08 第八章 新陈代谢总论与生物氧化.ppt

第1页：第八章 新陈代谢总论与生物氧化

第八章 新陈代谢总论与生物氧化

• 第八章新陈代谢总论与生物氧化

第2页：生物能学

生物能学

• 本章内容
• 新陈代谢
• 生物能学
• 生物氧化(重点)

第3页：新陈代谢的概念

新陈代谢的概念

• 新陈代谢
• 新陈代谢的概念：

概念：新陈代谢（metabolism)活细胞中所有化学变化的总称。

每一变化均由酶催化。

• 呼吸作用生长运动光合作用等

第4页：分解代谢：将生物大分子分解成小分子

分解代谢：将生物大分子分解成小分子

• 类型：
• 合成代谢：由小分子合成生物大分子的过程；
• 耗能
• 分解代谢：将生物大分子分解成小分子的过程；
• 放能
• 新陈代谢

第5页：新陈代谢合成代谢分解代谢

新陈代谢合成代谢分解代谢

新陈代谢合成代谢（同化作用）分解代谢（异化作用）生物小分子合成为生物大分子需要能量释放能量生物大分子分解为生物小分子能量代谢物质代谢

第6页：能量代谢：研究代谢过程中伴随着生物

能量代谢：研究代谢过程中伴随着生物

体的合成代谢分解代谢中能量的变化。

物质代谢：即生命物质的降解和建成，包括合成代谢和分解代谢。

它与能量代谢紧密偶联、互成因果。

第7页：代谢途径：指糖、脂类、蛋白质、核酸

代谢途径：指糖、脂类、蛋白质、核酸

代谢途径（metabolism pathway) ：指糖、脂类、蛋白质、核酸及水、盐代谢的一系列化学反应。

代谢物：统指代谢反应中任一反应物、中间产物或产物。

• 新陈代谢

第8页：代谢特点：1）严格的细胞

代谢特点：1）严格的细胞

• 内定位2）特异的酶促反应3）共通的代谢间关联4）严谨的反应顺序5）高效率的调控机构马蝇
• 新陈代谢总论

第9页：中间代谢

中间代谢

-----物质在细胞内的分解和合成过程人体细胞外的消化分为四个过程：1)口腔内的消化2)胃的消化3)小肠消化4)大肠消化

第10页：研究新陈代谢的方法

研究新陈代谢的方法

活体内与活体外实验：1）在活体内（in vivo）：生物体内:动物实验、组织细胞培养等。

• 新陈代谢

第11页：氧化学说

氧化学说

• 例如1904年，德国生物学家Knoop根据体内实验提出脂肪酸

--氧化学说。

• 一CH2CH2一CH2CH2一CH2COOH ---
• 2CH3COOH
• +
• 一CH2COOH
• 一CH2一CH2CH2一CH2COOH ---
• 2CH3COOH
• +
• 一COOH

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第12页：活体外：在试管内进行

活体外：在试管内进行

在活体外（in vitro)：在试管内进行:细胞切片、匀浆液、提取液等。

第13页：同位素示踪法

同位素示踪法

同位素标记某种代谢物，然后追踪同位元素在体内的变化途径，就能获得有关代谢途径的丰富知识。

• 新陈代谢

第14页：代谢途径阻断等方法用抗代谢

代谢途径阻断等方法用抗代谢

物或酶抑制剂阻抑中间代谢的某一环节，使中间物积累，便于分析和推测代谢情况。

• 新陈代谢

第15页：下列关于新陈代谢

下列关于新陈代谢

叙述中不正确的是（）A、新陈代谢是一切生物生存的基本条件B、新陈代谢的过程是生物体自我更新的过程C、新陈代谢过程中包含着物质变化和能量变化D、新陈代谢包括同化作用和异化作用两个完全对立的过程

一个长期生病、逐渐消瘦。

他的新陈代谢的特点是（）作用占有优势。

第16页：(D,异化)

(D,异化)

• 生物能学—生物体内新陈代谢的规律
• 热力学第一定律与生物体系

热力学第一定律：能量即不能创造也不能消失，只能从一种形式转变为另一种形式。

生物体系是一个开放体系。

特点：与环境有物质交换和能量交换。

第17页：化学能的变化：光能化学能

化学能的变化：光能化学能

生物能学光合生物机械能电能热能光能生物体与环境的总能量保持不变。

特点：能量逐步释放。

第18页：热力学第二定律与生物体系

热力学第二定律与生物体系

热力学第二定律：指任何一种物理或化学的过程都自发地趋向于增加体系与环境的总熵。

第19页：自由能：生物体用以作功的能量

自由能：生物体用以作功的能量

自由能：生物体（或恒温恒压）用以作功的能量。

在没有作功条件时，自由能转变为热能丧失。

熵：混乱度或无序性，是一种无用的能。

生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定律作抗争。

第20页：ΔG=ΔH-TΔS

ΔG=ΔH-TΔS

• 该方程式表说明：
• G < 0，体系的反应能自发进行.

