新陳代謝總論與生物氧化用

第七章新陳代謝總論

與生物氧化現(xiàn)在是1頁\一共有47頁\編輯于星期二第一節(jié)新陳代謝總論一、新陳代謝的概念二、新陳代謝的過程三、新陳代謝的特點四、碳和能的來源五、中間代謝六、代謝的研究方法

現(xiàn)在是2頁\一共有47頁\編輯于星期二新陳代謝（metabolism)的概念是指生物體與外界環(huán)境所進行的物質(zhì)和能量的交換過程，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、肌肉收縮、光合作用等?，F(xiàn)在是3頁\一共有47頁\編輯于星期二新陳代謝的過程包括物質(zhì)代謝和能量代謝新陳代謝的過程包括營養(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)酵現(xiàn)在是4頁\一共有47頁\編輯于星期二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)分解過程中釋放的能量一部分能夠暫時以某種形式儲存起來，以備需要時用于耗能的反應(yīng)中，主要以ATP的形式儲存，另一部分以熱能的形式散失，熱能只能用來維持體溫?，F(xiàn)在是5頁\一共有47頁\編輯于星期二ATP中的磷酸鍵現(xiàn)在是6頁\一共有47頁\編輯于星期二新陳代謝的特點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)是在長期的進化過程中逐步形成、完善的

現(xiàn)在是7頁\一共有47頁\編輯于星期二碳和能的來源1.碳的來源自養(yǎng)細胞（CO2）、異養(yǎng)細胞(有機碳化合物）2.能的來源光合作用: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

現(xiàn)在是8頁\一共有47頁\編輯于星期二中間代謝現(xiàn)在是9頁\一共有47頁\編輯于星期二六、代謝的研究方法活體內(nèi)與活體外實驗同位素示蹤法代謝途徑阻斷現(xiàn)在是10頁\一共有47頁\編輯于星期二第二節(jié)生物氧化

（BiologicalOxidation）現(xiàn)在是11頁\一共有47頁\編輯于星期二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)等在生物活細胞內(nèi)進行的一系列的氧化分解作用，最終生成H2O和CO2,同時釋放能量的過程，又稱細胞呼吸或組織呼吸。現(xiàn)在是12頁\一共有47頁\編輯于星期二生物氧化發(fā)生的場所Lehninger發(fā)現(xiàn)，線粒體是真核生物氧化磷酸化的場所，開始了生物能傳導(dǎo)的新世代。線粒體有兩層膜結(jié)構(gòu)，外膜對小分子（Mr5000）和離子為自由透過（通過跨膜通道）。內(nèi)膜對大多數(shù)小分子及離子不透過（包括H+），只有內(nèi)膜上存在特異運輸體的物質(zhì)可以透過。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?，F(xiàn)在是13頁\一共有47頁\編輯于星期二線粒體結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是14頁\一共有47頁\編輯于星期二生物氧化的方式與特點1.方式脫電子、脫氫、加氧，本質(zhì)：電子轉(zhuǎn)移2.特點逐步進行，逐步完成，有合適的落差，相互偶聯(lián)。在體溫下，在細胞內(nèi)酶的催化下逐步完成的。釋放的能量大部分儲存在ATP中，能量利用率高。現(xiàn)在是15頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞過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)等有機物通過TCA途徑轉(zhuǎn)變成含羧基的化合物，然后脫羧基而生成水：通過電子傳遞過程實現(xiàn)現(xiàn)在是16頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞過程電子從還原型輔酶，通過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?，F(xiàn)在是17頁\一共有47頁\編輯于星期二生物氧化體系—呼吸鏈(respiratorychain)生物氧化體系解決的是有機物脫氫及氫的去路問題，即解決有機物是如何通過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的問題。定義：又稱電子傳遞鏈，是指代謝物上脫下的氫經(jīng)過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現(xiàn)在是18頁\一共有47頁\編輯于星期二呼吸鏈的組成及作用機理(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)細胞色素類（cytochromes)Cytb,Cytc,Cytc1,Cyta1a3現(xiàn)在是19頁\一共有47頁\編輯于星期二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.現(xiàn)在是20頁\一共有47頁\編輯于星期二呼吸鏈中傳遞體排列順序的依據(jù)通過每一個傳遞體的氧化還原電勢來確定用分光光度法利用抑制劑來確定現(xiàn)在是21頁\一共有47頁\編輯于星期二呼吸主鏈和呼吸支鏈呼吸主鏈：蘋果酸，丙酮酸，檸檬酸等呼吸支鏈：琥珀酸，脂酰CoA，α-磷酸甘油現(xiàn)在是22頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞的抑制劑魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素抗霉素A氰化物、硫化氫、疊氮化物、co等現(xiàn)在是23頁\一共有47頁\編輯于星期二抑制劑的作用部位現(xiàn)在是24頁\一共有47頁\編輯于星期二

