生物化学总复习.ppt

1、2020/7/23,1,生物化学,Biochemistry,2020/7/23,2,总复习,2020/7/23,3,新陈代谢的一般规律,代谢中常见的有机反应机制,新陈代谢的研究方法,第19章 代 谢 总 论,2020/7/23,4,新陈代谢的一般规律,（一）基本概念 1.新陈代谢：(metabolism) 营养物质在生物体内所经历的一切化学变化的总称为新陈代谢。 2.代谢中间产物： 3.中间代谢,2020/7/23,5,新陈代谢的一般规律,4.新陈代谢的功能 1）从周围环境中获得营养物质。 2）将外界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件（building blocks）。 3）将结构单元装配

2、成自身的大分子。 4）形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子。 5）提供生命活动所需的一切能量。,2020/7/23,6,新陈代谢的一般规律,5. 分解代谢与合成代谢,2020/7/23,7,新陈代谢的一般规律,新陈代谢的共同特点：,1. 由酶催化，反应条件温和。,2. 诸多反应有严格的顺序，彼此协调。,3. 对周围环境高度适应。,新陈代谢三个水平调节： 分子水平-酶浓度和数量的调节 （包括基因水平上的调节） 细胞水平-细胞区域化调节 整体水平-激素和神经的调节,2020/7/23,8,基本概念及意义,化学反应中自由能的变化和意义,高能磷酸化合物,第20章 生 物 能 学,2020/7/23,

3、9,基本概念及意义,（二）自由能（Gibbs，G）的概念： 生物体（恒温恒压下）用以作功的能。 即生物氧化所提供的能。 意义：1)用其判断一个反应是否能发生； 2)生物体用以作功的能为体内生化反应放 出的自由能； 3）生物氧化所提供的能是机体可利用的 自由能。,2020/7/23,10,基本概念及意义,G(化学反应的自由能变化）与反应途径、反应机理无关。任何反应，当： G 0 反应可自发进行，为放能不可逆反应； G 0反应不能自发进行，为吸能反应； G 0体系处于平衡状态，反应可逆。,自由能和化学反应的关系,2020/7/23,11,化学反应中自由能的变化和意义,（三）标准生成自由能及其应用

4、G0=G0f产物 G0f反应物 （四）偶联化学反应标准自由能变化的可加性及其意义 偶联化学反应标准自由能变化是可以相加的, 如:A B + C 的 G0 = +21kJ/mol, B D的 G0 = -34kJ/mol, 则 A C + D 的 G0= -13kJ/mol, 反应可以自发进行。,2020/7/23,12,化学反应中自由能的变化和意义,（五）化学反应和自由能关系的进一步说明 只有G0的反应可以和G0的反应，在非标准状态下，G有可能0。 （3） 热力学第二定律只能确定反应的方向和限度，不能预示反应过程的速率，许多G0的反应，需要提供活化能或使用催化剂才能使反应实际发生。,2020/

5、7/23,13,高能磷酸化合物,（一）生物体内的放能反应与吸能反应偶联，最基本的形式是通过高能化合物实现的。 定义：在标准条件下发生水解时，可释放出大量自由能的化合物。 高能键：在高能化合物分子中，被水解断裂时释放出大量自由能(20.92kJ/mol)的活泼共价键。常用“”表示,2020/7/23,14,高能磷酸化合物的类型,磷氧键型(-OP) 氮磷键型(-NP) 硫酯键型(-COS) 甲硫键型(-SCH3),S-腺苷甲硫氨酸,2020/7/23,15,高能磷酸化合物,（三）ATP的结构特性,1.结构 水解自由能：磷酸基团高能键的水解自由能为 30.5kJ/mol或7.3kcal/mol,20

6、20/7/23,16,糖酵解作用的研究历史,糖酵解的过程,糖酵解作用的调节,第22章 糖 酵 解 作 用,2020/7/23,17,糖酵解的过程,一、糖酵解（glycolysis）的概念,葡萄糖在无氧条件下转变为丙酮酸所经历的一系列反应，在此过程中净生成两个ATP分子。,又称（Embden-Meyerhof Pathway， EMP）,2020/7/23,18,二、糖酵解的过程(glycolysis),2020/7/23,19,己糖激酶/葡萄糖激酶,磷酸己糖异构酶,磷酸果糖激酶-1,ATP,ADP,ATP,ADP,*,*,(1),(2),(3),碳链不变，但两头接上了磷酸基团，为断裂作好准备。

