生化工程 - 教案07.doc

教 案课 程 名 称 生化工程 授 课 教 师 陈国忠 职 称 讲师 院（系、部） 生命科学学院 教 研 室 工程教研室 授 课 对 象 09级生物工程本1-5班 学 年 学 期 2011第1学期 2011年 10月5日 鲁 东 大 学 教 务 处编 写 说 明1、每项内容都要填写，“教学过程”部分要详细填写，空格不够用时可自行扩充；2、A4纸双面打印（或手写）；3、一次课为一个教案，每门课按学期统一用一个封面左侧装订，封面和本说明双面打印；4、授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、习题课等；5、所授课程教案每轮次必须更新。授课题目糖酵解与三羧酸循环授课类型理论首次授课时间 2011 年 10 月 14 日学时2教学目标1掌握糖酵解与厌氧发酵、三羧酸循环与好氧发酵；2了解三大物质的代谢关系。重点与难点糖酵解和厌氧发酵的过程、机理和应用教学手段与方法教学模式：启发讲解与学生讨论相结合。教学手段：板书。教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）授课过程：第三章 代谢作用与发酵metabolism and fermentation第四节 糖酵解与厌氧发酵一、糖酵解途径糖酵解（glycolysis）又称EMP途径，是所有细胞结构的生物所共有的代谢途径。在有氧和无氧下都能进行。在无氧条件下是获得能量的主要途径；在有氧条件下是糖彻底氧化成二氧化碳和水德必经之路。EMP途径包括10个步骤，分别由特定的10种酶催化。EMP可再分为3个阶段：第一阶段：葡萄糖分子活化第二阶段：六碳糖分解为三碳糖第三阶段：三碳糖转化总反应为：可概括为三阶段、三产物（丙酮酸、ATP、NADH2）、十步骤。糖酵解速度受ATP水平的控制，ATP既是反应物，又是磷酸果糖激酶的别构抑制剂。补充知识点：变构调节allosteric modulation与变构酶概念：酶分子的非催化部位（调节部位）与某些化合物可逆的非共价结合后发生构象的改变，进而改变酶活性状态，称为酶的变构调节。具有这种调节作用的酶称为变构酶allosteric enzyme。能使酶分子发生变构作用的物质称为效应物effector，分为正positive效应物和负negative效应物。变构酶分子上有和底物结合及催化底物的活性部位，也有和效应物结合的调节部位，二者可以相互影响，通过构象的变化，产生协同效应。当ATP浓度过高时，对磷酸果糖激酶的活性起抑制作用。通过这种调节，使得糖酵解和其他相关反应得到控制，ATP生成速度保持在适当水平。二、厌氧发酵（EMP型发酵）糖酵解所得的3种物质为ATP、NADH2和丙酮酸。ATP分子可以作为产物代谢相对稳定的产物存在于细胞中。NAD是辅酶，不是最终的受氢体，故NADH2必须脱氢重新氧化成NAD以保证催化循环的继续。有氧条件下，受氢体是氧，产物是水。NADH2+1/2O2NAD+H2O在无氧条件下，由其他有机物作为受氢体，从而使得丙酮酸转化为不同的产物：（一）酒精发酵（以酵母菌为例）酵母存在下，丙酮酸脱羧为乙醛，乙醛为受氢体，终产物是乙醇。（二）甘油发酵（酵母菌+NaHSO3）在酵母酒精发酵过程中，加入NaHSO3，则乙醛与NaHSO3作用生成难溶的结晶状乙醛亚硫酸钠加成物，致使乙醛不能作为受氢体，迫使糖酵解过程中的中间物磷酸二羟丙酮作为受氢体，产生甘油。（三）乳酸发酵（用乳酸菌）受氢体为丙酮酸本身，终产物为乳酸。厌氧发酵还能生产丙酮、丁酸、丁醇、异丙醇、异丁醇等多种化工产品。第五节 三羧酸循环与好氧发酵大部分物质代谢是在有氧条件下进行的，有氧氧化与无氧酵解有一段共同途径：无氧酵解时，丙酮酸在胞液内接受氢还原成乳酸，有氧氧化时丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧生成乙酰辅酶A进入三羧酸循环，氧化分解成二氧化碳和水。一、EMPTCA之间的桥梁丙酮酸通过上述反应产生乙酰辅酶A，乙酰基与辅酶A以高能硫酯键结合（键能34.4kJ/mol），从而使活性提高，使之能够进入TCA进行进一步分解。因此可以把上述反应视为EMP和TCA之间的连接桥梁。二、三羧酸循环（TCA）途径TCA可看成如下三段组成：1. 接受乙酰CoA形成六碳三羧酸2. 连续两步氧化脱羧变为五碳、四碳二羧酸3. 草酰乙酸的再生TCA是好养生物中普遍存在的环状反应序列。它在多酶体系催化下以乙酰CoA中的乙酰基为燃料，使之分解为二氧化碳和氢原子，后者再传递到氧，使之还原成水。这种氧化作用叫做生物氧化、氧化呼吸或细胞呼吸。总反应式：还原型NADH2、FADH2进一步氧化时形成ATP：故若从葡萄糖开始，进行彻底氧化时，总反应为：这远比糖酵解放出的能量多得多，可见葡萄糖贮藏的绝大部分能量只有通过彻底氧化才能释放出来。三、好氧发酵TCA过程中的许多中间物是重要的化工产品，要得到某一中间物，必须：l 阻断某一步反应l 补充阻断反应以后的中间物（一）柠檬酸合成用无Fe2+培养基（Fe2+是顺乌头酸酶的激活剂）或新变异菌株黑曲霉（顺乌头酸酶缺损）阻断柠檬酸的进一步反应。反应阻断后草酰乙酸不能再由TCA得到，需要有补充草酰乙酸的机制。草酰乙酸可由丙酮酸羧化支路得到。丙酮酸羧化酶是一个变构酶，TCA受阻后，造成乙酰辅酶A的积累，而乙酰辅酶A是丙酮酸羧化酶的正构调节物，能促使丙酮酸羧化为草酰乙酸（此即回补反应）：回补反应的定义：P66最后一段。（二）味精发酵生产味精是由TCA的中间物-酮戊二酸衍生而来。由于谷氨酸生产菌的-酮戊二酸脱氢酶的活力极弱，可使糖代谢流阻断在-酮戊二酸处，-酮戊二酸经谷氨酸脱氢酶氨化生成谷氨酸，再用碳酸钠中和得到谷氨酸钠即味精。第六节 糖类、脂类和蛋白质代谢的相互关系各种错综复杂的代谢活动在细胞的不同部位各自独立，互相有关又互不干扰的进行着。物质的分解代谢多种多样，但它们具有趋同性，例如各生物大分子各自的构