G > 0，反应不能自发进行，当给体系补充自由能时，才能推动反应进行。

G=0 ，表明体系已处于平衡状态。

• 对于A +B ←→ C +DΔG°= -2.303RTlgK K=[C][D]/[A][B]

第21页：高能化合物与ATP的作用

高能化合物与ATP的作用

高能化合物------随水解反应或基团转移反应放出大量自由能的化合物。

高能磷酸化合物------含有高能磷酸转移基团的化合物。

常用~p表示。

• 例如：葡萄糖+ ATP
• 6-磷酸葡萄糖+ ADP

第22页：类型：1）磷氧键型

类型：1）磷氧键型

• 生物体内的放能反应与吸能反应偶联，最基本的形式是通过高能化合物实现的

类型：1）磷氧键型：如ATP等2）氮磷键型：如磷酸肌酸等3）硫酯键型：如脂酰CoA等4）甲硫键型：S-腺苷甲硫氨酸

• 生物能学

第23页：机械能--运动化学能--合成

机械能--运动化学能--合成

渗透能--分泌吸收电能--生物电热能--体温光能--生物发光ATP是生物系统能量交换的中心荧火虫

• ATP的特殊作用
• 生物能学

第24页：ATP +

ATP +

其他三磷酸核苷也可作为能量直接来源。

如三磷酸尿苷（UTP）----用于多糖的合成。

• ATP + UDP
• ADP + UTP

三磷酸胞苷（CTP）----用于磷酯的合成。

• ATP + CDP
• ADP + CTP

三磷酸鸟苷（GTP）----用于蛋白质的合成。

• ATP + GDP
• ADP + GTP

磷酸肌酸----是动物组织中的能量贮存形式。

第25页：将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸形式储存

将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸形式储存

（本页内容以图示为主，文字要点较少）

第26页：生物氧化

生物氧化

生物氧化

（一）概念：概念：有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸作用。

第27页：生物氧化燃烧特点

生物氧化燃烧特点

• 在活体细胞中进行，需酶参加
• 温和条件
• 复杂的氧化还原过程
• 能量逐步释放，以ATP形式储存和转运

真核细胞在线粒体内膜，原核细胞在质膜上进行。

第28页：电子转移

电子转移

• 电子转移：
• 氢原子的转移：
• 有机还原剂直接加氧:
• 生物氧化

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第29页：加水脱氢

加水脱氢

• (实质是加氧反应)
• 酶催化的醛氧化成酸的反应

第30页：CO2的生成生物

CO2的生成生物

体内CO2的生成来源于有机物转变为含羧基化合物的脱羧作用。

第31页：α-脱羧β-脱羧

α-脱羧β-脱羧

• α-脱羧（羧基位置）β-脱羧
• 分类单纯脱羧（不伴氧化）氧化脱羧（伴氧化）节

第32页：α-单纯脱羧

α-单纯脱羧

COOHC =OCH2COOHαβ2. β-单纯脱羧COOHC =O + CO2CH3O‖CH3 C H + CO21）单纯脱羧O‖CH3 C COOH

第33页：α-氧化脱羧

α-氧化脱羧

2.β-氧化脱羧O‖CH3－C－COOH + CoASH + NAD+O‖CH3－C～SCoA + NADH + H++ CO2COOHC =O + CO2 +NADPH + H+CH3COOHCHOH + NADP+CH2COOHβα2）氧化脱羧

第34页：H2O的生成代谢

H2O的生成代谢

物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。

生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系，以促进水的生成。

MH2M递氢体递氢体H2NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ还原型氧化型Cyt递电子体b, c1, c, aa32H+2e½O2O2-H2O脱氢酶氧化酶