7、,消耗两个ATP,2020/7/23,20,糖酵解的过程,4、果糖-1，6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸,F -1,6-BP GAP+ DHAP,生理条件下G-3-P 不断形成丙酮酸，故 G-3-P低，反应向裂解方向进行。,醛缩酶,2020/7/23,21,糖酵解的过程,5、 二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸,DHAP G-3-P,磷酸丙糖 异构酶,2020/7/23,22,(6),(7),(8),ATP,ADP,磷酸甘油酸变位酶,3-磷酸甘油醛 脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,NAD+Pi,NADH+H+,活性中心含巯基,（巯基抑制剂）,（砷酸盐）,2020/7/23,23,烯醇化酶

8、,丙酮酸激酶,*,ATP,ADP,自发,H2O,需K+和Mg2+参加,（氟化物）,2020/7/23,24,1、在无氧或相对缺氧时 发酵 有两种发酵：酒精发酵、乳酸发酵,（1）酒精发酵：由葡萄糖 乙醇的过程（酵母和某些微生物）,丙酮酸脱羧酶需要TPP作为辅酶。,四、丙酮酸的去路,2020/7/23,25,(2)在无氧或相对缺氧时 乳酸发酵,乳酸发酵：由葡萄糖 乳酸的过程,乳酸脱氢酶在动物体内有5种同工酶： H4、H3M、H2M2、HM3、M4,2020/7/23,26,(2)在有氧条件下,原核生物中：1分子的NADH通过呼吸链可产生2.5个ATP，,真核生物中：在植物细胞或动物的肌细胞中，线粒

9、体中甘油醛-3-磷酸脱氢酶的辅基是FAD，1分子FADH2通过呼吸链可产生1.5个ATP。, 1分子葡萄糖通过有氧酵解，可生成 2 + 1.52 = 5 个ATP, 1分子葡萄糖通过有氧酵解，可生成 2 + 2.52 = 7 个ATP,2020/7/23,27,糖酵解作用的调节,在代谢途径中，发生不可逆反应的地方常常是整个途径的调控部位，而催化这些反应的酶常常要受到调控，从而影响这些地方的反应速度，进而影响整个途径的进程。这些酶称该途径的关键酶。,在糖酵解中，有三种酶催化的不可逆反应 己糖激酶、PFK、丙酮酸激酶。所以它们是关键酶。,这三种酶都是变构酶。,2020/7/23,28,糖酵解作用的

10、调节,一、磷酸果糖激酶的调节 磷酸果糖激酶的活化因子：1）ADP, 2) AMP, 3）2，6-二磷酸果糖。 磷酸果糖激酶的抑制因子：1）ATP, 2) 柠檬酸,3）长链脂肪酸。,2020/7/23,29,糖酵解作用的调节,二、己糖激酶的调节 磷酸果糖激酶被抑制时，可使G-6-P积累，因而别构抑制己糖激酶的活性，减缓酵解速度。 因为G-6-P在复杂的代谢途径中还可转化成糖原及戊糖，己糖激酶不是酵解的关键调控酶。,2020/7/23,30,糖酵解作用的调节,三、丙酮酸激酶的调节 丙酮酸激酶调节酵解出口，催化酵解中第三个不可逆步骤。 （1）1，6-二磷酸果糖使丙酮酸激酶活化，称为前馈激活。这使丙酮

11、酸激酶活力与磷酸果糖激酶催化的加速协调，接受大量代谢中间物，因此加速酵解。 （2）酵解产物丙酮酸转氨合成的丙氨酸可以别构抑制这个酶的活性。这是生物合成前体过剩的信号。,2020/7/23,31,丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,柠檬酸循环,柠檬酸循环的发现历史,第23章 柠 檬 酸 循 环,2020/7/23,32,丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,形成乙酰-CoA,在线粒体基质中由丙酮酸脱氢酶系催化丙酮酸不可逆的氧化脱羧，并与CoA结合形成乙酰- CoA和CO2。,2020/7/23,33,有5种辅酶参与反应,E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酸转乙酰基酶 E3：二氢硫辛酸脱氢酶,2020/7/

