相偶聯(lián)的磷酸化作用稱為氧化磷酸化作用。其作用是將生物氧化過程中釋放出的自由能轉(zhuǎn)移而使ADP形成高能的ATP。氧化磷酸化作用是需氧細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，是主要的能量來(lái)源。第34頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月35氧化磷酸化≠底物水平磷酸化底物水平磷酸化是指ATP的形成直接與一個(gè)代謝中間物（例如磷酸烯醇式丙酮酸）上的磷酸集團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)的作用。第35頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月36呼吸過程中無(wú)機(jī)磷酸（Pi）消耗量和分子氧（O2）消耗量的比值稱為磷氧比。二、P/O比NADH的P/O比為2.5，ATP是在3個(gè)不連續(xù)的部位生成的;FADH2的P/O比為1.5，ATP是在2個(gè)不連續(xù)的部位生成的第36頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月37電子傳遞與ATP形成在正常細(xì)胞內(nèi)總是相偶聯(lián)的，二者缺一不可。ATP的生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。三、偶聯(lián)的調(diào)控（一）呼吸控制第37頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月38根據(jù)化學(xué)因素對(duì)氧化磷酸化的影響方式，可分為三類：解偶聯(lián)劑氧化磷酸化抑制劑離子載體抑制劑（二）解偶聯(lián)和抑制第38頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月39使電子傳遞和ATP形成分離，只抑制后者，不抑制前者。電子傳遞失去控制，產(chǎn)生的自由能變成熱能，能量得不到儲(chǔ)存。解偶聯(lián)劑對(duì)底物水平磷酸化無(wú)影響。如2，4-二硝基苯酚（DNP）能拆散氧化磷酸化的偶聯(lián)，成為解偶聯(lián)劑。1.

解偶聯(lián)劑第39頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月40感冒或患有某些傳染病時(shí)，體溫升高，可能是由于細(xì)菌或病毒產(chǎn)生一種解偶聯(lián)劑，使呼吸作用釋放的能量較多地轉(zhuǎn)變成熱能，而使體溫升高?？股厝缍虠U菌肽和寡霉素也是解偶聯(lián)劑。第40頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月41作用特點(diǎn)是直接干擾了由電子傳遞的高能狀態(tài)形成ATP的過程，結(jié)果使電子傳遞也不能進(jìn)行。如抗霉素A是抑制細(xì)胞色素b和c1之間的電子傳遞。2.

氧化磷酸化抑制劑第41頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月42如纈氨霉素（可運(yùn)送K+）、短桿菌肽（可運(yùn)送K+、Na+）等。這些抗生素可與K+、Na+形成脂溶性復(fù)合物，將K+從線粒體內(nèi)轉(zhuǎn)移到胞漿，這種離子的轉(zhuǎn)移消耗生物氧化所釋放的能量，使之不能用于ATP的生成。3.

離子載體抑制劑第42頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月43目前有三種假說(shuō)：化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)、結(jié)構(gòu)偶聯(lián)假說(shuō)和化學(xué)滲透假說(shuō)，都不夠理想。四、偶聯(lián)機(jī)制（自學(xué)）第43頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月44認(rèn)為電子傳遞和ATP生成的偶聯(lián)是通過一系列連續(xù)的化學(xué)反應(yīng)，形成一個(gè)高能共價(jià)中間物。這個(gè)中間物在電子傳遞中形成，又裂解將其能量供給ATP的合成。無(wú)證據(jù)支持。1.化學(xué)偶聯(lián)假說(shuō)第44頁(yè)，課件共52頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月45電子沿呼吸鏈傳遞使線粒體內(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F0F1ATP酶分子，酶復(fù)原時(shí)形成ATP。