環(huán)境生物化學(xué)第四章課件

1、4 細(xì)胞內(nèi)生物分子的新陳代謝4.1 新陳代謝概論生物在生命活動(dòng)過(guò)程中，一方面不斷地從外界環(huán)境中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，另一方面又不斷地排出廢物。這種生物體與外界環(huán)境的物質(zhì)交換作用，就是生物的新陳代謝，或稱(chēng)為物質(zhì)代謝。人體和動(dòng)物從環(huán)境中取得氧氣、清水和食物，又把二氧化碳、水和其它廢物排泄到環(huán)境中去。綠色植物從環(huán)境中取得二氧化碳和水，并利用太陽(yáng)能，通過(guò)光合作用，合成機(jī)體的糖，并放出氧，又從環(huán)境中取得氮、磷、鉀等鹽類(lèi)，合成糖、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)和核酸等。 環(huán)境生物化學(xué) 4.1 新陳代謝概論右圖為微生物代謝流程簡(jiǎn)圖微生物的生活方式是多種多樣的，有的是自養(yǎng)的，有的是異養(yǎng)的，微生物也和它周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行不斷的物質(zhì)交換。環(huán)境

2、生物化學(xué) 4.1.1同化作用和異化作用生物機(jī)體從環(huán)境中取得物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的新物質(zhì)，這個(gè)過(guò)程叫同化作用。 生物機(jī)體內(nèi)的舊有物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為環(huán)境中的物質(zhì)，這個(gè)過(guò)程叫異化作用。生物機(jī)體的新陳代謝 物質(zhì)代謝 能量代謝 環(huán)境生物化學(xué) 4.1.1同化作用和異化作用生物體通過(guò)新陳代謝所產(chǎn)生的生命現(xiàn)象，是建立在合成代謝與分解代謝矛盾對(duì)立和統(tǒng)一的基礎(chǔ)上的，它們之間是互相聯(lián)系，互相依存，而且是互相制約的。 合成為分解準(zhǔn)備了物質(zhì)前提，外部物質(zhì)變?yōu)閮?nèi)部物質(zhì)；同時(shí)，分解為合成提供必需的能量，內(nèi)部物質(zhì)又能轉(zhuǎn)變?yōu)橥獠课镔|(zhì)。環(huán)境生物化學(xué) 4.1.2中間代謝新陳代謝過(guò)程包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、中間代謝以及代謝產(chǎn)物的排泄等階段。就微生

3、物而言，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄是物質(zhì)透過(guò)細(xì)胞膜的過(guò)程，當(dāng)某營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(A)進(jìn)入微生物細(xì)胞，要面臨著一系列的化學(xué)變化，它將被代謝成終點(diǎn)產(chǎn)物(E)，其間可以形成一種或多種化合物(BD)，稱(chēng)為中間產(chǎn)物。由A到E的反應(yīng)序列，ABCDE， 稱(chēng)為代謝途徑，其中每個(gè)反應(yīng)都由專(zhuān)一的酶催化。物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的這一系列化學(xué)變化、能量轉(zhuǎn)變等則稱(chēng)為中間代謝。環(huán)境生物化學(xué) 4.1.2中間代謝中間代謝是復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程。一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有時(shí)可以被代謝成不只一種終點(diǎn)產(chǎn)物，而有分枝的代謝途徑，如：通常將分枝點(diǎn)上的化合物(c)稱(chēng)為各終點(diǎn)產(chǎn)物(E，G，H)的共同前體。所謂前體是指能被代謝成某種終點(diǎn)產(chǎn)物的任何化合物，可以是在細(xì)

4、胞內(nèi)生成的(如中間產(chǎn)物c)，也可以是由外界供給的。 AB C FHG D E 環(huán)境生物化學(xué) 4.1.2中間代謝將中間代謝分為合成與分解兩種過(guò)程，絕不是意味著這兩種過(guò)程在生物體的生命活動(dòng)過(guò)程中是單獨(dú)分別進(jìn)行的。合成與分解是一對(duì)矛盾，共處于一個(gè)統(tǒng)一體中，它們既是對(duì)立的，又是統(tǒng)一的。 由于能量和物質(zhì)的相互依存，從而維持了生物體內(nèi)物質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡以及能量供給與消耗的動(dòng)態(tài)平衡，構(gòu)成了新陳代謝的統(tǒng)一性。 環(huán)境生物化學(xué) 4.1.3自由能和高能化合物自由能是指一個(gè)反應(yīng)體系中能夠做功的那一部分能量。(1) 自由能自由能變化量：恒溫恒壓下記為G；在25，1個(gè)大氣壓、反應(yīng)物濃度為1mo1/L時(shí)的自由能變化稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)自由

5、能變化，記為G0（能量單位為kJ/mol ）。環(huán)境生物化學(xué) 4.1.3自由能和高能化合物對(duì)于任何化學(xué)反應(yīng)A+BC+D 其G和G0的關(guān)系G0時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，必須由外界供給能量，才能推動(dòng)反應(yīng)進(jìn)行，為吸能反應(yīng)反應(yīng)能否進(jìn)行取決GG=0時(shí)，表明體系已處于平衡狀態(tài) 4-1環(huán)境生物化學(xué) 4.1.3自由能和高能化合物生理?xiàng)l件下G=-51.6kJ/molATP-ADP循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下G0/=-30.5kJ/mol(2) 高能化合物高能化合物是指化合物進(jìn)行水解反應(yīng)時(shí)伴隨的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化（G0/）等于或大于ATP水解生成ADP的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的化合物。環(huán)境生物化學(xué) 4.1.3自由能和高能化合物高能化合物大多數(shù)是

6、高能磷酸化合物，含有可水解的磷酸基團(tuán)，對(duì)酸、堿和熱都不穩(wěn)定。它們水解時(shí)所以能釋放出大量的自由能與其不穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，生理?xiàng)l件下（pH=7.4）其結(jié)構(gòu)可表示如下：人體內(nèi)較重要的高能化合物在水解時(shí)釋放的自由能都在30kJ/mol以上。環(huán)境生物化學(xué) 4.2糖分解代謝- 4.2.1糖代謝概述 糖代謝分解代謝 合成代謝分解糖類(lèi)物質(zhì)小分子物質(zhì)能量無(wú)氧分解有氧分解小分子物質(zhì)能量合成糖類(lèi)物質(zhì)互有聯(lián)系或是可逆變化:分解常不完全:分解完全環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解 微生物細(xì)胞中的多糖可以分為兩類(lèi)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜；一類(lèi)為細(xì)胞的貯藏物質(zhì)，在細(xì)胞內(nèi)呈不溶性顆粒；作為微生物營(yíng)養(yǎng)時(shí)，必須水解為單糖或雙糖，才能

7、被吸收和利用。多糖由單糖組成的復(fù)合糖類(lèi),如淀粉、纖維素等；一類(lèi)參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)；環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解(1) 淀粉的水解淀粉 不完全酸 淀粉酶 水解完全糊精 葡萄糖 結(jié)構(gòu)與淀粉相似分子大小沒(méi)有一定為催化水解淀粉分子中糖苷鍵的一類(lèi)酶的總稱(chēng) 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解淀粉酶對(duì)淀粉分子中兩種糖苷鍵的水解反應(yīng)如下： D1，4葡糖苷鍵的水解： 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解 D1，6葡糖苷鍵的水解： 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解根據(jù)淀粉酶的作用特點(diǎn)大致可將其分為以下四類(lèi):環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解纖維素酶存在方式 胞外酶: 細(xì)胞表面酶: 溶

