陈代谢总论与生物氧化完美课件

8新陈代谢总论与生物氧化新陈代谢总论与生物氧化 新陈代谢过程包括营养物质的消化吸收、中间代谢以及代谢产物的排泄等阶段。1、营养物质的摄取与吸收利用光能的生物（植物、微生物）食草动物 食腐动物（微生物）食肉动物（轮回）回）新新陈代代谢的的过程程2、将摄取的营养物质和细胞中原有的物质（结构物质或功能物质）分解为机体所需的结构元件或分解供能3、将结构元件装配成大分子（结构物质、功能物质）4、在物质代谢的同时进行能量代谢分解代分解代谢：将从外界：将从外界摄取或机体原有的物取或机体原有的物质物物质通通过一系列的反一系列的反应步步骤变为较小的、小的、较简单的物的物质的的过程。程。合成代合成代谢：生物利用小分子或大分子：生物利用小分子或大分子结构元件构元件构建自身大分子的构建自身大分子的过程。程。一、物一、物质的分解代的分解代谢与合成代与合成代谢合成合成代谢代谢分解分解代谢代谢生物生物体的体的新陈新陈代谢代谢生物小分子合成生物大分子生物小分子合成生物大分子一般需要能量一般需要能量一般释放能量一般释放能量生物大分子分解为生物小分子生物大分子分解为生物小分子能量代能量代能量代能量代谢谢物物物物质质代代代代谢谢二者相二者相辅相成，研究物相成，研究物质代代谢就是研究能量代就是研究能量代谢维持生命活持生命活动的能量来源的能量来源光光能能（太太阳阳能能）：植植物物和和某某些些藻藻类，通通过光光合合作用将光能作用将光能转变成生物能。成生物能。化化学学能能：动物物和和多多数数微微生生物物，通通过生生物物氧氧化化作作用用将将有有机机物物质存存储的的化化学学能能释放放出出来来，并并转变成生物能。成生物能。外外界界摄摄取取的的营营养养物物质质和和机机体体内内储储存存的的物物质质如如：糖糖、脂脂、蛋蛋白白质质等等在在体体内内分分解解时时逐逐步步释释放放能能量量、最最终终生生成成二二氧氧化碳和水化碳和水 ATPATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。非储存能量的形式，是传递能量的形式。ATP的性的性质ATP 分子的最分子的最显著特点是含著特点是含有两个高能磷酸有两个高能磷酸键。ATP水水解解时,可以可以释放出大量自由能。放出大量自由能。ATP 是生物体内最重要的能是生物体内最重要的能量量转换中中间体。体。ATP 水解水解释放出来的能量用于推放出来的能量用于推动生物生物体内各种需能的生化反体内各种需能的生化反应。另外：GTP对G蛋白的活化、蛋白质的生物合成、蛋白质的寻靶作用以及蛋白质运转等过程提供自由能；UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用；CTP在合成磷脂酰胆碱及纤维素等方面有作用。能量源自能量源自能源物能源物质（糖、脂、偶（糖、脂、偶尔是蛋白是蛋白质）的分解）的分解分分 解解 代代 谢谢氧氧 化化 产产 能能ADP机械能（运动）机械能（运动）化学能（合成反应）化学能（合成反应）渗透能（分泌、吸收）渗透能（分泌、吸收）电能（生物电）电能（生物电）热能（体温维持）热能（体温维持）光能（生物发光）光能（生物发光）UTP、GTP、CTP、TTP合成，供能合成，供能ATP中间代谢的研究方法中间代谢的研究方法 代谢的实质是物质在酶的作用下分解或合成，代谢的实质是物质在酶的作用下分解或合成，所以代谢的研究内容也即分为两个方面：所以代谢的研究内容也即分为两个方面：参与的酶参与的酶 物质的变化过程物质的变化过程活体内实验活体内实验 活体内实验结果代表生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调节机制下的整体代谢情况，比较接近生物体的实际。整体方法（整体方法（in vivo)纯化合物排泄物的化学分析典型案例典型案例脂肪酸的脂肪酸的氧化氧化活体外实验活体外实验活体外实验是用从生物体分离出来的组织切片，组织匀浆或体外培养的细胞、细胞器及细胞抽提物研究代谢过程。离体法离体法(in vitroin vitro)器官、组织或细胞器官、组织或细胞各类组织细胞各类组织细胞各种破碎方法各种破碎方法碎片置于试管中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。谢中间产物及酶，逻辑推断。同位素示踪法同位素示踪法 同位素是指原子序数相同，在元素周期表上的位置相同，而化学性质不同，质量不同的元素；例如将14C标在乙酸的羧基上，同时喂饲动物，如动物呼出的CO2中发现14C，说明乙酸的羧基转变成CO2。代谢途径阻断等方法代谢途径阻断等方法 用抗代谢物或酶的抑制剂来阻抑中间代谢的某一环节，观察这些反应被抑制或改变以后的结果，以推测代谢情况。二、生物氧化生物氧化的一般原理有有机机物物质质在在生生物物体体细细胞胞内内的的氧氧化化产产生生O2和和HO并释放能量的过程称为并释放能量的过程称为生物氧化生物氧化。生物氧化的特点生物氧化的特点1、生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反应条件温和（水溶液，pH7和常温）。2、水是许多生物氧化反应的氧供体。通过加水脱氢作用直接参予了氧化反应。3、在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。5、生物氧化是一个分步进行的过程。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。6、生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP。