新陳代謝總論與生物氧化用

第七章新陳代謝總論

與生物氧化當(dāng)前1頁(yè)，總共47頁(yè)。第一節(jié)新陳代謝總論一、新陳代謝的概念二、新陳代謝的過(guò)程三、新陳代謝的特點(diǎn)四、碳和能的來(lái)源五、中間代謝六、代謝的研究方法

當(dāng)前2頁(yè)，總共47頁(yè)。新陳代謝（metabolism)的概念是指生物體與外界環(huán)境所進(jìn)行的物質(zhì)和能量的交換過(guò)程，以及物質(zhì)與能量在生物體內(nèi)的各種存在形式。例：呼吸作用、生物體的生長(zhǎng)、肌肉收縮、光合作用等。當(dāng)前3頁(yè)，總共47頁(yè)。新陳代謝的過(guò)程包括物質(zhì)代謝和能量代謝新陳代謝的過(guò)程包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、中間代謝和代謝產(chǎn)物的排泄等階段。同化作用（anabolism)：由外界到自身，小分子合成大分子，耗能。例如：光合作用異化作用(catabolism)：由自身到外界，大分子分解成小分子，釋放能量。例如：葡萄糖的乙醇發(fā)酵當(dāng)前4頁(yè)，總共47頁(yè)。從能量角度考慮合成反應(yīng)都是耗能的，分解反應(yīng)都是放能的。物質(zhì)分解過(guò)程中釋放的能量一部分能夠暫時(shí)以某種形式儲(chǔ)存起來(lái)，以備需要時(shí)用于耗能的反應(yīng)中，主要以ATP的形式儲(chǔ)存，另一部分以熱能的形式散失，熱能只能用來(lái)維持體溫。當(dāng)前5頁(yè)，總共47頁(yè)。ATP中的磷酸鍵當(dāng)前6頁(yè)，總共47頁(yè)。新陳代謝的特點(diǎn)1.步驟多，但有序2.代謝具有控制性和調(diào)節(jié)性整體水平調(diào)節(jié)、細(xì)胞水平調(diào)節(jié)、分子水平調(diào)節(jié)3.反應(yīng)是在溫和條件下進(jìn)行的，絕大多數(shù)反應(yīng)是在酶的作用下完成的4.反應(yīng)是在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中逐步形成、完善的

當(dāng)前7頁(yè)，總共47頁(yè)。碳和能的來(lái)源1.碳的來(lái)源自養(yǎng)細(xì)胞（CO2）、異養(yǎng)細(xì)胞(有機(jī)碳化合物）2.能的來(lái)源光合作用:光能-生物電能-活躍的化學(xué)能-穩(wěn)定的化學(xué)能氧化-還原作用：代謝物-氧還作用-水和CO2

當(dāng)前8頁(yè)，總共47頁(yè)。中間代謝當(dāng)前9頁(yè)，總共47頁(yè)。六、代謝的研究方法活體內(nèi)與活體外實(shí)驗(yàn)同位素示蹤法代謝途徑阻斷當(dāng)前10頁(yè)，總共47頁(yè)。第二節(jié)生物氧化

（BiologicalOxidation）當(dāng)前11頁(yè)，總共47頁(yè)。生物氧化的概念相當(dāng)于分解（異化）作用。生物氧化是指糖類、脂類和蛋白質(zhì)等在生物活細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的一系列的氧化分解作用，最終生成H2O和CO2,同時(shí)釋放能量的過(guò)程，又稱細(xì)胞呼吸或組織呼吸。當(dāng)前12頁(yè)，總共47頁(yè)。生物氧化發(fā)生的場(chǎng)所Lehninger發(fā)現(xiàn)，線粒體是真核生物氧化磷酸化的場(chǎng)所，開(kāi)始了生物能傳導(dǎo)的新世代。線粒體有兩層膜結(jié)構(gòu)，外膜對(duì)小分子（Mr5000）和離子為自由透過(guò)（通過(guò)跨膜通道）。內(nèi)膜對(duì)大多數(shù)小分子及離子不透過(guò)（包括H+），只有內(nèi)膜上存在特異運(yùn)輸體的物質(zhì)可以透過(guò)。內(nèi)膜上含有呼吸鏈和ATP合成酶。線粒體基質(zhì)含有丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和檸檬酸循環(huán)途徑、脂肪酸-氧化途徑、氨基酸氧化途徑及酵解以外所有能量物質(zhì)氧化途徑。當(dāng)前13頁(yè)，總共47頁(yè)。線粒體結(jié)構(gòu)當(dāng)前14頁(yè)，總共47頁(yè)。生物氧化的方式與特點(diǎn)1.方式脫電子、脫氫、加氧，本質(zhì)：電子轉(zhuǎn)移2.特點(diǎn)逐步進(jìn)行，逐步完成，有合適的落差，相互偶聯(lián)。在體溫下，在細(xì)胞內(nèi)酶的催化下逐步完成的。釋放的能量大部分儲(chǔ)存在ATP中，能量利用率高。當(dāng)前15頁(yè)，總共47頁(yè)。電子傳遞過(guò)程和氧化呼吸鏈生物氧化最終產(chǎn)物：水和CO2

