生物化學(xué)代謝總論與生物氧化ppt課件

1、本本本課課課件件件由由由西西西華華華大大大學(xué)學(xué)學(xué)生生生物物物工工工程程程學(xué)學(xué)學(xué)院院院車車車振振振明明明制制制作作作 新陳代謝是生物體最根本的特征，是生命存在的前提。1.狹義概念：是指細(xì)胞內(nèi)所發(fā)生的酶促反響過程，稱為中間代謝。這是代謝活動的主體，也是代謝研討的主要內(nèi)容。2.廣義概念：是生物與外界環(huán)境進(jìn)展物質(zhì)與能量交換的全過程。即：生物體內(nèi)所閱歷的一切化學(xué)變化。包括消化、吸收、中間代謝及排泄等階段。本本本課課課件件件由由由西西西華華華大大大學(xué)學(xué)學(xué)生生生物物物工工工程程程學(xué)學(xué)學(xué)院院院車車車振振振明明明制制制作作作 合成代謝合成代謝 分解代謝分解代謝 物質(zhì)代謝能量代謝新陳代謝新陳代謝圖解同化作用異化作

2、用小分子 大分子需求能量釋放能量大分子 小分子PS1EA2EB3EC4ED5E 式中S代表代謝底物，P代表產(chǎn)物，E代表酶。從S到P之間的一系列過渡產(chǎn)物稱為中間產(chǎn)物。底物、中間產(chǎn)物、終產(chǎn)物統(tǒng)稱為代謝物。不同代謝途徑所具有的一樣的中間產(chǎn)物稱為公共中間產(chǎn)物。經(jīng)過公共中間產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)途徑間的相互聯(lián)絡(luò)，調(diào)理代謝物質(zhì)的流向，維持細(xì)胞中各種物質(zhì)的代謝平衡。本本本課課課件件件由由由西西西華華華大大大學(xué)學(xué)學(xué)生生生物物物工工工程程程學(xué)學(xué)學(xué)院院院車車車振振振明明明制制制作作作 中間代謝的研討內(nèi)容很多，研討目的不同，所用的生物資料和實(shí)驗(yàn)方法也不一樣。為討論代謝途徑及其調(diào)理機(jī)理，動物、植物、微生物資料都可以作為實(shí)驗(yàn)對象。

3、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料的程度，常將實(shí)驗(yàn)分為活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和活體外實(shí)驗(yàn)。1.活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)整體實(shí)驗(yàn) 用整體生物資料或高等動物離體器官或微生物細(xì)胞群體進(jìn)展中間代謝實(shí)驗(yàn)研討稱為活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果代表生物體在正常生理?xiàng)l件下整體代謝情況，比較接近生物體的實(shí)踐。 典型例子：1904年，德國化學(xué)家Knoop提出的脂肪酸-氧化學(xué)說。2同位素標(biāo)志法 1941年，Rudolf Schoenheimer初次采用同位素標(biāo)志法進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。 同位素種類：穩(wěn)定同位素和放射性同位素。二者區(qū)別：能否衰變、能否有射線。 常用的穩(wěn)定同位素有：重氫2H或D、15N、13C、18O等。 用“穩(wěn)定性同位素標(biāo)志的化合物可用質(zhì)譜儀定量測定，也可用超離心法

4、分別鑒定。 根據(jù)放射線同位素衰變時(shí)放出的射線性質(zhì)，可以用專門儀器或公用方法測定。常用的放射性同位素有氘T或3H、14C、32P、34S、131I。優(yōu)點(diǎn)：1同位素標(biāo)志法特異性強(qiáng)，靈敏度高，測定方法簡便。2放射性同位素分析方法比穩(wěn)定同位素更方便、靈敏，運(yùn)用更普遍。缺陷：放射性同位素對人體有毒害，某些同位素的半衰期長，容易呵斥環(huán)境污染，所以需求在專門的同位素實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)展。4.測定特征性酶 每條代謝途徑都有其特征性酶，它的存在就闡明該代謝途徑存在。例如：糖代謝途徑中的特征酶：EMP途徑：醛縮酶HMP途徑：6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶TCA途徑：檸檬酸合成酶5.核磁共振波譜法nuclear magnetic r