生物氧化中二氧化碳的生成生物氧化中二氧化碳的生成1、直接、直接脱羧脱羧 2、氧化脱羧、氧化脱羧 是在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。生物氧化中水的生成生物氧化中水的生成 生物氧化中所生成的水是代谢物脱下的氢，经生物氧化作用和吸入的氧结合而成的。生物体主要是以脱氢酶、传递体及氧化酶组成的生物氧化体系，以促进水的生成。传递体有多种，有的是传氢体，如辅酶（NAD）、辅酶（NADP）、黄酶（FAD、FMN）、辅酶Q等；有的是传电子体，如细胞色素系b、c1、c、a、a3等。呼吸链呼吸链:多酶氧化还原体系的典型多酶氧化还原体系的典型 呼呼吸吸链链（电电子子传传递递体体系系、电电子子传传递递链链）：代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧分子，而生成水的全部体系。细胞内的线粒体是真核生物学生物氧化的主要场所 典型的呼吸链:NADH呼吸链 FADH2呼吸链返回返回说明：说明：糖类、脂肪、蛋白质三大物质分解代谢中的脱氢氧化反应，绝大部分是通过NADH呼吸链来完成的。FADH2呼吸链中的黄酶只能催化某些代谢物脱氢。在生物体内的呼吸链还有多种型式，是中间传递体的成员不同.呼吸链的组成呼吸链的组成 参加呼吸链的氧化还原酶有烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋白类、细胞色素类、辅酶Q类等。（1）烟酰胺脱氢酶类 以NAD+或NADP+为辅酶，达200多种。(2)黄素脱氢酶类 以FMN或FAD作为辅基。(3)铁硫蛋白类（铁硫蛋白类（Fe-S）铁硫蛋白类的分子中含有非卟啉铁与对酸不稳定的硫。其作用是借铁的价互变进行电子传递。因其活性部分含有活泼的硫和铁原子，故称铁硫中心。铁硫蛋白有三种类型：(4)辅酶辅酶Q类类(泛醌类）泛醌类）脂溶性的醌类化合物，又名泛醌。不同来源的辅酶Q的异戊二烯的n值在6-10之间。(5)细胞色素类细胞色素类 细胞色素类是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质，细胞色素包括aa3、b、c、c1等。不同种类的细胞色素的辅基结构及与蛋白质连接的方式是不同的。b、c1、c的辅基均为血红素;aa3的辅基为血红素A（8位上是甲酰基，5位上无取代，2位上为17个c的异戊二烯聚合物）；呼吸链中传递体的顺序呼吸链中传递体的顺序生物氧化与能量的产生和转移生物氧化与能量的产生和转移 高能化合物：随水解反应或基团转移反应可放出大量自由能的化合物。高能化合物一般对酸、碱和热不稳定。一般将水解时能够释放21 kJ/mol（5千卡/mol)以上自由能（G-21 kJ/mol）的化合物称为高能化合物。氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 氧化磷酸化作用：利用生物氧化过程释放出的自由能驱动ADP磷酸化形成ATP的过程。根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为底物水平磷酸化及电子传递体系磷酸化。通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化。ATP的生物合成的生物合成 (1)底物水平磷酸化底物水平磷酸化 底底物物水水平平磷磷酸酸化化：是在被氧化的底物上发生的磷酸化作用，即底物被氧化的过程中，形成了某种高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP生成ATP。如：糖酵解中生成的1，3二磷酸甘油酸和三羧酸循环中的琥珀酰o。说明：底物磷酸化也是捕获能量的一种方式，在发酵作用中是进行生物氧化取得能量的唯一方式。底物磷酸化和氧的存在与否无关。(2)电子传递体系磷酸化 电子传递体系磷酸化：当电子从NADH或FADH2经过电子传递体系（呼吸链）传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP的全过程。电子传递体系磷酸化是生成ATP的一种主要方式，是生物体内能量转移的主要环节。胞液中胞液中NADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化 线粒体外的NADH可将其所带之H转交给某种能透过线粒体膜的化合物。进入线粒体内再氧化。1、甘油磷酸穿梭系统 葡萄糖在肌肉及神经组织中：NADH经该传递只只产生生2 2分子分子ATP、苹果酸穿梭系统 在肝、肾、心等组织中：NADH经该传递只只产生生3 3分子分子ATP氧化磷酸化作用机制氧化磷酸化作用机制 有化学耦联学说、结构耦联学说与化学渗透学说。化学渗透学说：化学渗透学说：(1)呼吸链中传氢体和电子传递体是间隔交替排列的。且在线粒体内膜中都有特定的位置，催化反应是定向的。(2)传氢体有氢泵的作用，当传氢体从内膜内侧接受从底物传来的氢（2H）后，可将其中的电子（2e）传给其后的电子传递体，而将两个H+泵出内膜外侧。(3)内膜对H+不能自由通过，泵出膜外侧的H+不能自由返回膜，线粒体内膜外侧H+浓度高于内侧，在内膜两侧就建立起质子浓度梯度，形成膜电位。此电位差中就包含着电子传递过程中所释放的能量，此H+梯度所包含的能量可驱使ADP和Pi生成ATP。(4)利用ATP合成酶的特点，将膜外侧的2H+转达化成内侧的2H+，与氧生成水。化学渗透学说，说明了电子传递过程中形成的线粒体内膜两侧的质子梯度是合成ATP的推动力。