8、解游離于培養(yǎng)基中，霉菌中產(chǎn)生的纖維素酶屬于這種形式。結(jié)合存在于細(xì)胞表面上，如粘細(xì)菌的纖維素酶存在于細(xì)胞壁內(nèi)。產(chǎn)生纖維素酶的微生物 真菌: 木霉、漆斑霉、黑曲霉、青霉、根霉等。細(xì)菌: 纖維粘菌屬、生胞纖維粘菌屬和纖維桿菌屬。放線菌: 黑紅旋絲放線茵、玫瑰色放線菌、纖維放線菌及白玫瑰放線菌。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解(3) 雙糖的水解 許多雙糖可被微生物利用。例如蔗糖、麥芽糖、乳糖等。微生物利用這些雙糖時(shí)，首先將其水解或磷酸解，然后再進(jìn)入單糖降解途徑。分解雙糖的酶大多為胞外酶，也有在細(xì)胞表面或細(xì)胞內(nèi)的。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解在某些微生物體內(nèi)含有蔗糖磷酸化酶，可催化蔗

9、糖磷酸解反應(yīng)，生成1磷酸葡糖和果糖。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解 麥芽糖的分解 麥芽糖由2分子葡萄糖構(gòu)成，大量存在于發(fā)芽的谷粒中，特別是麥芽中。麥芽糖可由麥芽糖酶催化水解為2分子葡萄糖。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解在某些微生物體內(nèi)有麥芽糖磷酸化酶可催化麥芽糖磷酸解反應(yīng)，生成1磷酸葡萄糖和葡萄糖。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.2多糖和雙糖的分解乳糖是哺乳動(dòng)物乳汁內(nèi)主要的糖，由半乳糖和葡萄糖構(gòu)成；乳糖可由乳糖酶(又稱(chēng)為半乳糖苷酶)催化水解，生成半乳糖和葡萄糖。 乳糖的水解環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3葡萄糖的分解在單糖中以葡萄糖為最重要，它是大多數(shù)異養(yǎng)微生物都能利用的碳源和能源。其它糖

10、類(lèi)的分解也同葡萄糖的代謝有密切關(guān)系。葡萄糖的分解代謝途徑較多，不同的微生物及在不同的條件下，它的分解代謝途徑也有不同。本節(jié)介紹幾種主要的降解途經(jīng)。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解 也稱(chēng)糖酵解途徑，是把葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸嵬瑫r(shí)產(chǎn)生ATP的一系列反應(yīng)； 糖的無(wú)氧降解 幾乎是所有具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物所共有的主要代謝途徑； 包括以葡萄糖經(jīng)磷酸化生成1，6二磷酸果糖進(jìn)而分解并逐步生成丙酮酸為主要特征的一系列生物化學(xué)過(guò)程；反應(yīng)發(fā)生于細(xì)胞質(zhì)中。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解糖酵解途徑三階段 糖酵解途徑的生物化學(xué)過(guò)程 從葡萄糖開(kāi)始，糖酵解途徑全過(guò)程分為11步（見(jiàn)下圖），可分為三個(gè)階段。整

11、個(gè)過(guò)程都在細(xì)胞漿中進(jìn)行，無(wú)氧氣參加，是無(wú)氧分解過(guò)程。 前三步為葡萄糖磷酸化、異構(gòu)化階段，屬己糖水平；中間兩步為裂解階段，從已糖進(jìn)入丙糖水平；后六步為產(chǎn)生ATP的貯能階段。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解 糖酵解過(guò)程分為11步 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第1步 葡萄糖磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（G-6-P） 葡萄糖+ATP6-磷酸葡萄糖+ADP 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解由己糖激酶或葡萄糖激酶催化的不可逆反應(yīng)；是耗能過(guò)程，由ATP提供能量，同時(shí)將-磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)到葡萄糖上，ATP變成ADP ；是糖酵解途徑中的限速步驟之一；Mg2+是必須的陽(yáng)離子。特點(diǎn)磷酸

12、化的作用磷酸基團(tuán)的極性，可阻止中間產(chǎn)物透過(guò)細(xì)胞膜，以維持較高的細(xì)胞內(nèi)濃度；在形成酶-底物復(fù)合物時(shí)，底物上的磷酸基團(tuán)有利于識(shí)別或結(jié)合酶；有利于保存積聚糖酵解的能量，并將此能量最終連同磷酸基團(tuán)一起轉(zhuǎn)移到 ATP中去。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第2步 6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化成6-磷酸果糖（F-6-P） 6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解特點(diǎn)由磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的同分異構(gòu)化反應(yīng)，屬可逆反應(yīng)；反應(yīng)平衡時(shí)趨向于逆反應(yīng)的，但因?yàn)橄乱徊椒磻?yīng)以及以后的某些反應(yīng)是不可逆的，因此整個(gè)反應(yīng)朝著正反應(yīng)方向進(jìn)行。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第3步 6-

13、磷酸果糖磷酸化成1，6-二磷酸果糖（F-1，6-2P）6-磷酸果糖+ATP1，6-二磷酸果糖+ADP 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解Mg2+是必需的陽(yáng)離子。 由磷酸果糖激酶催化的不可逆反應(yīng)；特點(diǎn)是耗能過(guò)程，由ATP提供能量；是糖酵解途徑中的限速步驟之二；環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第4步 1，6-二磷酸果糖裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮（DHAP）1，6-磷酸果糖磷酸二羥丙酮+3-磷酸甘油醛 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解由1，6-二磷酸果糖醛縮酶催化的裂解反應(yīng)，在1，6-磷酸果糖C3-C4之間斷裂。屬可逆反應(yīng)；而且平衡有利于逆向反應(yīng)方向，醛縮酶

14、由此命名；在正常的生理?xiàng)l件下，由于3-磷酸甘油醛不斷被轉(zhuǎn)化，大大降低了細(xì)胞內(nèi)3-磷酸甘油醛的濃度，從而驅(qū)動(dòng)反應(yīng)向裂解方向進(jìn)行。特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第5步 磷酸二羥丙酮與3-磷酸甘油醛的異構(gòu)化 磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油醛 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解由磷酸丙糖異構(gòu)酶催化的同分異構(gòu)化反應(yīng)，屬可逆反應(yīng)；反應(yīng)平衡時(shí)趨向于逆反應(yīng)，但由于3-磷酸甘油醛的消耗，反應(yīng)仍能向正方向進(jìn)行。特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解 第6步 3-磷酸甘油醛氧化成1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油醛+NAD+1，3-二磷酸甘油酸+NADH+H+ 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.