CO2:由糖、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物通過(guò)TCA途徑轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物，然后脫羧基而生成水：通過(guò)電子傳遞過(guò)程實(shí)現(xiàn)當(dāng)前16頁(yè)，總共47頁(yè)。電子傳遞過(guò)程電子從還原型輔酶，通過(guò)一系列按照電子親和力遞增的順序排列的電子傳遞體所構(gòu)成的電子傳遞鏈傳遞到氧的過(guò)程。構(gòu)成電子傳遞鏈的電子傳遞體都是一些具有氧化還原作用的電子載體。當(dāng)前17頁(yè)，總共47頁(yè)。生物氧化體系—呼吸鏈(respiratorychain)生物氧化體系解決的是有機(jī)物脫氫及氫的去路問(wèn)題，即解決有機(jī)物是如何通過(guò)一系列特異性的酶催化的反應(yīng)脫氫、遞氫和遞電子，把氫交給氧生成水，并產(chǎn)生ATP的問(wèn)題。定義：又稱電子傳遞鏈，是指代謝物上脫下的氫經(jīng)過(guò)一系列遞氫體和遞電子體的依次傳遞，最后傳給被激活的氧分子，從而生成水的全部體系，如同接力棒一樣，這種形式的反應(yīng)——呼吸鏈。遞氫體：呼吸鏈中參與傳遞H的輔酶或輔基遞電子體：呼吸鏈中參與傳遞電子的輔酶或輔基當(dāng)前18頁(yè)，總共47頁(yè)。呼吸鏈的組成及作用機(jī)理(1)煙酰胺脫氫酶類（nicotinamidedehydrogenases)(或稱吡啶脫氫酶類，pyridinedehydrogenases)：以NADNADP為輔酶(2)黃素酶類（flavoprotein,flavinlinkeddehydrogenase,NADHdehydrogenase)黃素單核苷酸（FMN)黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD)(3)鐵硫蛋白類(4)輔酶Q(coenzymeQ,CoQ)(泛醌ubiquinone)(5)細(xì)胞色素類（cytochromes)Cytb,Cytc,Cytc1,Cyta1a3當(dāng)前19頁(yè)，總共47頁(yè)。人體組織最普遍最重要的呼吸鏈

以NAD+(CoI)或NADP+(CoII)為輔酶的脫氫酶 黃素蛋白（黃酶，yellowenzyme,flavoprotein,FP）

輔酶Q(CoQ,泛醌，ubiquinone)

細(xì)胞色素復(fù)合物(cytochromecomplex)組成兩條呼吸鏈：

S.NAD+FP1（FMN)CoQbc1c(a+a3)1/2O2

FP2(FAD)

S.當(dāng)前20頁(yè)，總共47頁(yè)。呼吸鏈中傳遞體排列順序的依據(jù)通過(guò)每一個(gè)傳遞體的氧化還原電勢(shì)來(lái)確定用分光光度法利用抑制劑來(lái)確定當(dāng)前21頁(yè)，總共47頁(yè)。呼吸主鏈和呼吸支鏈呼吸主鏈：蘋(píng)果酸，丙酮酸，檸檬酸等呼吸支鏈：琥珀酸，脂酰CoA，α-磷酸甘油當(dāng)前22頁(yè)，總共47頁(yè)。電子傳遞的抑制劑魚(yú)藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素抗霉素A氰化物、硫化氫、疊氮化物、co等當(dāng)前23頁(yè)，總共47頁(yè)。抑制劑的作用部位當(dāng)前24頁(yè)，總共47頁(yè)。