12、23,34,三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，又叫做TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它含有三个羧基，故此得名。,该循环的提出的主要贡献者是德国生化学家Krebs（1937），所以又称Krebs循环。,该循环还叫做柠檬酸循环。Krebs获得1953年偌贝尔奖，被誉为TCA循环之父。,2020/7/23,35,三羧酸循环 tricarboxylic acid,TCA,2020/7/23,36,(4)(7)(8)(10),o,A,C,H,2,C,H,2,C,O,O,H,G,D,P,+,P,i,G,T,P,C,o,A,S,H,H,2 O,C,H,2,C,O,

13、O,H,C,H,2,C,O,O,H,F,A,D,H,2,F,A,D,C,H,C,O,O,H,C,H,C,O,O,H,H,O,C,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,H,+,N,A,D,+,C,O,2,+,+,C,o,A,S,H,H 2 O,C,o,A,S,H,C,O,2,丙酮酸,乙酰 CoA,(2),(1),(7),(8),(9),(10),(5),(6),(3),(4),柠檬酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,琥珀酸,延胡索酸,L-苹果酸,草酰乙酸,H O,2,(1) 丙酮酸脱氢酶复合体 (2) 柠檬酸合成酶 (3) 顺乌头酸酶 (4)(5)异柠檬酸脱氢酶 (6)

14、-酮戊二酸脱氢酶复合体 (7) 琥珀酰CoA合成酶 (8) 琥珀酸脱氢酶 (9) 延胡索酸酶 (10)L-苹果酸脱氢酶,二、三羧酸循环 的总反应,产能步骤 2NAD(P)H 1FADH2 1GTP,(1)(6)-产能脱碳 2NADH + 2 CO2,(5)-脱碳-1CO2, 3步不可逆反应,2020/7/23,37,（一）乙酰-CoA碳原子在柠檬酸循环中的命运,2020/7/23,38,The fate of the carbon atoms of acetate in successive TCA cycles. (a) The carbonyl carbon of acetyl-CoA i

15、s fully retained through one turn of the cycle but is lost completely in a second turn of the cycle. (b) The methyl carbon of a labeled acetyl- CoA survives two full turns of the cycle but becomes equally distributed among the four carbons of oxaloacetate by the end of the second turn. In each subse

16、quent turn of the cycle, one-half of this carbon (the original labeled methyl group) is lost.,2020/7/23,39,柠檬酸循环,（二）柠檬酸循环的化学总结算 柠檬酸循环有4个脱氢步骤,其中3对电子经NADH传递给氧,每对电子产生2.5个ATP,一对电子经FADH2传递给氧,产生1.5个ATP,柠檬酸循环本身产生1个ATP,每次循环产生 7.5 + 1.5 + 1 = 10个ATP. 过去的计算是9 + 2 + 1 = 12个ATP.,2020/7/23,40,柠檬酸循环,（三）每经历一次TCA循环

17、(循环的特点): 有2个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有2个碳原子通过脱羧反应离开循环。 有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对由NADH携带，1对由FADH2携带。 产生1分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成1分子ATP。 消耗2分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬酰CoA）和延胡索酸的加水。,2020/7/23,41,2020/7/23,42,柠檬酸循环,TCA受 底物效应； 产物积累的反馈抑制作用； 循环中形成的中间产物的别构抑制；,2020/7/23,43,三个控制部位,草酰乙酸 乙酰CoA 异柠檬酸 3. -酮戊二酸,柠檬酸合成酶,ATP,柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶,（ADP，

18、NAD+,Mg+, 异柠檬酸）；NADH,-酮戊二酸,-酮戊二酸脱氢酶,（琥珀酰CoA，NADH),琥珀酰CoA,2020/7/23,44,柠檬酸循环,1. 为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径；,2. 循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。,3. 糖类、蛋白质、脂类、核酸等物质代谢和转化的中心枢纽(提供化合物是循环的同化作用)。,四、TCA循环的生物学意义,4. 是发酵产物重新氧化的途径。,2020/7/23,45,柠檬酸循环,五、TCA的回补反应,三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以为生物合