15、3.1葡萄糖的無(wú)氧降解由磷酸甘油醛脫氫酶催化的可逆反應(yīng)；是脫氫反應(yīng)，脫下的氫則由NAD+所接受，生成NADH+H+ ；又是磷酸化反應(yīng)，有無(wú)機(jī)磷酸參加反應(yīng)，將反應(yīng)放出的能量?jī)?chǔ)存到產(chǎn)物1，3-磷酸甘油酸分子內(nèi)，形成一個(gè)高能化合物；碘乙酸可以強(qiáng)烈抑制此反應(yīng)，因?yàn)榈庖宜峥梢耘c磷酸甘油醛脫氫酶的一SH基反應(yīng)，這也是證明-SH是酶活性所必需的。特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第7步 1，3-二磷酸甘油酸將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP形成3-磷酸甘油酸和ATP1,3-二磷酸甘油酸+ADP 3-磷酸甘油酸+ATP 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解由磷酸甘油酸激酶催化的可逆反應(yīng)；Mg2+

16、是必需的陽(yáng)離子；是放能反應(yīng)，是糖酵解途徑過(guò)程中第一次產(chǎn)生ATP的反應(yīng)，屬于底物水平的。特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第8步 3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解由磷酸甘油酸變位酶催化的可逆反應(yīng)；Mg2+是必需的陽(yáng)離子；用32P的化合物示蹤，證明有2，3-二磷酸甘油酸中間產(chǎn)物形成。特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第9步 2-磷酸甘油酸脫水形成磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸+H2O環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解由烯醇酶催化的可逆反應(yīng)；Mg2+或Mn2+是必需的陽(yáng)離子

17、；脫去一分子水時(shí)，發(fā)生了分子內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，放出的能量集中在磷酸烯醇式丙酮的磷酸鍵內(nèi)；氟化物對(duì)烯醇酶有抑制作用。特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第10步 磷酸烯醇式丙酮酸將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP和丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP丙烯式丙酮酸+ATP環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解由丙酮酸激酶催化的反應(yīng)；K+，Mg2+或Mn2+是必需的陽(yáng)離子；是放能反應(yīng)，是糖酵解途徑中第二次產(chǎn)生ATP的反應(yīng)，也是底物水平的磷酸化反應(yīng)；是糖酵解途徑中的限速步驟之三。特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解第11步 烯醇式丙酮酸形成丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸分子內(nèi)重排反

18、應(yīng)；非酶促反應(yīng)。特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解從葡萄糖到丙酮酸的糖酵解途徑總反應(yīng)式為：葡萄糖+2NAD+2ADP+2Pi + 2NADH+2H+2ATP2丙酮酸+2H2O環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解 丙酮酸的去路乳酸的生成:缺氧狀態(tài)丙酮酸接受甘油醛-3-磷酸脫氫酶形成的NADH上的H，在乳酸脫氫酶的催化下還原為乳酸，這是糖酵解的最終產(chǎn)物。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解生成乙醇:丙酮酸在酵母細(xì)胞內(nèi)脫羧酸的催化下，以TPP為輔酶，脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)橐胰?。然后在乙醇脫氫酶催化下，由NADH還原而生成乙醇。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解 糖酵解

19、的反應(yīng)類(lèi)型在酵解過(guò)程中有以下幾種類(lèi)型的反應(yīng)：磷?；霓D(zhuǎn)移:磷?；鶑腁TP上轉(zhuǎn)移到中間產(chǎn)物上或反之。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解磷?；囊莆?磷?；诜肿觾?nèi)從一個(gè)氧原子移到另一個(gè)氧原子。異構(gòu)化作用:酮糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿┨腔蚍粗?。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解脫去一分子水 。醛醇裂解:碳-碳鍵斷裂，即醇醛縮和的逆反應(yīng)。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解 葡萄糖酵解的能量問(wèn)題C6H12O6 CH3CH2OH + 2 CO2 + 238.3KJ 發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生2分子ATP，其貯存的能量可供生命活動(dòng)之用。 在無(wú)氧條件下進(jìn)行的EMP途徑，因最終產(chǎn)物的不同，所釋放的能量及形

20、成的ATP數(shù)各不相同。以酒精為例，發(fā)酵時(shí)：環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解 糖酵解的調(diào)控受三種酶活性調(diào)控 果糖磷酸激酶 是控制糖酵解速率的最關(guān)鍵部位 是由四個(gè)亞基組成的變構(gòu)酶 能被AMP激活，被ATP和檸檬酸抑制 己糖激酶是一種別構(gòu)酶活性受其本身反應(yīng)產(chǎn)物G-6-P的抑制催化酵解序列的第一個(gè)反應(yīng)丙酮酸激酶 是一種別構(gòu)酶ATP是其別構(gòu)抑制劑-1，6-二磷酸果糖對(duì)其有激活作用環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.1葡萄糖的無(wú)氧降解 糖酵解的生物學(xué)意義生物學(xué)意義生物界普遍存在的功能途徑 ；保證機(jī)體在缺氧情況下仍能進(jìn)行生命活動(dòng)；中間產(chǎn)物可為機(jī)體提供碳骨架。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝

21、分三階段 葡萄糖丙酮酸，與糖酵解過(guò)程相同；丙酮酸乙酰CoA ；三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化。糖的有氧氧化是葡萄糖在有氧條件下，通過(guò)丙酮酸生成乙酰CoA，再經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化成水和二氧化碳的過(guò)程。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA有氧條件、線粒體中、不可逆，反應(yīng)式如下： 丙酮酸脫氫酶系 丙酮酸脫羧酶 硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶二氫硫辛酸脫氫酶乙酰轉(zhuǎn)移酶為核心 另外還有5種輔酶參與反應(yīng)，即:NAD+、FAD、硫辛酸、TPP和CoA 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝丙酮酸脫氫酶系的反應(yīng)機(jī)制如下圖，其中E1為丙酮酸脫羧酶， E2為硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶， E3為二氫

22、硫辛酸脫氫酶環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝 三羧酸循環(huán)途徑 三羧酸循環(huán)(TCA cycle)是HKrebs于1937年發(fā)現(xiàn)的，故又稱(chēng)為Krebs循環(huán)，因?yàn)檠h(huán)中第一個(gè)中間產(chǎn)物是檸檬酸，故又稱(chēng)為檸檬酸循環(huán)。三羧酸循環(huán)不僅是糖有氧分解的代謝途徑，也是機(jī)體內(nèi)一切有機(jī)物碳骨架氧化為CO2的必經(jīng)途徑，它包括一系列酶促反應(yīng)，現(xiàn)分述如下。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝特點(diǎn)由檸檬酸合成酶催化； 所需能量來(lái)自乙酰CoA的高能硫酯鍵 ；反應(yīng)不可逆； 是三羧酸循環(huán)的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)。乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成檸檬酸環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝異檸檬酸的生成檸檬酸脫水

23、生成順烏頭酸，然后加水生成異檸檬酸。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝異檸檬酸氧化脫羧生成-酮戊二酸 分兩步異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶的催化下脫去2個(gè)H，生成中間產(chǎn)物草酰琥珀酸；草酰琥珀酸在同一酶催化下迅速脫羧生成-酮戊二酸。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝異檸檬酸脫氫酶有兩種一種以NAD+和Mn2+為輔酶，存在于線粒體中，其主要功能是參與三羧酸循環(huán)；一種以NADP+和Mn2+為輔酶，存在于線粒體和胞漿中，其主要功能是提供還原劑NADPH。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝-酮戊二酸的脫羧反應(yīng) -酮戊二酸脫氫酶系 -酮戊二酸脫氫酶(需TPP)二氫硫辛

24、酸脫氫酶(需FAD和NAD+)硫辛酸琥珀?；D(zhuǎn)移酶(需硫辛酸和CoA)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝特點(diǎn)是三羧酸循環(huán)中第二次氧化脫羧 ；琥珀酰CoA分子內(nèi)部的能量重排，形成一個(gè)高能硫酯鍵；反應(yīng)不可逆； 是三羧酸循環(huán)的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝琥珀酰CoA生成琥珀酸 特點(diǎn):此反應(yīng)是循環(huán)中唯一直接產(chǎn)生ATP的反應(yīng)。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝琥珀酸被氧化成延胡索酸琥珀酸脫氫酶是一種黃素蛋白，輔基是FAD。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝延胡索酸加水生成蘋(píng)果酸環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝蘋(píng)果酸

