新陳代謝總論與生物氧化課件

1、第六章 生物氧化新陳代謝（物質(zhì)代謝和能量代謝）物質(zhì)代謝大分子分解為小分子釋放能量需要能量小分子合成為大分子分解代謝合成代謝能量代謝食物中的化學(xué)能生命活動(dòng)的能量生物氧化 一、概念：營養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)徹底氧化生成二氧化碳和水，并逐步釋放能量的過程, 稱為生物氧化(Biological Oxidation)。 有機(jī)物CO2+ H2O+ ATPO2線粒體第一節(jié) 概述物質(zhì)氧化還原的方式： 氧化：脫氫、加O2 、失電子 還原：加氫、脫O2 、加電子 生物氧化多是電子或氫轉(zhuǎn)移的氧化還原反應(yīng)。 氧化劑 還原劑+2H- 2HNAD+NADH + H+生物氧化實(shí)質(zhì)：氧化-還原反應(yīng)。 供氫體 受氫體AH2 + BA

2、 + BH2 二、生物氧化分類 線粒體氧化體系：物質(zhì)氧化分解成H2O、CO2和ATP 。 非線粒體氧化體系：催化代謝物和藥物的轉(zhuǎn)化，不產(chǎn)生ATP。 線粒體是生物氧化的主要場所 生物氧化和有機(jī)體外氧化（燃燒） 細(xì)胞內(nèi)、溫和條件 高溫或高壓、干燥條件一系列酶促反應(yīng) 無機(jī)催化劑逐步氧化放能 能量爆發(fā)釋放 能量轉(zhuǎn)化成ATP被利用 轉(zhuǎn)換為光和熱，散失 CO2：脫羧 C與O化合 H2O：呼吸鏈H與O化合 受細(xì)胞調(diào)節(jié)控制三、生物氧化的特點(diǎn)一、生物氧化的三個(gè)階段氧化磷酸化三羧酸循環(huán)ADP+Pi乙酰CoACoA糖（糖原）脂 肪蛋 白 質(zhì)葡萄糖甘油、脂肪酸氨基酸第一階段第二階段第三階段2HCO2ATPO2 H2O

3、第二節(jié) 線粒體氧化體系釋放能量1%釋放能量約為1/3釋放大量能量、線粒體生物氧化主要包括三方面的內(nèi)容： 生物氧化的終產(chǎn)物是CO2、H2O和ATP 。（1）CO2的形成脫羧反應(yīng)（COOH CO2）（2）H2O的形成脫氫，與氧結(jié)合（2H+O H2O）（3）ATP的產(chǎn)生釋放能量轉(zhuǎn)化成ATP線粒體結(jié)構(gòu)和功能（一）結(jié)構(gòu)線粒體有兩層膜：外膜、內(nèi)膜。 內(nèi)膜折疊成嵴 內(nèi)外膜之間為膜間腔（二）功能外膜對大多數(shù)小分子和離子可自由透過；內(nèi)膜不能自由通透，需特殊的酶與載體。內(nèi)膜為脂雙層結(jié)構(gòu)，上含有呼吸鏈和ATP合成酶線粒體基質(zhì)含有TCA循環(huán)酶系、脂肪酸-氧化酶系和谷氨酸脫氫酶等。線粒體內(nèi)膜上存在多種酶與輔酶組成的電子

4、傳遞鏈（呼吸鏈），將代謝物脫下的氫傳遞到氧生成水。線粒體內(nèi)膜上的ATP合成酶，利用電子傳遞過程釋放的能量，使ADP磷酸化生成ATP，其余能量以熱能形式釋放。二、生物氧化中水的生成代謝物 脫氫酶激活 2HO2氧化酶激活 O2-H2O電子傳遞體 電子傳遞鏈（呼吸鏈） 線粒體內(nèi)膜上的酶或輔酶傳遞氫或電子電子傳遞鏈（呼吸鏈）：傳遞氫（或電子）的酶或輔酶稱為電子傳遞體，它們按一定的順序排列在線粒體內(nèi)膜上，組成遞氫或遞電子體系。（一） 呼吸鏈的主要成分及其作用1、NAD+、NADP+2、 FAD、FMN（黃素蛋白類的輔酶）3、 CoQ：2H 2H+2e4、 Fe-S蛋白：與其它傳遞體結(jié)合成復(fù)合物5、 細(xì)胞

