生物化学——新陈代谢总论与生物氧化修改

1、会计学1生物化学生物化学新陈代谢总论与生物氧化新陈代谢总论与生物氧化修改修改 新陈代谢新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物与周围环境进行物质交换物质交换和和能量交换能量交换的过程。生物一方面不断地从的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓分，即所谓同化作用同化作用（assimilation）；另一方面，将原有的组成成）；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即份

2、经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓所谓异化作用异化作用（dissimilation ），通过上述过程不断地进行自我更），通过上述过程不断地进行自我更新。新。 特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行第一节第一节 新陈代谢总论新陈代谢总论 小分子小分子 大分子大分子合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用） 需要能量需要能量 释放能量释放能量分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用） 大分子大分子 小分子小分子物物质质代代谢谢能能量量代代谢谢新新陈陈代代谢谢ATP:ATP:磷酸脂键、磷酸酐键磷酸脂键、磷酸

3、酐键ATPATP分子水解释放自由能很大（分子水解释放自由能很大（GG= -30.5= -30.51 1千焦千焦/ /摩尔）。摩尔）。腺嘌呤腺嘌呤核糖核糖 O P O P O P O-OOOO-O-O-Mg2+ ATPATP是细胞内的是细胞内的“能量通货能量通货” ATPATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体是细胞内磷酸基团转移的中间载体PPPPATPP02108641214磷磷酸酸基基团团转转移移能能2-磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷二磷酸甘油酸酸甘油酸磷酸磷酸磷酸肌酸磷酸肌酸 （磷酸基团储备物）（磷酸基团储备物） 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸甘油 UTP、CTP、GT

4、P的不同作用的不同作用糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成解生成COCO2 2和和H H2 2O O并释放出能量的过程称为并释放出能量的过程称为生物氧化生物氧化（biological oxidationbiological oxidation），其实质是需氧细胞在呼吸），其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。l 生物氧化的生物氧化的特点特点l 生物氧化过程中生物氧化过程中COCO2 2的生成的生成l 生物氧化过程中生物氧化过程中H2O的生成的生成 内内 容容一、生物

5、氧化的特点一、生物氧化的特点不同点：不同点：条件、过程条件、过程1 1、在活的细胞中进行；、在活的细胞中进行；2 2、在、在pHpH接近中性、体温条件下，常压下，多水环境中进行；接近中性、体温条件下，常压下，多水环境中进行；3 3、有机物的氧化在一系列、有机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体酶、辅酶和中间传递体参与下进行，其途径迂回曲参与下进行，其途径迂回曲折，有条不紊；折，有条不紊；4 4、氧化过程中能量、氧化过程中能量逐步释放逐步释放，其中一部分由一些高能化合物（如，其中一部分由一些高能化合物（如ATPATP）截获）截获，再供给机体所需。在此过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害机，

6、再供给机体所需。在此过程中既不会因氧化过程中能量骤然释放而伤害机体，又能使释放的能量尽可得到有效的利用。体，又能使释放的能量尽可得到有效的利用。代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（代谢物在脱氢酶催化下脱下的氢由相应的氢载体（NADNAD+ +、NADPNADP+ +、FADFAD、FMNFMN等）所接受，再通过一系列递等）所接受，再通过一系列递氢体或递电子体传递给氧而生成氢体或递电子体传递给氧而生成H H2 2O O 。CH3CH2OHCH3CHONAD+ NADH+H+ 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶例：例：1/2 O2NAD+电子传递链电子传递链 H2O2eO2-2H+1、线粒体、线粒体结构

7、结构2、电子传递呼吸链的电子传递呼吸链的概念概念3 3、机体内机体内两条主要的呼吸链两条主要的呼吸链4、呼吸链的组成呼吸链的组成5、传递链中传递体的顺序、传递链中传递体的顺序 6、电子传递抑制剂电子传递抑制剂线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化线粒体基质是呼吸底物氧化的场所，底物在这里氧化所产生的所产生的NADH或或FADH2，将质子和电子转移到内膜的将质子和电子转移到内膜的载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后载体上，经过一系列氢载体和电子载体的传递，最后传递给传递给O2生成生成H2O。这种由载体组成的电子传递系统。这种由载体组成的电子传递系统称称电子传递链电子传递链（el

