07 第六章 新陈代谢总论与生物氧化.ppt

第1页：第六章新陈代谢总论与生物氧化

第六章新陈代谢总论与生物氧化

第2页：新陈代谢总论与生物氧化内容概要

• 本章内容
• 新陈代谢总论
• 生物能学
• 生物氧化

第3页：第一节新陈代谢总论

• 第一节、新陈代谢总论一、新陈代谢的概念：1、概念：新陈代谢（metabolism):泛指生物与周围环境进行物质与能量交换的过程。每一变化均由酶催化。呼吸作用生长运动光合作用等
• 新的来，旧的去
• 花开花落、四季轮回.
• “长江后浪推前浪，一代新人换旧人”什么是新陈代谢？

第4页：新陈代谢的类型

• 二、类型：
• 合成代谢(同化作用）：由小分子合成生物大分子的过程；耗能
• 分解代谢(异化作用）：将生物大分子分解成小分子的过程；放能一、新陈代谢总论

第5页：能量代谢

• 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合成，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6页：合成代谢

合成代谢（同化作用）分解代谢（异化作用）生物体的新陈代谢物质代谢与能量代谢的统一生物小分子合成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二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢

第7页：中间代谢

中间代谢指代谢中的一系列酶促反应。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

第8页：代谢特点

• 三、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）高效率的调控机构一、新陈代谢总论
• 生长旺盛时：合成代谢
• 分解代谢
• 成长的生物：合成代谢
• 分解代谢
• 衰老或饥饿：合成代谢
• 分解代谢

第9页：研究新陈代谢的方法

四、研究新陈代谢的方法：1、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。一、新陈代谢总论纯化合物排泄物的化学分析典型案例脂肪酸的β氧化2）在活体外（in vitro)：在试管内进行:细胞切片、匀浆液、提取液等。

第10页：体外试验各类组织细胞各种破碎方法碎片置于

体外试验各类组织细胞各种破碎方法碎片置于试管中向该试管中加入纯化合物（如葡萄糖）分析各类代谢中间产物及酶，逻辑推断。典型案例糖代谢、生物氧化等等

第11页：同位素示踪法

• 2、同位素示踪法：
• 放射性同位素：原子量不同，衰变中有射线辐射的同位素。常用的有：氚（3H）、14C、32P、34S、131I等
• 非放射性同位素：如：15N等

第12页：同位素示踪法的仪器

• 仪器：脉冲探测仪、γ-计数器、液体闪烁计数器、紫外吸收检测仪、高速离心机等。
• 特点：特异性强、灵敏度高、方法简便。注意个人防护。同位素示踪法：

第13页：代谢途径阻断

3、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。常用方法：微生物的突变体-营养缺陷型、切除动物的某器官等方法

第14页：第二节生物能学

第二节、生物能学—生物体内新陈代谢的规律一、热力学第一定律与生物体系1、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。生化过程近似恒压恒容，dP=0，dV=0

第15页：化学能的变化

2、化学能的变化：光能化学能二、生物能学光合生物机械能电能热能辐射能生物体与环境的总能量保持不变。特点：能量逐步释放。

第16页：热力学第二定律与生物体系

二、热力学第二定律与生物体系1、自由能（Gibbs，G）的概念：生物体（恒温恒压下）用以作功的能。即生物氧化所提供的能。ΔG =ΔH －T ΔS意义：1)用其判断一个反应是否能发生；2)生物体用以作功的能为体内生化反应放出的自由能；3）生物氧化所提供的能是机体可利用的自由能。

第17页：与反应途径

ΔG与反应途径、反应机理无关。任何反应，当：ΔG＜0反应可自发进行，为放能不可逆反应；ΔG＞0反应不能自发进行，为吸能反应；ΔG＝0体系处于平衡状态，反应可逆。二、生物能学自由能和化学反应的关系

第18页：高能化合物与ATP

三、高能化合物与ATP的作用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1、类型：1）硫氧键型：如ATP等2）氮硫键型：如磷酸肌酸等3）硫酯键型：如脂酰CoA等4）甲硫键型：S-腺苷甲硫氨酸二、生物能学

第19页：类似的活化反应十分普遍存

• 类似的活化反应十分普遍存在。
• D-6-磷酸葡萄糖比D-葡萄糖G高，更易于分解，这步活化是细胞内葡萄糖分解的第一步，也是后续葡萄糖分解的根基。激酶——激活底物（A）连接高能键的酶A+高能化合物B+低能化合物活化（能量增加）反应例D-葡萄糖+ATPD-6-磷酸葡萄糖+ADP激酶激酶

第20页：硫脂键化合物

• 硫脂键化合物~S-7.5甲硫键化合物CH3~S+-C-C-10.0O
• 高能化合物的种类~ 高能键,水解断开，并可传递能量磷氧型-O~P磷氮型HN=C-N~P(O)-10.3磷酸化合物非磷酸化合物烯醇式磷酸化合物
• GoKcal/mol(-C=C-O~P(O))-14.8酰基磷酸化合物(-C-O~P(O))-10.1O焦磷酸化合物((O)P-O~P(O))-7.3

