新陈代谢总论与生物氧化--课件

第七章 新陈代谢总论与生物氧化1ppt课件动态生物化学生命物质的运动形态研究构成生物体的基本物质在生命活动过程中进行的化学变化，也就是新陈代谢及在代谢过程中能量的转换和调节规律。2ppt课件第一节 新陈代谢总论一、新陈代谢的概念二、新陈代谢的过程三、新陈代谢的特点四、碳和能的来源五、中间代谢六、代谢的研究方法 3ppt课件新陈代谢（metabolism)的概念是指生物体与外界环境所进行的物质和能量的交换过程，以及物质与能量在生物体内的各种存在形式。例：呼吸作用、生物体的生长、肌肉收缩、光合作用等。4ppt课件新陈代谢的过程包括物质代谢和能量代谢新陈代谢的过程包括营养物质的消化吸收、中中间代谢间代谢和代谢产物的排泄等阶段。同化作用（anabolism)：由外界到自身，小分子合成大分子，耗能。例如：光合作用异化作用(catabolism)：由自身到外界，大分子分解成小分子，释放能量。例如：G的乙醇发酵5ppt课件从能量角度考虑合成反应都是耗能的，分解反应都是放能的。物质分解过程中释放的能量一部分能够暂时以某种形式储存起来，以备需要时用于耗能的反应中。主要以ATP的形式储存，另一部分以热能的形式散失，热能只能用来维持体温。6ppt课件ATP中的磷酸键7ppt课件新陈代谢的特点1.步骤多，但有序2.代谢具有控制性和调节性 整体水平调节、细胞水平调节、分子水平调节3.反应是在温和条件下进行的，绝大多数反应是在酶的作用下完成的4.反应是在长期的进化过程中逐步形成、完善的 8ppt课件碳和能的来源1.碳的来源 自养细胞（CO2）、异养细胞(有机碳化合物）2.能的来源 光合作用:光能-生物电能-活跃的化学能-稳定的化学能 氧化-还原作用：代谢物-氧还作用-水和 CO2 9ppt课件中间代谢10ppt课件六、代谢的研究方法活体内与活体外实验同位素示踪法代谢途径阻断11ppt课件第二节第二节 生物氧化生物氧化（Biological Oxidation）12ppt课件生物氧化的概念生物氧化的概念相当于分解（异化）作用。相当于分解（异化）作用。生生物物氧氧化化是是指指糖糖类类、脂脂类类和和蛋蛋白白质质等等在在生生物物活活细细胞胞内内进进行行的的一一系系列列的的氧氧化化分分解解作作用用，最最终终生生成成H2O和和CO2,同同时时释释放放能能量量的的过过程程，又又称称细细胞胞呼呼吸吸或或组组织织呼吸。呼吸。13ppt课件生物氧化发生的场所生物氧化发生的场所Lehninger发现，线粒体是真核生物氧化磷酸发现，线粒体是真核生物氧化磷酸化的场所，开始了生物能传导的新世代。化的场所，开始了生物能传导的新世代。线粒体有两层膜结构，外膜对小分子线粒体有两层膜结构，外膜对小分子（Mr 5000）和离子为自由透过（通过跨膜通和离子为自由透过（通过跨膜通道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包括括H+），），只有内膜上存在特异运输体的物质可只有内膜上存在特异运输体的物质可以透过。以透过。内膜上含有呼吸链和内膜上含有呼吸链和ATP合成酶。合成酶。线粒体基质含有丙酮酸脱氢酶复合物和柠檬酸线粒体基质含有丙酮酸脱氢酶复合物和柠檬酸循环途径、脂肪酸循环途径、脂肪酸-氧化途径、氨基酸氧化途氧化途径、氨基酸氧化途径及酵解以外所有能量物质氧化途径。径及酵解以外所有能量物质氧化途径。14ppt课件生物氧化的方式与特点1.方式 脱电子、脱氢、加氧2.特点 逐步进行，逐步完成，有合适的落差，相互偶联。在体温下，在细胞内酶的催化下逐步完成的。释放的能量大部分储存在ATP中，能量利用率高。15ppt课件电子传递过程和氧化呼吸链生物氧化最终产物：水和COCO2 2 COCO2 2 :由糖、脂肪和蛋白质等有机物通过由糖、脂肪和蛋白质等有机物通过TCACTCAC途径转变成含羧基的化合物，然后途径转变成含羧基的化合物，然后脱羧基而生成脱羧基而生成水：通过电子传递过程实现水：通过电子传递过程实现16ppt课件电子传递过程电子从还原型辅酶，通过一系列按照电子亲和力递增的顺序排列的电子传递体所构成的电子传递链传递到氧的过程。