第五章 新陳代謝總論與生物氧化

第五章新陳代謝總論與生物氧化一.新陳代謝總論（一）新陳代謝1.概念：2.作用：3.特點：4.實質(zhì)：新陳代謝的概念生物體一方面從環(huán)境中攝取食物作為營養(yǎng)物質(zhì)，另一方面將自身的物質(zhì)分解成為廢物，排泄到環(huán)境中去的過程稱為新陳代謝或物質(zhì)代謝。新陳代謝合成代謝（同化作用）生物小分子合成生物大分子需要能量分解代謝（異化作用）釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝能量代謝：伴隨生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝所發(fā)生的一切能量的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化和利用過程。新陳代謝的作用1.生物體通過新陳代謝獲得它所必需的能量。2.通過新陳代謝建造和修復(fù)生物體。3.通過新陳代謝完成遺傳信息的儲存、傳遞和表達，使生物體繁衍生息。新陳代謝的特點１.由多步化學(xué)反應(yīng)組成各反應(yīng)間有嚴(yán)格的順序且相互配合。２.在比較溫和的條件下進行，絕大多數(shù)反應(yīng)由酶催化。３.新陳代謝作用有高度靈敏的自我調(diào)節(jié)。新陳代謝的實質(zhì)是錯綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)相互配合、彼此協(xié)調(diào)，對周圍環(huán)境高度適應(yīng)而成的一個有規(guī)律的總過程。廣義新陳代謝包括了消化、吸收、中間代謝及排泄幾個階段。生物體從環(huán)境中吸收高分子化合物—在消化道內(nèi)磨碎并被水解酶水解為小分子化合物—小腸吸收參與血液循環(huán)—細(xì)胞中參與各種反應(yīng)（中間代謝）—未被消耗的部分排出體外。狹義新陳代謝指中間代謝，它是在組織細(xì)胞內(nèi)進行的一系列化學(xué)反應(yīng)和能量變化。本書所講的新陳代謝就指這種狹義的新陳代謝。物質(zhì)代謝的各個階段食物等進入機體，在消化道內(nèi)轉(zhuǎn)化成沒有種屬差異的、比較簡單易溶于水的物質(zhì)。被消化的物質(zhì)一方面進行合成代謝，變成組織成分，另一方面進行分解代謝放出能量，最終成為終產(chǎn)物。組織成分也可分解放能，變?yōu)榻K產(chǎn)物。終產(chǎn)物排出體外。（二）新陳代謝研究方法１.活體內(nèi)----活體外實驗２.同位素示蹤法３.代謝途徑阻斷（三）生物體內(nèi)能量代謝基本規(guī)律服從熱力學(xué)定律。熱力學(xué)第一定律；熱力學(xué)第二定律（熵；自由能：⊿G）⊿G=⊿H-T⊿S（⊿G：自由能變化；⊿H：總熱能變化；⊿S：總體熵的改變）⊿G〈０，體系的反應(yīng)能自發(fā)進行；⊿G〉０，體系的反應(yīng)不能自發(fā)進行；⊿G＝０，體系處于平衡狀態(tài)。⊿G°

：標(biāo)準(zhǔn)自由能變化（⊿G°'