25、被氧化成草酰乙酸蘋(píng)果酸脫氫酶催化蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸，該酶的輔酶是NAD+。這步反應(yīng)可逆。環(huán)境生物化學(xué) 在循環(huán)中，草酰乙酸既是起始物，又是終產(chǎn)物，其本身并無(wú)量的變化，但是它的含量直接影響乙?；M(jìn)入三羧酸循環(huán)的多少。在體內(nèi)，草酰乙酸主要來(lái)自丙酮酸的羧化，生物素是丙酮酸羧化酶的輔基。 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝三羧酸循環(huán)在線粒體中單方向進(jìn)行，其總反應(yīng)如下圖: 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.2葡萄糖的有氧分解代謝 三羧酸循環(huán)的生物學(xué)意義生物學(xué)意義提供遠(yuǎn)比糖酵解所能提供的能量大得多的能量，供生命活動(dòng)的需要; 三羧酸循環(huán)是多種物質(zhì)的共同代謝途徑; 三

26、羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物可作為合成某些成分的碳骨架;三羧酸循環(huán)的代謝調(diào)節(jié)檸檬酸合成酶 異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.3乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)支路 乙醛酸循環(huán)見(jiàn)下圖，乙醛酸為其中間代謝物。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.3乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)支路兩種重要的酶 異檸檬酸裂解酶蘋(píng)果酸合成酶異檸檬酸在異檸檬酸裂解酶催化下，生成琥珀酸與乙醛酸。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.3乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)支路蘋(píng)果酸再脫氫生成草酰乙酸。乙醛酸又在乙酰輔酶A參與下，由蘋(píng)果酸合成酶催化，生成蘋(píng)果酸。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.3乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)支路若微生物具有乙酰CoA合成酶，則可以使乙酸變成乙酰CoA

27、而進(jìn)入乙醛酸循環(huán)，即:從乙酸開(kāi)始的乙醛酸循環(huán)總反應(yīng)如下： 乙醛循環(huán)的總反應(yīng)如下：環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.3乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)支路乙醛酸循環(huán)可以看作是三羧酸循環(huán)的支路，其關(guān)系見(jiàn)右圖，其中為異檸檬酸裂解酶；為蘋(píng)果酸合成酶環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.3乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)支路 乙醛酸循環(huán)的生物學(xué)意義生物學(xué)意義乙醛酸循環(huán)在微生物代謝中占有重要地位，對(duì)三羧酸循環(huán)起著協(xié)助的作用。它對(duì)某些利用乙酸作為惟一碳源和能源的微生物的生長(zhǎng)十分重要。 可以沿EMP逆行生成葡萄糖，繼而合成多糖，也可以利用外加的氮源從有關(guān)酮酸轉(zhuǎn)變成氨基酸再合成蛋白質(zhì)。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑也稱(chēng)磷酸已糖旁路，

28、它是葡萄糖氧化分解的又一途徑。在動(dòng)物體內(nèi)的多種組織，如：肝臟、脂肪組織、泌乳期的乳腺、腎上腺皮質(zhì)、性腺及紅細(xì)胞等中都存在這一途徑。植物組織也普遍能進(jìn)行此種氧化方式。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑 磷酸戊糖途徑的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程 第一階段 6-磷酸葡萄糖生成5-磷酸核糖，同時(shí)生成2分子NADPH及1分子CO2 6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下脫氫生成6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯，NADP+作為受氫體，平衡趨向于生成NADPH方向，反應(yīng)需Mg2+參與。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯在內(nèi)酯酶的作用下水解為6-磷酸葡萄糖酸。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途

29、徑6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脫氧酶的作用下，再次脫氫并自發(fā)脫羧而轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核酮糖，同時(shí)生成NADPH及CO2。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑5-磷酸核酮糖在異構(gòu)酶的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核糖；或者在差向異構(gòu)酶的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸木酮糖。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑第二階段 基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)第二階段反應(yīng)的意義在于通過(guò)一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將核糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而進(jìn)入酵解途徑。如下圖所示，這些反應(yīng)的結(jié)果可概括為：3分子磷酸戊糖轉(zhuǎn)變成2分子磷酸己糖和1分子磷酸丙糖。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)可以分為兩類(lèi) 轉(zhuǎn)酮醇酶反應(yīng)，轉(zhuǎn)移二

30、碳單位的酮醇基團(tuán) 轉(zhuǎn)醛醇酶反應(yīng)，轉(zhuǎn)移三碳單位接受體是醛糖 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑由轉(zhuǎn)酮醇酶催化，將5-磷酸木酮糖的一個(gè)二碳單位(羥乙醛)轉(zhuǎn)移給5-磷酸核糖，產(chǎn)生7-磷酸景天糖和3-磷酸甘油醛，反應(yīng)需TPP作為輔酶，并需Mg2+參與。 環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑由轉(zhuǎn)醛醇酶催化，將7-磷酸景天糖的二羥丙酮基轉(zhuǎn)移給3-磷酸甘油醛，生成4-磷酸赤蘚糖和6-磷酸果糖。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑4-磷酸赤蘚糖在轉(zhuǎn)酮醇酶催化下，接受來(lái)自5-磷酸木酮糖的羥乙醛基，生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。后者可進(jìn)入醇解途徑，參與代謝。環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途

31、徑磷酸戊糖途徑的反應(yīng)可歸納為下圖:環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑主要特點(diǎn)葡萄糖直接脫氫和脫羧，不必經(jīng)過(guò)糖酵解途徑，也不必經(jīng)過(guò)三羧酸循環(huán)；磷酸戊糖之間的相互轉(zhuǎn)變由相應(yīng)的異構(gòu)酶、差向異構(gòu)酶催化；磷酸戊糖之間的相互轉(zhuǎn)變反應(yīng)均為可逆反應(yīng)；整個(gè)反應(yīng)中，脫氫酶的輔酶是NADP+，而不是NAD+。磷酸戊糖途徑的主要特點(diǎn)環(huán)境生物化學(xué) 4.2.3.4磷酸戊糖途徑 磷酸戊糖途徑的生物學(xué)意義 生物學(xué)意義磷酸戊糖途徑生成的NADPH作為供氫體參與多種代謝反應(yīng)；磷酸戊糖途徑是普遍存在的糖代謝的一種方式，在不同的生物以及生物的不同組織器官所占的比例不同；磷酸戊糖途徑同時(shí)也為核酸的生物合成提供核糖；磷酸戊糖途徑與

32、糖的有氧、無(wú)氧分解途徑相關(guān)聯(lián)。環(huán)境生物化學(xué) 4.3脂肪分解與蛋白質(zhì)代謝4.3 脂肪分解代謝4.3.1脂肪的酶促水解4.3.2脂肪的分解代謝環(huán)境生物化學(xué) 4.3.1脂肪的酶促水解（1）脂肪酶正式名稱(chēng)是甘油酯水解酶，廣泛存在于胰臟、蓖麻于及各種微生物中不同來(lái)源的脂肪酶對(duì)脂肪酸碳鏈長(zhǎng)短有選擇性 短碳鏈(如C4-C10)的脂肪酸甘油酯 （應(yīng)用于乳品工業(yè)可增強(qiáng)產(chǎn)品芳香性） 長(zhǎng)碳鏈(C14以上)的脂肪酸甘油酯環(huán)境生物化學(xué) 4.3.1脂肪的酶促水解特點(diǎn)較難鈍化脂肪酶特點(diǎn)不穩(wěn)定研究困難環(huán)境生物化學(xué) 4.3.1脂肪的酶促水解性質(zhì)對(duì)基質(zhì)的分解和合成都能起催化作用多數(shù)脂肪酶同SH基有關(guān)，當(dāng)通氣，加過(guò)氧化氫等使SH基