构成电子传递链的电子传递体都是一些具有氧化还原作用的电子载体。17ppt课件生物氧化体系生物氧化体系呼吸链呼吸链(respiratory chain)生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶催化的反应脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生催化的反应脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生成水，并产生成水，并产生ATP的问题。的问题。定义：又称电子传递链，是指代谢物上脱下的氢定义：又称电子传递链，是指代谢物上脱下的氢经过一系列递氢体和递电子体的依次传递，最后经过一系列递氢体和递电子体的依次传递，最后传给被激活的氧分子，从而生成水的全部体系，传给被激活的氧分子，从而生成水的全部体系，如同接力棒一样，这种形式的反应如同接力棒一样，这种形式的反应呼吸链。呼吸链。递氢体：呼吸链中参与传递递氢体：呼吸链中参与传递H的辅酶或辅基的辅酶或辅基递电子体：呼吸链中参与传递电子的辅酶或辅基递电子体：呼吸链中参与传递电子的辅酶或辅基18ppt课件呼吸链的组成及作用机理呼吸链的组成及作用机理 (1)烟酰胺脱氢酶类（烟酰胺脱氢酶类（nicotinamide dehydrogenases)(或称吡啶脱氢酶类，或称吡啶脱氢酶类，pyridine dehydrogenases)(2)黄素酶类（黄素酶类（flavoprotein,flavinlinked dehydrogenase,NADH dehydrogenase)黄素单核苷酸（黄素单核苷酸（FMN)黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD)(3)辅酶辅酶Q(coenzyme Q,CoQ)(泛醌泛醌 ubiquinone)(4)细胞色素类（细胞色素类（cytochromes)Cytb,Cytc,Cytc1,Cyta1a319ppt课件人体组织最普遍最重要的呼吸链人体组织最普遍最重要的呼吸链 以以NAD+(CoI)或或NADP+(CoII)为辅酶的脱氢酶为辅酶的脱氢酶黄素蛋白（黄酶，黄素蛋白（黄酶，yellow enzyme,flavoprotein,FP）辅酶辅酶Q(CoQ,泛醌，泛醌，ubiquinone)细胞色素复合物细胞色素复合物(cytochrome complex)组成两条呼吸链：组成两条呼吸链：S.NAD+FP1（FMN)CoQ bc1c(a+a3)1/2O2 FP2(FAD)S.20ppt课件呼吸主链和呼吸支链呼吸主链：苹果酸，丙酮酸，柠檬酸等呼吸支链：琥珀酸，脂酰CoA，-磷酸甘油21ppt课件呼吸链中传递体排列顺序的依据通过每一个传递体的氧化还原电势来确定用分光光度法利用抑制剂来确定22ppt课件电子传递的抑制剂鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素抗霉素A氰化物、硫化氢、叠氮化物、co等23ppt课件抑制剂的作用部位24ppt课件ATP合成的类型代谢物水平磷酸化（底物水平磷酸化）氧化磷酸化25ppt课件底物水平磷酸化（Substrate Level Phosphorylation)代谢物质分解过程中，底物分子因脱氢、代谢物质分解过程中，底物分子因脱氢、脱水等作用，能量在分子内部重排（重脱水等作用，能量在分子内部重排（重新分布）形成高能磷酸酯键，并通过酶新分布）形成高能磷酸酯键，并通过酶的作用使的作用使ADP形成形成ATP。26ppt课件氧化磷酸化氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation)生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼生物氧化过程中，代谢物脱下的氢经呼吸链氧化为水时所释放的能量转移给吸链氧化为水时所释放的能量转移给ADP形成形成ATP的过程。