5、色素類 （ Cyt-b、c1、c、aa3 ）遞氫體遞電子體（煙酰胺脫氫酶的輔酶）（可逆地加氫、脫氫）(二)呼吸鏈的類型1、NADH呼吸鏈:以NAD+為輔酶的脫氫酶催化的物質(zhì)氧化 2、FAD呼吸鏈：以FAD為輔基的脫氫酶催化的物質(zhì)氧化 NADH呼吸鏈分布最廣，糖、脂肪和蛋白質(zhì)分解代謝中的 脫氫氧化反應(yīng)，絕大部分是通過NADH呼吸鏈完成的。 FAD呼吸鏈脂催化少數(shù)代謝物(琥珀酸、脂酰CoA、-磷酸甘油)脫氫。各遞氫體按其對電子親和力逐漸升高的順序排列。容易失電子的排在前；容易得電子的排在后。 線粒體呼吸鏈NADH呼吸鏈FAD呼吸鏈三、能量的生成（一）高能化合物 含高能鍵的化合物高能磷酸化合物高能硫

6、酯化合物P O-CSHATP乙酰CoA（二）ATP的生成底物磷酸化氧化磷酸化能量來源ADP + Pi + 能量 ATP（二）ATP的生成-底物磷酸化：代謝時(shí)，通過脫氫、脫水等作用，在底物中形成一個(gè)高能鍵，然后轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP。 S P + ADP ATP + S高能磷酸化合物P + ADP ATP高能磷酸鍵斷裂（二）ATP的生成-氧化磷酸化代謝物脫下的氫沿呼吸鏈傳遞能量與ADP磷酸化生成ATP（放能）（吸能）消耗氧消耗磷酸1:1(三)呼吸鏈中ATP的生成數(shù)量ADP + Pi + 能量 ATPP/O比值-一定時(shí)間內(nèi)，每消耗1mol氧原子所消耗磷酸的mol數(shù)（生成ATP的mol數(shù)）。 一次呼

7、吸鏈傳遞過程P/O比值表示一次呼吸鏈傳遞過程所生成的ATP的數(shù)量。NADH呼吸鏈：P/O =3FAD呼吸鏈： P/O =2生成3個(gè)ATP生成2個(gè)ATPFADNADHFMNCoQbc1caa3O2PP3ADP3ATPNADH3ATP，F(xiàn)ADH22ATP(四)呼吸鏈中ATP的形成部位 比較不同底物氧化后產(chǎn)生的ATP數(shù)，如丙酮酸、琥珀酸丙酮酸琥珀酸P（五）氧化磷酸化作用的抑制MH2NADHFMNCoQbc1caa3O2FAD魚藤酮?dú)⑾x劑 抑制劑：抗霉素A氰化物，CO，疊氮化合物呼吸鏈抑制劑 1、呼吸鏈抑制劑：阻斷呼吸鏈中某一部位的電子傳遞。 2、解偶聯(lián)劑：e傳遞能正常進(jìn)行，但磷酸化受抑制，不能形成A

8、TP。2.4-二硝基苯酚解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)劑為離子載體或通道，能增大線粒體內(nèi)膜對H+的通透性，消除H+梯度，因而無ATP生成。氧化釋放出來的能量全部以熱的形式散發(fā)。解偶聯(lián)劑對底物磷酸化不影響。常見的解偶聯(lián)劑2.4-二硝基苯酚(DNP)、雙香豆素。 例1：動(dòng)物冬眠時(shí)，依靠此作用來維持恒定體溫，以度過寒冷的冬季。 例2：感冒發(fā)燒，就是由于細(xì)菌或病毒在人體內(nèi)產(chǎn)生某種解偶聯(lián)劑，使體溫升高。1、氰化物中毒： 吸入含氰化物的蒸汽或粉末或誤食大量的苦杏仁、桃仁、白果（銀杏）、木薯等2、解除氰化物的毒性：立即注射美藍(lán)或亞硝酸鈉：可與氰化物快速結(jié)合，使細(xì)胞色素氧化酶恢復(fù)其傳遞電子功能。使用硫代硫酸鈉：使氰化物變成無

9、毒的硫氰酸鹽排出體外，使細(xì)胞色素恢復(fù)其功能。 （六）能量的儲存和利用 ATPADP 氧化磷酸化 底物磷酸化肌酸 磷酸肌酸各種生命活動(dòng)PPATP是能夠被生物細(xì)胞直接利用的能量形式。存在于肌肉中。但心肌與骨骼肌不同，心肌中不能儲存很多磷酸肌酸，所以一旦心肌血管缺氧，極易造成心肌壞死。四、 生物氧化中CO2的生成有機(jī)酸脫羧-脫羧-脫羧氧化脫羧直接脫羧根據(jù)羧基在有機(jī)酸中的位置根據(jù)是否伴隨氧化作用1、直接脫羧CH3CCOOHOCH3CHO + CO2丙酮酸脫羧酶（-脫羧）2、氧化脫羧在脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）。HOOCCH2CHOHCOOHNADP+NADPH + H+四、 生物氧化中CO2的生成C