第21页：ATP“能量中间体”

• ATP“能量中间体”
• 稳定程度不同，各种高能化合物的
• Go`有高低之分

第22页：能量源自能源物质

能量源自能源物质（糖、脂、偶尔是蛋白质）的分解分解代谢氧化产能ADP机械能（运动）化学能（合成反应）渗透能（分泌、吸收）电能（生物电）热能（体温维持）光能（生物发光）UTP、GTP、CTP、TTP合成，供能ATP2.ATP的特殊作用

第23页：第三节生物氧化

第三节、生物氧化一、概念：概念：有机物在生物体内氧化分解成H2O和CO 2并释放能量的过程称--。实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化-还原反应。

第24页：生物氧化

生物氧化中CO2的生成生物氧化中H2O的生成生物氧化中能量的生成——呼吸链

第25页：生物氧化中的CO2的生成

• 生物氧化中的CO2的生成
• 绝大部分有机物生物氧化中的CO2生成是经三羧酸循环中的脱羧作用产生的。
• 其他一些CO2产生途径如
• 糖异生
• 草酰乙酸+ GTP → 磷酸烯醇式丙酮酸+GDP +CO2
• 氨基酸脱羧脱羧酶

第26页：氧化酶2e2H

• 氧化酶2e2H+电子传递链或呼吸链，分NADH链和FADH2链。H2OO2-1/2 O2电子传递体氢传递体MH2
• 真核生物线粒体内膜或原核生物细胞膜上的呼吸链作用下产生
• 呼吸链:生物氧化中H2O的生成

第27页：在活体细胞中进行

• 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：相同点

• 相同点——化学本质（物质、能量）
• 不同点——条件、过程
• 点燃酶催化
• CO2、H2O、能量的产生位置一体——分离真核细胞基质中脱氢、产生CO2产H2O产能
• 我们身体内的生物氧化与有机物体外氧化燃烧有何相同与区别？

第29页：原核生物细胞细胞质中脱氢

原核生物细胞细胞质中脱氢、产生CO2细胞膜产H2O产能

第30页：电子转移类型

• 类型：1、电子转移：Fe2+-e
• Fe3+2、氢原子的转移：RCH2OH –H
• RCHOCH3CHO +H2O
• CH3CH(OH)(OH)
• CH3COOH+2H3、有机还原剂直接加氧:RCHO + 1/2O2
• RCOOH三、生物氧化

第31页：电子传递过程和氧化呼吸链

二、电子传递过程和氧化呼吸链1、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。三、生物氧化整个氢的传递和电子的传递过程以及参与这一系列催化反应的酶与辅酶及其他中间递体一个接一个，组成链状反应体系，如同接力棒一样，这种形式的反应——呼吸链2、呼吸链的类型：1）NADH呼吸链：产生3个ATP2）FADH呼吸链：产生2个ATP

第32页：呼吸链的组分

3、呼吸链的组分：主要由镶嵌在线粒体内膜上的三个蛋白质复合体：NADH脱氢酶、细胞色素bc1复合体、细胞色素氧化酶组成

第33页：

第34页：电子传递过程和氧化呼吸链

NADH链

第35页：电子传递过程和氧化呼吸链

• FADH2链以FADH2为起点，没有“1”复合体，代以“2”复合体，其余与NADH链相同。呼吸链的组成
• 1.脱氢辅酶
• NADH链——NAD(P)+ NAD(P )H+H+FMN FMNH2 “1内”
• FADH2链——FAD FADH2

第36页：“1”复合体

• 2.“1”复合体——NADH-Q还原酶
• 组成：FMN+ 铁硫蛋白
• （可能+辅酶Q）
• 铁硫蛋白——电子传递体
• Fe3++ eFe2+

第37页：铁硫中心与4Fe-4S核心

包括2[4Fe-4S]核心

第38页：电子传递过程和氧化呼吸链功能

• 功能——氢传递体CoQ + 2H CoQH23.辅酶Q(CoQ)
• 化学本质——脂溶性醌类化合物（又称泛醌）氧化态还原态

第39页：细胞色素

• 4.细胞色素（蛋白）类和“3”、“4”复合体
• 细胞色素（蛋白）——a、a3、b、c、c1
• 共性——以卟啉铁为辅基a类中的卟啉环c类、b中的卟啉环卟啉环共同
• 功能——电子传递体
• Fe3++ eFe2+

第40页：细胞色素类的区别

• 区别——卟啉环上基团种类及与铁连接的氨基酸种类
• 细胞色素（蛋白）——a、a3、b、c、c1
• 共性——以卟啉铁为辅基4.细胞色素（蛋白）类和“3”、“4”复合体

第41页：“4”复合体

• “4”复合体—细胞色素c氧化酶
• 组成——Cyta + Cyta3 +2铜（Cu＋)离子
• 功能——传递电子给氧(名——使Cyt c氧化)Cu2＋＋e Cu＋

第42页：

第43页：细胞色素

细胞色素

第44页：电子通过多肽链

电子通过多肽链（电线）在卟啉铁间传递

第45页：“3”

“3”

