七新陳代謝總論與生物氧化

七新陳代謝總論與生物氧化第1頁/共46頁一新陳代謝總論（一）新陳代謝的概念新陳代謝

合成代謝（同化作用）

分解代謝（異化作用）生物小分子合成為生物大分子需要能量釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝第2頁/共46頁新陳代謝的共同特點：1.由酶催化，反應條件溫和。2.諸多反應有嚴格的順序，彼此協(xié)調(diào)。3.對周圍環(huán)境高度適應。功能環(huán)境中獲得物質(zhì)將外界引入的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨硇枰慕Y(jié)構(gòu)元件將結(jié)構(gòu)元件裝配成自身的大分子形成或分解生物特殊功能所需要的生物分子提供生命活動所需的一切能量第3頁/共46頁（二）新陳代謝的研究方法1.活體內(nèi)(invivo)與活體外實驗(invitro)2.同位素示蹤3.代謝途徑阻斷第4頁/共46頁（三）生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律第一定律：能量守恒定律第二定律：任一種物理或化學的過程都自發(fā)的趨向于增加體系與環(huán)境的總熵ΔG=ΔH-TΔS對于A+B←→C+DΔG°=-2.303RTlgKK=[C][D]/[A][B]第5頁/共46頁自由能（freeenergy）G=H-TSΔＧ=ΔH-TΔS自由能的變化能預示某一過程能否自發(fā)進行，即：

ΔG<0，反應能自發(fā)進行

ΔG>0，反應不能自發(fā)進行

ΔG=0，反應處于平衡狀態(tài)。ΔG°=-2.303RTlgKK=[C][D]/[A][B]第6頁/共46頁（四）高能化合物與ATP的作用高能化合物：在生化反應中，某些化合物含自由能特多者，即隨水解反應或基團轉(zhuǎn)移反應可放出大量自由能的高能鍵（～）：酸酐鍵水解能釋放出大量的自由能；釋放出5000cal以上自由能的鍵鍵能：斷裂一個化學鍵所需要提供的能量高能鍵：該鍵水解時所釋放出的大量自由能第7頁/共46頁高能化合物磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氮型硫酯鍵化合物甲硫鍵化合物烯醇磷酸化合物酰基磷酸化合物焦磷酸化合物第8頁/共46頁?；姿峄衔镆阴Ａ姿岚奔柞Ａ姿岬?頁/共46頁烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸第10頁/共46頁硫酯鍵型化合物乙酰基輔酶A第11頁/共46頁ATP+H2OADP+PiΔG0’=-30.5KJ/molADP+H2OAMP+PiΔG0’=-30.5KJ/molAMP+H2O腺苷+PiΔG0’=-14.2KJ/molATP的結(jié)構(gòu)焦磷酸化合物第12頁/共46頁第13頁/共46頁

二、生物氧化——有機物質(zhì)在生物體細胞內(nèi)的氧化（一）生物氧化的特點1.在體溫、近于中性的含水環(huán)境中由酶催化。2.能量逐步釋放，部分存于ATP。3.分為線粒體氧化體系和非線粒體氧化體系。第14頁/共46頁*生物氧化與體外氧化（燃燒）的相同點①生物氧化中物質(zhì)的氧化方式遵循氧化還原反應的一般規(guī)律。②物質(zhì)在體內(nèi)外氧化時所消耗的氧量、最終產(chǎn)物（CO2，H2O）和釋放能量均相同。第15頁/共46頁第16頁/共46頁第17頁/共46頁（二）CO2的生成生物體內(nèi)CO2的生成來源于糖、脂類、蛋白質(zhì)等有機物轉(zhuǎn)變?yōu)楹然衔锏拿擊茸饔谩Ｕ婧松铩€粒體原核生物——細胞膜第18頁/共46頁直接脫羧CH3CCOOHOCH3CHO+CO2丙酮酸脫羧酶（α-脫羧）HOOCCH2CCOOHαβ丙酮酸羧化酶CH3CCOOH+CO2OO（β-脫羧）氧化脫羧：在脫羧過程中伴隨著氧化（脫氫）。HOOCCH2CHOHCOOHCH3CCOOH+CO2NADP+NADPH+H+O蘋果酸第19頁/共46頁（三）H2O的生成代謝物脫下的氫經(jīng)生物氧化作用和吸入的氧結(jié)合生成水。生物體主要以脫氫酶、傳遞體及氧化酶組成生物氧化體系，以促進水的生成。MH2M遞氫體遞氫體H2NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ還原型氧化型Cyt遞電子體

b,c1,c,aa32H+2e?

