新陳代謝總論和生物氧化

關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)境進行物質(zhì)交換與能量交換的全過程。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,共76頁，2024年2月25日，星期天2、新陳代謝分類

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,共76頁，2024年2月25日，星期天對立統(tǒng)一的關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,共76頁，2024年2月25日，星期天3、新陳代謝過程的特點絕大多數(shù)代謝反應的條件比較溫和，由酶所催化。反應相互配合，彼此協(xié)調(diào)，有嚴格的順序性。生物體對內(nèi)外環(huán)境有高度的適應性和靈敏的自動調(diào)節(jié)。反應途徑一般都有嚴格的細胞定位，即代謝途徑局限于細胞的特定區(qū)域。第5頁,共76頁，2024年2月25日，星期天“中間代謝”指物質(zhì)在細胞中的合成和分解過程，不涉及營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收與代謝產(chǎn)物的排泄。4、新陳代謝過程營養(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,共76頁，2024年2月25日，星期天8.1新陳代謝總論1.活體內(nèi)與活體外實驗（1）invivo（體內(nèi)實驗）在正常生理條件下，在神經(jīng)、體液等調(diào)節(jié)機制下的整體代謝情況。提出了β-氧化假說1904年KnoopФ(CH2)nCOOHФCOOH

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

實例：糖酵解、三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化（生物氧化）第8頁,共76頁，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：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阻抑中間代謝的某一環(huán)節(jié)，觀察這些反應被抑制或改變以后的結果，以推測代謝情況。第9頁,共76頁，2024年2月25日，星期天利用患代謝障礙病的病人或動物進行代謝研究

ABCDEF排出體外停止第10頁,共76頁，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,共76頁，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。遵循熱力學定律（第一和第二定律）

G＝

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

G<0時，體系的反應自發(fā)進行（放能）；當G>0時，在補充自由能時可以進行（吸能）

G＝0時，體系處于平衡狀態(tài)。第13頁,共76頁，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：在生物化學反應中，隨水解反應或集團轉(zhuǎn)移反應能夠放出大量自由能的化學化合物（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,共76頁，2024年2月25日，星期天

Fig.2.Thetwo-dimensionalstickmodeloftheadenosinephosphatefamilyofmolecules,showingtheatomandbondarrangement.第15頁,共76頁，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,共76頁，2024年2月25日，星期天17氨甲酰磷酸?；佘账岚滨；佘账岬?7頁,共76頁，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,共76頁，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,共76頁，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)起儲存能量的作用。第20頁,共76頁，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,共76頁，2024年2月25日，星期天22甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸第22頁,共76頁，2024年2月25日，星期天2、ATP的作用ATP是生物細胞內(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,共76頁，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機械能（運動）化學能（合成反應）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與合成代謝的吸能反應偶聯(lián)在一起，利用ATP水解釋放的自由能可以驅(qū)動各種需能的生命活動。第24頁,共76頁，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，但嚴格地說不是能量的貯存者。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,共76頁，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體參與許多代謝過程，巰基為其功能集團；在酶促轉(zhuǎn)乙?；姆磻蠧oA起接受或提供酰基的作用。乙?；cCoA通過一個硫酯鍵結合為乙酰CoA，硫酯鍵為高能鍵，水解時可釋放31.38kJ/mol自由能；酯酰CoA第26頁,共76頁，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,共76頁，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,共76頁，2024年2月25日，星期天生物氧化（biologicaloxidation）：指有機物質(zhì)在生物體內(nèi)氧的作用下，生成CO2和水并釋放能量的過程。高等動物通過肺部進行呼吸，吸入氧，排出CO2，吸入氧用以氧化攝入體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)獲得能量，故生物氧化也稱為呼吸作用。有氧呼吸、無氧呼吸第29頁,共76頁，2024年2月25日，星期天一、生物氧化的特點（與體外氧化的異同）：在細胞內(nèi)進行，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合而生成的；有嚴格的細胞定位（真核生物在線粒體內(nèi)進行，原核生物在細胞膜上進行）。第30頁,共76頁，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-。氧化脫羧脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）反應（直接脫羧）第31頁,共76頁，2024年2月25日，星期天生物氧化中水的生成H2O?2H++O2-H來自于底物的脫氫反應，并需要許多酶的參與，經(jīng)過許多中間傳遞體，最后與O結合。O必須經(jīng)過氧化酶激活。第32頁,共76頁，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呼吸鏈。也稱電子傳遞體系或電子傳遞鏈。第33頁,共76頁，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,共76頁，2024年2月25日，星期天呼吸鏈的類型和電子傳遞順序兩種類型（根據(jù)最初的受H體不同）：NADH（絕大多數(shù)）和FADH2NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸等復合物II復合物IV復合物I復合物IIINADH脫氫酶輔酶Q-細胞色素還原酶細胞色素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,共76頁，2024年2月25日，星期天ELECTRONCARRIERSANDREDOXPOTENTIAL第36頁,共76頁，2024年2月25日，星期天2、呼吸鏈的組成第37頁,共76頁，2024年2月25日，星期天各類電子載體NADHFMN；Fe-SCoQ第38頁,共76頁，2024年2月25日，星期天（1）煙酰胺脫氫酶類（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粒體呼吸鏈主要電子供體之一。第39頁,共76頁，2024年2月25日，星期天（2）黃素脫氫酶類（以FMN和FAD為輔基）反應分兩步進行第40頁,共76頁，2024年2月25日，星期天（3）鐵硫蛋白類（Fe-S）4Fe-4S鐵硫蛋白(簡寫為Fe-S)是一種與電子傳遞有關的蛋白質(zhì)，它與NADH