实际上是氧化作的过程。实际上是氧化作用与氧化作用过程释放的能量用于形成用与氧化作用过程释放的能量用于形成ATP过程（磷酸化作用）两种作用的偶过程（磷酸化作用）两种作用的偶联反应。联反应。27ppt课件氧化磷酸化与底物水平磷酸化氧化磷酸化与底物水平磷酸化 区别：底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接与一个代谢中间物上的磷酸基团转移相偶联氧化磷酸化：指ATP的生成是基于与电子传递相偶联的磷酸化作用。28ppt课件磷氧比（磷氧比（P/O）代谢物脱下的氢经呼吸链氧化生成水，一对电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子经呼吸链传递到O2生成水所产生的生成水所产生的ATP分子分子的数目（即消耗的数目（即消耗1分子分子O2所产生所产生ATP的数目）称的数目）称为磷氧比（为磷氧比（P/O）。）。代谢物脱下的代谢物脱下的2H经经NADH氧化呼吸链被氧化为氧化呼吸链被氧化为水时，生成水时，生成3ATP（P/O 3），），而经琥珀酸氧化而经琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成呼吸链氧化为水时，生成2ATP（P/O 2）。）。新近的研究结果支持这样的结论，新近的研究结果支持这样的结论，2H经经NADH氧化呼吸链被氧化为水时，生成氧化呼吸链被氧化为水时，生成2.5ATP；而经而经琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成1.5ATP。29ppt课件呼吸链中呼吸链中ATP的产生的产生30ppt课件氧化磷酸化的解偶联和抑制解偶联 电子传递和ATP形成在正常细胞内总是相偶联的。ATP形成必须以电子传递为前提，而呼吸链只有生成ATP才能推动电子的传递。31ppt课件解偶联剂的作用使电子传递和ATP形成两个过程分离，失掉它们的紧密联系。它只抑制ATP的形成过程，不抑制电子传递过程，使电子传递所产生的自由能都转变为热能。典型的解偶联剂：DNP（2，4-二硝基苯酚）32ppt课件思考解偶联剂对底物水平磷酸化有没有影响？为什么？柠檬酸P/O？琥珀酸P/O？在鱼藤酮存在的情况下，苹果酸P/O？琥珀酸的P/O？在DNP存在的条件下，苹果酸P/O？琥珀酸的P/O？33ppt课件化学渗透假说化学渗透假说(Chemiosmotic Hypothesis)1961,Peter Mitchell（1920-1992）（英生化学家）提出，因此获得英生化学家）提出，因此获得1978年年诺贝尔奖。电子传递的结果把诺贝尔奖。电子传递的结果把H+从线粒从线粒体内膜基质泵到膜外空间，形成一个跨体内膜基质泵到膜外空间，形成一个跨线粒体内膜的线粒体内膜的H+梯度，其中所含的化学梯度，其中所含的化学渗透能正是促进渗透能正是促进ATP合成所需能量，这合成所需能量，这种能量被称为质子推动力或质力种能量被称为质子推动力或质力(Proton-motive force)。34ppt课件化化学学渗渗透透模模型型（Chemiosmotic Model)35ppt课件ATP合成酶及合成酶及ATP合成合成 36ppt课件穿梭系统（穿梭系统（Shuttle Systems)有些有些NADH是在胞液中产生的，而呼是在胞液中产生的，而呼吸链位于线粒体的内膜上，线粒体的内吸链位于线粒体的内膜上，线粒体的内膜对膜对NADH不能透过，必须通过一定的不能透过，必须通过一定的转运机制才能保证底物分子脱下的转运机制才能保证底物分子脱下的H可以可以通过呼吸链递氢和递电子被彻底氧化，通过呼吸链递氢和递电子被彻底氧化，释放能量。这种转运机制即为穿梭系统，释放能量。这种转运机制即为穿梭系统，经过穿梭系统把胞液中的经过穿梭系统把胞液中的NADH转变为转变为线粒体内的线粒体内的NADH经呼吸链被氧化。包经呼吸链被氧化。包括磷酸甘油穿梭、苹果酸括磷酸甘油穿梭、苹果酸-草酰乙酸穿梭。草酰乙酸穿梭。37ppt课件-磷酸甘油穿梭38ppt课件苹果酸穿梭39ppt课件