8、ectron transfer chain)，因为其功，因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。3 3、两条主要的呼吸链两条主要的呼吸链H2O12O2O2-MH2还原型代还原型代 谢底物谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 细胞色素细胞色素b- c1- c -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 谢底物谢底物FADH2呼吸链呼吸链FADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 细胞色素细胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸延胡索酸NADH辅辅 酶酶 Q

9、（CoQ）Fe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等黄素蛋白黄素蛋白（FAD）黄素蛋白黄素蛋白（FMN）细胞色素类细胞色素类铁硫蛋白铁硫蛋白（Fe-S）铁硫蛋白铁硫蛋白（Fe-S）呼吸链的组成呼吸链的组成4、 特点特点：以：以NADNAD+ + 或或NADPNADP+ +为辅酶，存在于线粒体、基为辅酶，存在于线粒体、基质或胞液中。质或胞液中。 传递氢机理传递氢机理: NAD(P) + + 2H+ +2e NAD(P)H + H+ 特点特点： 以以FAD或或FMN为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白为辅基，酶蛋白为细胞膜组成蛋白类别类别：黄素脱氢酶类（如黄素脱氢酶类（如

10、NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶）脱氢酶、琥珀酸脱氢酶） 需氧脱氢酶类（如需氧脱氢酶类（如L氨基酸氧化酶）氨基酸氧化酶） 加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）加单氧酶（如赖氨酸羟化酶）递氢机理：递氢机理：FAD(FMN)+2H FADH2(FMNH2) +e 传递电子机理传递电子机理：Fe3+ Fe2+ -e 特点特点：含有含有Fe和对酸不稳定的和对酸不稳定的S原子，原子，Fe和和S常以等常以等摩尔量存在（摩尔量存在（Fe2S2, Fe4S4 )，构成，构成FeS中心，中心，Fe与与蛋白质分子中的蛋白质分子中的4个个Cys残基的巯基与蛋白质相连结。残基的巯基与蛋白质相连结。S Fe1Fe0S2-4Cys2F

11、e2S2-4Cys4Fe4S2-4Cys传递电子机理传递电子机理：Fe3+ Fe2+-e+e 特点特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂溶性，位带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由泳动。于膜双脂层中，能在膜脂中自由泳动。 +2H 传递氢机理：CoQ CoQH2 2HCoQ+2H CoQH2 传递电子机理传递电子机理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e 特点特点：以血红素（以血红素（heme）为辅基的蛋白质，血红素的主要成）为辅基的蛋白质，血红素的主要成 份为铁卟啉。份为铁卟啉。类别类别: 根据吸收光谱分成根据吸收光谱分成a、b、c三类，呼吸链中含

12、三类，呼吸链中含5种（种（b、c1、c、a和和a3)，cytb和和cytc1、cytc在呼吸链中为电子传递体，在呼吸链中为电子传递体，a和和a3以复合物存在，称以复合物存在，称细胞色素细胞色素氧化酶氧化酶，分子中除含，分子中除含Fe外还含有外还含有Cu ，可将电子传递给氧，亦称为，可将电子传递给氧，亦称为末端氧化酶末端氧化酶。传递电子机理传递电子机理：Fe3+ Fe2+-e+e FADH2 FeS FeS NADHFMNFeSCoQCytbFeSCytcFMNFeSCoQCytbFeSCytc1 1CytcCytaaCytcCytaa3 3OO2 2E E0 0 -0.32 -0.30 -0.

13、26 +0.10 +0.07 0.04 +0.22 +0.25 +0.29 +0.816NADH呼吸链呼吸链FADH2呼吸链呼吸链5、传递链中传递体的顺序、传递链中传递体的顺序NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸等等复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 IIINADH脱氢酶复合物脱氢酶复合物细胞色素细胞色素bc1 复合物复合物细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶琥珀酸琥珀酸-CoQ还原酶还原酶复合物复合物FADH22e-NADH总反应总反应: NADH+H+1/2O2 NAD+H2O G= nFE