第46页：“2”复合体

• “2”复合体—琥珀酸盐-辅酶Q还原酶
• 组成——黄素脱氢酶Ⅱ+铁硫蛋白
• 功能——传递氢322FADH2链中

第47页：电子传递过程和氧化呼吸链

NADH链FADH2链13QC2为什么是这样一个顺序呢？QC4

第48页：原电池反应

• 原电池反应中电子传递的方向是由什么决定的？
• 电极反应的氧化还原电位E0。
• （电子流动终点）正极反应Eo>负极反应Eo（电子流动起点）
• 呼吸链--电池组呼吸链蛋白就是电极板O123H2CQH2O

第49页：呼吸链的顺序实验依据

4、呼吸链的顺序实验依据：按1）氧化还原电势增加；2）电子亲和力增加的顺序排列；3）吸收光谱变化，氧化程度逐渐增高；4）利用电子传递抑制剂选择性阻断；三、生物氧化

第50页：电子传递过程和氧化呼吸链依据

• 依据—各传递体的Eo、复合体组成、链阻断试验
• NADH链
• NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2
• 判断各自所发生的“传递反应”Eo大小顺序？
• 升序。
• Eo′-0.32→ 0.30→+0.1←+0.07→+0.22→+0.25→+0.29→+0.816 -呼吸链中传递体的顺序确定

第51页：相结合的必然顺序相连b

• 相结合的必然顺序相连b→c1a → a3。
• 链阻断试验
• ㈠NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2鱼藤酮如何根据复合体组成判断顺序？
• NADH链断，FADH2链通
• 则——NADH→FMNFADH2毒鱼藤是有两广一带有毒鱼作用的一类藤本植物的统称。毒鱼藤的根皮或种子中含有的杀虫有效成分是鱼藤酮和拟鱼藤酮。

第52页：在b前释放e

• ㈡NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2eeCoQ在b前释放e
• ㈢NADH→FMN→CoQ→b→c1→c→aa3→O2氰化物COec→aa3→O2则——aa3→O2阻断氰化物、CO——窒息剂（剧毒！）抗霉素A-分离自霉菌安密妥、杀蝶素A

第53页：氧化磷酸化

三、氧化磷酸化1、概念：是指NADH 和FMNH2通过氧化呼吸链的电子传递相联系的合成ATP的作用。即电子传递与ATP形成的偶联机制。2、ATP的生成：主要由：ADP+pi+能量→ATP少数情况：AMP+ ppi+能量→ATP磷酸化有两种水平：三、生物氧化

第54页：底物水平磷酸化底物

1）底物水平磷酸化底物被氧化时形成高能磷酸化合物的中间物，通过酶的作用使ADP生成ATP。底物磷酸化形成高能磷酸化合物的能量来自伴随底物脱氢，分子内部能量的重新分布。如：糖酵解过程产生ATP三、生物氧化

第55页：氧化磷酸化

• 2）氧化磷酸化：
• ATP形成以电子传递为前提，而呼吸链只有生成ATP才能推动电子的传递，此为偶联。
• 呼吸链上磷酸化位点：NAD—CoQ；Ctyb—Ctyc；Ctya—O2
• 氧化磷酸化的大小用P/O表示：每消耗1mol氧所消耗的无机磷的mol数。可间接测ATP生成量：NADH呼吸链：P/O =3FADH呼吸链：P/O = 2三、生物氧化代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水，一对电子经呼吸链传递到O2生成水所产生的ATP分子的数目（即消耗1分子O2所产生ATP的数目）称为磷氧比（P/O）。代谢物脱下的2H经NADH氧化呼吸链被氧化为水时，生成3ATP（P/O
• 3），而经琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成2ATP（P/O
• 2）。

第56页：氧化磷酸化机理

2、氧化磷酸化机理：化学渗透偶联假说(chemiosmotichypothesis):P.Mitchell 1961年提出:电子传递释出的能量用于形成跨膜的质子（H +）梯度，此梯度用以驱ATP的合成。在电子传递和磷酸化之间起偶联作用的是H +电化学梯度

第57页：氧化磷酸化的证据

证据:1）线粒体膜上的ATP合酶（ATP synthase)是受质子动力推动的酶。可催化ATP水解放能；又可从质子动力获能，合成ATP。三、生物氧化ATP合成酶

第58页：泵分布在膜上

2）H+泵分布在膜上：NADH脱氢酶细胞色素bc1复合体细胞色素氧化酶在与这三个复合体有关的自由能变化足以将H +泵出,从而形成膜基质与膜间隙的H +梯度

第59页：氧化磷酸化的解偶联和抑制

氧化磷酸化的解偶联和抑制一、解偶联解偶联剂（uncoupler)的作用（2,4-二硝基酚DNP)：解除电子传递和ATP形成的偶联作用，使自由能变为热能。二、抑制作用1、氧化磷酸化抑制剂：寡霉素(oligomycin)，抑制氧的利用和ATP的形成。但不直接抑制电子传递链上载体的作用。2、离子载体抑制剂（ionophores）：此物质与某些离子结合，并作为载体使离子能穿过膜。如：颉氨霉素结合K+，使之越膜。

第60页：合成代谢本章小结

• 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