19、成提供原料，但这些中间物必须得到补充，以保证TCA循环运转。尤其是起始物草酰乙酸，缺乏它乙酰CoA就不能进入循环。,生物体中存在着及时补充草酰乙酸的反应，称为回补反应。,1.回补反应含义：,2020/7/23,46,柠檬酸循环,2. 丙酮酸羧化,丙酮酸羧化酶需要生物素作为其辅酶。,这是动物中最重要的回补反应，在线粒体中进行。,2020/7/23,47,柠檬酸循环,3、磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧 化激酶的催化下形成草酰乙酸。在肌肉和 心脏中存在这个反应。,2020/7/23,48,糖有氧氧化过程中ATP的生成:,第一阶段：葡萄糖2丙酮酸,第二阶段：2丙酮酸2乙酰CoA,第三阶段：2乙酰

20、CoA2CO2+4H2O,2ATP,糖的有氧氧化 底物磷酸化 氧化磷酸化,22.5ATP,29ATP,葡萄糖 6 CO2+ 6H2O + ？mol ATP,32/30ATP,21.5或2.5ATP,2ATP,总结,2020/7/23,49,生物氧化概论,电子传递和氧化呼吸链,氧化磷酸化作用,第24章 生 物 氧 化,2020/7/23,50,生物氧化概论,一、生物氧化 概念：有机分子在细胞内氧化分解成CO2和水并释放能量形成ATP的过程称生物氧化。实际上是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化-还原反应。 特点： 在活体细胞中进行，需酶参加 温和条件 复杂的氧化还原过程 能量逐步释放，以ATP形式储存

21、和转运,2020/7/23,51,电子传递和氧化呼吸链,概念：代谢物上氢原子被脱氢酶激活脱落后，经一系列电子传递体，最后传递给被激活的氧分子而生成水的过程。 呼吸链的类型： 1）NADH呼吸链：产生2.5个ATP NADHFMNCoQbc1caa3O2 2）FADH呼吸链：产生1.5个ATP FADH2CoQbc1caa3O2,一、电子传递链的概念,2020/7/23,52,2020/7/23,53,2020/7/23,54,电子传递和氧化呼吸链,呼吸链的顺序,实验依据：按 1）氧化还原电势增加； 2）电子亲和力增加的顺序排列； 3）吸收光谱变化，氧化程度逐渐增高； 4）利用电子传递抑制剂选择

22、性阻断；,2020/7/23,55,呼吸链的各个组分除NADH、Cytc外，都分布在线粒体的内膜上，而且在膜上有着特定的不对称分布。 有一些组分常结合在一起，形成复合物嵌在膜内。 在呼吸链中，有四个复合体，如下图：,电子传递和氧化呼吸链,2020/7/23,56,电子传递和氧化呼吸链,复合物（NADHQ还原酶）：又称NADH脱氢酶，至少包含有34条多肽链，总的相对分子质量约700103900103，以二聚体的形式存在。每个单体含有一个FMN为辅基的黄素蛋白和至少6个铁硫蛋白。 它是电子传递链中最大最复杂的酶复合物，其功能是催化NADH上的2个电子传递给辅酶Q，同时发生质子的跨膜输送，所以复合物

23、既是电子传递体，又是质子移位体。,2020/7/23,57,电子传递和氧化呼吸链,复合物（琥珀酸Q还原酶） 又称琥珀酸脱氢酶，由4条多肽链组成，总的相对分子质量约140103，含有一个以FAD为辅基的黄素蛋白、3个铁硫中心和一个细胞色素b。 其作用是催化电子从琥珀酸通过FAD和铁硫蛋白传递到辅酶Q。所以复合物只能传递电子，而不能使质子跨膜输送。,2020/7/23,58,电子传递和氧化呼吸链,复合物（CoQ细胞色素c还原酶） 由11条多肽链组成，总的相对分子质量约250103，以二聚体形式存在。每个单体包括2个细胞色素b（b562、b566）、一个细胞色素c1和一个铁硫蛋白。 其作用是催化电子

24、从还原型辅酶Q转移给细胞色素c，同时发生质子的跨膜移位。所以复合物既是电子传递体，又是质子移位体。,2020/7/23,59,电子传递和氧化呼吸链,复合物（细胞色素氧化酶） 由613条多肽链组成，总的相对分子质量约20万，以二聚体形式存在。每个单体包括细胞色素aa3和含铜蛋白。 其作用是催化电子从还原型细胞色素c传递给氧分子，同时发生质子的跨膜移位。所以复合物既是电子传递体，又是质子移位体。,2020/7/23,60,呼吸链中的电子传递有着严格的方向和顺序，即电子从氧化还原电位较低的传递体依次通过氧化还原电位较高的传递体逐步流向氧分子。,电子传递和氧化呼吸链,2020/7/23,61,NADH

