生物化学代谢总论与生物氧化ppt课件

1、本本本课课课件件件由由由西西西华华华大大大学学学生生生物物物工工工程程程学学学院院院车车车振振振明明明制制制作作作 新陈代谢是生物体最根本的特征，是生命存在的前提。1.狭义概念：是指细胞内所发生的酶促反响过程，称为中间代谢。这是代谢活动的主体，也是代谢研讨的主要内容。2.广义概念：是生物与外界环境进展物质与能量交换的全过程。即：生物体内所阅历的一切化学变化。包括消化、吸收、中间代谢及排泄等阶段。本本本课课课件件件由由由西西西华华华大大大学学学生生生物物物工工工程程程学学学院院院车车车振振振明明明制制制作作作 合成代谢合成代谢 分解代谢分解代谢 物质代谢能量代谢新陈代谢新陈代谢图解同化作用异化作

2、用小分子 大分子需求能量释放能量大分子 小分子PS1EA2EB3EC4ED5E 式中S代表代谢底物，P代表产物，E代表酶。从S到P之间的一系列过渡产物称为中间产物。底物、中间产物、终产物统称为代谢物。不同代谢途径所具有的一样的中间产物称为公共中间产物。经过公共中间产物可实现途径间的相互联络，调理代谢物质的流向，维持细胞中各种物质的代谢平衡。本本本课课课件件件由由由西西西华华华大大大学学学生生生物物物工工工程程程学学学院院院车车车振振振明明明制制制作作作 中间代谢的研讨内容很多，研讨目的不同，所用的生物资料和实验方法也不一样。为讨论代谢途径及其调理机理，动物、植物、微生物资料都可以作为实验对象。

3、 根据实验资料的程度，常将实验分为活体内实验和活体外实验。1.活体内实验整体实验 用整体生物资料或高等动物离体器官或微生物细胞群体进展中间代谢实验研讨称为活体内实验。 实验结果代表生物体在正常生理条件下整体代谢情况，比较接近生物体的实践。 典型例子：1904年，德国化学家Knoop提出的脂肪酸-氧化学说。2同位素标志法 1941年，Rudolf Schoenheimer初次采用同位素标志法进展实验。 同位素种类：稳定同位素和放射性同位素。二者区别：能否衰变、能否有射线。 常用的稳定同位素有：重氢2H或D、15N、13C、18O等。 用“稳定性同位素标志的化合物可用质谱仪定量测定，也可用超离心法

4、分别鉴定。 根据放射线同位素衰变时放出的射线性质，可以用专门仪器或公用方法测定。常用的放射性同位素有氘T或3H、14C、32P、34S、131I。优点：1同位素标志法特异性强，灵敏度高，测定方法简便。2放射性同位素分析方法比稳定同位素更方便、灵敏，运用更普遍。缺陷：放射性同位素对人体有毒害，某些同位素的半衰期长，容易呵斥环境污染，所以需求在专门的同位素实验时进展。4.测定特征性酶 每条代谢途径都有其特征性酶，它的存在就阐明该代谢途径存在。例如：糖代谢途径中的特征酶：EMP途径：醛缩酶HMP途径：6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶TCA途径：柠檬酸合成酶5.核磁共振波谱法nuclear magnetic r

5、esonance spectroscopy，简称NMR 核磁共振谱可反映分子中各个原子所处的形状。由布洛赫和巴塞尔于1948年建立，因此获得1952年诺贝尔奖。 运用最多的有13C谱、19F谱、31P谱和15N谱。 特点：样品不受破坏，且能最真实地反映机体内的化学反响情况。本本本课课课件件件由由由西西西华华华大大大学学学生生生物物物工工工程程程学学学院院院车车车振振振明明明制制制作作作 H2O12O2O2-MH2复原型代复原型代 谢底物谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 细胞色素细胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代

6、谢底物谢底物2eCH3COSCoA+CO2CH3-C-COOH O丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系NAD+ NADH+H+CoASH例：例：+CO2H2N-CH-COOHR氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶CH2-NH2RCH3CH2OHCH3CHONAD+ ADH+H+ 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶例：例：NAD+电子传送链电子传送链 H2O2eO=2H+12 O2本本本课课课件件件由由由西西西华华华大大大学学学生生生物物物工工工程程程学学学院院院车车车振振振明明明制制制作作作 nG0反响到达平衡放能，反响自发进展吸能，反响不能自发进展G= B A BADCRTGGln0 keqRTBADCRTGlnln0:0E