）（四）高能化合物與ATP的作用高能化合物：高能磷酸化合物：高能化合物的種類：ATP的作用１）能量代謝的偶聯(lián)劑２）能量的攜帶者或傳遞者二.生物氧化概念：有機物分子在體內(nèi)氧化分解成CO2和H2O，并釋放能量的過程。（一）生物氧化的方式和特點１.方式:２.特點:３.生物氧化的場所（二）生物氧化中CO2的生成根據(jù)脫羧基的位置不同：α-脫羧和β-脫羧根據(jù)脫羧基時是否脫氫：直接脫羧和氧化脫羧。生物氧化的方式1.直接進行電子轉(zhuǎn)移Fe2++Cu2+Fe3++Cu+2.氫原子的轉(zhuǎn)移AH2+BA+BH23.有機還原劑直接加氧AH2+O2＋2H+＋2eAOH＋H2O生物氧化的特點1.在生物細(xì)胞內(nèi)進行的酶促氧化過程，反應(yīng)條件溫和；2.在生物氧化過程中，必然伴隨生物還原反應(yīng)的發(fā)生；3.水是許多生物氧化反應(yīng)的氧供體，通過加水脫氫作用直接參與氧化反應(yīng)；4.生物體中碳的氧化和H的氧化是不同步進行的；5.生物氧化是一個分步的過程；6.生物氧化釋放的能量以ATP的形式儲存及供生物體利用。（三）生物氧化中H2O的生成生物氧化作用通過脫氫反應(yīng)實現(xiàn)。是否H2+O2→H2O？不是！代謝物中的H由脫氫酶激活；O2由氧化酶激活；傳遞體遞電子H2O1.呼吸鏈（1）定義：從底物氧化脫下的氫和電子沿著按一定順序排列的一組電子傳遞體傳遞到分子氧的總軌道生成水稱為呼吸鏈。（2）類型：典型的為NADH和FADH2NADH呼吸鏈應(yīng)用最廣2.呼吸鏈的組成（1）煙酰胺脫氫酶類：（2）黃素脫氫酶類：（3）鐵硫蛋白類：（4）輔酶Q類：（5）細(xì)胞色素類：煙酰胺脫氫酶類以NAD+或NADP+為輔酶，是一類不需氧脫氫酶，現(xiàn)已知200多種NAD+或NADP+先與酶的活性部位結(jié)合，再脫下來與代謝物上脫下的H結(jié)合而被還原成NADH(NADPH).NAD++2H++2e←→NADH+H+NADP++2H++2e←→NADPH+H+。黃素脫氫酶類以黃素核苷酸（FMN、FAD）為輔酶，也是一類不需氧脫氫酶，F(xiàn)MN、FAD與代謝物上脫下的H結(jié)合而被還原成FMNH2、FADH2，F(xiàn)MN、FAD的還原分兩步進行MH2+酶-FMN←→M

+酶-FMNH2

酶-FMNH2←→酶+FMNH2

。鐵硫蛋白類鐵硫蛋白是存在于線粒體內(nèi)膜上的一種與傳遞電子有關(guān)的蛋白質(zhì)?；钚圆课缓袃蓚€活潑的硫和兩個鐵原子故稱鐵硫中心。蛋白質(zhì)分子中含有非卟啉鐵與對酸不穩(wěn)定的硫。作用是借鐵的變價互變進行電子傳遞。種類：9種，可分為3類。輔酶Q類是一種脂溶性的醌類化合物，是傳H體，苯醌結(jié)構(gòu)能可逆地加H還原形成對苯二酚衍生物。不同來源的輔酶Q的側(cè)鏈長度不同。不能從底物接受H，傳H分兩步進行。在呼吸鏈中的順序有異議。細(xì)胞色素類一類以鐵卟啉為輔基的蛋白質(zhì)以鐵化合價的變化而傳遞電子現(xiàn)發(fā)現(xiàn)有30多種，以a,a3,b,c,c1在線粒體中傳遞電子。線粒體中的順序為：b→c1→

c→aa3→

o2.不能分開，僅a3被分子氧直接氧化，故把aa3稱為為細(xì)胞色素C氧化酶。該酶有兩個銅原子，依靠其變價把電子從aa3傳到氧。3.呼吸鏈中傳遞體的順序呼吸鏈中H+和e的傳遞有嚴(yán)格的順序和方向。傳遞體的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位（E。'

）的大小決定其順序。電子從低氧化還原電位→高氧化還原電位流動。NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2.FAD→CoQ→b→c1→c→aa3→O2電子遷移方向：————→E。':低———————→高呼吸鏈傳遞體的阻斷魚藤酮：阻斷FMN→CoQ抗霉素A：b→c1氰化物：aa3→O2（四）氧化磷酸化作用概念：生物氧化的放能反應(yīng)與ADP的磷?；磻?yīng)偶聯(lián)合成ATP的過程。底物水平磷酸化和電子傳遞體系磷酸化1.ATP的生成ADP+Pi→ATP（主要方式）AMP+PPi→ATP(1)底物水平磷酸化概念：在被氧化的底物上發(fā)生的磷酸化作用。X~P+ADP→ATP+X底物磷酸化形成高能化合物其能量來源于伴隨底物的脫氫，分子內(nèi)能量重新分布。底物磷酸化是捕能的一種方式，在發(fā)酵作用中是進行生物氧化取得能量的唯一方式。底物磷酸化與氧的存在與否無關(guān)。（2）電子傳遞體系磷酸化概念：電子從NADH或FADH2經(jīng)過電子傳遞體傳遞給氧形成水時，同時伴隨著ADP磷酸化為ATP，這一全過程稱為電子傳遞體系磷酸化。電子傳遞體系磷酸化是生成ATP的一種主要方式，是生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)移的主要環(huán)節(jié)。ADP+Pi→ATP電子傳遞過程和磷酸化作用相偶聯(lián)1NADH→3ATPP/O比：每消耗1摩爾