七新陈代谢总论与生物氧化 ppt课件

1、第七章第七章 新陈代谢总论与生物氧化新陈代谢总论与生物氧化一一 新陈代谢总论新陈代谢总论二二 生物氧化生物氧化一一 新陈代谢总论新陈代谢总论一一 新陈代谢的概念新陈代谢的概念新陈代谢新陈代谢 合成代谢合成代谢同化作用同化作用 分解代谢异化作用生物小分子合成为生物小分子合成为生物大分子生物大分子需求能量需求能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物大分子分解为生物小分子生物小分子能量能量代谢代谢物质代谢物质代谢新陈代谢的共同特点：新陈代谢的共同特点：1. 由酶催化，反响条件暖和。由酶催化，反响条件暖和。2. 诸多反响有严峻的顺序，彼此协调。诸多反响有严峻的顺序，彼此协调。3. 对周围环境高度顺应。

2、对周围环境高度顺应。功能功能环境中获得物质环境中获得物质将外界引入的营养物质转变为本身需求的构造元件将外界引入的营养物质转变为本身需求的构造元件将构造元件装配本钱身的大分子将构造元件装配本钱身的大分子构成或分解生物特殊功能所需求的生物分子构成或分解生物特殊功能所需求的生物分子提供生命活动所需的一切能量提供生命活动所需的一切能量二二 新陈代谢的研讨方法新陈代谢的研讨方法1. 活体内活体内(in vivo)与活体外实验与活体外实验(in vitro)2. 同位素示踪同位素示踪3. 代谢途径阻断代谢途径阻断三三 生物体内能量代谢的根本规律生物体内能量代谢的根本规律第一定律：能量守恒定律第一定律：能量

3、守恒定律第二定律：任一种物理或化学的过程都自发的趋第二定律：任一种物理或化学的过程都自发的趋向于添加体系与环境的总熵向于添加体系与环境的总熵G = H - TS对于对于 A +B C +DG= -2.303RTlgK K=CD/AB自在能free energy G=H-TS =H-TS 自在能的变化能预示某一过程能否自发进自在能的变化能预示某一过程能否自发进展，即：展，即： G0，反响不能自发进展，反响不能自发进展 G=0，反响处于平衡外形。，反响处于平衡外形。G= -2.303RTlgK K=CD/AB四四 高能化合物与高能化合物与ATP的作用的作用高能化合物：在生化反响中，某些化合物含自高

4、能化合物：在生化反响中，某些化合物含自在能特多者，即随水解反响或基团转移反响可在能特多者，即随水解反响或基团转移反响可放出大量自在能的放出大量自在能的高能键：酸酐键水解能释放出大量的自高能键：酸酐键水解能释放出大量的自在能；释放出在能；释放出5000cal以上自在能的键以上自在能的键键能：断裂一个化学键所需求提供的能量键能：断裂一个化学键所需求提供的能量高能键：该键水解时所释放出的大量自在能高能键：该键水解时所释放出的大量自在能高能化合物高能化合物磷酸化合物磷酸化合物非磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氧型磷氮型磷氮型硫酯键化合物硫酯键化合物甲硫键化合物甲硫键化合物烯醇磷酸化合物烯醇磷酸化合物酰基

5、磷酸化合物酰基磷酸化合物焦磷酸化合物焦磷酸化合物H3N+COO POO-O-CH3COOPOO-O-酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物乙酰磷酸乙酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸CH3SCoAOC硫酯键型化合物硫酯键型化合物乙酰基辅酶乙酰基辅酶A AOOOPOOPOO-ATPADPAMPOOPNNNNN H2OO HO HC H2O ATP + H2O ADP + Pi G0=-30.5 KJ/mol ADP + H2O AMP + Pi G0=-30.5 KJ/mol AMP + H2O 腺苷腺苷+ Pi G0=-14.2 KJ/mol 二、二、

6、生物氧化生物氧化有机物质在生物体细胞内的氧化一一 生物氧化的特点生物氧化的特点1. 在体温、近于中性的含水环境中由酶催化。在体温、近于中性的含水环境中由酶催化。2. 能量逐渐释放，部分存于能量逐渐释放，部分存于ATP。3. 分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。* * 生物氧化与体外氧化熄灭的一样点生物氧化与体外氧化熄灭的一样点生物氧化中物质的氧化方式遵照氧化复原反生物氧化中物质的氧化方式遵照氧化复原反响的普通规律。响的普通规律。物质在体内外氧化时所耗费的氧量、最终产物质在体内外氧化时所耗费的氧量、最终产物物CO2，H2O和释放能量均一样。和释放能量均一样

7、。反响条件反响条件 温温 和和 剧剧 烈烈 (体温、体温、pH近中性近中性) (高温、高压高温、高压)反响过程反响过程 逐渐进展的酶促反响逐渐进展的酶促反响 一步完成一步完成能量释放能量释放 逐渐进展逐渐进展 瞬间释放瞬间释放 化学能、热能化学能、热能 热能热能CO2生成方式生成方式 有机酸脱羧有机酸脱羧 碳和氧结合碳和氧结合H2O 需需 要要 不需求不需求速率速率 受体内多种要素调理受体内多种要素调理 生物氧化生物氧化 体外熄灭体外熄灭* * 生物氧化与体外熄灭的不同点生物氧化与体外熄灭的不同点电子转移的方式电子转移的方式 1. 直接进展电子电子直接进展电子电子 2. H原子转移原子转移(最