25、,辅 酶 Q（CoQ）,Fe-S,Cyt c1,O2,Cyt b,Cyt c,Cyt aa3,琥珀酸等,黄素蛋白（F AD）,黄素蛋白（FMN）,细胞色素类,铁硫蛋白（Fe-S）,铁硫蛋白（Fe-S）,鱼藤酮（retenone） 安密妥（amytal） 杀粉蝶菌素A,抗霉素A （antimycin）,氰化物 一氧化碳 硫化氢 叠氮化物,2020/7/23,62,氧化磷酸化作用,What is oxidative phosphorylation,？,在生物氧化过程中，代谢物脱氢产生的NADH+H+或FADH2经呼吸链氧化生成水时，所释放的自由能用于ADP磷酸化形成ATP（即ADP+PiATP）,

26、这种氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶联的过程称氧化磷酸化。,2020/7/23,63,这个假说是1953年由Edward Slater最先提出。假说认为在NADH氧化和电子传递过程中产生了一种活泼的高能共价中间物，通过此中间物进一步氧化产生的能量来驱动ATP的合成。这一假说完全是依据底物水平磷酸化机理提出的，例如在糖酵解中，由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化的反应就产生了一种活泼且具有高能磷酸基转移势能的酰基磷酸化合物1，3-二磷酸甘油酸，随后其分子中的高能磷酸基团在磷酸甘油酸激酶的作用下被转移到ADP生成ATP。虽然在糖酵解过程中存在这种例证，但是人们至今未能在线粒体中分离到与之相类似的高能共价中

27、间物。,化学偶联假说 Chemical coupling hypothesis,2020/7/23,64,这个假说是1964年由P.D.Boyer提出。该假说认为作为电子传递体的蛋白质有两种不同的构象：低能构象和高能构象。电子传递的结果使低能构象转变为高能构象，后者再将能量传递给F0-F1-ATP合成酶，使之也发生构象变化，从而推动ADP磷酸化形成ATP。这种假说有一定的实验根据，在电子沿呼吸链流动时，观察到线粒体内膜发生迅速的物理变化，但由于测定构象比较困难，支持这个假说的实验太少。,构象偶联假说 Conformational coupling hypothesis,2020/7/23,65

28、,英国生物化学家Peter D Mitchell在1961年提出化学渗透假说，并于1966年进行修改和补充，由于该假说提出后逐渐拥有越来越多的实验证据，因而成为目前解释氧化磷酸化偶联机理最为公认的一种假说，并且Peter Mitchell因提出该假说而获得了1978年的诺贝尔化学奖。,化学渗透学说 Chemiosmotic hypothesis,2020/7/23,66,三种假说最主要不同,电子传递释放的自由能以什么形式暂时贮存并推动ATP的合成,化学偶联假说,高能共价中间物,构象偶联假说,蛋白质的高能构象,化学渗透假说,线粒体内膜两侧质子（H+）的浓度差和电位差(质子移动力),2020/7/

29、23,67,内膜对质子不具有通透性，这样在内膜两侧形成质子浓度梯度和电位梯度，这两种跨膜梯度是电子传递所产生的电化学电势,是质子返回膜内的渗透能,是推动ATP合成的原动力；,2020/7/23,68,当存在足够高的跨膜质子化学梯度时，强大的质子流通过F1-F0-ATPase进入基质时，释放的自由能推动ATP合成。,2020/7/23,69,氧化磷酸化作用,由上述化学渗透假说可知，该模型必需具备两个条件：一是线粒体内膜必须是质子不能透过的封闭系统，否则质子梯度将不复存在；二是要求呼吸链和ATP合酶在线粒体内膜中定向地组织在一起，并定向地传递质子、电子和进行氧化磷酸化反应。,重 要,2020/7/

30、23,70,氧化磷酸化作用,目前这两方面都获得了一些实验证据，例如能携带质子穿过线粒体内膜的物质（如2,4-二硝基苯酚）可破坏线粒体内膜对质子的透性壁垒，使质子电化学梯度消失。 另外根据测算，膜间隙的pH较内膜低1.4个单位，并且线粒体内膜两侧原有的外正内负跨膜电位升高。,重 要,2020/7/23,71,氧化磷酸化作用,P/O(磷氧比)：在生物氧化过程中，伴随ADP磷酸化所消耗的无机磷酸的磷原子数与消耗的分子氧的氧原子数之比。即每消耗1个氧原子所产生的ATP的分子数。,偶联部位:释放自由能较多足以用来形成ATP的电子传递部位.复合物,二. 氧化磷酸化的P/O比,2020/7/23,72,氧化