第35页：呼吸链：代谢物上氢原子被脱氢酶激活

呼吸链：代谢物上氢原子被脱氢酶激活

呼吸链（又称电子传递链）：代谢物上氢原子被脱氢酶激活脱落后，经一系列电子传递体，最后传递给被激活的氧分子而生成水的过程。

• 呼吸链的类型：1）NADH呼吸链：产生3个ATP2）FADH2呼吸链：产生2个ATP

第36页：NADH电子传递链FADH2

NADH电子传递链FADH2

• 电子传递链

第37页：呼吸链的组分：呼吸链的组成

呼吸链的组分：呼吸链的组成

:脱氢酶、呼吸传递体、未端氧化酶组成的生物氧化酶体系。

• 生物氧化

第38页：脱氢酶及与其相联系的传递体

脱氢酶及与其相联系的传递体

烟酰胺腺嘌呤核苷酸类辅酶有两种：NAD -----辅酶I（COI）和NADP -----辅酶II（COII）

• 黄素脱氢酶类辅基有两种：FMN 和FAD
• 辅酶Q（泛醌）

第39页：细胞色素氧化酶体系这

细胞色素氧化酶体系这

• 、电子传递与末端氧化酶体系

细胞色素氧化酶体系这是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质在呼吸链中，依靠活性中心中铁的化合价变化而传递电子。

• 目前发现细胞色素有多种如a、a
• b、c
• c2等，在呼吸链中的排列序顺为b
• c1
• c
• a a3
• O2

铁硫蛋白类（Fe~S)通过铁硫中心Fe2+/ Fe3+进行电子传递。

酚氧化酶体系通过Cu+/ Cu2+进行电子传递。

抗坏血酸氧化酶体系通过Cu+/ Cu2+进行电子传递。

第40页：细胞色素主要的概念

细胞色素主要的概念

是以铁卟啉（血红素）为辅基的蛋白质（有颜色），高等动物线粒体呼吸链中主要含有5种细胞色素a、a

b、c 、c1等。

• 细胞色素主要是通过辅基中Fe3+

Fe2+的互变起传递电子的作用。

一个细胞色素每次传递一个电子。

• 细胞色素（cytochrome,cyt）下页

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第41页：铁硫蛋白

铁硫蛋白

铁硫蛋白

铁硫聚簇（Fe-S中心）主要以（Fe-S ）(2Fe-2S) 或(4Fe-4S) 形式存在，铁硫聚簇与蛋白质结合称为铁硫蛋白。 下页

第42页：Cys S S CysFe3+

Cys S S CysFe3+

Cys S S S CysFe3+Fe3+Cys S S S CysCys S S S CysFe3+Fe2+Cys S S S Cys+e--e-

• 铁硫聚簇通过Fe3+
• Fe2+变化，将氢从FMNH2上脱下传给CoQ，同时起传递电子的作用，每次传递一个电子.

第43页：NADH 链2H+

NADH 链2H+

• 2eSH2 NAD FMNH2COQ 2cyt-Fe2+ 1/2O2
• S NADH2FMN COQH22cyt-Fe3+O2-H2O
• 2e

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第44页：高抑制剂：呼吸毒物抗霉素A氰化物

高抑制剂：呼吸毒物抗霉素A氰化物

呼吸链中传递体的顺序MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1+0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18鱼藤酮安密妥E0’低

• 高抑制剂：呼吸毒物(阻断电子传递)抗霉素A氰化物，CO，叠氮化合物阿的平

第45页：氧化磷酸化作用

氧化磷酸化作用

——伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化。

主要由：ADP + Pi + 能量→ ATP少数情况：AMP + PPi + 能量→ATP1. ATP的生成

• 底物水平磷酸化
• 电子传递体系磷酸化

第46页：底物水平磷酸化

底物水平磷酸化

------是指底物在氧化过程中，分子内部能量重新分布而形成为一种高能磷酸化合物。

这种高能磷酸化合物的基团和键能可转移到ADP中形成ATP。

• 例如：O
• CHO C--O ~ PCOOH
• | + H3P O4| |

CHOH <==============> CHOH <==========> CHOH

• | NAD NADH+ + H+| ADP ATP |
• CH2 ~ O--P CH2-O --P CH2--O --P
• 、电子传递水平磷酸化(注意产能部位)

电子传递水平磷酸化-------发生在呼吸传递上，底物脱下的氢进入电子传递体系，最后和氧生成水。

同时在这个过程中产生大量能量，并贮存在ATP中。

• NADH
• FMN
• COQ
• b
• c1
• c
• a a3
• O2
• ~ p ~ p ~ p
• ADP
• ATP ADP
• ATP ADP
• ATP

