新陈代谢总论与生物氧化用课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 新陈代谢总论 与生物氧化,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,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。,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：葡萄糖的乙醇发酵,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,。,ATP,中的磷酸键,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,碳和能的来源,1.碳的来源,自养细胞（,CO,2,）、,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,CO,2,中间代谢,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,第二节 生物氧化（,Biological Oxidation）,生物氧化的概念,相当于分解（异化）作用。,生物氧化是指糖类、脂类和蛋白质等在生物活细胞内进行的一系列的氧化分解作用，最终生成,H,2,O,和,CO,2,同时释放能量的过程，又称细胞呼吸或组织呼吸。,生物氧化发生的场所,Lehninger,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。,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（通过跨膜通道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包括,H,+,），,只有内膜上存在特异运输体的物质可以透过。,内膜上含有呼吸链和,ATP,合成酶。,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,-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。,线粒体结构,生物氧化的方式与特点,1.方式,脱电子、 脱氢 、加氧，本质：电子转移,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。,电子传递过程和氧化呼吸链,生物氧化最终产物：水和,CO,2,CO,2,:,由糖、脂肪和蛋白质等有机物通过,TCA,途径转变成含羧基的化合物，然后脱羧基而生成,水：通过电子传递过程实现,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。,生物氧化体系呼吸链(,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，把氢交给氧生成水，并产生,ATP,的问题。,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，这种形式的反应呼吸链。,递氢体：呼吸链中参与传递,H,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,呼吸链的组成及作用机理,(1) 烟酰胺脱氢酶类（,nicotinamide dehydrogenases)(,或称吡啶脱氢酶类，,pyridine dehydrogenases),：,以,NAD NADP,为辅酶,(2),黄素酶类（,flavoprotein, flavinlinked dehydrogenase, NADH dehydrogenase),黄素单核苷酸（,FMN),黄素腺嘌呤二核苷酸（,FAD),(3),铁硫蛋白,类,(4),辅酶,Q(coenzyme Q, CoQ)(,泛醌,ubiquinone),(5) 细胞色素类（,cytochromes),Cytb,Cytc,Cytc,1,Cyta,1,a,3,人体组织最普遍最重要的呼吸链,以,NAD,+,(CoI),或,NADP,+,(CoII),为辅酶的脱氢酶,黄素蛋白（黄酶，,yellow enzyme, flavoprotein, FP）,辅酶,Q(CoQ,泛醌，,ubiquinone),细胞色素复合物(,cytochrome complex),组成两条呼吸链：,S.,NAD,+,FP,1,（FMN),CoQ,b,c,1,c,(a+a,3,),1/2O,2,FP,2,(FAD),S.,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,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,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,抑制剂的作用部位,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,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、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，并通过酶的作用使,ADP,形成,ATP。,氧化磷酸化（,Oxidative Phosphorylation),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,ADP,形成,ATP,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,ATP,过程（磷酸化作用）两种作用的偶联反应。,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。,磷氧比（,P/O）,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,O,2,生成水所产生的,ATP,分子的数目（即消耗1分子,O,2,所产生,ATP,的数目）称为磷氧比（,P/O）。,代谢物脱下的2,H,经,NADH,氧化呼吸链被氧化为水时，生成3,ATP（P/O,3），,而经琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成2,ATP（P/O2）。,新近的研究结果支持这样的结论，,2,H,经,NADH,氧化呼吸链被氧化为水时，生成2.5,ATP；,而经琥珀酸氧化呼吸链氧化为水时，生成1.5,ATP,。,呼吸链中,ATP,的产生,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。,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）,注：解偶联剂作用只抑制氧化磷酸化过程中,ATP,的形成，对底物水平磷酸化没有影响。,思考,以前有人曾经考虑过使用解偶联剂如,DNP,作为减肥药，但不久就放弃使用，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？,DNP,作为一种解偶联剂，能够破坏线粒体内膜两侧的质子梯度，使质子梯度转变为热能，而不是,ATP。,在解偶联状态下，电子传递过程完全是自由进行的，底物失去控制的被快速氧化，细胞的代谢速率将大幅度提高。这些将导致机体组织消耗其存在的能源形式，如糖原和脂肪，因此有减肥的功效。但是由于这种消耗是失去控制的消耗，同时消耗过程中过分产热，这势必会给机体带来强烈的副作用。,化学渗透假说(,Chemiosmotic Hypothesis),1961,Peter Mitchell（1920-1992）（,英生化学家）提出，因此获得1978年诺贝尔奖。电子传递的结果把,H,+,从线粒体内膜基质泵到膜外空间，形成一个跨线粒体内膜的,H,+,梯度，其中所含的化学渗透能正是促进,ATP,合成所需能量，这种能量被称为质子推动力或质力(,Proton-motive force)。,化学渗透模型,（,Chemiosmotic Model),电子传递链中的四个蛋白复合体,电子传递链,电子传递链,ATP,合成酶及,ATP,合成,穿梭系统（,Shuttle Systems),有些,NADH,是在胞液中产生的，而呼吸链位于线粒体的内膜上，线粒体的内膜对,NADH,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,H,可以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，经过穿梭系统把胞液中的,NADH,转变为线粒体内的,NADH,经呼吸链被氧化。包括磷酸甘油穿梭、苹果酸-草酰乙酸穿梭。,-,磷酸甘油穿梭,苹果酸穿梭,经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量,Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be,写在最后,Thank You,在别人的演说中思考，在自己的故事里成长,Thinking In Other PeopleS Speeches,，,Growing Up In Your Own Story,讲师：,XXXXXX,XX,年,XX,月,XX,日,