31、磷酸化作用,目前被广泛接受的观点是：ATP、ADP和无机磷酸通过线粒体内膜的转运是由ATP-ADP载体和磷酸转位酶催化的。已知每合成1个ATP需要3个质子通过ATP合酶。与此同时，把一个ATP分子从线粒体基质转运到胞液需要消耗1个质子，所以每形成1个分子的ATP就需要4个质子的流动。因此，如果一对电子通过NADH电子传递链可泵出10个质子，则可形成2.5 个分子ATP；如果一对电子通过FADH2电子传递链有6个质子泵出，则可形成1.5个ATP分子。,2020/7/23,73,F1：球形头部，伸入线粒体基质，由五种亚基组成33 ,是ATP合酶的催化部分； F0: 横贯线粒体内膜，含有质子通道，由

32、十多种亚基组成。位于F1与F0之间的柄含有寡霉素敏感性蛋白。,F1-F0-ATPase复合物,2020/7/23,74,ATP酶-构象偶联假说,该假说是 1964年由美国生物化学家Paul Boyer最先提出，他认为电子传递过程中，线粒体内膜上的蛋白质组分发生了构象变化，转变成一种高能形态。这种高能形态通过将能量转移到ADP合成ATP后，又得以恢复其原来的构象。随着人们对ATP合酶结构的研究和认识不断深入，在构象偶联假说的基础上形成了ATP合酶结合变化和旋转催化假说。,2020/7/23,75,氧化磷酸化作用,ATP合酶结合变化和旋转催化假说认为，ATP合酶与底物核苷酸的作用是按照结合变化机理

33、进行的。构成ATP合酶头部的33亚基构成3个催化部位，中部的亚基在质子推动力的驱动下相对于33作旋转运动。由于3个亚基与亚基的不对称接触，使其分别处于三种不同的状态，即无核苷酸结合的空置状态（O）、结合ADP+Pi的松散结合状态（L）和结合ATP的紧密结合状态（T）。,2020/7/23,76,g,g,g,2020/7/23,77,1. 解偶联剂,解偶联剂（uncoupler）是指那些不阻断呼吸链的电子传递，但能抑制ADP通过磷酸化作用转化为ATP的化合物。它们也被称为氧化磷酸化解偶联剂。 最早发现的一个解偶联剂是2, 4-二硝基苯酚（2, 4-dinitrophenol, DNP），它是一种

34、弱酸性亲脂化合物，在pH7条件下，DNP以解离形式存在，不能通过线粒体内膜。但是在酸性环境中，DNP转变为脂溶性的非解离形式，可携带质子透过线粒体内膜。这样就破坏了电子传递形成的跨膜质子电化学梯度。,2020/7/23,78,氧化磷酸化作用,在解偶联剂存在时，电子沿呼吸链的传递能正常进行，但不能偶联产生ATP，这样就使电子传递所产生的自由能以热能的形式被消耗。由于DNP解偶联剂只专一性地抑制与呼吸链相偶联的ATP的形成过程，因此，它不会影响底物水平的磷酸化。,2020/7/23,79,这类化合物直接作用于ATP合酶复合体，从而抑制ATP的合成。 它们使膜外质子不能通过ATP合酶复合体返回膜内，

35、使膜内质子继续泵出到膜外显然越来越困难，最后不得不停止，所以这类抑制剂间接抑制了电子传递和分子氧的消耗。 寡霉素 属于此类抑制剂，它与F0的一个亚基结合而抑制F1。,2. 氧化磷酸化抑制剂,2020/7/23,80,3.离子载体抑制剂,离子载体抑制剂（ionophore）是指那些能与某种离子结合，并作为这些离子的载体携带离子穿过线粒体内膜的脂双层进入线粒体的化合物。 这类抑制剂均是脂溶性物质，它们与解偶联剂的区别在于它们能结合除H+以外的其它一价阳离子，例如缬氨霉素（Valinomycin）可结合K+，短杆菌肽可结合K+、Na+和其它一价阳离子穿过线粒体内膜。因此离子载体抑制剂增大了线粒体内膜

