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第五章生物氧化 第一节生物氧化概述 一 生物氧化 一 生物氧化 biologicaloxidation 糖 脂 蛋白质等有机物质在活细胞内氧化分解 产生CO2和H2O并放出能量的作用称生物氧化 特点 一系列酶引起的 在活细胞内发生氧化还原反应 二 生物氧化的方式1 CO2的生成脱羧作用 脱羧和 脱羧两种类型脱羧过程 氧化脱羧直接脱羧 1 直接脱羧丙酮酸脱羧反应 2 直接脱羧草酰乙酸脱羧反应 3 氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧反应 4 氧化脱羧苹果酸氧化脱羧反应图5 1几种物质脱羧反应 反应部位 真核线粒体 原核细胞膜 2 水的生成H脱氢酶 传递体和氧化酶 O2 生成H2O 图5 2生物氧化体系 二 能量守恒与转化 一 自由能的概念自由能 freeenergy 在一个体系中 能够用来做有用功的那部份能量 又称Gibbs自由能 用符号G来表示 二 氧化还原电位通常用氧化还原电极电位 氧化还原电势 来相对表示各化合物对电子亲和力的大小 电极电位大小及各种因素的影响用奈斯特方程来表示 其方程为 E E RT nF In C氧化态 C还原态 三 氧化还原电位与自由能的关系 G nF E 三 高能磷酸化合物 一 高能磷酸化合物的概念高能磷酸化合物 一般将水解时释放20 9KJ mol以上自由能的化合物称之 含有高能量的键称为高能键 常用 符号表示 典型的代表是三磷酸腺苷 ATP 含有两个高能键 图5 7三磷酸腺苷的结构 图5 7三磷酸腺苷的结构 二 高能化合物类型1 磷氧键型 O P 1 酰基磷酸化合物 2 焦磷酸化合物 3 烯醇式磷酸化合物2 氮磷键型 N P 胍基磷酸化合物3 硫酯键型3 磷酸腺苷 5 磷酰硫酸4 甲硫键型S 腺苷甲硫氨酸 三 ATP的特殊作用1 作为中间传递体ATP ADP循环是生物系统的能量交换中枢 2 作为中间载体作为磷酸基团转移反应的中间载体 第二节呼吸链与氧化磷酸化 一 呼吸链 一 线粒体外膜内膜基质线粒体基质酶类包括三羧酸循环酶类 脂肪酸 一氧化酶类和氨基酸分解代谢酶类等 图5 16线粒体的结构 二 呼吸链呼吸链 respiratorychain 电子传递链ETC 指代谢物上脱下的氢 质子和电子 经一系列递氢体或电子传递体按对电子亲和力渐渐升高的顺序依次传递 最后传给分子氧而生成水的全部体系 呼吸链 NADH呼吸链 FADH2呼吸链 图5 17NADH呼吸链 A 和FADH2呼吸链 B 三 呼吸链组成 1 黄素蛋白 flavoprotein 两种2 铁硫蛋白 Iron sulfurprotein Fe2S2或Fe4S43 细胞色素 cytochrome 5种细胞色素b Cytb 细胞色素c1 Cytc1 细胞色素c Cytc 细胞色素a Cyta 和细胞色素a3 Cyta3 4 泛醌 ubiquinone 又称辅酶Q CoQ 四 内膜复合物 1 复合物 NADH脱氢酶 2 复合物 琥珀酸脱氢酶 3 复合物 细胞色素b 细胞色素c1和细胞色素c的复合体 4 复合物 细胞色素氧化酶 五 电子传递链的排列顺序 图5 23电子传递体在呼吸链中的排列顺序 六 电子传递抑制剂 1 鱼藤酮 安密妥 杀粉蝶菌素NADH CoQ2 抗霉素ACytb Cytc13 氰化物 叠氮化物 COCytaa3 O2 图5 25电子传递链抑制部位 二 氧化磷酸化 一 氧化磷酸化概念 氧化磷酸化 指的是与生物氧化作用相伴而生的磷酸化作用 是将生物氧化过程中释放的自由能 用于ADP和无机磷酸生成高能ATP的作用 1 底物水平磷酸化X P ADP XH ATP2 氧化磷酸化NADH或FADH2 O2产生ATP 二 氧化磷酸化作用机理 3种假说 化学偶联假说 构像偶联假说 化学渗透假说 1961年 英国Mitchell化学渗透假说1 递氢体和递电子体交替排列 有序定位 定向反应2 电子传递链有着H 泵的作用 能定向地将H 从基质泵到内膜外NADH往返3次 FADH2往返2次3 完整的线粒体内膜有选择透性 形成跨膜pH梯度和跨膜电位梯度4 内膜上嵌有F0F1 