生命中化学(8)(精品)

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,*,生命中的能量获取与代谢（二）细胞呼吸,生物代谢,生物活体与外界环境不断进行的物质（气、液、固体）交换过程。有机物质在细胞内的合成和分解过程，又分别称为,合成代谢,和,分解代谢,。,糖代谢,光合作用,脂类代谢,蛋白质降解和氨基酸代谢,核酸的降解和核苷酸代谢,其它物质的降解代谢,细胞中常见的氧化,-,还原反应除包含电子的传递转移外，还包含氢的传递和转移，它与电子的转移是伴随发生的。,细胞中能直接从底物取得电子和氢的传递体成为初级电子受体。如,NAD,+,、,NADP,+,、,FMN,和,FAD,等。,机体内进行的脱氢，加氧等氧化反应总称为生物氧化，按照生理意义不同可分为两大类，一类主要是将代谢物或药物和毒物等通过氧化反应进行生物转化，这类反应不伴有,ATP,的生成；另一类是糖、脂肪和蛋白质等营养物质通过氧化反应进行分解，生成,H,2,O,和,CO,2,，同时伴有,ATP,生物能的生成，这类反应进行过程中细胞要摄取,O,2,，释放,CO,2,故又形象地称之为,细胞呼吸,(cellular respiration),。,生物氧化和非生物氧化或燃烧的化学本质是相同的，但生物氧化和非生物氧化进行的方式却大不一样。,细胞内生物氧化是在常温、,PH,中性或近于中性及水环境下进行的，是在一系列酶、辅酶和中间电子受体等的作用下逐步完成的，因为能是逐步被释放的，以生成,ATP,方式释放能量。,细胞呼吸,细胞氧化葡萄糖、脂肪酸或其它有机物以获取能并产生,CO,2,的过程。在所有生物中存在，是生物获取能的方式。,C,6,H,12,O,6,+6O,2,+6H,2,O6CO,2,+12H,2,O+,能,细胞呼吸产生的,CO,2,和消耗的,O,2,分子比。,不同的呼吸底物有不同的值。葡萄糖为,1,，一般脂肪酸为,0.71,，蛋白质为,0.80,。值越小，所含的化学能就最多。,细胞呼吸的全过程可以分为四个部分,：,(1),糖酵解,（,glycolysis,）,(2),丙酮酸氧化脱羧,（,oxidation and,decarboxylation,of,pyruvate,）,(3),柠檬酸循环,（,citric acid cycle,）,(4),电子传递链,（,chain of electron transport,）,1,、糖酵解,糖酵解途径是指细胞在,细胞质,中分解葡萄糖生成丙酮酸的过程，此过程中伴有少量,ATP,的生成。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸，有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰,CoA,进入三羧酸循环，生成,CO,2,和,H,2,O,。,总反应为：,葡萄糖,+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD,+,2,丙酮酸,+4ATP+2NADH+2H,+,+2H,2,O,（,1,）葡萄糖磷酸化,使葡萄糖的稳定状态变为活跃状态，消耗,1,个,ATP,放能反应，一个,ATP,放出一个高能磷酸键，大约放出,30.5KJ,自由能，大部分变为热而散失，小部分使磷酸与葡萄糖结合。,（,2,）,至此，,1,个葡萄糖分子消耗了,2,个,ATP,分子而活化，经酶的催化成果糖,-1,6-,二磷酸分子。,（,3,）,以上为第一阶段，,1,个葡萄糖转化为,2,个,PGAL,，消耗,2,个,ATP,。,（,4,）（,5,）获得了,2,个,ATP,，,同时生成,2NADH+2H,+,底物水平磷酸化,（,6,）生成,2,个,ATP,和,2,个丙酮酸,以上是糖酵解的第二阶段，共生成,4,个,ATP,，,2,个（,NADH+H,+,）,2,、丙酮酸氧化脱羧,乙酰,CoA,的生成,糖酵解过程释放的能量不足,1/4,在线粒体的基质中发生，释放出,1,分子,CO,2,，,生成一分子,NADH+H,+,3,、柠檬酸循环,Hans Krebs,发现,反应过程的酶，除了琥珀酸脱氢酶是定位于线粒体内膜外，其余均位于线粒体基质中。