04 第四章 三酸酸循环和氧化磷酸化.pptx

第1页：第四章 三羧酸循环和能量代谢

第四章 三羧酸循环和能量代谢

• 第一节 三羧酸循环
• 第二节 能量（ATP）代谢
• 第三节 线粒体生物氧化体系
• 第四节 线粒体外NADH的氧化磷酸化

第2页：新陈代谢与代谢途径特点

概述——一、新陈代谢（物质代谢和能量代谢）

物质代谢

大分子分解为小分子并释放能量——分解代谢

小分子合成为大分子并需要能量——合成代谢

二、代谢途径的特点

1. 代谢途径中的限速酶
2. 代谢途径的单向性
3. 代谢途径的可调节性
4. 代谢途径的区域化

第3页：分解代谢的三个阶段

三、分解代谢的三个阶段

• 第一阶段：糖原、脂肪、蛋白质分别分解为葡萄糖、甘油与脂肪酸、氨基酸
• 第二阶段：生成乙酰CoA（CoA），并释出 CO₂
• 第三阶段：三羧酸循环与氧化磷酸化，ADP + Pi 生成 ATP，O₂ 还原为 H₂O

第4页：三羧酸循环与氧化磷酸化总览

三羧酸循环与氧化磷酸化

有机物 → 乙酰CoA → 三羧酸循环 → 脱出的氢经呼吸链传递 → 与 O₂ 结合生成 H₂O，同时 ADP + Pi 合成 ATP。

总结果：有机物 + O₂ → CO₂ + H₂O + ATP（在线粒体内完成）。

第5页：乙酰辅酶A的来源与去路

第一节 三羧酸循环

（一）乙酰辅酶A

体内活性二碳化合物，也是高能化合物，是糖、脂、氨基酸代谢相互联系的枢纽物质

（二）乙酰辅酶A的来源与去路

来源：葡萄糖、甘油与脂肪酸、氨基酸的分解

去路：进入三羧酸循环；在肝内合成胆固醇、脂肪酸、酮体并参与肝脏的生物转化；在肝外生成酮体

第6页：三羧酸循环的概念与特点

二、三羧酸循环

（一）概念

乙酰辅酶A彻底氧化分解的循环途径：2C + 4C → 6C（三羧酸）

（三）特点

两次脱羧——2CO₂

四次脱氢——3×2H（NADH）+ 1×2H（FADH）

一次底物磷酸化产能——1ATP

ATP 合计：3×3 + 1×2 + 1

（四）生理意义

是糖、脂、氨基酸在体内高效产能的共同途径，也是上述物质互相转变的代谢枢纽（共同熔炉、互通有无）

第7页：ATP及其作用

第二节 能量（ATP）代谢

（一）ATP

三磷酸腺苷，体内最重要的高能化合物，是各种生命活动能量的直接供应者，也是生物体内能量的载体（携带者和传递者）

（二）ATP的作用

1、提供物质代谢和生命活动时所需的能量

2、转移生成其它三磷酸核苷：UDP→UTP（参与糖原合成）、GDP→GTP、CDP→CTP（参与磷脂合成），并参与蛋白质（Pr）合成

3、转移生成第二信使 cAMP

第8页：ATP的生成方式

二、ATP的利用和贮存；三、ATP的生成

（一）氧化磷酸化

ATP生成的主要方式

（二）底物水平磷酸化

通过代谢在底物分子上形成一个高能键，再直接转交给ADP生成ATP的过程，是ATP生成的次要方式

实例：ATP + 肌酸（C）→ ADP + 磷酸肌酸（C～P）；磷酸肌酸再将高能键转回ADP生成ATP

第9页：呼吸链的概念

第三节 线粒体生物氧化体系（呼吸链）

一、呼吸链

代谢物脱下的氢由递氢（电子）体按一定顺序传递给氧生成水，这种按一定顺序排列、与摄取氧的呼吸过程有关的反应链称为呼吸链

通式：AH₂ → B → C → D → E → F → G → O₂ → H₂O

第10页：呼吸链的组成

（一）呼吸链的组成及其作用

1. NAD⁺、NADP⁺（不需氧脱氢酶的辅酶）
2. FAD、FMN（黄素蛋白类的辅酶）
3. CoQ（辅酶Q）
4. Fe-S-Pr（铁硫蛋白）
5. Cyt-Fe^2+/3+（b、c₁、c、aa₃）

递氢体

NAD⁺、FMN／FAD、CoQ

递电子体

Fe-S-Pr、细胞色素类

第11页：两条重要的呼吸链