ATP酶复合体 图5 27化学渗透假说 高能共价中间物 能量 膜蛋白 ATP酶构象改变 三 氧化磷酸化的解偶联和抑制 1 特殊试剂的解偶联作用 1 解偶联剂2 4 二硝基苯酚 DNP 2 氧化磷酸化抑制剂寡霉素 3 离子载体抑制剂缬氨霉素2 激素控制的解偶联机制褐色脂肪组织线粒体产热素使氧化磷酸化解偶联 产生热量 四 线粒体外NADH的氧化磷酸化作用了解 1 磷酸甘油穿梭途径 2 苹果酸 天冬氨酸穿梭途径 五 能荷 能荷 ATP 0 5 ADP ATP ADP AMP 能荷的数值可以从0 AMP 1 0 ATP 大多数细胞的能荷状态维持在0 8 0 95 质子载体 一 需氧脱氢酶 氧 亚甲蓝 或其他适当物质 作为受氢体 以FMN或FAD为辅酶 表5 4需氧脱氢酶 二 氧化酶 一 多酚氧化系统 又称儿茶酚氧化酶 含铜的末端氧化酶 马铃薯块茎 苹果果实 茶叶等 制红茶 绿茶 非线粒体氧化体系 与ATP的生成无关 第三节其他生物氧化体系 图5 36多酚氧化酶系统 抗坏血酸 1 2O2 抗坏血酸氧化酶 脱氧抗坏血酸 H2O 三 抗氰氧化酶系统 一种非血红素铁蛋白 它不受氰或氰化物抑制 特别容易受氧肟酸的抑制 抗氰呼吸 图5 38抗氰氧化酶系统 NADH FMN CoQ Cytb Cytc1 Cytc Cytaa3 O2 抗氰氧化酶 Fe 二 抗坏血酸氧化酶系统 抗坏血酸氧化酶是一种含铜的氧化酶 广泛分布植物中 特别是黄瓜 南瓜 保护巯基 延缓衰老 三 超氧化物歧化酶和过氧化物氧化体系 一 超氧化物歧化酶 SODsuperoxidedismatase 使超氧阴离子解毒的主要方式是由超氧化物歧化酶将其转变为H2O2 2H H2O2 O2 O2 H HO2 HO2 HO2 自发地 H2O O2 二 过氧化氢的消除和利用 H2O2是一种有害物质 1 过氧化氢酶2H2O2 过氧化氢酶 2H2O O2 2 过氧化物酶RH2 H2O2 过氧化物酶 R 2H2O 第六章糖代谢 分解代谢 合成代谢 1 大分子分解为G 脂肪酸 甘油 aa 2 G 脂肪酸 甘油 aa降解为乙酰CoA 少量ATP 3 乙酰CoA氧化成CO2和H2O 大量ATP 代谢 糖的消化和吸收 多糖 寡糖 单糖 ATP 供氢体为NADPH 第六章糖代谢 糖的主要生理功能 糖的分布 糖的生理意义 结合糖 糖蛋白 氨基多糖 蛋白多糖 糖脂 第一节糖酵解 一 糖酵解的反应过程糖酵解 glycolysis 在无氧气的条件下 G降解为乙醇或乳酸并伴随着少量ATP生成的一系列反应 称之为糖酵解又称EMP途径 Embden Meyerhof Parnas 一 糖酵解生化过程1 第一阶段生成三碳糖5步反应 1 葡萄糖的磷酸化 图6 1葡萄糖的磷酸化 2 6 磷酸葡萄糖异构化为6 磷酸果糖 图6 26 磷酸葡萄糖的异构化 3 6 磷酸果糖磷酸化 图6 46 磷酸果糖磷酸化 4 1 6 二磷酸果糖的裂解 图6 51 6 二磷酸果糖的裂解 5 磷酸三碳糖互变 图6 6磷酸三碳糖的互变 2 第二阶段生成乳酸 乙醇 6步反应 1 3 磷酸甘油醛氧化为1 3 二磷酸甘油酸图6 73 磷酸甘油醛氧化为1 3 二磷酸甘油酸 2 从1 3 二磷酸甘油酸形成ATP 图6 8从1 3 二磷酸甘油酸形成ATP 3 3 磷酸甘油酸异构化 图6 93 磷酸甘油酸异构化 4 2 磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸 图6 102 磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸 5 磷酸烯醇式丙酮酸转移磷酸基团产生ATP图6 11从磷酸烯醇式丙酮酸形成ATP图6 12烯醇式丙酮酸重排成丙酮酸 6 丙酮酸进一步转变为乳酸 乙醇 乳酸发酵和乙醇发酵图6 13丙酮酸变成乳酸图6 14丙酮酸变成乙醇总反应式 葡萄糖 2Pi 2ADP 2乳酸 2ATP 2H2O葡萄糖 2Pi 2ADP 2H 2乙醇 2CO2 2ATP 2H2O 二 糖酵解的调节调节位点 3个限速酶 己糖激酶 磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶 三 糖酵解的生理意义1 