,插入,CoA,（辅酶,A,）,生物体内代谢中乙酰化酶的辅酶，前体是,维生素泛酸（,V,B3,）,。传递酰基，形成代谢中间产物。例如：乙酸与辅酶,A,的巯基结合形成乙酰辅酶,A,，是糖代谢的重要中间产物。,主要事件顺序为：,（,1,）乙酰,CoA,与草酰乙酸结合，生成六碳的柠檬酸，放出,CoA,（,2,）柠檬酸先失去一个,H,2,O,而成顺乌头酸,(2a),，再结合一个,H,2,O,转化为异柠檬酸,(2b),（,3,）异柠檬酸发生脱氢、脱羧反应，生成,5,碳的,-,酮戊二酸，放出一个,CO,2,，生成一个,NADH+H,+,（,4,）,-,酮戊二酸,发生脱氢、脱羧反应，并和,CoA,结合，生成含高能硫键的,4,碳琥珀酰,CoA,，,放出一个,CO,2,，生成一个,NADH+H,+,（,5,）,碳琥珀酰,CoA,脱去,CoA,和高能硫键，放出的能通过,GTP,转入,ATP,（,6,）琥珀酸脱氢生成延胡索酸，生成,1,分子,FADH,2,，,（,7,）,延胡索酸和水化合而成苹果酸,（,8,）苹果酸氧化脱氢，生成草酸乙酸，生成,1,分子,NADH+H,+,小结：,一次循环，消耗一个,2,碳的乙酰,CoA,，,共释放,2,分子,CO,2,，,8,个,H,，,其中四个来自乙酰,CoA,，,另四个来自,H,2,O,，,3,个,NADH+H,+,，,1FADH,2,。,此外，还生成一分子,ATP,。,4,、电子传递系统和氧化磷酸化,葡萄糖代谢中的大部分能量的释放靠包括分子氧在内的电子传递系统或电子传递链来完成。,电子传递链,：存在于线粒体内膜上的一系列电子传递体，如,FMN,、,CoQ,和各种细胞色素等，分子氧是电子传递链中最后的电子受体。,在电子传递链中，各电子传递体的氧化还原反应从高能水平向低能水平顺序传递，在传递过程中释放的能通过磷酸化而被储存到,ATP,中，,ATP,的形成发生在线粒体内膜上。,氧化磷酸化,：磷酸化作用是和氧化过程的电子传递紧密相关的。与底物水平的磷酸化不同。,5,、细胞呼吸产生的,ATP,统计,（,1,）糖酵解：,底物水平的磷酸化,4ATP,葡萄糖分子活化消耗,-2ATP,产生,2NADH,，,经过电子传递链生成,4,或,6ATP,（,2,）,丙酮酸氧化脱羧,产生,2NADH,，,可生成,6ATP,（,3,）,柠檬酸循环底物水平磷酸化,2ATP,产生,6NADH,，,可生成,18ATP,产生,2FADH,2,，,可生成,4ATP,总计生成,36,或,38ATP,1mol/L ATP,的高能键储存的能量约为,30.5kJ,1mol/L,葡萄糖细胞呼吸后生成,1098kJ,，,而氧化共生成,2872.2kJ,能量，其能量转化效率为,38%,。,6,、无氧途径,无氧呼吸或无氧途径（,anaerobic pathway,）：,有些细菌利用硝酸盐（,NO,3,-,）、,亚硝酸盐（,NO,2,-,）、,硫酸盐（,SO,4,2-,）,或其它无机化合物来代替氧作为最终的电子受体，进行呼吸。和有氧呼吸基本是一样的。,更常见的无氧呼吸是发酵（,fermentation,）：,一些厌氧细菌和酵母菌等在无氧条件下获取能量的过程。,（,1,）酒精发酵（,alcoholic fermentation,）,（,2,）,乳酸发酵（,lactic acid fermentation,）,7,、其它营养物质的氧化,（,1,）氨基酸的氧化,氨基酸,有机酸,呼吸代谢过程,丙氨酸,丙酮酸、谷氨酸,-,酮戊二酸、天冬氨酸,草酰乙酸,（,2,）脂肪酸的氧化,脂肪酸在细胞质中活化，进入线粒体基质继续氧化，产生乙酰,CoA,进入,TCA,；,甘油可转变为磷酸甘油醛进入糖酵解过程,。,脂类代谢,脂类,主要包括,甘油三酯（脂肪）,、,磷脂,和,类固醇,等。