新陳代謝總論和生物氧化

關(guān)于新陳代謝總論和生物氧化8.0概論1、新陳代謝（metabolism）的概念:

新陳代謝是生物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換與能量交換的全過(guò)程。它包括生物體內(nèi)所發(fā)生的一切合成（同化作用，耗能）和分解（異化作用，放能）作用。第2頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、新陳代謝分類(lèi)

指生物體從外界攝取物質(zhì)，并把它們轉(zhuǎn)變成自身物質(zhì)的過(guò)程。

通常是將生物小分子合成為生物大分子。

指生物體內(nèi)原有的物質(zhì)經(jīng)一系列變化最終變成排泄物排出體外的過(guò)程

通常將生物大分子分解為生物小分子。

合成代謝（同化作用）分解代謝（異化作用）放出能量。

需要能量。第3頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系合成代謝與分解代謝相互聯(lián)系、相互依存、相互制約。能量代謝的放能與吸收同樣是相互聯(lián)系、相互依存、相互制約的。第4頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、新陳代謝過(guò)程的特點(diǎn)絕大多數(shù)代謝反應(yīng)的條件比較溫和，由酶所催化。反應(yīng)相互配合，彼此協(xié)調(diào)，有嚴(yán)格的順序性。生物體對(duì)內(nèi)外環(huán)境有高度的適應(yīng)性和靈敏的自動(dòng)調(diào)節(jié)。反應(yīng)途徑一般都有嚴(yán)格的細(xì)胞定位，即代謝途徑局限于細(xì)胞的特定區(qū)域。第5頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天“中間代謝”指物質(zhì)在細(xì)胞中的合成和分解過(guò)程，不涉及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收與代謝產(chǎn)物的排泄。4、新陳代謝過(guò)程營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、中間代謝、代謝產(chǎn)物的排泄等階段第6頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天8.1新陳代謝總論1.活體內(nèi)與活體外實(shí)驗(yàn)（1）invivo（體內(nèi)實(shí)驗(yàn)）在正常生理?xiàng)l件下，在神經(jīng)、體液等調(diào)節(jié)機(jī)制下的整體代謝情況。提出了β-氧化假說(shuō)1904年KnoopФ(CH2)nCOOHФCOOH

，ФCH2COOH狗一、新陳代謝的研究方法第7頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）“invitro”活體外實(shí)驗(yàn)組織切片法組織勻漿法組織抽提液

實(shí)例：糖酵解、三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化（生物氧化）第8頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.同位素示蹤法同位素，質(zhì)子數(shù)相同，而中子數(shù)不同（質(zhì)量數(shù)不同）。分類(lèi)：穩(wěn)定性同位素、放射性同位素。

3H，14C，

32P，35S，125I（12.1年）（5568年）（14天）（87天）（60天）

3.代謝途徑阻斷等方法用抗代謝物或酶的抑制劑來(lái)阻抑中間代謝的某一環(huán)節(jié)，觀察這些反應(yīng)被抑制或改變以后的結(jié)果，以推測(cè)代謝情況。第9頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天利用患代謝障礙病的病人或動(dòng)物進(jìn)行代謝研究

ABCDEF排出體外停止第10頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.突變體研究法基因突變酶的缺失相應(yīng)產(chǎn)物的缺失或酶作用底物的堆積鑒別代謝途徑的酶及中間代謝物第11頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律1、能量代謝：指伴隨著生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝而發(fā)生的一系列能量轉(zhuǎn)變。遵循熱力學(xué)定律（第一和第二定律）

G＝

H－TS[G：（實(shí)際）自由能變化；H總熱能變化；TS總體熵變化。]第12頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天當(dāng)

G<0時(shí)，體系的反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行（放能）；當(dāng)G>0時(shí)，在補(bǔ)充自由能時(shí)可以進(jìn)行（吸能）