5、esonance spectroscopy，簡稱NMR 核磁共振譜可反映分子中各個(gè)原子所處的形狀。由布洛赫和巴塞爾于1948年建立，因此獲得1952年諾貝爾獎(jiǎng)。 運(yùn)用最多的有13C譜、19F譜、31P譜和15N譜。 特點(diǎn)：樣品不受破壞，且能最真實(shí)地反映機(jī)體內(nèi)的化學(xué)反響情況。本本本課課課件件件由由由西西西華華華大大大學(xué)學(xué)學(xué)生生生物物物工工工程程程學(xué)學(xué)學(xué)院院院車車車振振振明明明制制制作作作 H2O12O2O2-MH2復(fù)原型代復(fù)原型代 謝底物謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代

6、謝底物謝底物2eCH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脫羧酶氨基酸脫羧酶CH2-NH2RCH3CH2OHCH3CHONAD+ ADH+H+ 乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶例：例：NAD+電子傳送鏈電子傳送鏈 H2O2eO=2H+12 O2本本本課課課件件件由由由西西西華華華大大大學(xué)學(xué)學(xué)生生生物物物工工工程程程學(xué)學(xué)學(xué)院院院車車車振振振明明明制制制作作作 nG0反響到達(dá)平衡放能，反響自發(fā)進(jìn)展吸能，反響不能自發(fā)進(jìn)展G= B A BADCRTGGln0 keqRTBADCRTGlnln0:0E

7、 E0 E0電子受體 E0電子供體電子從E0較小的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到E0較大的物質(zhì)是自在能降低的結(jié)果。其關(guān)系為： 第五節(jié) ATP與其它高能化合物腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸AMP二磷酸腺苷二磷酸腺苷 ADP三磷酸腺苷三磷酸腺苷 ATP22a.當(dāng)ATP提供能量時(shí)，在ATP遠(yuǎn)端的-磷酸基團(tuán)水解為無機(jī)磷酸分子，ATP失掉一個(gè)磷酰基而變成腺苷二磷酸。ATP+H2OADP+Pi 規(guī)范自在能變化G0= -30.514kJ/molb.在某些情況下，ATP的和磷酸基團(tuán)之間的高能鍵被水解即同時(shí)水解和-磷酸基團(tuán)，構(gòu)成AMP和焦磷酸。ATP+H2OAMP+PPi G0= -32.19kJ/mol2作為磷酸基團(tuán)供體參與磷酸化反響

8、 生化反響中，無論是分解代謝還是合成代謝，經(jīng)常需求先將反響底物分子活化，其中，磷酸化是一種普遍活化方式。ATP具有很活潑的磷酸基團(tuán)，可作為磷酸基的供體參與細(xì)胞中的磷酸化反響，此類反響由激酶催化。反響生成的磷酸化葡萄糖分子具有較高的自在能，易進(jìn)一步參與反響。3ATP參與高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反響 ATP在磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移中起“中間傳送體的作用，故稱“磷酸基團(tuán)傳送者。 磷酸烯醇式丙酮酸和1，3-二磷酸甘油酸是葡萄糖的分解的中間產(chǎn)物，葡萄糖分解為乳酸時(shí)所釋放的大部分自在能，幾乎都保管在這兩個(gè)化合物中。在細(xì)胞中這兩個(gè)化合物并不直接水解，而是經(jīng)過特殊激酶作用，以轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)的方式，將捕捉的自在能傳送給ADP從而構(gòu)

9、成ATP。而ATP分子又傾向于將它的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給具有較低磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能的化合物，例如葡萄糖和甘油，從而生成6-磷酸葡萄糖和3-磷酸甘油。其中，磷酸烯醇式丙酮酸和1，3-二磷酸甘油酸叫做“超高能化合物superhigh-energy compound，它們水解所釋放的自在能比ATP高；同理，6-磷酸葡萄糖和3-磷酸甘油叫做“低能磷酸化合物。 GTP、UTP、CTP。 其中，GTP對G蛋白的活化、蛋白質(zhì)生物合成、蛋白質(zhì)的尋靶、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)等作為推進(jìn)力提供自在能； UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用； CTP在合成磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺以及合成纖維素中起推進(jìn)作用等。三其他供能核苷酸 AT