P/O-----指消耗1 mol 氧所消耗无机磷酸的mol 数。

也就是指每消耗1 mol O2所生成ATP的mol 数。

• 实验证明：NADH2 P/O = 3 FADH2 P/O = 2

第47页：胞液中NADPH和NADH的氧化磷酸

胞液中NADPH和NADH的氧化磷酸

化NADPH + H+NADP+异柠檬酸线粒体内膜异柠檬酸穿梭作用异柠檬酸NAD +α-酮戊二酸NADH+H+呼吸链(3ATP)α-酮戊二酸

第48页：NADH + H+NAD+二

NADH + H+NAD+二

羟磷酸丙酮甘油-α-磷酸线粒体内膜甘油-α-磷酸穿梭作用甘油-α-磷酸FAD二羟磷酸丙酮FADH2NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2(2ATP)

第49页：酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸

酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸

NAD+苹果酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸链(3ATP)苹果酸-天冬氨酸转运NADH系统

第50页：氧化磷酸化作用

氧化磷酸化作用

机理化学渗透学说氧化磷酸化作用的关键因素是质子（H+）梯度和完整的线粒体内膜。

化学偶联学说(高能中间产物学说)形成高能中间产物，促使ATP生成。

• 结构(构象）偶联学说Ared + Box2eA
• ox +BredA
• ox+ ADP +Pi → Aox + ATP

第51页：1961年

1961年

英国科学家Mitchell提出化学渗透学说由此荣获1978年的诺贝尔奖。

• 化学渗透学说

当线粒体内膜上的呼吸链进行电子传递时，电子能量逐步降低，脱下的H+质子便穿过膜从线粒体的基质进入到内膜外的腔中，造成跨膜的质子梯度（浓度差），导致化学渗透发生，即质子顺梯度从外腔经内膜通道（ATP合成酶）而到线粒体的基质中，所释放的能使ADP

第52页：4 非线粒体氧化体系与ATP合成

4 非线粒体氧化体系与ATP合成

无关，但具有重要生理功能。

. 微粒体氧化体系催化分子氧中二个氧原子分别进行不同的反应。

一个O加到底物分子上，另一个O则与NADPH上的二个H作用形成H2O，不生成ATP。

——————加单氧酶。

• 生理功能：胆酸生成中环核羟化；
• 不饱和脂肪酸双键引进；
• 维生素D活化；

药物、致癌物和毒物的氧化解毒等。

• RH +O2+ NADPH + H+ROH + NADP + H2O

第53页：加双氧酶

加双氧酶

• 此酶催化氧分子直接加到作用物分子上
• O2,加双氧酶
• ß-胡萝卜素2视黄醛

第54页：过氧化物酶体系氧的概念

过氧化物酶体系氧的概念

. 过氧化物酶体系氧是维持生命必需的物质,但也有毒性,机体长时间在纯氧中呼吸可致呼吸紊乱,乃至死亡.这与生物氧化过程中大量产生过氧化氢等有关.H2O2的功用：参与甲状腺中活性碘的生成；

• 在中性粒细胞中可杀死被吞噬进的细菌；

使过氧化物（ROOH）转变为无毒的醇类。

• H2O2的毒性：使酶失活；
• 损伤膜功能；

生成脂褐素颗粒。

第55页：2H2O

2H2O

• 22H2O + O2过氧化氢酶RH2 + H2O2 R + 2H2O过氧化物酶

第56页：测试题

测试题

• 作为递氢体，能将电子直接传递给细胞色素的是:A、NADH+H
• B、NADPH+H
• C、CoQD、FADH2E、FMNH2 (C)

第57页：测试题A、FADB

测试题A、FADB

• C、FMND、NADP
• E、TPP
• 线粒体内α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是:
• 线粒体外苹果酸脱氢酶的辅酶是：(A)(B)

第58页：测试题

测试题

下列有关细胞色素的叙述哪一项是正确的：A、全部存在于线粒体中B、都是递氢体C、都是递电子体D、与CO、CN—结合后丧失活性(C)

第59页：测试题

测试题

• 苹果酸穿梭系统的成分不包括:A、草酰乙酸B、AspC、苹果酸D、GIuE、丙酮酸(E)

第60页：测试题A、磷酸甘油穿梭作用

测试题A、磷酸甘油穿梭作用

• B、苹果酸穿梭作用C、两者都对D、两者都不对
• 既需NADP+,也需要FMN为辅酶(辅基)的是:
• 能使线粒体外NADH++H+进入线粒体的是:(D)(C)

第61页：本章小结

本章小结

• 新陈代谢的概念：合成代谢、分解代谢、物质代谢、能量代谢、
• 生物能学：ΔG、ΔG0’
• 电子传递链：类型、成员、产能
• 氧化磷酸化：概念、机理