G＝0時(shí)，體系處于平衡狀態(tài)。第13頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、高能化合物與ATP作用1、高能化合物：在生物化學(xué)反應(yīng)中，隨水解反應(yīng)或集團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)能夠放出大量自由能的化學(xué)化合物（高能磷酸化合物（～P）、硫酯型高能化合物、甲硫型高能化合物）。高能磷酸化合物：磷氧型+磷氮型p205（表8-1）第14頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天

Fig.2.Thetwo-dimensionalstickmodeloftheadenosinephosphatefamilyofmolecules,showingtheatomandbondarrangement.第15頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天16根據(jù)生物體內(nèi)高能化合物鍵的特性可以把他們分成以下幾種類(lèi)型：磷氧鍵型（--O--P)

?；姿峄衔?-磷酸甘油酸磷酸乙酰磷酸10.1千卡/摩爾11.8千卡/摩爾第16頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天17氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账岬?7頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天18焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾第18頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天19烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾第19頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天20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(chǔ)存能量的作用。第20頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天21硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸?；o酶A第21頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天22甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸第22頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、ATP的作用ATP是生物細(xì)胞內(nèi)能量代謝的偶聯(lián)劑。其他核苷三磷酸也可以供能：如UTP（多糖）、CTP（磷脂）、GTP（蛋白質(zhì)）。ATP是能量的攜帶者或傳遞者，但不是嚴(yán)格的能量貯存者。往往以肌酸磷酸形式貯存。ATP水解成為ADP可釋放30.51KJ/mol的自由能第23頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天能量源自能源物質(zhì)（糖、脂、偶爾是蛋白質(zhì)）的分解分解代謝氧化產(chǎn)能ADP機(jī)械能（運(yùn)動(dòng)）化學(xué)能（合成反應(yīng)）滲透能（分泌、吸收）電能（生物電）熱能（體溫維持）光能（生物發(fā)光）

UTP、GTP、CTP、TTP合成，供能ATPATP能量利用形式：ATP可以把分解代謝的放能反應(yīng)與合成代謝的吸能反應(yīng)偶聯(lián)在一起，利用ATP水解釋放的自由能可以驅(qū)動(dòng)各種需能的生命活動(dòng)。第24頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.肌酸磷酸是高能磷酸鍵的貯存形式ATP是能量的攜帶者或傳遞者，但嚴(yán)格地說(shuō)不是能量的貯存者。肌酸磷酸是高能磷酸鍵的貯存形式，但不能直接被生物體利用。ADPATPMg2+肌酸激酶第25頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天5.輔酶A的遞能作用輔酶A（CoA）作為?；d體參與許多代謝過(guò)程，巰基為其功能集團(tuán)；在酶促轉(zhuǎn)乙?；姆磻?yīng)中CoA起接受或提供酰基的作用。乙?；cCoA通過(guò)一個(gè)硫酯鍵結(jié)合為乙酰CoA，硫酯鍵為高能鍵，水解時(shí)可釋放31.38kJ/mol自由能；酯酰CoA第26頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天趨同分解分叉合成循環(huán)途徑乙酰CoA是代謝中起樞紐作用的重要物質(zhì)第27頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天8.2生物氧化主要內(nèi)容：生物氧化的概念呼吸鏈氧化磷酸化第28頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天生物氧化（biologicaloxidation）：指有機(jī)物質(zhì)在生物體內(nèi)氧的作用下，生成CO2和水并釋放能量的過(guò)程。高等動(dòng)物通過(guò)肺部進(jìn)行呼吸，吸入氧，排出CO2，吸入氧用以氧化攝入體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)獲得能量，故生物氧化也稱(chēng)為呼吸作用。有氧呼吸、無(wú)氧呼吸第29頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、生物氧化的特點(diǎn)（與體外氧化的異同）：在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，條件溫和，有酶和許多中間傳遞體的參與。能量逐步釋放，并以ATP形式捕獲能量，總能量與體外氧化相同。生物氧化中CO2的生成是有機(jī)酸脫羧生成水的生成是代謝產(chǎn)物脫下的氫經(jīng)一系列的傳遞體與氧結(jié)合而生成的；有嚴(yán)格的細(xì)胞定位（真核生物在線(xiàn)粒體內(nèi)進(jìn)行，原核生物在細(xì)胞膜上進(jìn)行）。第30頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天生物氧化中CO2的生成CO2是由含羧基的有機(jī)化合物脫羧所致。直接脫羧在脫羧酶的作用下，直接脫去一分子-COO-。氧化脫羧脫羧過(guò)程中伴隨著氧化（脫氫）反應(yīng)（直接脫羧）第31頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天生物氧化中水的生成H2O?2H++O2-H來(lái)自于底物的脫氫反應(yīng)，并需要許多酶的參與，經(jīng)過(guò)許多中間傳遞體，最后與O結(jié)合。O必須經(jīng)過(guò)氧化酶激活。第32頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、