8、主要最主要) 3. 加氧加氧 Fe 2+ Cu2+ Fe 3+ +Cu+COOH C =O + 2H CH3 2H+ +2e COOH HOCH CH3RH + O2 ROH + H2O二二 CO2的生成的生成生物体内生物体内CO2的生成来源于糖、脂类、蛋白质等的生成来源于糖、脂类、蛋白质等有机物转变为含羧基化合物的脱羧作用。有机物转变为含羧基化合物的脱羧作用。真核生物真核生物线粒体线粒体原核生物原核生物细胞膜细胞膜直接脱羧CH3CCOOHOCH3CHO + CO2丙酮酸脱羧酶-脱羧HOOCC H2C COOH 丙酮酸羧化酶CH3CCOOH + CO2OO-脱羧氧化脱羧 ：在脱羧过程中伴随着氧

9、化脱氢。HOOCCH2CHOHCOOHCH3CCOOH + CO2NADP+NADPH + H+O苹果酸苹果酸三三 H2O的生成的生成代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。生物体主要以脱氢酶、传送体及氧化酶组成生物氧化体系，以促进水的生成。MH2M递氢体递氢体H2 NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ复原型氧化型Cyt递电子体递电子体 b, c1, c, aa32H+2e O2O2-H2O脱氢酶脱氢酶氧化酶氧化酶1、呼吸链又称电子传送链：、呼吸链又称电子传送链： 代谢物上氢原子被脱氢酶激活零落后，代谢物上氢原子被脱氢酶激活零落后，经一系列电子传送体，最后传送给被激经一系列电

10、子传送体，最后传送给被激活的氧分子而生成水的全部体系活的氧分子而生成水的全部体系 呼吸链的类型：呼吸链的类型：1NADH呼吸链：产生呼吸链：产生3个个ATP2FADH2呼吸链：产生呼吸链：产生2个个ATPNADH电子传送链 FADH2电子传送链2 2、呼吸链的组分及其作用、呼吸链的组分及其作用 1以以NAD+ 、 NADP+为辅酶的脱氢酶类为辅酶的脱氢酶类 尼克酰胺核苷酸类尼克酰胺核苷酸类 NAD+ 、 NADP+ 递氢体递氢体 2黄素蛋白黄素蛋白 FMN 、FAD 递氢体递氢体 3铁硫蛋白铁硫蛋白 单电子传送体单电子传送体 4泛醌辅酶泛醌辅酶Q 递氢体递氢体 5细胞色素体系细胞色素体系 单电

11、子传送体单电子传送体尼克酰胺核苷酸的作用原理尼克酰胺核苷酸的作用原理RHCONH2N+CRHHCONH2N+ H+ H + e+ e + H+ H+ H+ H+NAD(P)+ NAD(P)H+H+2H+2H-2H-2H黄素核苷酸的作用原理黄素核苷酸的作用原理OOCH3CH3RNNNHN核黄素核黄素( (黄色黄色) )FAD/FMN FADH2/FMNH2+2H+2H-2H-2H-2H-2H+2H+2HHNNOOCH3CH3NHNHH复原型复原型 核黄素核黄素( (无色无色) )a2Fe-2Sb4Fe-4S铁硫蛋白的构造Fe 2+ Fe 3+-e+eFMN Fe-SFAD (Fe-S)b辅酶辅酶

12、Q Q的构造及作用原理的构造及作用原理O CH3 CH3H3CO H3COOCH2CH=C CH2n HOOH3CO H3COCH3RH3CO H3COOHOHCH3R+2H+2H-2H-2H泛醌泛醌细胞色素体系细胞色素体系Cyt. Cyt的本质的本质细胞色素细胞色素 = = 酶蛋白酶蛋白 + + 血红素血红素. Cyt的分类的分类3030多种多种a a组：组：a a、a1a1、a2a2、 a3 a3 b b组：组：b b、b1b17 7、P450 P450 c c组：组：c c、c1c1、c2c2、 c3 c3 细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传送

13、的酶类。传送的酶类。线粒体线粒体 a、a3 、b、 c、 c1 微粒体微粒体 b5、P450 . Cyt的存在部位的存在部位Cytaa3细胞色素氧化酶：细胞色素氧化酶： Cyta 与与 Cyta3 结合严密，很难分开，故将结合严密，很难分开，故将Cyta 和和 Cyta3 合称合称 Cytaa3。Cytaa3 可以直接将可以直接将电子传送给氧，使氧被激活为氧离子，故亦称为电子传送给氧，使氧被激活为氧离子，故亦称为细胞色素氧化酶。细胞色素氧化酶。 在在aa3分子中除分子中除Fe卟啉外，还有两个卟啉外，还有两个Cu原子，原子，依托依托Cu化合价变化把电子从化合价变化把电子从a3传到氧传到氧Cu+C