33、氧化后，就抑制水解而進(jìn)行合成反應(yīng)脂肪水解維生素C、半胱氨酸、鈣離子等對(duì)脂肪水解有促進(jìn)作用，而油水混合系的乳化程度對(duì)酶反應(yīng)有重要影響環(huán)境生物化學(xué) 4.3.1脂肪的酶促水解可被胞內(nèi)的脂肪酶所水解 細(xì)胞內(nèi)被胞外脂肪酶所水解 外部（外源）存在形式真菌中的脂肪酶在細(xì)胞內(nèi)外存在環(huán)境生物化學(xué) 4.3.1脂肪的酶促水解微生物可用來(lái)生產(chǎn)脂肪酶常用菌種根酶黑曲霉白地霉青霉商品脂肪酶制劑都具有酯酶的活性，也能使低級(jí)脂肪酸的一價(jià)醇酯加水分解環(huán)境生物化學(xué) 4.3.1脂肪的酶促水解脂肪的酶促水解甘油三酯、甘油二酯和甘油一酯的-酯鍵皆可被酯酶水解例如甘油三酯首先被-酯酶水解成，-甘油二酯，然后再水解成-甘油一酯，-酯酶亦能

34、水解-甘油一酯的-酯鍵(即C2上的酯鍵)，但作用慢環(huán)境生物化學(xué) 4.3.1脂肪的酶促水解-酯鍵是由另一酯酶水解成脂肪酸和甘油的，反應(yīng)過(guò)程如下：環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝（1）甘油的分解代謝甘油在磷酸甘油激酶的催化下，進(jìn)行磷酸化作用，生成-磷酸甘油環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝-磷酸甘油在-磷酸甘油脫氫酶的催化下，生成磷酸二羥丙酮環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝（2）脂肪酸的分解-氧化作用氧化生物體內(nèi)由脂肪水解形成的脂肪酸及細(xì)胞內(nèi)的游離脂肪酸降解時(shí)，是從脂肪酸的碳原子開(kāi)始，依次以2個(gè)碳原子為分解單位進(jìn)行水解，這一過(guò)程稱(chēng)為氧化所需要的各種酶和輔酶線粒體都具有，輔酶A作用很

35、大環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝以硬脂酸為例，其反應(yīng)的具體步驟如下： 脂肪酸的活化在-氧化作用前，必須經(jīng)過(guò)激活。激活反應(yīng)是在脂酰硫激酶(簡(jiǎn)稱(chēng)硫激活，又名脂酰輔酶A合成酶)的催化下分兩步進(jìn)行的1由ATP中轉(zhuǎn)移一磷酸腺苷(AMP)來(lái)激活脂肪酸的羧基，并同時(shí)釋放出無(wú)機(jī)焦磷酸（PPi) 2被激活了的羧基和輔酶A(CoASH)的SH基起反應(yīng)生成脂酰輔酶A和AMP 環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝反應(yīng)方程式環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝脂酰輔酶A脫氫 脂酰CoA在脂酰CoA脫氫酶的作用下,于C2和C3(即和位)碳原子上脫氫氧化生成一個(gè)雙鍵，稱(chēng),烯脂酰 CoA 環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2

36、脂肪的分解代謝,-烯脂酰輔酶A的水化 ,-烯脂酰輔酶A在稀脂酰CoA水化酶的作用下水化，生成-羥脂酰CoA 環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝-羥脂酰輔酶A的脫氫-羥脂酰輔酶A在-羥脂酰脫氧酶的催化下，C3位脫氫，生成-酮脂酰酰酶A脂肪酸變?yōu)?酮酸，便于從脂肪酸碳鏈上切除兩個(gè)碳原子環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝酮脂酰輔酶A的硫解 -酮脂酰輔酶A在-酮脂酰CoA在硫解酶的作用下，同時(shí)需要有輔酶A存在，裂解為乙酰CoA和比原來(lái)少了2個(gè)碳原子的脂酰CoA反應(yīng)分兩步完成 ：環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝反應(yīng)高度放能，整個(gè)反應(yīng)趨于裂解方向環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝1.少了

37、2個(gè)碳原子的酯酰CoA繼續(xù)重復(fù)以上-步反應(yīng)，如此循環(huán)往復(fù)，直至全部氧化成乙酰CoA2.反應(yīng)產(chǎn)生的乙酰輔酶A可以進(jìn)入TCA循環(huán)，徹底氧化成為CO2與H2O 環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝1.脂酰硫激酶 2.脂酰脫氫酶 3.烯脂酰水合酶 4.-羥脂酰脫氫酶 5.-酮脂酰硫解酶脂肪酸的-氧化循環(huán)圖解環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝-氧化過(guò)程中能量的變化總反應(yīng)平衡式(以軟脂酸為例)：軟脂酰CoA十7HS-CoA十7FAD十7NAD+十7H2O 8乙酰CoA十7FADH2十7NADH+7H+1mo1軟脂酸產(chǎn)生8個(gè)乙酰CoA1mo1乙酰CoA產(chǎn)生12molATP共產(chǎn)生96molATP7mol

38、FADH2產(chǎn)生14mo1ATP脂肪酸的活化需消耗2個(gè)高能磷酸鍵7mo1NADH21molATP凈產(chǎn)生129mo1ATP由此可見(jiàn)，脂肪酸是生物體能量的主要來(lái)源環(huán)境生物化學(xué) 4.3.2脂肪的分解代謝脂肪分解的途徑可總結(jié)如下：脂肪甘油脂肪酸磷酸二羥丙酮乙酰輔酶ACO2H2O環(huán)境生物化學(xué) 4.4蛋白質(zhì)代謝4.4.1概述4.4.2蛋白質(zhì)的酶解4.4.3氨基酸分解的共同途徑4.4.4氨基酸產(chǎn)物的代謝途經(jīng)環(huán)境生物化學(xué) 4.4.1概述蛋白質(zhì)是細(xì)胞的首要結(jié)構(gòu)物質(zhì)，又是酶的基本組成成分。蛋白質(zhì)的新陳代謝是生物體生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)體內(nèi)的蛋白質(zhì)總是在不斷地自我更新，不斷的進(jìn)行分解與合成 .氨基酸代謝

39、是蛋白質(zhì)代謝的基礎(chǔ) 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.1概述氨基酸始終處于動(dòng)態(tài)平衡中，即從細(xì)胞蛋白質(zhì)分解，又可從食物和微生物的培養(yǎng)基中攝取或經(jīng)細(xì)胞合成。氨基酸可以分解成酮基酸及氨。糖和脂肪的分解產(chǎn)物也可合成氨基酸 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì) 合成 氨基化 分解脫氨 氨基酸 氨 糖、脂肪 銨鹽及酰氨 酮酸CO2+H2O 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.2蛋白質(zhì)的酶解可從三個(gè)方面講： 蛋白質(zhì)水解酶類(lèi)蛋白質(zhì)的水解 蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解作用環(huán)境生物化學(xué) 4.4.2蛋白質(zhì)的酶解(1)蛋白質(zhì)的水解蛋白質(zhì)的水解是在酶的催化下，通過(guò)加水分解，使蛋白質(zhì)中的肽鍵斷裂，最后生成氨基酸的生物化學(xué)過(guò)程 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.2蛋白質(zhì)的酶解蛋白質(zhì)水解是放能