,脂类代谢的重要意义：,（,1,）脂肪在动物体内和植物种子及果实中大量,存储,；氧化时可提供,更多的能量,；,38.9KJ/g,；,（,2,）许多类脂及其衍生物具有重要生理作用，代谢中间体是合成,激素、胆酸和维生素,等的基本原料；对维持机体正常活动影响重大；,（,3,）代谢紊乱时可引起许多疾病：动脉粥样硬化、脂肪肝和酮尿症；,脂类代谢,一、脂类的消化和吸收,1,、脂类的消化,肝脏分泌的,胆汁盐,在小肠,中将脂肪乳化,并分散成细小颗粒，以利于水解反应；,胰脏分泌的,胰脂肪酶,水解脂肪,又分为脂肪酶和磷脂酶；,脂类代谢,一、脂类的消化和吸收,2,、脂类的吸收和输送,完全水解和部分水解的脂类,在小肠中被吸收,，经淋巴系统,进入血液循环,；少部分直接经门静脉到肝脏；未吸收的脂肪在大肠中被细菌分解；,代谢的脂质靠,血液运输,；,脂蛋白,形式；具有亲水性；,血脂水平,代表脂代谢状况；疾病诊断。,脂类代谢,二、脂肪的分解代谢,脂肪在,脂肪酶催化,下水解成,甘油,和,脂肪酸,，再：,1,、,甘油的代谢,甘油激酶,脱氢酶,PGAL,脂类代谢,2,、,脂肪酸的,分解代谢,（,1,）脂肪酸的,b,-,氧化,脂肪酸的活化,脂类代谢,（,1,）脂肪酸的,b,-,氧化,脂酰,CoA,转运入线粒体,线粒体外细胞质,线粒体内基质,结构特征？性质？,脂类代谢,（,1,）脂肪酸的,b,-,氧化,脂酰,CoA,转运入线粒体,L-,肉毒碱的生理功能,一种特殊的氨基酸。刺激脑内四大神经递质之一的乙酰胆碱的释放，稳定脑细胞膜，并对肌肉纤维（细胞）具有同样的作用。具有神经保护作用，并缓和与衰老有关的病变。可以促进脑对酮类和其他脂类的利用，帮助进行低热量节食的人们维持情绪平衡，使得他们更容易坚持节食，从而帮助他们达到,减脂,的目标。,脂类代谢,（,1,）脂肪酸的,b,-,氧化,b,-,氧化过程,三羧酸循环,脂类代谢,（,1,）脂肪酸的,b,-,氧化,b,-,氧化产生的能量,1,分子软脂酸（,16,碳脂肪酸）,完全氧化净生成,129,个,ATP,，,生物体最佳储能形式。,（,2,）含奇数碳原子饱和脂肪酸的氧化,三羧酸循环,脂类代谢,三、脂肪的,合成代谢,1,、,脂肪酸的生物合成,（,1,）,细胞胞液中,合成饱和脂肪酸,起始物为线粒体基质中的,乙酰,CoA,，直接二碳供体为,丙二酸单酰,CoA,。,乙酰,CoA,的跨膜转移,脂类代谢,1,、,脂肪酸的生物合成,（,1,）细胞胞液合成饱和脂肪酸,丙二酸单酰,CoA,的形成,脂类代谢,（,1,）细胞胞液合成饱和脂肪酸,缩合反应,脂类代谢,2,、,甘油三酯的合成,脂类代谢,2,、,甘油三酯的合成,蛋白质的降解和氨基酸代谢,一、蛋白质的消化和吸收,1,、,蛋白质的消化和吸收,胃、肠中经各种蛋白酶水解,2,、,氨基酸的营养学意义,人体必须氨基酸（自身不能合成（成人,Lys,Trp,Val,Leu,Ile,Thr,Met,Phe,；儿童增加,His,Arg,），需要从食物中摄取，动物性蛋白的营养价值高。,二、氨基酸的分解代谢,1,、氨基酸分解代谢的共同途径,（,1,）脱氨基作用,氧化脱氨基作用,蛋白质的降解和氨基酸代谢,自由基,氧化抗氧化,2,蛋白质的降解和氨基酸代谢,二、氨基酸的分解代谢,1,、氨基酸分解代谢的共同途径,（,1,）脱氨基作用,氧化脱氨基作用,蛋白质的降解和氨基酸代谢,三羧酸循环,糖代谢,（,1,）脱氨基作用,转氨基作用,蛋白质的降解和氨基酸代谢,转氨酶,蛋白质的降解和氨基酸代谢,（,1,）脱氨基作用,联合脱氨基作用,蛋白质的降解和氨基酸代谢,（,2,）脱羧基作用,组胺,自体活性物质之一，在体内由组氨酸脱羧基而成，以,皮肤、支气管粘膜、肠粘膜和神经系统中,含量较多。当机体受到理化刺激或发生过敏反应时，可导致,组胺释放,，,与组胺受体结合而产生生物效应,。,抗组胺药物之一,扑尔敏,磷酸吡多素,蛋白质的降解和氨基酸代谢,2,、氨的代谢,（,1,）氨在生物体内的输送；（自学）,（,2,）,尿素的生物合成,-,尿素循环,蛋白质的降解和氨基酸代谢,3,、氨基酸碳架的代谢途径,蛋白质的降解和氨基酸代谢,3,、氨基酸碳架的代谢途径,