10、P作為自在能的儲存分子，其產(chǎn)生和利用途于動態(tài)平衡中。 普通情況下，ATP在構(gòu)成后一分鐘內(nèi)就會被利用，故嚴(yán)厲說來ATP不是能量的儲存方式，而是傳送能量的物質(zhì)。細(xì)胞能量形狀的表示方法：能荷energy charge。四 ATP系統(tǒng)的動態(tài)平衡 AMPADPATPADPATP5 . 0能荷 又叫檸檬酸循環(huán)或Krebs循環(huán)。由草酰乙酸和乙酰CoA的乙酰基縮合生成檸檬酸開場，經(jīng)一系列反響又生成草酰乙酸的循環(huán)過程。三羧酸酶循環(huán)一周進(jìn)展兩次脫羧反響和四次脫氫反響，分子的乙?；谎趸煞肿覥O2、3分子的NADHH+ 、1分子的FADH2 和1分子的GTP。 三羧酸循環(huán)是由德國科學(xué)家Hans Krebs于年提

11、出，生物化學(xué)領(lǐng)域的艱苦成就當(dāng)時(shí)還沒有同位素示蹤法。Krebs于年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。a-a-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸琥珀酸琥珀酸輔酶輔酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸乙酰輔酶乙酰輔酶A A1.檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶2.順烏頭酸酶順烏頭酸酶3.異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶4. 酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶5.琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶6.琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶7.延胡索酸酶延胡索酸酶8.蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶順烏頭順烏頭酸酶酸酶順烏頭酸酶順烏頭酸酶 第一步反響不

12、可逆，檸檬酸合成酶是三羧酸循環(huán)的第一個(gè)限速酶。 重要抑制劑：氟乙酸機(jī)理：檸檬酸合成酶催化氟乙酰CoA與草酰乙酸發(fā)生縮協(xié)作用生成氟檸檬酸，妨礙TCA循環(huán)。運(yùn)用：有毒植物葉子中含有氟乙酸；殺蟲劑；滅鼠藥。CO2NAD+ NADH+H+ 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶NAD+ NADH+H+CO2 酮戊二酸酮戊二酸脫氫酶脫氫酶GDPPiGTPCoASH琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶 三羧酸循環(huán)中獨(dú)一一次底物程度磷酸化。GTP可直接利用，也可在二磷酸核苷激酶催化下，將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADP，從而生成ATP。-酮戊二酸脫氫酶系特性：1包含三種酶-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀酰轉(zhuǎn)移酶和二氫硫辛酸脫氫酶和六種輔助因子

13、TPP、硫辛酸、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+。2限速酶：受ATP、NADH和琥珀酰輔酶A的抑制。草酰乙酸草酰乙酸FAD FADH2琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶H2O延胡索酸酶延胡索酸酶NAD+NADH+H+蘋果酸蘋果酸脫氫酶脫氫酶1.總反響式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP能量能量“現(xiàn)金現(xiàn)金 : 1 GTP 能量能量“支票支票: 3 NADH 1 FADH2兌換率兌換率 1：39ATP兌換率兌換率 1：22ATP1ATP12ATP2.三羧酸循環(huán)的能量計(jì)量NADH輔輔 酶酶 QCoQFe-SCy

14、t c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等黃素蛋白黃素蛋白F AD黃素蛋白黃素蛋白FMN細(xì)胞色素類細(xì)胞色素類鐵硫蛋白鐵硫蛋白Fe-S鐵硫蛋白鐵硫蛋白Fe-S NADH復(fù)原型輔酶黃素蛋白酶類flavoproteins, FP鐵-硫蛋白類ironsulfur proteins)輔酶ubiquinone,亦寫作CoQ細(xì)胞色素類簡寫作Cyt2黃素蛋白酶類 以FAD或FMN為輔基，酶蛋白為膜的組成蛋白，遞氫機(jī)理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2如NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶FeSSSFeFeFeSSCSSCCFe3+e-eFe2+H3COH3COCH3ROO CoQ(醌型