40、反應(yīng)。平衡偏向生成氨基酸的方向。反應(yīng)生成的能量不能被機(jī)體直接利用，而以熱的形式放出 大分子的蛋白質(zhì)必須經(jīng)蛋白質(zhì)水解酶類(lèi)的共同作用，多肽生成氨基酸動(dòng)物可利用蛋白質(zhì)作食物，食物中的蛋白質(zhì)必須水解成氨基酸小分子，才能消除特異性，進(jìn)入細(xì)胞，再合成機(jī)體本身的特有的蛋白質(zhì) 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.2蛋白質(zhì)的酶解（2）蛋白質(zhì)水解酶類(lèi) 蛋白質(zhì)水解酶是水解蛋白質(zhì)肽鏈的一類(lèi)酶總稱(chēng)。動(dòng)物的蛋白水解酶，又稱(chēng)肽酶，其作用使肽鍵斷開(kāi) 肽酶肽鏈內(nèi)切酶肽鏈外切酶二肽酶 胃蛋白酶：水解芳香氨基酸的NH2形成肽鍵胰蛋白酶：水解堿性氨基酸COOH形成的肽鍵胰凝乳蛋白酶：水解芳香氨基酸COOH形成的肽鍵氨肽酶：水解靠近肽鏈H-端的肽鍵

41、羧肽酶：水解靠近肽鏈C-端的肽鍵 水解一切二肽 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.2蛋白質(zhì)的酶解肽酶的特異性可表示如下：環(huán)境生物化學(xué) 4.4.2蛋白質(zhì)的酶解蛋白酶存在形式1.胃蛋白酶由胃細(xì)胞分泌，胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶由胰腺細(xì)胞分泌。它們?cè)诜置诔鰰r(shí)是無(wú)活性的酶元,胃蛋白酶元遇胃酸激活，胰蛋白酶元由腸激酶激活，胰凝乳蛋白酶元由胰蛋白酶激活2.植物體中也含蛋白酶類(lèi)，如種子和幼苗內(nèi)皆含有活性蛋白酶，葉和幼芽中含有肽酶等。植物組織中蛋白質(zhì)的酶水解作用，以種子萌芽時(shí)為旺盛Text環(huán)境生物化學(xué) 4.4.2蛋白質(zhì)的酶解蛋白酶存在形式3.微生物中也含蛋白酶能將蛋白質(zhì)水解為氨基酸、游離氨基酸再進(jìn)一步脫氫，最后生成氨和酮酸4

42、.人與動(dòng)物體內(nèi)，氨基酸被小腸粘膜吸收后即通過(guò)粘膜微血管進(jìn)入血液運(yùn)到肝臟及其它器官進(jìn)行代謝，也有少量氨基酸由淋巴系統(tǒng)進(jìn)入血液環(huán)境生物化學(xué) 4.4.2蛋白質(zhì)的酶解（3）蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解作用蛋白酶水解蛋白質(zhì)的過(guò)程：蛋白質(zhì)水解是經(jīng)過(guò)蛋白酶和肽酶的催化作用蛋白質(zhì)水解為蛋白胨、 多肽，再繼續(xù)水解為氨基酸蛋白酶和肽酶的聯(lián)合催化作用是水解蛋白質(zhì)、蛋白胨及其他肽 類(lèi)使成為氨基酸的必要條件水解生成的氨基酸可供微生物代謝活動(dòng)的需要 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑脫氨基作用氨基酸的脫羧作用氨基酸分解的共同途經(jīng)氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用聯(lián)合脫氨作用 蛋白質(zhì)經(jīng)水解后生成的氨甚酸或微生物從培養(yǎng)基中直接吸收的氨基

43、酸都可以通過(guò)共同的途徑進(jìn)行分解代謝 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑（1）脫氨基作用氨基酸失去氨基的作用稱(chēng)為脫氨基作用，是機(jī)體氨基酸分解代謝的第一個(gè)步驟氧化脫氨基 普遍存在于動(dòng)植物中 非氧化脫氨基 多在厭氧或兼性厭氧微生物中環(huán)境生物化學(xué) 氧化脫氨基作用a.氧化脫氨基的過(guò)程氧化脫氨基作用可表示如下 :4.4.3 氨基酸分解的共同途徑環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑其機(jī)制為脫氨水解兩步： 氧化酶是一種黃素蛋白以FAD或FMN為輔酶。從氨基酸脫去的氫，直接與氧化合生成過(guò)氧化氫 過(guò)氧化氫在過(guò)氧化氫酶作用下，分解成氧和水，無(wú)過(guò)氧化氫酶過(guò)氧化氫把酮酸氧化成少一個(gè)碳原子的脂肪酸環(huán)

44、境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑b.氧化脫氨酶 分為兩類(lèi)以黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)為輔酶以黃素單核苷酸（FMN）為輔酶環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑123對(duì)甘氨酸、L-絲氨酸、L-蘇氨酸、二羧氨基酸（L-谷氨酸和L-天冬氨酸）和二氨一羧氨基酸(賴(lài)氨酸、精氨酸、鳥(niǎo)氨酸)無(wú)催化作用，這些氨基酸由特殊的、專(zhuān)性強(qiáng)的氨基酸氧化酶催化脫氨L-氨基氧化酶在機(jī)體分布不廣、活性弱，固而它對(duì)氨基酸脫氨不重要氧化專(zhuān)一氨基酸的酶，它只是催化一種氨基酸氧化的酶。如甘氨酸氧化酶、L-谷氨酸脫氫酶，D-天冬氨酸氧化酶。L-谷氨酸脫氫酶是唯一能使氨基酸直接脫去氨基的活力最強(qiáng)的酶，在動(dòng)、植物和微

45、生物中都存在D-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶以FAD為輔酶的黃素蛋白，對(duì)脊椎動(dòng)物D-氨基酸只存在于肝、腎中。有些霉菌細(xì)胞也有此酶環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑氨基酸非氧化脫氨基作用非氧化脫氨基作用在大多數(shù)微生物中進(jìn)行。非氧化脫氨基有以下幾種：a.還原脫氨基作用在嚴(yán)格無(wú)氧條件下，某些含有氫化酶的微生物，能用還原脫氨基方式使氨基酸脫去氨基 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑b.水解脫氨基作用氨基酸在水解酶作用下，生成羥基和氨：環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑c.脫水脫氨基作用L-絲氨酸和L-蘇氨酸脫氨基是利用脫水方式完成的。催化該反應(yīng)的酶以磷酸吡哆醛為輔

46、酶 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑d.脫硫氫基脫氨基作用L-半胱氨酸的脫氨作用是由脫硫氫基酶作用催化的 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑e.氧化還原脫氨基作用兩個(gè)氨基酸可以互相發(fā)生氧化還原反應(yīng)，分別形成有機(jī)酸和酮酸及氨 ，一個(gè)氨基酸是氫的供體，另一個(gè)氨基酸為氫的受體 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑氨基酸的脫酰胺作用谷氨酰胺和天冬酰胺可在谷氨酰胺酶和天冬酸胺酶的作用下分別發(fā)生脫酰胺基作用而形成相應(yīng)的氨基酸 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑 氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨基作用是氨基酸脫去氨基的一種重要方式，轉(zhuǎn)氨基作用是-氨基酸的氨基通過(guò)酶促反應(yīng)

47、，轉(zhuǎn)移到-酮酸的酮基位置上，生成與原來(lái)-酮酸相應(yīng)的-氨基酸，原來(lái)的-氨基酸轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的-酮酸。如：環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑動(dòng)物和高等植物的轉(zhuǎn)氨酶一般都只催化L-氨基醛的轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)氨酶催化的反應(yīng)都是可逆的，它們的平衡常數(shù)為1.0左右，所以反應(yīng)可向兩方向進(jìn)行，但在生物體內(nèi)，與轉(zhuǎn)氨作用緊接著進(jìn)行的反應(yīng)是氨基酸的氧化分解作用，因而促使氨基酸轉(zhuǎn)氨作用向一個(gè)方向進(jìn)行環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑真核細(xì)胞的線粒體和胞漿都可進(jìn)行轉(zhuǎn)氨作用。所有的轉(zhuǎn)氨酶都以磷酸吡哆醛為輔酶，而且有共同的催化機(jī)制。其反應(yīng)如下：反應(yīng)開(kāi)始以酶（E)與

