陈代谢总论和生物氧化

动 态 生 物 化 学 之 一 2、新 陈代 谢分 类 指 生 物 体 从 外 界 摄 取 物 质 ， 并 把 它 们 转 变 成 自 身 物 质 的 过 程 。 通 常 是 将 生 物 小 分 子 合 成 为 生 物 大 分 子 。 指 生 物 体 内 原 有 的 物 质 经 一 系 列 变 化 最 终 变 成 排 泄 物 排 出 体 外 的 过 程 通 常 将 生 物 大 分 子 分 解 为 生 物 小 分 子 。 合 成 代 谢（ 同 化 作 用 ）分 解 代 谢（ 异 化 作 用 ） 放 出 能 量 。 需 要 能 量 。 4、 新 陈 代 谢 过 程 营 养 物 质 的 消 化 吸 收 、 中 间 代 谢 、 代 谢 产 物的 排 泄 等 阶 段 1904年 K noop (CH2)nCOOH COOH ， CH2COOH狗一 、 新 陈 代 谢 的 研 究 方 法 利 用 患 代 谢 障 碍 病 的 病 人 或 动 物 进 行 代 谢 研 究 A B C D E F排 出 体 外停 止 4. 突 变 体 研 究 法基 因 突 变 酶 的 缺 失相 应 产 物 的 缺 失 或 酶 作 用 底 物 的 堆 积鉴 别 代 谢 途 径 的 酶 及 中 间 代 谢 物 Fig. 2. The two-dimensional stick model of the adenosine phosphate family of molecules, showing the atom and bond arrangement. 16 C OCHOCH2 OHO POO- O-PO O-O-a) 酰 基 磷 酸 化 合 物3-磷 酸 甘 油 酸 磷 酸 CH3 CO O PO O-O-乙 酰 磷 酸10.1千 卡 /摩 尔11.8千 卡 /摩 尔 17 H3N+ CO O PO O-O-氨 甲 酰 磷 酸 R C O O PO OO- A酰 基 腺 苷 酸 RCH CO O PO OO- AN+H3氨 酰 基 腺 苷 酸 18 O- POO- NNN NNH2O H HOH HOHHOCH2O- POO-O- POO-ATP（ 三 磷 酸 腺 苷 ） O- POO- O PO O-O-焦 磷 酸7.3千 卡 /摩 尔 19 OPOOCOOHC OCH2磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸14.8千 卡 /摩 尔 20 OPOONHC NHN CH3CH 2COOH OPOONHC NHN CH3CH 2CH2CH2CHCOOHNH2磷 酸 肌 酸 磷 酸 精 氨 酸10.3千 卡 /摩 尔 7.7千 卡 /摩 尔这 两 种 高 能 化 合 物 在 生 物 体 内 起 储 存 能 量 的 作 用 。 21O S OO- OCH2 OH HOH HOHHN NNH2 NNO POO-3-磷 酸 腺 苷 -5-磷 酸 硫 酸R CO SCoA酰 基 辅 酶 A 22 COO-CH NH3+CH 2CH2S+H3C AS-腺 苷 甲 硫 氨 酸 O- POO- NNN NNH2OH HOH HOHHOCH2O- POO-O- POO- 三磷酸腺苷 (ATP)ATP水 解 成 为 ADP可 释 放 30.51KJ/mol的 自 由 能 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 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ATPATP能 量 利 用 形 式 ： ATP可 以 把 分 解 代 谢 的 放 能 反应 与 合 成 代 谢 的 吸 能 反 应 偶 联 在 一 起 ， 利 用 ATP水 解释 放 的 自 由 能 可 以 驱 动 各 种 需 能 的 生 命 活 动 。 4. 肌 酸 磷 酸 是 高 能 磷 酸 键 的 贮 存 形 式 ATP是 能 量 的 携 带 者 或 传 递 者 ， 但 严 格 地 说 不 是 能 量 的 贮存 者 。 肌 酸 磷 酸 是 高 能 磷 酸 键 的 贮 存 形 式 ， 但 不 能 直 接 被 生物 体 利 用 。 ADP ATPMg2+肌 酸 激 酶 5. 辅 酶 A的 递 能 作 用辅 酶 A （ CoA） 作 为 酰 基 载 体 参 与 许 多 代 谢 过 程 ，巯 基 为 其 功 能 集 团 ；在 酶 促 转 乙 酰 基 的 反 应 中 CoA起 接 受 或 提 供 酰 基 的作 用 。