提供能量某些情况 剧烈运动乳酸 2 病理情况下获取能量严重贫血 大量失血 呼吸障碍等 3 合成其他物质的原料中间产物 磷酸二羟基丙酮 丙酮酸等 第二节有氧呼吸 有氧呼吸 G在有氧气的条件下 氧化分解成CO2和H2O的过程 两个阶段 1 胞液阶段葡萄糖 丙酮酸 2 线粒体阶段丙酮酸 乙酰CoA 柠檬酸循环 三羧酸循环 TCA循环 Krebs循环 一 三羧酸循环的生化过程1 丙酮酸氧化为乙酰CoA5步反应 3种酶图6 16丙酮酸转变为乙酰CoA的总反应图6 17丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应 2 三羧酸循环6个步骤 9个反应 1 草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸 图6 19草酰乙酸与乙酰CoA催合形成柠檬酸 2 柠檬酸异构化形成异柠檬酸图6 20柠檬酸异构化形异柠檬酸 3 异柠檬酸氧化脱羧生成 酮戍二酸图6 21异柠檬酸氧化脱羧生成 酮戍二酸 4 酮戍二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 酮戍二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 5 琥珀酰CoA产生琥珀酸和GTP 图6 23由琥珀酰CoA产生琥珀和GTP 6 琥珀酸重新氧化使草酰乙酸再生3步反应 图6 24琥珀酸重新氧化使草酰乙酸再生 二 三羧酸循环生成的ATP乙酰CoA 3NAD FAD GDP Pi 2H2O CO2 3NADH FADH2 GTP 2H CoASH每个分子G彻底氧化为H2O和CO2 共能产生 5 或7 12 5 2 30 或32 分子ATP三 三羧酸循环的回补反应草酰乙酸的回补反应1 丙酮酸的羧化图6 25丙酮酸的羧化2 磷酸烯醇式丙酮酸的羧化图6 26磷酸烯醇式丙酮酸的羧化 3 氨基酸形成草酰乙酸图6 27由氨基酸形成草酰乙酸四 三羧酸循环的调节1 柠檬酸本身制约系统的调节3种限速酶 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶和 酮戍二酸脱氢酶复合体 最关键的底物乙酰CoA 草酰乙酸和产物NADH 2 ATP ADP 和Ca2 对三羧酸循环的调节ATP浓度 异柠檬酸脱氢酶活性 ADP浓度 异柠檬酸脱氢酶活性 Ca2 浓度 丙酮酸脱氢酶复合体 酮戍二酸脱氢酶复合体 图6 28乙酰CoA 调节部位 五 巴斯德效应巴斯德效应 Pasteureffect 氧气抑制酒精发酵的现象称之原因 供氧充足 ATP ADP升高 抑制磷酸果糖激酶活性 F 6 P和G 6 P 已糖激酶 抑制糖酵解 第三节磷酸戍糖途径 植物遇到逆境或遭受病虫害时 磷酸戍糖途径 Pentoseaphosphatepathway PPP途径 一 磷酸戍糖途径的生化过程 两个阶段 氧化阶段 非氧化阶段 1 氧化阶段六碳糖脱羧形成五碳糖3步反应 1 生成6 磷酸葡萄糖酸 内酯 2 生成6 磷酸葡萄糖酸 3 生成5 磷酸核酮糖图6 29磷酸戍糖途径氧化阶的反应2 非氧化阶段5步反应 1 5 磷酸核酮糖异构化为5 磷酸核糖图6 305 磷酸核酮糖异构化为5 磷酸核糖 2 5 磷酸核酮糖转变为5 磷酸木酮糖图6 315 磷酸核酮糖转变为5 磷酸木酮糖 3 5 磷酸木酮糖与5 磷酸核糖作用形成7磷酸景天庚酮糖和3 磷酸甘油醛图6 325 磷酸木酮糖与5 磷酸核糖作用形成7磷酸景无庚酮糖和3 磷酸甘油醛 4 形成6 磷酸果糖和4 磷酸赤藓糖图6 337 磷酸天庚酮糖和 6 磷酸果糖 5 形成3 磷酸甘油醛和6 磷酸果糖图6 345 磷酸木酮糖与 6 磷酸果糖图6 35磷酸戍糖途径总反应式 6G 6 P 7H2O 12NADP 6CO2 5G 6 P 12NADPH 12H Pi 二 磷酸戍糖途径的调节限速酶 6 磷酸葡萄糖脱氢酶 最重要的调节因子是NADP 的水平三 磷酸戍糖途径生理意义1 磷酸戍糖途径的主要作用是产生NADPH用于生物合成2 磷酸戍糖途径的直接产物是某些生物合成的原料3 磷酸酸戊糖途径与光合作用有密切关系4 磷酸戊糖途径与糖的有氧