7、 E0 E0电子受体 E0电子供体电子从E0较小的物质转移到E0较大的物质是自在能降低的结果。其关系为： 第五节 ATP与其它高能化合物腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸AMP二磷酸腺苷二磷酸腺苷 ADP三磷酸腺苷三磷酸腺苷 ATP22a.当ATP提供能量时，在ATP远端的-磷酸基团水解为无机磷酸分子，ATP失掉一个磷酰基而变成腺苷二磷酸。ATP+H2OADP+Pi 规范自在能变化G0= -30.514kJ/molb.在某些情况下，ATP的和磷酸基团之间的高能键被水解即同时水解和-磷酸基团，构成AMP和焦磷酸。ATP+H2OAMP+PPi G0= -32.19kJ/mol2作为磷酸基团供体参与磷酸化反响

8、 生化反响中，无论是分解代谢还是合成代谢，经常需求先将反响底物分子活化，其中，磷酸化是一种普遍活化方式。ATP具有很活泼的磷酸基团，可作为磷酸基的供体参与细胞中的磷酸化反响，此类反响由激酶催化。反响生成的磷酸化葡萄糖分子具有较高的自在能，易进一步参与反响。3ATP参与高能磷酸基团转移反响 ATP在磷酸基团转移中起“中间传送体的作用，故称“磷酸基团传送者。 磷酸烯醇式丙酮酸和1，3-二磷酸甘油酸是葡萄糖的分解的中间产物，葡萄糖分解为乳酸时所释放的大部分自在能，几乎都保管在这两个化合物中。在细胞中这两个化合物并不直接水解，而是经过特殊激酶作用，以转移磷酸基团的方式，将捕捉的自在能传送给ADP从而构

9、成ATP。而ATP分子又倾向于将它的磷酸基团转移给具有较低磷酸基团转移势能的化合物，例如葡萄糖和甘油，从而生成6-磷酸葡萄糖和3-磷酸甘油。其中，磷酸烯醇式丙酮酸和1，3-二磷酸甘油酸叫做“超高能化合物superhigh-energy compound，它们水解所释放的自在能比ATP高；同理，6-磷酸葡萄糖和3-磷酸甘油叫做“低能磷酸化合物。 GTP、UTP、CTP。 其中，GTP对G蛋白的活化、蛋白质生物合成、蛋白质的寻靶、蛋白质的转运等作为推进力提供自在能； UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用； CTP在合成磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺以及合成纤维素中起推进作用等。三其他供能核苷酸 AT

10、P作为自在能的储存分子，其产生和利用途于动态平衡中。 普通情况下，ATP在构成后一分钟内就会被利用，故严厉说来ATP不是能量的储存方式，而是传送能量的物质。细胞能量形状的表示方法：能荷energy charge。四 ATP系统的动态平衡 AMPADPATPADPATP5 . 0能荷 又叫柠檬酸循环或Krebs循环。由草酰乙酸和乙酰CoA的乙酰基缩合生成柠檬酸开场，经一系列反响又生成草酰乙酸的循环过程。三羧酸酶循环一周进展两次脱羧反响和四次脱氢反响，分子的乙酰基被氧化生成分子CO2、3分子的NADHH+ 、1分子的FADH2 和1分子的GTP。 三羧酸循环是由德国科学家Hans Krebs于年提

11、出，生物化学领域的艰苦成就当时还没有同位素示踪法。Krebs于年获得诺贝尔奖。a-a-酮戊二酸酮戊二酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸琥珀酸琥珀酸辅酶辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A1.柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶2.顺乌头酸酶顺乌头酸酶3.异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶4. 酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶5.琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶6.琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶7.延胡索酸酶延胡索酸酶8.苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶H2O草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶 第一步反响不

12、可逆，柠檬酸合成酶是三羧酸循环的第一个限速酶。 重要抑制剂：氟乙酸机理：柠檬酸合成酶催化氟乙酰CoA与草酰乙酸发生缩协作用生成氟柠檬酸，妨碍TCA循环。运用：有毒植物叶子中含有氟乙酸；杀虫剂；灭鼠药。CO2NAD+ NADH+H+ 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶NAD+ NADH+H+CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶GDPPiGTPCoASH琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶 三羧酸循环中独一一次底物程度磷酸化。GTP可直接利用，也可在二磷酸核苷激酶催化下，将高能磷酸键转移给ADP，从而生成ATP。-酮戊二酸脱氢酶系特性：1包含三种酶-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶和六种辅助因子

13、TPP、硫辛酸、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+。2限速酶：受ATP、NADH和琥珀酰辅酶A的抑制。草酰乙酸草酰乙酸FAD FADH2琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶H2O延胡索酸酶延胡索酸酶NAD+NADH+H+苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶1.总反响式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP能量能量“现金现金 : 1 GTP 能量能量“支票支票: 3 NADH 1 FADH2兑换率兑换率 1：39ATP兑换率兑换率 1：22ATP1ATP12ATP2.三羧酸循环的能量计量NADH辅辅 酶酶 QCoQFe-SCy