ATP合成的類型代謝物水平磷酸化（底物水平磷酸化）氧化磷酸化當(dāng)前25頁(yè)，總共47頁(yè)。底物水平磷酸化（SubstrateLevelPhosphorylation)代謝物質(zhì)分解過(guò)程中，底物分子因脫氫、脫水等作用，能量在分子內(nèi)部重排（重新分布）形成高能磷酸酯鍵，并通過(guò)酶的作用使ADP形成ATP。當(dāng)前26頁(yè)，總共47頁(yè)。氧化磷酸化

（OxidativePhosphorylation)

生物氧化過(guò)程中，代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化為水時(shí)所釋放的能量轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP的過(guò)程。實(shí)際上是氧化作用與氧化作用過(guò)程釋放的能量用于形成ATP過(guò)程（磷酸化作用）兩種作用的偶聯(lián)反應(yīng)。當(dāng)前27頁(yè)，總共47頁(yè)。氧化磷酸化與底物水平磷酸化區(qū)別：底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接與一個(gè)代謝中間物上的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移相偶聯(lián)氧化磷酸化：指ATP的生成是基于與電子傳遞相偶聯(lián)的磷酸化作用。當(dāng)前28頁(yè)，總共47頁(yè)。磷氧比（P/O）代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化生成水，一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳遞到O2生成水所產(chǎn)生的ATP分子的數(shù)目（即消耗1分子O2所產(chǎn)生ATP的數(shù)目）稱為磷氧比（P/O）。代謝物脫下的2H經(jīng)NADH氧化呼吸鏈被氧化為水時(shí)，生成3ATP（P/O3），而經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈氧化為水時(shí)，生成2ATP（P/O2）。新近的研究結(jié)果支持這樣的結(jié)論，2H經(jīng)NADH氧化呼吸鏈被氧化為水時(shí)，生成2.5ATP；而經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈氧化為水時(shí)，生成1.5ATP。當(dāng)前29頁(yè)，總共47頁(yè)。呼吸鏈中ATP的產(chǎn)生當(dāng)前30頁(yè)，總共47頁(yè)。氧化磷酸化的解偶聯(lián)和抑制解偶聯(lián)電子傳遞和ATP形成在正常細(xì)胞內(nèi)總是相偶聯(lián)的。ATP形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。當(dāng)前31頁(yè)，總共47頁(yè)。解偶聯(lián)劑的作用使電子傳遞和ATP形成兩個(gè)過(guò)程分離，失掉它們的緊密聯(lián)系。它只抑制ATP的形成過(guò)程，不抑制電子傳遞過(guò)程，使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋５湫偷慕馀悸?lián)劑：DNP（2，4-二硝基苯酚）注：解偶聯(lián)劑作用只抑制氧化磷酸化過(guò)程中ATP的形成，對(duì)底物水平磷酸化沒(méi)有影響。當(dāng)前32頁(yè)，總共47頁(yè)。思考以前有人曾經(jīng)考慮過(guò)使用解偶聯(lián)劑如DNP作為減肥藥，但不久就放棄使用，為什么？檸檬酸P/O？琥珀酸P/O？在魚(yú)藤酮存在的情況下，蘋(píng)果酸P/O？琥珀酸的P/O？在DNP存在的條件下，蘋(píng)果酸P/O？琥珀酸的P/O？當(dāng)前33頁(yè)，總共47頁(yè)。DNP作為一種解偶聯(lián)劑，能夠破壞線粒體內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子梯度，使質(zhì)子梯度轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽皇茿TP。在解偶聯(lián)狀態(tài)下，電子傳遞過(guò)程完全是自由進(jìn)行的，底物失去控制的被快速氧化，細(xì)胞的代謝速率將大幅度提高。這些將導(dǎo)致機(jī)體組織消耗其存在的能源形式，如糖原和脂肪，因此有減肥的功效。但是由于這種消耗是失去控制的消耗，同時(shí)消耗過(guò)程中過(guò)分產(chǎn)熱，這勢(shì)必會(huì)給機(jī)體帶來(lái)強(qiáng)烈的副作用。當(dāng)前34頁(yè)，總共47頁(yè)?；瘜W(xué)滲透假說(shuō)