14、=296.490.82-(-0.32) =220.0 KJ/mol总反应总反应：FADH2+1/2O2 FAD+H2OG= nFE = 296.490.82-(-0.18) =192.98 KJ/molFADH2呼吸链电子传递过程中自由能变化呼吸链电子传递过程中自由能变化NADHFMNCoQFe-SCyt c1O2Cyt bCyt cCyt aa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸琥珀酸复合物复合物 II复合物复合物 IV复合物复合物 I复合物复合物 III鱼藤酮鱼藤酮安密妥安密妥抗霉素抗霉素A氰化物氰化物CO萎绣灵萎绣灵（一）氧化磷酸化氧化磷酸化（二）（二）线粒体外线粒体外NADH的氧化磷酸化作用

15、的氧化磷酸化作用 （一）（一） 氧化磷酸化氧化磷酸化 代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成代谢物在生物氧化过程中释放出的自由能用于合成ATP（即（即ADP + Pi ATP ATP）, ,这种氧化放能和这种氧化放能和ATPATP生成（磷生成（磷酸化）相偶联的过程称酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化氧化磷酸化。ADP + Pi ATP + H ATP + H2 2O O生物氧化过程中生物氧化过程中释放出的自由能释放出的自由能磷氧比是指每消耗磷氧比是指每消耗1摩尔氧所消耗无机磷的摩尔数。摩尔氧所消耗无机磷的摩尔数。目前看法：目前看法：NADHNADH+H+H+ + 在呼吸链的传递过程，能将在呼

16、吸链的传递过程，能将10H10H+ +泵出线粒体内膜，每泵出线粒体内膜，每驱动合成驱动合成1 1分子分子ATPATP需要需要4 4H+ FADHFADH2 2能将能将6H+泵出线粒体内膜泵出线粒体内膜例例 实测得实测得NADHNADH呼吸链呼吸链： P/O 2.5实测得实测得FADHFADH2 2呼吸链呼吸链： P/O 1.5氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位2、动物细胞的两个穿梭系统：动物细胞的两个穿梭系统：1、 -磷酸甘油穿梭系统（肌细胞）磷酸甘油穿梭系统（肌细胞）2、苹果酸、苹果酸-草酰乙酸穿梭系统（肝细胞）草酰乙酸穿梭系统（肝细胞） 酵解酵解（细胞质）（细胞质）氧化磷酸化氧化磷酸化

17、（线粒体）（线粒体）（线粒体基质）（线粒体基质）磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油FADFADH2NADHFMN CoQ b c1 c aa3 O2NADHNAD+线线粒粒体体内内膜膜（细胞液）（细胞液）细胞液细胞液线粒体内膜体线粒体内膜体天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+线粒体基质线粒体基质苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+H+苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶（

18、、 、 、 为膜上的转运载体）为膜上的转运载体）呼吸链呼吸链ATP合成酶（合成酶（F0F1ATP酶），酶），含有含有5 5种不同的亚基种不同的亚基(3(3 、3 3 、1 1 、1 1 、1 1 ) )；F F0 0为一个疏水蛋白，是与线粒体电子传递为一个疏水蛋白，是与线粒体电子传递系统连接的部位。系统连接的部位。NO2NO2O-NO2NO2OHNO2NO2O-NO2NO2OHH+H+线粒体内膜线粒体内膜内内外外酸性条件酸性条件膜外质子膜外质子膜内质子膜内质子破坏了质子电化学梯度破坏了质子电化学梯度 ATPATP是细胞内的是细胞内的“能量通货能量通货” ATPATP是细胞内磷酸基团转移的中间载

19、体是细胞内磷酸基团转移的中间载体PPPPATPP02108641214磷磷酸酸基基团团转转移移能能2-磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸1,3-二磷二磷酸甘油酸酸甘油酸磷酸磷酸磷酸肌酸磷酸肌酸 （磷酸基团储备物）（磷酸基团储备物） 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖3-磷酸甘油磷酸甘油 UTP、CTP、GTP的不同作用的不同作用1 1、在活的细胞中进行；、在活的细胞中进行；2 2、在、在pHpH接近中性、体温条件下，常压下，多水环境中进行；接近中性、体温条件下，常压下，多水环境中进行；3 3、有机物的氧化在一系列、有机物的氧化在一系列酶、辅酶和中间传递体酶、辅酶和中间传递体参与下进行，其途径迂回曲参与下进行，其途径迂回曲折，有条