呼吸鏈的組成及電子傳遞順序1、呼吸鏈的概念

代謝物上的H原子被脫氫酶激活后經(jīng)過(guò)一系列的傳遞體，最后傳遞給被激活的氧分子，而生成水的全部體系稱(chēng)呼吸鏈。也稱(chēng)電子傳遞體系或電子傳遞鏈。第33頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈

FADH2

↓FeS↓

NADH→FMN→FeS→CoQ→Cytb→FeS→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2NADH呼吸鏈FADH2呼吸鏈第34頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天呼吸鏈的類(lèi)型和電子傳遞順序兩種類(lèi)型（根據(jù)最初的受H體不同）：NADH（絕大多數(shù)）和FADH2NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-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脫氫酶輔酶Q-細(xì)胞色素還原酶細(xì)胞色素C還原酶琥珀酸-輔酶Q還原酶呼吸鏈的排列順序：各成分按低氧還電位→高氧還電位第35頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天ELECTRONCARRIERSANDREDOXPOTENTIAL第36頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、呼吸鏈的組成第37頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天各類(lèi)電子載體NADHFMN；Fe-SCoQ第38頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）煙酰胺脫氫酶類(lèi)（以NAD(P)為輔基）

在生物體的能量代謝中起重要作用

NADH或NADPH：還原型輔酶I

它是由NAD+接受多種代謝產(chǎn)物脫氫得到的產(chǎn)物。NADH所攜帶的高能電子是線(xiàn)粒體呼吸鏈主要電子供體之一。第39頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）黃素脫氫酶類(lèi)（以FMN和FAD為輔基）反應(yīng)分兩步進(jìn)行第40頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）鐵硫蛋白類(lèi)（Fe-S）4Fe-4S鐵硫蛋白(簡(jiǎn)寫(xiě)為Fe-S)是一種與電子傳遞有關(guān)的蛋白質(zhì)，它與NADH

Q還原酶的其它蛋白質(zhì)組分結(jié)合成復(fù)合物形式存在。

它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有兩個(gè)活潑的無(wú)機(jī)硫和兩個(gè)鐵原子。鐵硫蛋白通過(guò)Fe3+

Fe2+

變化起傳遞電子的作用第41頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）輔酶Q類(lèi)（泛醌類(lèi)，ubiquinone）電子傳遞鏈中唯一的非蛋白電子載體第42頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天第43頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天FAD,Fe-S,Cytb第44頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天（5）細(xì)胞色素類(lèi)（cytochromes）

Cyt是一類(lèi)以鐵卟啉為輔基的蛋白質(zhì)，在呼吸鏈中依靠鐵的化合價(jià)的變化來(lái)傳遞電子

Fe3++eFe2+

Cytb→Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2

Fe-S2Cu第45頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞色素第46頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天功能：?jiǎn)坞娮觽鬟f體第47頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天CytC中血紅素與蛋白質(zhì)的結(jié)合方式