36、对一价阳离子的通透性，从而破坏了膜两侧的电位梯度，最终导致氧化磷酸化过程被抑制。,2020/7/23,81,2020/7/23,82,氧化磷酸化作用,通过3-磷酸甘油与DHAP之间的转换，胞液中的NADH间接地转变为内膜上的FADH2，经由内膜上的3-磷酸甘油脱氢酶(也是以FAD为辅基的黄素蛋白)进入FADH2呼吸链。 这种方式不通过复合物,因此只生成1.5分子ATP。,2020/7/23,83,氧化磷酸化作用,苹果酸穿梭系统,谷草转氨酶，苹果酸脱氢酶，以及一系列的透性酶。 通过苹果酸与草酰乙酸之间的转换，间接地将细胞质中的NADH转变为线粒体内的NADH，从而进入NADH呼吸链。 这种方式要

37、通过复合物。,2020/7/23,84,七、氧化磷酸化的控制,ATP/ADP比值的影响 氧化磷酸化主要受细胞对能量需求的调节。 激素的调节 去甲状腺激素能促进线粒体的氧化磷酸化，增加ATP的形成。,氧化磷酸化作用,2020/7/23,85,戊糖磷酸途径,葡糖异生,乙醛酸途径,第25章 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径,寡糖类的生物合成和分解,2020/7/23,86,磷酸戊糖途径,磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway or phosphogluconate pathway)，又叫做PPP，是由于该途径中有许多中间物是磷酸戊糖。,该途径又叫做磷酸葡萄糖酸途径 (hexo

38、se monophosphate pathway HMP)，因为磷酸葡萄糖酸是该途径的早期特征中间物。,该途径又称磷酸己糖支路(hexose phosphate shunt, HMS)，是由于从磷酸己糖开始该途径与EMP途径分支。,2020/7/23,87,第一步：脱氢 Dehydrogenation,氧化阶段,G-6-P,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶,6-P-葡萄糖酸内酯,2020/7/23,88,第二步：hydrolysis,此反应不可逆，从而使 G-6-P 6-磷酸葡萄糖酸（6-phospho-D-gluconate）的过程不可逆.,葡萄糖酸内酯酶,6-P-葡萄糖酸内酯,6-P-葡萄糖酸,20

39、20/7/23,89,第三步：oxidative decarboxylation,此反应也不可逆，脱氢，脱羧,5-P-核酮糖,6-P-葡萄糖酸,6-P-葡萄糖酸脱氢酶,2020/7/23,90,第四步：异构化 Isomerism【酮-醛异构化】,非氧化阶段分子重组阶段,5-P-核酮糖,核酮糖-5-磷酸异构酶 Phosphopentose Isomerase,烯二醇中间物,5-P-核糖,2020/7/23,91,第五步：表异构化 Epimerization,5-P-核酮糖,核酮糖-5-磷酸差向异构酶 Phosphopentose Epimerase,5-P-木酮糖,2020/7/23,92,第六

40、步：转酮反应 Transketolase,7-P-景天庚酮糖,转酮酶,转酮反应: 酮糖上的二碳单位经转酮酶催化转移到醛糖的第一碳上。,5-P-木酮糖,5-P-核糖,3-P-甘油醛,2020/7/23,93,第七步：转醛反应 Transaldolase,转醛酶,转醛反应: 酮糖上的三碳单位经转醛酶催化转移到醛糖的第一碳上。,7-P-景天庚酮糖,3-P-甘油醛,4-P-赤藓糖,6-P-F,2020/7/23,94,第八步：转酮醇反应 Transketolase,3-P-甘油醛,4-P-赤藓糖,6-P-F,5-P-木酮糖,转酮酶,2020/7/23,95,第九步：异构化反应 Isomerism,6-

41、磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,磷酸葡萄糖异构酶 phosphoglucoisomerase,2020/7/23,96,化学计量,总反应式,6-磷酸葡萄糖+12NADP+7H2O, 6CO2+12NADPH+12H+H3PO4 +56-磷酸葡萄糖,2020/7/23,97,1. 产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力 NADPH作为主要供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成、氨的同化等反应所必需。,2. 途径中的中间物为许多化合物的合成提供原料 可以产生各种磷酸单糖。如磷酸核糖是合成核苷酸的原料，4-磷酸赤藓糖与PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸。,（三）HMP途径的