ATP合成的類型代謝物水平磷酸化（底物水平磷酸化）氧化磷酸化現(xiàn)在是25頁\一共有47頁\編輯于星期二底物水平磷酸化（SubstrateLevelPhosphorylation)代謝物質(zhì)分解過程中，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，并通過酶的作用使ADP形成ATP。現(xiàn)在是26頁\一共有47頁\編輯于星期二氧化磷酸化

（OxidativePhosphorylation)

生物氧化過程中，代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化為水時所釋放的能量轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP的過程。實際上是氧化作用與氧化作用過程釋放的能量用于形成ATP過程（磷酸化作用）兩種作用的偶聯(lián)反應(yīng)?，F(xiàn)在是27頁\一共有47頁\編輯于星期二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的形成直接與一個代謝中間物上的磷酸基團轉(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?，F(xiàn)在是28頁\一共有47頁\編輯于星期二磷氧比（P/O）代謝物脫下的氫經(jīng)呼吸鏈氧化生成水，一對電子經(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，生成3ATP（P/O3），而經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈氧化為水時，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，生成2.5ATP；而經(jīng)琥珀酸氧化呼吸鏈氧化為水時，生成1.5ATP。現(xiàn)在是29頁\一共有47頁\編輯于星期二呼吸鏈中ATP的產(chǎn)生現(xiàn)在是30頁\一共有47頁\編輯于星期二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才能推動電子的傳遞?，F(xiàn)在是31頁\一共有47頁\編輯于星期二解偶聯(lián)劑的作用使電子傳遞和ATP形成兩個過程分離，失掉它們的緊密聯(lián)系。它只抑制ATP的形成過程，不抑制電子傳遞過程，使電子傳遞所產(chǎn)生的自由能都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。典型的解偶?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程中ATP的形成，對底物水平磷酸化沒有影響?，F(xiàn)在是32頁\一共有47頁\編輯于星期二思考以前有人曾經(jīng)考慮過使用解偶聯(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？在魚藤酮存在的情況下，蘋果酸P/O？琥珀酸的P/O？在DNP存在的條件下，蘋果酸P/O？琥珀酸的P/O？現(xiàn)在是33頁\一共有47頁\編輯于星期二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?，而不是ATP。在解偶聯(lián)狀態(tài)下，電子傳遞過程完全是自由進行的，底物失去控制的被快速氧化，細胞的代謝速率將大幅度提高。這些將導(dǎo)致機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，同時消耗過程中過分產(chǎn)熱，這勢必會給機體帶來強烈的副作用?，F(xiàn)在是34頁\一共有47頁\編輯于星期二化學(xué)滲透假說

(ChemiosmoticHypothesis)

1961,PeterMitchell（1920-1992）（英生化學(xué)家）提出，因此獲得1978年諾貝爾獎。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ATP合成所需能量，這種能量被稱為質(zhì)子推動力或質(zhì)力(Proton-motiveforce)。

現(xiàn)在是35頁\一共有47頁\編輯于星期二化學(xué)滲透模型（ChemiosmoticModel)現(xiàn)在是36頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞鏈中的四個蛋白復(fù)合體現(xiàn)在是37頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞鏈現(xiàn)在是38頁\一共有47頁\編輯于星期二電子傳遞鏈現(xiàn)在是39頁\一共有47頁\編輯于星期二ATP合成酶及ATP合成

現(xiàn)在是40頁\一共有47頁\編輯于星期二穿梭系統(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NADH不能透過，必須通過一定的轉(zhuǎn)運機制才能保證底物分子脫下的H可以通過呼吸鏈遞氫和遞電子被徹底氧化，釋放能量。這種轉(zhuǎn)運機制即為穿梭系統(tǒng)，經(jīng)過穿梭系統(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、蘋果酸-草酰乙酸穿梭?，F(xiàn)在是41頁\一共有47頁\編輯于星期二α-磷酸甘油穿梭現(xiàn)在是42頁\一共有47頁\編輯于星期二蘋果酸穿梭現(xiàn)在是43頁\一共有47頁\編輯于星期二本章內(nèi)容綱要總結(jié)新陳代謝概念，特點生物氧化概念，特點及過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)現(xiàn)在是44頁\一共有47頁\編輯于星期二復(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程，在此過程中有_________、_________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_________進行。5．生物分子的E0＇值小，則電負(fù)性_________，供出電子的傾向_________。6．細胞色素a的輔基是_________與蛋白質(zhì)以_________鍵結(jié)合。7．在無氧條件下，呼吸鏈各傳遞體都處于_________狀態(tài)。8．磷酸甘油與蘋果酸經(jīng)穿梭后進人呼吸鏈氧化，其P/O比分別為_____和_____。現(xiàn)在是45頁\一共有47頁\編輯于星期二復(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時的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化則表示為_________。10．真核細胞生物氧化的主要場所是_________，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______