10、H3CCOOH + CO2O丙酮酸羧化酶 HOOCC H2C COOHO（-脫羧）CH3CCOOH + CO2O （-脫羧） 丙酮酸 乙酰CoA （-脫羧）第三節(jié) 非線粒體氧化體系 微粒體氧化體系：催化某些毒物和藥物的轉(zhuǎn)化及 清除反應(yīng)。 過氧化體氧化體系：過氧化氫的生成與分解共同特點(diǎn)：耗氧量少，都沒有ATP的產(chǎn)生一、 微粒體氧化體系微粒體氧化體系存在于細(xì)胞光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上主要功能： 參與體內(nèi)正常的物質(zhì)代謝 （如腎上腺皮質(zhì)類固醇的羥化、類固醇激素的合成、維生素D3的羥化以及膽汁酸、膽色素的形成） 參與某些毒物（如苯胺）和藥物（如嗎啡等）解毒轉(zhuǎn)化和代謝清除反應(yīng) （通過氧化增強(qiáng)其水溶性，以利于進(jìn)一步隨膽

11、汁或尿排出）微粒體氧化是機(jī)體排除廢物的重要過程，在肝臟中最強(qiáng)，腸、腎、肺中也可進(jìn)行。二、過氧化體氧化體系功能：能生成H2O2，也能分解H2O2; 也能氧化氨基酸、脂肪酸等。（一） H2O2的合成在生物氧化中：O2+4e2O2-，2O2-+4H+2H2O如還原時(shí)得到的電子不足： O2+eO2- O2+2eO22-超氧負(fù)離子過氧化離子2O2-+2H+ H2O2 + O2 O22-+2H+ H2O2 超氧負(fù)離子、過氧化離子與H+反應(yīng)生成過氧化氫。（二） H2O2的作用 殺菌（H2O2常用作發(fā)炎傷口消毒劑） 甲狀腺激素的合成過多的H2O2積累，對細(xì)胞有毒害作用（三）自由基的產(chǎn)生超氧負(fù)離子、H2O2、羥

12、基自由基通稱活性氧，也叫氧自由基。自由基具有不配對電子，它必須奪取一個(gè)電子才能穩(wěn)定，這就叫“氧化”。所以化學(xué)性質(zhì)很活潑。在生理?xiàng)l件下，96%-99%的氧通過呼吸鏈還原成水，約1%4%的氧產(chǎn)生自由基。羥基自由基 （四）自由基的毒性1、氧化巰基（-SH），使酶及蛋白質(zhì)失活；2、氧化不飽和脂肪酸形成過氧化脂質(zhì)，損傷細(xì)胞膜 功能；過氧脂質(zhì)和蛋白質(zhì)結(jié)合的復(fù)合物進(jìn)入溶酶 體，可形成脂褐素，與組織老化有關(guān)；3、使DNA氧化、斷裂，改變DNA結(jié)構(gòu)，引起腫瘤；4、膠原蛋白的多肽鏈發(fā)生交聯(lián)，使皮膚變硬失去柔 軟性。 （五）環(huán)境中的自由基 陽光輻射、X射線、射線、空氣污染、吸煙、炒菜、農(nóng)藥等都會使人體產(chǎn)生自由基。長

13、時(shí)間在純氧中呼吸或吸入的氧過多，可引起呼吸紊亂乃至死亡。汽車尾氣、工業(yè)生產(chǎn)廢氣等環(huán)境污染產(chǎn)生大量自由基。 （六）自由基的清除： 過氧化氫酶： H2O2+H2O2 2H20+O2 過氧化物酶： RO2 2H20+R R H2O+RO 超氧化物歧化酶（SOD）： 谷胱甘肽過氧化物酶 維生素E 維生素C抗氧化劑 谷胱甘肽 -胡蘿卜素 還有一些食物中含有抗氧化物質(zhì)： 茶、菠菜、山楂、胡蘿卜、黃豆H2O2H2O2乙酰輔酶A輔酶A的乙?；问??；鶊F(tuán) CH3CO- (乙酰基)與輔酶A的半胱氨酸殘基的SH-基團(tuán)相連。 是丙酮酸氧化脫羧，脂酸的-氧化的產(chǎn)物。 是能源物質(zhì)代謝的重要中間代謝產(chǎn)物。糖、脂肪、蛋白質(zhì)三大營養(yǎng)物質(zhì)通過乙酰輔酶A匯聚成一條共同的代謝通路三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化，經(jīng)過這條通路徹底氧化生成二氧化碳和水，釋放能量用以ATP的合成。乙酰輔酶A是合成脂肪酸、酮體等能源物質(zhì)的前