第48頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天第49頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天Cytb;Fe-S;Cytc1第50頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天第51頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天第52頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天

簡(jiǎn)寫(xiě)為cyt.c氧化酶，即復(fù)合物IV，它是位于線(xiàn)粒體呼吸鏈末端的蛋白復(fù)合物，由12個(gè)多肽亞基組成?；钚圆糠种饕╟yt.a和a3。細(xì)胞色素c氧化酶第53頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天cyt.a和a3組成一個(gè)復(fù)合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。cyt.aa3可以直接以O(shè)2為電子受體。在電子傳遞過(guò)程中，分子中的銅離子可以發(fā)生

Cu+

Cu2+

的互變，將cyt.c所攜帶的電子傳遞給O2。a3與Cu+更近一些第54頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天第55頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.呼吸鏈中傳遞體的順序呼吸鏈中H和電子的傳遞都有嚴(yán)格的順序和方向。研究方法:標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（standardreductionpotential，Eo′）電子傳遞抑制劑體外重組實(shí)驗(yàn)第56頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天電子從氧化還原電位低的向高的流動(dòng)，Eo′數(shù)值越低，供電子的能力越強(qiáng)，越易成為還原劑（表8-2）。確切的呼吸鏈順序還不清楚。如Cytb的位置。第57頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天第58頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天電子傳遞的抑制劑魚(yú)藤酮抗酶素A氰化物第59頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天體外重組實(shí)驗(yàn)第60頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、

氧化磷酸化作用生物氧化所產(chǎn)生的能量，除一部分用以維持體溫外，大部分可以通過(guò)磷酸化作用轉(zhuǎn)移到高能磷酸化合物ATP中，這種伴隨放能的氧化作用而進(jìn)行的磷酸化稱(chēng)為氧化磷酸化作用（oxidativephosphorylation）。分類(lèi)：底物水平磷酸化、電子傳遞體系磷酸化（通常所說(shuō)氧化磷酸化）ADP＋Pi→ATP;AMP+PPi→ATP第61頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）底物水平磷酸化：在被氧化的底物上發(fā)生磷酸化作用。即底物被氧化過(guò)程中，形成了某些高能磷酸化合物的中間產(chǎn)物，通過(guò)酶的作用生成ATP。X～Pi+ADP→X+ATP第62頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）電子傳遞體系磷酸化（主要形式）電子從NADH或FADH2經(jīng)過(guò)電子傳遞體系傳遞給O形成水時(shí)，同時(shí)伴有ADP磷酸化為ATP，這一過(guò)程稱(chēng)為電子傳遞體系磷酸化。電子傳遞(放能）和磷酸化作用（吸能）是耦聯(lián)的（coupled），體內(nèi)95%的ATP是經(jīng)電子傳遞體系磷酸化途徑產(chǎn)生的。第63頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天氧化磷酸化偶聯(lián)部位P/O值是指物質(zhì)氧化時(shí),每消耗1mol氧原子所消

耗的無(wú)機(jī)磷的mol數(shù),即生成ATP的mol數(shù)。ADP+H3PO4ATP(1)測(cè)P/O值實(shí)質(zhì)：每消耗1mol氧原子所產(chǎn)生的ATP的mol數(shù)。P/O值==消耗Pmol數(shù)消耗Omol數(shù)

消耗ADPmol數(shù)消耗Omol數(shù)生成ATPmol數(shù)消耗Omol數(shù)=可以反映氧化磷酸化的效率第64頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天第65頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天第66頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天從NADH到O的過(guò)程中，有三處能使生物氧化獲得的能量轉(zhuǎn)化為ATP：第67頁(yè),共76頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.氧化磷酸化作用機(jī)制A化學(xué)偶聯(lián)（Chemicalcoupling）B.構(gòu)象偶聯(lián)（Conformationalcoupling）C.化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)（Thechemiosmotictheory）第68頁(yè),共76頁(yè)