48、磷酸吡哆醛形成非共價(jià)鍵復(fù)合物，然后按第一步和第二步反應(yīng)進(jìn)行 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑（3）聯(lián)合脫氨作用氨基酸的聯(lián)合脫氨作用，是氨基酸的氨基先借轉(zhuǎn)氨基作用轉(zhuǎn)移到-酮戊二酸的分子上，生成相應(yīng)得-酮酸和谷氨酸，然后谷氨酸在L-谷氨酸脫氫酶的作用下，脫去氨基又生成-酮戊二酸。如： 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.3 氨基酸分解的共同途徑（4）氨基酸的脫羧作用氨基酸脫羧生成一級(jí)胺類(lèi)，反應(yīng)如下：氨基酸脫羧酶活性大，專(zhuān)一性強(qiáng)。這類(lèi)酶普遍存在于微生物、高等動(dòng)值物組織中，如在肝、腎和腦中都有，它以磷酸吡哆醛為輔酶 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑氨基酸經(jīng)過(guò)脫氨基作用。脫去氨基生成酮酸和NH

49、3，或經(jīng)過(guò)脫羧作用生成胺和CO2，這些分解產(chǎn)物可進(jìn)一步參加代謝 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑酮基酸的代謝氨基酸脫氨基后所產(chǎn)生的酮酸進(jìn)一步代謝?？捎邢铝腥N代謝途徑：合成新氨基酸；氧化成二氧化碳和水；轉(zhuǎn)變成糖和脂肪 合成新氨基酸-酮酸可經(jīng)還原氨基化作用或轉(zhuǎn)氨基作用形成新的氨基酸 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑氧化成CO2及水氨基酸脫氨后形成的酮基酸，以幾種不同的途徑進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最后氧化成CO2和H2O。大部分氨基酸 丙酮酸 乙酰CoA 三羧酸循環(huán)有些直接形成乙酰CoA再參加三羧酸循環(huán)有些氦基酸可轉(zhuǎn)變?yōu)槿人嵫h(huán)的中間產(chǎn)物如酮戊二酸，琥珀酰CoA和草酰乙酸等，然后參加

50、三羧酸環(huán) 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑現(xiàn)將氨基酸生成的酮基酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑如圖環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑轉(zhuǎn)變成糖及脂肪大多數(shù)氨基酸脫氨后生成的酮酸，能通過(guò)生成丙酮酸，再經(jīng)糖元異生的過(guò)程合成糖。少數(shù)氨基酸生成的酮酸能氧化成乙酰CoA然后合成脂肪 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑氨的代謝自由氨對(duì)人體及動(dòng)物來(lái)說(shuō)是有毒酌，因此對(duì)放出的氨必須作適當(dāng)處理才行水生動(dòng)物中除個(gè)別種類(lèi)外，一般將氨直接排出體外兩棲類(lèi)不是排氨而是將氨變?yōu)槟蛩卦倥懦鲽B(niǎo)類(lèi)及爬行動(dòng)物(如龜)則將氨轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩崤懦鲫憲叩葎?dòng)物主要將脫出的氨在肝臟合成尿素，一是合成其他含氮物質(zhì)，二是以谷氨酰胺、天冬

51、酰胺形式儲(chǔ)存環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑尿素的生物合成(鳥(niǎo)氨酸循環(huán)) 尿素的生物合成需要NH3、CO2(或H2CO3)、鳥(niǎo)氨酸、天冬氨酸、ATP、Mg2+和一系列的酶參加作用。全部反應(yīng)過(guò)程可分為三個(gè)階段a.CO2、NH3與鳥(niǎo)氨酸作用合成瓜氨酸b.瓜氨酸與天冬氨酸作用產(chǎn)生精氨酸c.精氨酸被精氨酸水解酶水解后放出尿素，并形成鳥(niǎo)氨酸成一循環(huán)(稱(chēng)鳥(niǎo)氨酸循環(huán)又稱(chēng)尿素循環(huán))。這個(gè)循環(huán)的反應(yīng)途徑可表示如圖 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑鳥(niǎo)氨酸循環(huán)（即尿素循環(huán)） 環(huán)境生物化學(xué) 4.4.4分解產(chǎn)物的代謝途徑酰胺的形成以谷氨酰胺為例： 谷氨酰胺和天冬酰胺是動(dòng)植物共有的儲(chǔ)氮形式，植物體不合

52、成尿素，動(dòng)物體內(nèi)的銨鹽部分可由尿排出 環(huán)境生物化學(xué) 4.5核酸分解代謝4.5核酸分解代謝 核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸。核酸降解產(chǎn)生核苷酸，核苷酸還能進(jìn)一步分解。在生物體內(nèi)，核苷酸可由其他化合物合成，某些輔酶的合成與核苷酸代謝也有關(guān)。體內(nèi)的核苷酸可來(lái)自食物中核酸或體外核酸類(lèi)物質(zhì)的分解吸收，但主要是由機(jī)體細(xì)胞自身合成。因此，核酸不屬于營(yíng)養(yǎng)必需物質(zhì)。環(huán)境生物化學(xué) 4.5核酸分解代謝動(dòng)物和異養(yǎng)型微生物可以分泌消化核酸的酶類(lèi)得到各種核苷酸，核苷酸水解脫去磷酸生成核苷，核苷再分解生成嘌呤堿基或嘧啶堿基和糖。核苷酸和它的水解產(chǎn)物均可被細(xì)胞吸收和利用。 環(huán)境生物化學(xué) 4.5核酸分解代謝所有生物體的細(xì)胞都含有與

53、核酸代謝有關(guān)的酶類(lèi)，能夠分解細(xì)胞內(nèi)各種核酸，促使核酸分解更新。在體內(nèi)核酸水解產(chǎn)物戊糖可以參加戊糖代謝，嘌呤和嘧啶還可進(jìn)一步分解。核酸分解過(guò)程如下： 環(huán)境生物化學(xué) 內(nèi) 容4.5.1核酸的分解 4.5.2核苷酸的降解 4.5.3嘌呤的分解 4.5.4嘧啶的分解 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.1 核酸的分解核酸分解的第一步是水解連接核苷酸之間的磷酸二酯鍵，生成核苷酸片段或單核苷酸。在生物體內(nèi)有許多磷酸二酯酶，稱(chēng)為核酸酶。水解RNA的酶叫做核糖核酸酶（RNase），水解DNA的酶叫做脫氧核糖核酸酶（DNase）。能夠水解核酸分子內(nèi)的磷酸二酯鍵的酶稱(chēng)為核酸內(nèi)切酶。從核酸的5端或3端把核苷酸一個(gè)一個(gè)水解下來(lái)的酶叫

54、做核酸外切酶。如蛇毒磷酸二酯酶是從核酸3端開(kāi)始，逐個(gè)水解下5-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶則相反，從游離5端開(kāi)始，逐個(gè)水解下3-核苷酸。見(jiàn)圖4-11。 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.1 核酸的分解圖4-11 核酸外切作用示意圖 在細(xì)菌體內(nèi)存在核酸限制性?xún)?nèi)切酶，它是水解外源DNA的核酸內(nèi)切酶，專(zhuān)一性強(qiáng)。 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.2 核苷酸的降解生物體內(nèi)廣泛存在核苷酸酶可使核苷酸水解成核苷和磷酸。核苷酸酶無(wú)特異性，它對(duì)一切核苷酸都能水解。某些特異性核苷酸酶，如3-核苷酸酶只能水解3-核苷酸，5-核苷酸酶只能水解5-核苷酸。環(huán)境生物化學(xué) 4.5.2 核苷酸的降解使核苷分解的酶有兩類(lèi)：一類(lèi)是核苷磷酸化酶，使核苷磷酸分