(ChemiosmoticHypothesis)

1961,PeterMitchell（1920-1992）（英生化學(xué)家）提出，因此獲得1978年諾貝爾獎(jiǎng)。電子傳遞的結(jié)果把H+從線粒體內(nèi)膜基質(zhì)泵到膜外空間，形成一個(gè)跨線粒體內(nèi)膜的H+梯度，其中所含的化學(xué)滲透能正是促進(jìn)ATP合成所需能量，這種能量被稱為質(zhì)子推動(dòng)力或質(zhì)力(Proton-motiveforce)。

當(dāng)前35頁(yè)，總共47頁(yè)。化學(xué)滲透模型（ChemiosmoticModel)當(dāng)前36頁(yè)，總共47頁(yè)。電子傳遞鏈中的四個(gè)蛋白復(fù)合體當(dāng)前37頁(yè)，總共47頁(yè)。電子傳遞鏈當(dāng)前38頁(yè)，總共47頁(yè)。電子傳遞鏈當(dāng)前39頁(yè)，總共47頁(yè)。ATP合成酶及ATP合成

當(dāng)前40頁(yè)，總共47頁(yè)。穿梭系統(tǒng)（ShuttleSystems)

有些NADH是在胞液中產(chǎn)生的，而呼吸鏈位于線粒體的內(nèi)膜上，線粒體的內(nèi)膜對(duì)NADH不能透過(guò)，必須通過(guò)一定的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制才能保證底物分子脫下的H可以通過(guò)呼吸鏈遞氫和遞電子被徹底氧化，釋放能量。這種轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制即為穿梭系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)穿梭系統(tǒng)把胞液中的NADH轉(zhuǎn)變?yōu)榫€粒體內(nèi)的NADH經(jīng)呼吸鏈被氧化。包括磷酸甘油穿梭、蘋(píng)果酸-草酰乙酸穿梭。當(dāng)前41頁(yè)，總共47頁(yè)。α-磷酸甘油穿梭當(dāng)前42頁(yè)，總共47頁(yè)。蘋(píng)果酸穿梭當(dāng)前43頁(yè)，總共47頁(yè)。本章內(nèi)容綱要總結(jié)新陳代謝概念，特點(diǎn)生物氧化概念，特點(diǎn)及過(guò)程氧化磷酸化與底物水平磷酸化概念及區(qū)別呼吸鏈概念，組成，排列順序及功能P/O值，抑制劑，解偶聯(lián)劑兩種穿梭系統(tǒng)當(dāng)前44頁(yè)，總共47頁(yè)。復(fù)習(xí)題

1．生物氧化有3種方式：_________、___________和__________。2．生物氧化是氧化還原過(guò)程，在此過(guò)程中有_________、_________和________參與。3．原核生物的呼吸鏈位于_________。4.△G0‘為負(fù)值是_________反應(yīng)，可以_________進(jìn)行。5．生物分子的E0＇值小，則電負(fù)性_________，供出電子的傾向_________。6．細(xì)胞色素a的輔基是_________與蛋白質(zhì)以_________鍵結(jié)合。7．在無(wú)氧條件下，呼吸鏈各傳遞體都處于_________狀態(tài)。8．磷酸甘油與蘋(píng)果酸經(jīng)穿梭后進(jìn)人呼吸鏈氧化，其P/O比分別為_(kāi)____和_____。當(dāng)前45頁(yè)，總共47頁(yè)。復(fù)習(xí)題9．反應(yīng)的自由能變化用_________表示，標(biāo)準(zhǔn)自由能變化用_________表示，生物化學(xué)中pH7.0時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化則表示為_(kāi)________。10．真核細(xì)胞生物氧化的主要場(chǎng)所是_________，呼吸鏈和氧化磷酸化偶聯(lián)因子都定位于_________。11．在呼吸鏈中，氫或電子從_________的載體依次向_________的載體傳遞。12．魚(yú)藤酮，抗霉素