（二）两条重要的呼吸链

1、NADH氧化呼吸链

NADH → FMN →（Fe-S-Pr）→ CoQ → Cyt-b → c₁ → c → aa₃ → O₂ → H₂O

2、FAD氧化呼吸链（琥珀酸氧化呼吸链）

FADH →（Fe-S-Pr）→ CoQ → Cyt-b → c₁ → c → aa₃ → O₂ → H₂O

• 参与的呼吸酶有四种：不需氧脱氢酶（NADH脱氢酶）、黄素蛋白酶（琥珀酸脱氢酶）、CoQ—Cyt-c脱氢酶、Cyt-aa氧化酶（细胞色素氧化酶）

第12页：氧化磷酸化的概念

二、氧化磷酸化（ATP生成的主要方式）

（一）基本概念

代谢物脱下的氢由呼吸链传递给氧生成水（放能）的过程，与ADP磷酸化生成ATP（吸能）的过程相偶联，称为氧化磷酸化

AH₂ → 呼吸链（B…G）→ O₂ + H₂O，同时 ADP + Pi → ATP

第13页：偶联部位与P/O比值

（二）偶联部位；（三）实验依据——P/O比值

偶联部位

NADH → FMN → CoQ 之间、Cyt-b → c₁ 之间、Cyt-aa₃ → O₂ 之间，共三处产生ATP

P/O比值

每消耗一克原子氧（生成一克分子水）所消耗无机磷的克原子数，即合成ATP的克分子数；P/O比值可反映ATP产生数

第14页：偶联机制与影响因素

（四）偶联机制；（五）影响氧化磷酸化因素

偶联机制

化学渗透学说

影响因素

1、ADP／ATP 的调节

2、甲状腺激素

3、氧化磷酸化抑制剂：CO、CN^- 等使呼吸链传递受阻（抑制作用标为“−”）

第15页：线粒体外NADH的穿梭

第四节 线粒体外NADH的氧化磷酸化

一、α-磷酸甘油穿梭

存在于肌肉、神经组织：线粒体外NADH（A）经穿梭转变为 FADH，进入呼吸链生成水

二、苹果酸穿梭

存在于心、肝：线粒体外NADH（B）以 NADH 形式进入线粒体，再经呼吸链生成水

A、B分别为两条穿梭途径；α-磷酸甘油穿梭产能少于苹果酸穿梭。

第16页：乙酰辅酶A的结构

乙酰辅酶A的结构示意

• CH₃-COOH（乙酸）+ HS-CoA → CH₃-CO～S-CoA
• CH₃-CO--S-CoA 中的 ～ 表示高能硫酯键
• 乙酰辅酶A是体内活性二碳化合物与高能化合物

第17页：三羧酸循环反应过程

三羧酸循环反应过程

• 乙酰CoA（2C）+ 草酰乙酸（4C）→ 柠檬酸（6C）：柠檬酸合成酶（E1）
• 柠檬酸（6C）→ 异柠檬酸（6C）
• 异柠檬酸 → α-酮戊二酸（5C）+ CO₂ + 2H（NADH）：异柠檬酸脱氢酶（E2）
• α-酮戊二酸（5C）→ 琥珀酰CoA（4C）+ CO₂ + 2H（NADH）：α-酮戊二酸脱氢酶（E3）
• 琥珀酰CoA → 琥珀酸（4C），GDP + Pi → GTP（ATP）
• 琥珀酸 → 延胡索酸（2H，FADH）
• 延胡索酸 + H₂O → 苹果酸
• 苹果酸 → 草酰乙酸（2H，NADH）

第18页：三羧酸循环的特点

三羧酸循环的特点

• 在有氧条件下运转，是产生还原当量的主要途径
• 三羧酸循环是单向不可逆转的
• 三羧酸循环的中间物质必需补充与更新

上述特点决定了三羧酸循环必须在线粒体内连续运转，其中间产物需由丙酮酸羧化等补充反应（回补反应）不断补充。

第19页：核苷酸组成示意

本页为核苷酸组成示意：碱基（腺嘌呤）+ 戊糖（核糖）+ 磷酸（P）构成腺苷一磷酸（AMP）。

说明：源文件本页为结构式字符（A、O、P标注），图示细节建议对照原课件图片核对。

第20页：AMP、ADP与ATP

腺苷酸系列（附图）

腺苷

碱基（腺嘌呤）+ 戊糖（核糖）

AMP（一磷酸腺苷）

腺苷 + 一分子磷酸

ADP（腺苷二磷酸）

AMP 再接一分子磷酸（含高能磷酸键）

ATP（腺苷三磷酸）

ADP 再接一分子磷酸（含高能磷酸键）