55、解成含氮堿和戊糖磷酸。另一類(lèi)是核苷水解酶，使核苷分解成為含氮堿和戊糖。反應(yīng)如下：環(huán)境生物化學(xué) 4.5.2 核苷酸的降解核苷磷酸化酶分布比較廣，它催化的反應(yīng)是可逆的。核苷水解酶主要存在于植物和微生物，它所催化的反應(yīng)是不可逆的，而且只對(duì)核苷酸起作用，對(duì)脫氧核糖核苷無(wú)作用。環(huán)境生物化學(xué) 4.5.3 嘌呤的分解不同種類(lèi)生物分解嘌呤的能力不一樣，因而代謝產(chǎn)物也各不相同。人和猿類(lèi)及一些排尿酸的動(dòng)物（如鳥(niǎo)類(lèi)，某些爬蟲(chóng)類(lèi)和昆蟲(chóng)等）以尿酸作為嘌呤代謝的最終產(chǎn)物。其他的多種生物還能進(jìn)一步分解尿酸，形成不同代謝產(chǎn)物，直到最后分解成為CO2和氨。見(jiàn)表4-3。 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.3 嘌呤的分解表4-3 嘌呤代謝的最

56、終產(chǎn)物最終產(chǎn)物排出動(dòng)物靈長(zhǎng)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、排尿酸爬蟲(chóng)類(lèi)、昆蟲(chóng)哺乳動(dòng)物（靈長(zhǎng)類(lèi)除外）、腹足類(lèi)硬骨魚(yú)大多數(shù)魚(yú)類(lèi)、兩棲類(lèi)、淡水瓣鰓類(lèi)甲殼類(lèi)、咸水瓣鰓類(lèi)環(huán)境生物化學(xué) 4.5.3 嘌呤的分解動(dòng)物組織廣泛含有鳥(niǎo)嘌呤酶。它可以催化鳥(niǎo)嘌呤水解脫氫，生成黃嘌呤，后者進(jìn)一步在黃嘌呤氧化酶作用下氧化成尿酸。動(dòng)物組織中腺嘌呤酶含量極少，但腺苷脫氮酶分布很廣。有的組織還含有腺苷酸脫氨酶。因此，腺嘌呤的水解脫氨基作用可能是在腺苷或腺苷酸的水平上發(fā)生。 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.3 嘌呤的分解嘌呤類(lèi)化合物在核苷酸、核苷和堿基三個(gè)水平降解產(chǎn)生尿酸的過(guò)程總結(jié)如圖4-12。 尿酸鳥(niǎo)苷次黃嘌呤次黃苷次黃苷酸腺苷酸腺苷腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤黃苷酸黃嘌呤

57、鳥(niǎo)苷酸黃苷?qǐng)D4-12 嘌呤在核苷酸、核苷和堿基三個(gè)水平上的降解 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.3 嘌呤的分解人和猿類(lèi)缺乏分解尿酸的能力。鳥(niǎo)類(lèi)等排尿酸動(dòng)物不僅把嘌呤分解成尿酸，還可以把大量其他含氮代謝物轉(zhuǎn)化成尿酸排出體外。大多數(shù)生物能繼續(xù)分解尿酸。在尿酸氧化酶作用下，尿酸脫去CO2生成尿囊素。尿囊素是人和猿類(lèi)以外其他哺乳類(lèi)嘌呤代謝排泄物，其他多種生物含有尿囊素酶，使尿囊素水解成尿囊酸。尿囊酸是某些硬骨龜嘌呤代謝產(chǎn)物。在尿囊酸酶作用下，尿囊酸生成尿素和乙醛酸，尿素是多數(shù)龜類(lèi)和兩棲動(dòng)物嘌呤代謝的排出物，還有某些低級(jí)動(dòng)物分解尿素成CO2和NH3排出體外。見(jiàn)圖4-13。 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.3 嘌呤的分解圖4

58、-13 嘌呤的分解 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.4 嘧啶的分解在不同種類(lèi)的生物體內(nèi)，嘧啶分解的過(guò)程不一樣。在動(dòng)物體內(nèi)，嘧啶通過(guò)還原作用分解，在哺乳動(dòng)物的肝臟中進(jìn)行嘧啶的分解，在微生物體內(nèi)通過(guò)氧化作用分解嘧啶。 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.4 嘧啶的分解還原作用分解過(guò)程胞嘧啶脫氨在人和動(dòng)物體內(nèi)的脫氨過(guò)程也可能是在核苷或核苷酸水平上進(jìn)行的。 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.4 嘧啶的分解通過(guò)氧化作用分解過(guò)程 環(huán)境生物化學(xué) 4.5.4 嘧啶的分解胸腺嘧啶的分解過(guò)程如下： 環(huán)境生物化學(xué) 4.6 生物氧化與能量代謝4.6.1 生物氧化概述 4.6.2 生物氧化體系和酶類(lèi) 4.6.3 生物氧化過(guò)程中 能量的轉(zhuǎn)移和利用 環(huán)境生物

59、化學(xué) 4.6.1 生物氧化概述（1）生物氧化的概念生物體內(nèi)一切代謝物的氧化稱(chēng)為生物氧化，即有機(jī)物在生物體內(nèi)氧化分解為二氧化碳和水并釋放能量合成ATP的過(guò)程。生物氧化可分為三個(gè)階段，首先是有機(jī)物的氧化脫氫；接著氫以H+e-形式進(jìn)入呼吸電子傳遞鏈而被傳遞給氧生成水，同時(shí)釋放能量；最后ATP合成系統(tǒng)利用這些能量催化合成ATP。 環(huán)境生物化學(xué) 4.6.1 生物氧化概述上述內(nèi)容是生物氧化的廣義概念，既包括有機(jī)物氧化的各種生物氧化反應(yīng)，又包括呼吸鏈電子傳遞和ATP的合成過(guò)程。一般意義上的生物氧化是指后兩個(gè)階段，即電子傳遞和ATP合成。 環(huán)境生物化學(xué) 4.6.1 生物氧化概述（2）生物氧化的方式生物氧化是在

60、一系列氧化-還原酶催化下分步進(jìn)行的。每一步反應(yīng)，都由特定的酶催化。在生物氧化過(guò)程中，主要包括如下幾種氧化方式。脫電子反應(yīng) 從作用底物上脫去電子(e)，如細(xì)胞色素類(lèi)氧化時(shí)，其輔基血紅素所含的Fe2+則失去電子形成Fe3+。 環(huán)境生物化學(xué) 4.6.1 生物氧化概述脫氫反應(yīng) 底物分子脫去氫原子而被氧化。分為直接脫氫和加水脫氫兩大類(lèi)。 a.直接脫氫 在底物上以H+e-的形式脫去一對(duì)氫，如琥珀酸脫氫成為延胡索酸的反應(yīng)： 環(huán)境生物化學(xué) 4.6.1 生物氧化概述b.加水脫氫 向底物分子中加入水分子后，脫去兩個(gè)氫原子（2 H+2e- ），結(jié)果是底物分子加上了一個(gè)來(lái)自于水的氧原子。如乙醛加水脫氫成為乙酸： 環(huán)境