O2O2-H2O脫氫酶氧化酶第20頁/共46頁1、呼吸鏈（又稱電子傳遞鏈）：代謝物上氫原子被脫氫酶激活脫落后，經(jīng)一系列電子傳遞體，最后傳遞給被激活的氧分子而生成水的全部體系呼吸鏈的類型：1）NADH呼吸鏈：產(chǎn)生3個ATP2）FADH2呼吸鏈：產(chǎn)生2個ATP第21頁/共46頁NADH電子傳遞鏈

FADH2電子傳遞鏈第22頁/共46頁第23頁/共46頁第24頁/共46頁第25頁/共46頁第26頁/共46頁第27頁/共46頁第28頁/共46頁第29頁/共46頁

在aa3分子中除Fe卟啉外，還有兩個Cu原子，依靠Cu化合價變化把電子從a3傳到氧FeS2Cub——c1——c——a——a3O2第30頁/共46頁細胞色素氧化酶催化氧接收4個電子的過程第31頁/共46頁MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1+0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18魚藤酮安密妥殺粉蝶菌素抑制劑：抗霉素A二巰基丙醇氰化物CN-疊氮化合物N3-CO3.呼吸鏈中傳遞體的順序

組分在鏈上的位置次序與其得失電子趨勢的強度有關(guān)。電子總是從低氧化還原電位向高的電位上流動，氧化還原電位Eo’數(shù)值愈低，即供電子的傾向愈大，愈易成為還原劑，而處在呼吸鏈前面。第32頁/共46頁（四）氧化磷酸化作用——與生物氧化作用相伴而生的磷酸化作用；是將生物氧化過程中釋放的自由能，用以使ADP和無機磷酸生成ATP的作用電子傳遞和氧化磷酸化真核生物——線粒體內(nèi)膜原核生物——漿膜底物水平磷酸化電子傳遞體系磷酸化第33頁/共46頁1.ATP的生成（1）底物水平磷酸化X~+ADP→ATP+XP：在被氧化的底物上發(fā)生磷酸化作用。ADP+Pi+能量→ATPAMP+PPi+能量→ATP底物在氧化過程中所形成的高能磷酸化合物第34頁/共46頁第35頁/共46頁（2）電子傳遞體系磷酸化：電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體系傳遞給氧形成水，同時伴有ADP磷酸化為ATP。NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→a→a3→O2PPP3ADP3ATPP/O比值：每消耗1mol氧所消耗無機磷酸的摩爾數(shù)NADH的P/O=3FADH2的P/O=2第36頁/共46頁能量（電池所做的功）＝電位差×電量⊿Go'=-nF⊿Eo'⊿Go－自由能n－電子轉(zhuǎn)移數(shù)F－Farady常數(shù)96.49kJ/V⊿Eo－電位差值如細胞色素a→1/2O2⊿G’＝－2×96.49×（0.816－0.29）＝－99.9kJ/mol每合成1molATP需能30.53kJ第37頁/共46頁2.胞液中NADH的氧化磷酸化NADH+H+NAD+二羥磷酸丙酮甘油-α-磷酸線粒體內(nèi)膜甘油-α-磷酸穿梭作用甘油-α-磷酸FAD二羥磷酸丙酮FADH2NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2第38頁/共46頁酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+蘋果酸蘋果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸鏈蘋果酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運NADH系統(tǒng)細胞質(zhì)線粒體內(nèi)膜線粒體基質(zhì)第39頁/共46頁第40頁/共46頁3.氧化磷酸化作用機理化學滲透學說

氧化磷酸化作用的關(guān)鍵因素是質(zhì)子（H+）梯度和完整的線粒體內(nèi)膜?；瘜W偶聯(lián)學說形成高能中間產(chǎn)物，促使ATP生成。結(jié)構(gòu)偶聯(lián)學說Ared+Box2eA*ox+BredA*ox+ADP+Pi→Aox+ATP第41頁/共46頁MH2MNAD+2H+FeS2e2H+FMN2H+Cytb2H+2eCoQ2H+Cytc1CytcCytaa32e?O2O2-X-+IO-XHIOHH2OX~IX~IX~I

頭部ATP合酶ADP+PiATP2H+X-+IO-H2O化學滲透學說第42頁/共46頁第43頁/共46頁ⅢⅠⅡⅣF0F1CytcQNADH+H+NAD+延胡索酸琥珀酸H+1/2O2+2H+H2OADP+PiATPH+H+H+胞液側(cè)基質(zhì)側(cè)++++++++++-