14、u2+FeS2Cubc1caa3 O2Fe3+ Cu2+Fe3+ Cu+Fe2+ Cu+e-e-O2Fe2+OOCu+Fe3+O-O-Cu2+e-+ 2 H+Fe4+O2-Cu2+OHH细胞色素氧化酶催化氧接纳细胞色素氧化酶催化氧接纳4个电子的过程个电子的过程MH2NADH-0.32FMN-0.30CoQ+0.10b+0.07c1 +0.22c+0.25aa3+0.29O2+0.816FAD-0.18鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥杀粉蝶菌素杀粉蝶菌素抑制剂：抑制剂：抗霉素抗霉素A二巯基丙醇二巯基丙醇氰化物氰化物CN-叠氮化合物叠氮化合物N3-CO3. 呼吸链中传送体的顺序呼吸链中传送体的顺序 组分在

15、链上的位置次序与其得失电子趋势的强组分在链上的位置次序与其得失电子趋势的强度有关。电子总是从低氧化复原电位向高的电位度有关。电子总是从低氧化复原电位向高的电位上流动，氧化复原电位上流动，氧化复原电位Eo数值愈低，即供电子的数值愈低，即供电子的倾向愈大，愈易成为复原剂，而处在呼吸链前面。倾向愈大，愈易成为复原剂，而处在呼吸链前面。四四 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用与生物氧化作用相伴而生的磷酸化作用；是将生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在能，用以使物氧化过程中释放的自在能，用以使ADP和无机磷酸和无机磷酸生成生成ATP的作用的作用电子传送和氧化磷酸化电子传送和氧化磷

16、酸化真核生物真核生物线粒体内膜线粒体内膜原核生物原核生物浆膜浆膜底物程度磷酸化底物程度磷酸化电子传送体系磷酸化电子传送体系磷酸化1. ATP的生成的生成1底物程度磷酸化底物程度磷酸化X + ADP ATP + XP：在被氧化的底物上发生磷酸化作用。：在被氧化的底物上发生磷酸化作用。ADP + Pi + 能量能量 ATPAMP + PPi + 能量能量 ATP底物在氧化过程中所构成的高能磷酸化合物底物在氧化过程中所构成的高能磷酸化合物HOHOOCCHCH2OPOOHOH 3- 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶ADPATPOHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-1,3-二

17、磷酸甘油二磷酸甘油酸酸 OPO 3 2-2电子传送体系磷酸化电子传送体系磷酸化：电子从：电子从NADH或或FADH2经过电子传送体系传送经过电子传送体系传送给氧构成水，同时伴有给氧构成水，同时伴有ADP磷酸化为磷酸化为ATP。NADHFMNCoQbc1caa3O2PPP3ADP3ATPP/O比值：每耗费比值：每耗费1mol氧所耗费无机磷酸的摩尔数氧所耗费无机磷酸的摩尔数NADH的的P/O=3FADH2的的P/O=2能量电池所做的功电位差能量电池所做的功电位差电量电量G=-nFE G自在能自在能 n电子转移数电子转移数FFarady常数常数96.49kJ/VE电位差值电位差值如细胞色素如细胞色素

18、 a1/2 O2G296.490.8160.29 99.9 kJ/mol每合成每合成1molATP需能需能30.53kJ2. 胞液中胞液中NADH的氧化磷酸化的氧化磷酸化NADH + H+NAD+二羟磷酸丙酮甘油-磷酸线粒体内膜甘油甘油-磷酸穿越作用磷酸穿越作用甘油-磷酸FAD二羟磷酸丙酮FADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+苹果酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸链呼吸链苹果酸苹果酸-天冬氨酸转运天冬氨酸转运NADH系统系统细胞质细胞质线粒体内膜线粒体内膜线粒体基质线粒体基质-磷酸甘油穿越磷酸甘油穿越苹果酸苹果酸- -天冬氨酸穿天

19、冬氨酸穿越越穿越物质穿越物质-磷酸甘油磷酸甘油 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮苹果酸、苹果酸、 谷氨酸谷氨酸天冬天冬aaaa、-酮戊二酸酮戊二酸进入线粒进入线粒 体后转变体后转变 成的物质成的物质FADH2NADH+ H+进入进入 呼吸链呼吸链 琥珀酸琥珀酸 氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 氧化呼吸链氧化呼吸链生成生成ATPATP数数23存在组织存在组织脑、骨骼肌脑、骨骼肌肝脏和心肌组织肝脏和心肌组织一样点一样点将胞浆中将胞浆中NADH的复原当量转送到线粒体内的复原当量转送到线粒体内3. 氧化磷酸化作用机理氧化磷酸化作用机理化学浸透学说化学浸透学说 氧化磷酸化作用的关键要素是质子H+梯度和完好的线粒体内膜。化学偶联学说化学偶联学说构成高能中间产物，促使ATP生成。构造偶联学说构造偶联学说Ared + Box 2eA*ox +BredA*ox