14、t c1O2Cyt bCyt cCyt aa3琥珀酸等琥珀酸等黄素蛋白黄素蛋白F AD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 NADH复原型辅酶黄素蛋白酶类flavoproteins, FP铁-硫蛋白类ironsulfur proteins)辅酶ubiquinone,亦写作CoQ细胞色素类简写作Cyt2黄素蛋白酶类 以FAD或FMN为辅基，酶蛋白为膜的组成蛋白，递氢机理：FAD(FMN)+2H FAD(FMN)H2如NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶FeSSSFeFeFeSSCSSCCFe3+e-eFe2+H3COH3COCH3ROO CoQ(醌型

15、或氧化型)H3COH3COCH3ROOHHHH3COH3COCH3ROHOHCoQH(半醌型) CoQH2(氢醌型或还原型) 是含铁的电子传送体，辅基为铁卟啉的衍生物，铁原子处于卟啉环的中心，构成血红素。各种细胞色素的辅基构造略有不同。线粒体呼吸链中主要含有细胞色素a, a3、b, c 和c1等。 cyt b和cytc1、cytc在呼吸链中的中为电子传送体，a和a3以复合物物存在，称细胞色素氧化酶，其分子中除含Fe外还含有Cu ，可将电子传送给氧，因此亦称其为末端氧化酶。传送电子机理：传送电子机理： +e +e Fe3+ Fe2+ Cu2+ Cu+ e e H2O12O2O2-MH2复原型代复

16、原型代 谢底物谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+ 细胞色素细胞色素b- c- c1 -aa3 Fe S2H+M氧化型代氧化型代 谢底物谢底物FADH2呼吸链电子传送和水的生成呼吸链电子传送和水的生成2eH2OFADFADH2琥珀酸琥珀酸 Fe S2Fe2+2Fe3+ 细胞色素细胞色素b- c1 - c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸延胡索酸2eNADH呼吸链电子传送和水的生成呼吸链电子传送和水的生成1111111.氧化磷酸化 代谢物在生物氧化过程中释放出的自在能用于合成ATP，即 ADP+PiATP 这种氧化放能和ATP生成磷酸

17、化相偶联的过程称氧化磷酸化。类别有底物程度磷酸化、电子传送程度磷酸化。ADP + Pi ATP + H2O生物氧化过程中生物氧化过程中释放出的自在能释放出的自在能AH2A2HNADH+H+(或 FADH2) NAD+(或 FAD)电子传递链H2O1/2 O2释放能量ADP + PiATP合 成 酶ATP氧化过程磷酸化过程氧化磷酸化 呼吸过程中无机磷酸Pi耗费量和分子氧O2耗费量的比值称为磷氧比。由于在氧化磷酸化过程中，每传送一对电子耗费一个氧原子，而每生成一分子ATP耗费一分子Pi ，因此P/O的数值相当于一对电子经呼吸链传送至分子氧所产生的ATP分子数。NADHNADHFADH2FADH2

18、O2 O212H2OH2OH2OH2O例例 实测得实测得NADHNADH呼吸链：呼吸链： P/O 3 P/O 3ADP+Pi ATPADP+Pi ATP实测得实测得FADH2FADH2呼吸链：呼吸链： P/O 2 P/O 2 O2 O2122e-2e-ADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATPADP+Pi ATP G0=-nFE0 合成ATP需自在能51.6KJ/mol，经计算可以得知，NADP呼吸链上有三个部位可以满足这个条件，FADH2呼吸链上有两个部位可以满足。NADH CoQ：G0=-29

19、6.5 0.33=-63.7KJ/molCoc Cytc1：G0= -296.5 0.31=-59.8KJ/molCyta3 O2：G0= -296.5 0.58=-111.9KJ/molNADHFMNCoQCytbCytc1CytcCytaa3O2FADH2 PADP ATP PADP ATP PADP ATP1 1能量偶联假说能量偶联假说 19531953年年 Edward Slater Edward Slater 化学偶联假说化学偶联假说 19641964年年 Paul Boyer Paul Boyer 构象偶联假说构象偶联假说 19611961年年 Peter Mitchell Pet

20、er Mitchell 化学浸透假说化学浸透假说19781978年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖2 2ATPATP合成的机制合成的机制化学浸透假说化学浸透假说(chemiosmotic hypothasis)(chemiosmotic hypothasis) 电子传送的自在能电子传送的自在能驱动驱动H+H+从线粒体基质从线粒体基质跨过内膜进入到膜间跨过内膜进入到膜间隙，从而构成隙，从而构成H+H+跨线跨线粒体内膜的电化学梯粒体内膜的电化学梯度，这个梯度的电化度，这个梯度的电化学势学势( ( H+ )H+ )驱动驱动ATPATP的合成。的合成。内膜内膜F0F1 ATPF0F1 ATP酶酶e-e-ADP+PiADP+Pi底物底物H+H+ATPATPH+H+H+H+H+H+基质基质膜间隙膜