Q還原酶的其它蛋白質(zhì)組分結合成復合物形式存在。

它主要以(2Fe-2S)或(4Fe-4S)形式存在。(2Fe-2S)含有兩個活潑的無機硫和兩個鐵原子。鐵硫蛋白通過Fe3+

Fe2+

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

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

Fe3++eFe2+

Cytb→Cytc1→Cytc→Cyta→Cyta3→O2

Fe-S2Cu第45頁,共76頁，2024年2月25日，星期天細胞色素第46頁,共76頁，2024年2月25日，星期天功能：單電子傳遞體第47頁,共76頁，2024年2月25日，星期天CytC中血紅素與蛋白質(zhì)的結合方式

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

簡寫為cyt.c氧化酶，即復合物IV，它是位于線粒體呼吸鏈末端的蛋白復合物，由12個多肽亞基組成。活性部分主要包括cyt.a和a3。細胞色素c氧化酶第53頁,共76頁，2024年2月25日，星期天cyt.a和a3組成一個復合體，除了含有鐵卟啉外，還含有銅原子。cyt.aa3可以直接以O2為電子受體。在電子傳遞過程中，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,共76頁，2024年2月25日，星期天第55頁,共76頁，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格的順序和方向。研究方法:標準氧化還原電位（standardreductionpotential，Eo′）電子傳遞抑制劑體外重組實驗第56頁,共76頁，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，Eo′數(shù)值越低，供電子的能力越強，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,共76頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共76頁，2024年2月25日，星期天電子傳遞的抑制劑魚藤酮抗酶素A氰化物第59頁,共76頁，2024年2月25日，星期天體外重組實驗第60頁,共76頁，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行的磷酸化稱為氧化磷酸化作用（oxidativephosphorylation）。分類：底物水平磷酸化、電子傳遞體系磷酸化（通常所說氧化磷酸化）ADP＋Pi→ATP;AMP+PPi→ATP第61頁,共76頁，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，通過酶的作用生成ATP。X～Pi+ADP→X+ATP第62頁,共76頁，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)過電子傳遞體系傳遞給O形成水時，同時伴有ADP磷酸化為ATP，這一過程稱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,共76頁，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,每消耗1mol氧原子所消

耗的無機磷的mol數(shù),即生成ATP的mol數(shù)。ADP+H3PO4ATP(1)測P/O值實質(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,共76頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共76頁，2024年2月25日，星期天第66頁,共76頁，2024年2月25日，星期天從NADH到O的過程中，有三處能使生物氧化獲得的能量轉(zhuǎn)化為ATP：第67頁,共76頁，2024年2月25日，星期天3.氧化磷酸化作用機制A化學偶聯(lián)（Chemicalcoupling）B.構象偶聯(lián)（Conformationalcoupling）C.化學滲透學說（Thechemiosmotictheory）第68頁,共76頁