15、或氧化型)H3COH3COCH3ROOHHHH3COH3COCH3ROHOHCoQH(半醌型) CoQH2(氫醌型或還原型) 是含鐵的電子傳送體，輔基為鐵卟啉的衍生物，鐵原子處于卟啉環(huán)的中心，構(gòu)成血紅素。各種細(xì)胞色素的輔基構(gòu)造略有不同。線粒體呼吸鏈中主要含有細(xì)胞色素a, a3、b, c 和c1等。 cyt b和cytc1、cytc在呼吸鏈中的中為電子傳送體，a和a3以復(fù)合物物存在，稱細(xì)胞色素氧化酶，其分子中除含F(xiàn)e外還含有Cu ，可將電子傳送給氧，因此亦稱其為末端氧化酶。傳送電子機(jī)理：傳送電子機(jī)理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e H2O12O2O2-MH2復(fù)原型代復(fù)

16、原型代 謝底物謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 謝底物謝底物FADH2呼吸鏈電子傳送和水的生成呼吸鏈電子傳送和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 細(xì)胞色素細(xì)胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸延胡索酸2eNADH呼吸鏈電子傳送和水的生成呼吸鏈電子傳送和水的生成1111111.氧化磷酸化 代謝物在生物氧化過程中釋放出的自在能用于合成ATP，即 ADP+PiATP 這種氧化放能和ATP生成磷酸

17、化相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化。類別有底物程度磷酸化、電子傳送程度磷酸化。ADP + Pi ATP + H2O生物氧化過程中生物氧化過程中釋放出的自在能釋放出的自在能AH2A2HNADH+H+(或 FADH2) NAD+(或 FAD)電子傳遞鏈H2O1/2 O2釋放能量ADP + PiATP合 成 酶ATP氧化過程磷酸化過程氧化磷酸化 呼吸過程中無機(jī)磷酸Pi耗費(fèi)量和分子氧O2耗費(fèi)量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳送一對電子耗費(fèi)一個(gè)氧原子，而每生成一分子ATP耗費(fèi)一分子Pi ，因此P/O的數(shù)值相當(dāng)于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳送至分子氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。NADHNADHFADH2FADH2

18、O2 O212H2OH2OH2OH2O例例 實(shí)測得實(shí)測得NADHNADH呼吸鏈：呼吸鏈： P/O 3 P/O 3ADP+Pi ATPADP+Pi ATP實(shí)測得實(shí)測得FADH2FADH2呼吸鏈：呼吸鏈： P/O 2 P/O 2 O2 O2122e-2e-ADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP G0=-nFE0 合成ATP需自在能51.6KJ/mol，經(jīng)計(jì)算可以得知，NADP呼吸鏈上有三個(gè)部位可以滿足這個(gè)條件，F(xiàn)ADH2呼吸鏈上有兩個(gè)部位可以滿足。NADH CoQ：G0=-29

19、6.5 0.33=-63.7KJ/molCoc Cytc1：G0= -296.5 0.31=-59.8KJ/molCyta3 O2：G0= -296.5 0.58=-111.9KJ/molNADHFMNCoQCytbCytc1CytcCytaa3O2FADH2 PADP ATP PADP ATP PADP ATP1 1能量偶聯(lián)假說能量偶聯(lián)假說 19531953年年 Edward Slater Edward Slater 化學(xué)偶聯(lián)假說化學(xué)偶聯(lián)假說 19641964年年 Paul Boyer Paul Boyer 構(gòu)象偶聯(lián)假說構(gòu)象偶聯(lián)假說 19611961年年 Peter Mitchell Pet

20、er Mitchell 化學(xué)浸透假說化學(xué)浸透假說19781978年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)2 2ATPATP合成的機(jī)制合成的機(jī)制化學(xué)浸透假說化學(xué)浸透假說(chemiosmotic hypothasis)(chemiosmotic hypothasis) 電子傳送的自在能電子傳送的自在能驅(qū)動驅(qū)動H+H+從線粒體基質(zhì)從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進(jìn)入到膜間跨過內(nèi)膜進(jìn)入到膜間隙，從而構(gòu)成隙，從而構(gòu)成H+H+跨線跨線粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯粒體內(nèi)膜的電化學(xué)梯度，這個(gè)梯度的電化度，這個(gè)梯度的電化學(xué)勢學(xué)勢( ( H+ )H+ )驅(qū)動驅(qū)動ATPATP的合成。的合成。內(nèi)膜內(nèi)膜F0F1 ATPF0F1 ATP酶酶e-e-ADP+PiADP+Pi底物底物H+H+ATPATPH+H+H+H+H+H+基質(zhì)基質(zhì)膜間隙膜