乙 酰 基 与 CoA通 过 一 个 硫 酯 键 结 合 为 乙 酰 CoA， 硫酯 键 为 高 能 键 ， 水 解 时 可 释 放 31.38kJ/mol自 由 能 ； R CO SCoA酯 酰 CoA 趋 同 分 解 分 叉 合 成循 环 途 径 乙 酰 CoA是 代 谢 中 起 枢 纽 作 用 的 重 要 物 质 -direct decarboxylation H3C C COOHO -酮 酸 脱 羧 酶Mg2+ TPP H3C CO H + CO2 （ 直 接 脱 羧 ） FADH2 FeS NADH FMN FeS CoQ Cytb FeS Cytc1 Cytc Cytaa3 O2NADH呼 吸 链FADH2呼 吸 链 呼 吸 链 的 类 型 和 电 子 传 递 顺 序 两 种 类 型 （ 根 据 最 初 的 受 H体 不 同 ） ：NADH（ 绝 大 多 数 ） 和 FADH2 NADHFMNCoQFe-SCyt c 1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMN Fe-S琥 珀 酸 等 复 合 物 II 复 合 物 IV复 合 物 I复 合 物 IIINADH脱氢 酶辅 酶 Q-细 胞色 素 还 原 酶细 胞 色 素 C还 原 酶琥 珀 酸 -辅 酶Q还 原 酶 2、 呼 吸 链 的 组 成 各 类 电 子 载 体NADH FMN； Fe-S CoQ 在 生 物 体 的 能 量 代 谢 中 起 重 要 作 用 4Fe-4Sn 铁 硫 蛋 白 (简 写 为 Fe-S)是 一 种 与 电 子 传 递 有 关 的 蛋 白 质 ， 它 与NADHQ还 原 酶 的 其 它 蛋 白 质 组 分 结 合 成 复 合 物 形 式 存 在 。n 它 主 要 以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形 式 存 在 。 (2Fe-2S)含有 两 个 活 泼 的 无 机 硫 和 两 个 铁 原 子 。 铁 硫 蛋 白 通 过 Fe3+ Fe2+ 变 化 起 传 递 电 子 的 作 用 电 子 传 递 链 中 唯 一 的 非 蛋 白 电 子 载 体 FAD, Fe-S, Cyt b Cyt是 一 类 以 铁 卟 啉 为 辅 基 的 蛋 白 质 ， 在 呼 吸 链中 依 靠 铁 的 化 合 价 的 变 化 来 传 递 电 子 Fe3+ + e Fe2+ Cytb Cytc1CytcCytaCyta3O2 Fe-S 2Cu Cyta辅 基 N NNNH3C CHHO CH2 (CH2 CH C CH2)3 HCH3CH3 CH CH2CH3CH 2CH2COOHCH2CH2COOHHCO Fe Cytb辅 基 N NNNH3C CHCH2 CH3 CH CH2CH3 CH2CH2COOHCH2CH2COOH FeH3C 功 能 ： 单 电 子 传 递 体 Fe3+ +e-e Fe2+ Cytc辅 基 蛋 白 质 N NNNH3C CH CH3 CHCH3CH 2CH2COOHCH2CH2COOH FeH3C CH3CH3 SCys SCys CytC中 血 红 素 与 蛋 白 质 的 结 合 方 式 Cyt b; Fe-S; Cyt c1 a3与 Cu+更 近 一 些 电 子 传 递 的 抑 制 剂鱼 藤 酮 抗 酶 素 A 氰 化 物 ?氧 化 磷 酸 化 偶 联 部 位P/O值 是 指 物 质 氧 化 时 ,每 消 耗 1mol氧 原 子 所 消 耗 的 无 机 磷 的 mol数 ,即 生 成 ATP的 mol数 。ADP+H3PO4 ATP (1)测 P/O值实 质 ： 每 消 耗 1mol氧 原 子 所 产 生 的 ATP的 mol数 。P/O值 = =消 耗 Pmol数消 耗 Omol数 消 耗 ADPmol数 消 耗 Omol数生 成 ATPmol数消 耗 Omol数= 可 以 反 映 氧 化 磷 酸 化 的 效 率 n Mitchell, P. A“paradigm” shift in understanding bioenergetics! 1961, Nature, 191:144-148. （ 1） 传 H体 和 传 电 子 体 交 替 排 列 ， 在 内 膜 上 有 固 定 的 位置 ， 催 化 反 应 是 定 向 的 。（ 2） 传 H体 有 H泵 的 作 用 ， 可 以 将 两 个 H+泵 出 内 膜 ， 而将 电 子 传 递 给 电 子 传 递 体 。 FMNH22e FeS QH22e b QH22eFeS c1c a a3 NADH+H+NAD+ 2H+ 2H+ 2H+ 2H+ 2H+ 1/2O2+2H+H 2O胞液 线粒体内膜 基质 电 子 由 高 能 态 到 低能 态 时 释 放 的 能 量用 于 驱 动 膜 内 侧 质子 迁 移 到 膜 外 。在 膜 内 外 侧 形 成 跨膜 质 子 梯 度 （ pH）和 电 位 梯 度（ ） 。 嵴 放 大 示 意 图内 膜外 膜 内 、 外 膜 间 隔嵴ATP合 酶ATP生 成 的 结 构 基 础 ATP合 成 酶由 亲 水 部 分 F 1 （ 33亚 基 ） 和 疏 水 部分 F0（ a1b2c9 12亚 基 ） 组 成 。 ATP合 酶 结 构 模 式 图在 线 粒 体 内 膜 内 外 势 能 差 的 驱动 下 ， 膜 外 高 能 质 子 沿 此 合 成酶 回 到 膜 内 侧 ， 此 过 程 中 释 放能 量 ， 驱 动 下 述 反 应 进 行 。ADP+Pi+能 量 ATP