42、生物学意义,2020/7/23,98,HMP途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中占糖降解的30%，植物中占50%。,3. HMP定位于细胞质，和EMP等途径相通,4. HMP在植物胁迫(如干旱、病害、伤害等)时被高速启动,2020/7/23,99,一、葡萄糖异生的定义及作用,Gluconeogenesis以非糖有机物作为前体合成为葡萄糖的过程。这是植物、动物体内一种重要的单糖合成途径。非糖物质包括乳酸、丙酮酸、甘油、草酰乙酸、乙酰CoA以及生糖氨基酸（如丙氨酸）等。 糖异生作用场所主要为肝，部分在肾中进行。此外大脑、骨骼肌或心肌也进行极少量的糖异生作用。,2020/7/23,100,葡糖

43、异生,二、葡萄糖异生作用的途径,葡萄糖异生途径几乎是EMP途径的逆转，但不是简单的EMP途径的逆转,从丙酮酸到葡萄糖代谢中有7步是共同的可逆步骤,只有3步是不可逆步骤,它们由另一些酶来催化完成。糖的异生有特殊的调控酶,需要ATP供给能量,以保证合成途径的进行。 葡萄糖异生途径三处迂回路径是:,2020/7/23,101,2020/7/23,102,2020/7/23,103,葡萄糖异生作用总结,主要部位：动物肝脏（90%）和肾（10%）,总反应：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+4H2O 葡萄糖+2NAD+4ADP+2GDP+6Pi,生物学意义： （1）对于维持血糖的基本平衡以及

44、为脑和肌肉活动提供必需的燃料分子， （2）为两个相反代谢途径（EMP和异生）提供了必要的保证。,2020/7/23,104,葡糖异生,三、葡萄糖异生前体,1）丙酮酸： 凡生成丙酮酸的物质均可转变为葡萄糖（生糖aa、有机酸等）。 2）甘油： 脂肪水解形成，转变成二羟丙酮-P，可生糖。 3）三羧酸循环的中间产物： 转化成草酰乙酸，而进入糖异生途径。,2020/7/23,105,葡糖异生,4）氨基酸: 生酮氨基酸（亮氨酸、赖氨酸）无法进入糖异生途径；生糖氨基酸脱氨产生如-酮戊二酸、草酰乙酸等可进入糖异生。 5)乳酸: 氧化成丙酮酸进入糖异生途径变成葡萄糖.,2020/7/23,106,葡糖异生,肝脏

45、为肌肉输出葡萄糖，而肌肉收缩产生乳酸，乳酸又可在肝脏中转变成新的葡萄糖，这一过程为Cori循环。,2020/7/23,107,葡糖异生,葡糖异生生理意义,植物果实成熟期间，有机酸含量下降，糖份含量增加，就是葡糖异生作用的结果。动物机体内葡萄糖异生作用是必不可少的。它对维持血糖浓度的恒定，为大脑、肌肉、眼晶状体、中枢神经系统等组织利用葡糖分解供能提供了保障。 糖异生作用有利于乳酸的利用； 糖异生有利于体内氨基酸的分解和脂肪氧化分解供能。,2020/7/23,108,糖原降解与诺贝尔奖,糖原的降解,糖原的生物合成,第 26 章 糖原的分解和生物合成,糖原代谢的调控,2020/7/23,109,糖原

46、动物体内葡萄糖的储存形式,分布与数量（肝脏和肌肉） 糖原的结构 糖原的作用 肝糖原大部分用于降解转化成葡萄糖以维持血糖水平(正常人为80120mg/100ml血)，而肌糖原的功能在于肌肉本身糖酵解时提供6-磷酸葡萄糖，通过氧化供应能量，不能转变成游离的葡萄糖。,2020/7/23,110,糖原的降解,糖原(glycogen)是由D-葡萄糖聚合而成的有分支的大分子物质。 糖原中大多数葡萄糖残基是由-1,4糖苷键相连，在分支点是由 -1,6糖苷键相连。,2020/7/23,111,糖原的降解,糖原的磷酸解,磷酸化酶 （催化1，4-糖苷键断裂） 三种酶协同作用： 转移酶 （催化寡聚葡萄糖片段转移）

47、脱支酶 （催化1，6-糖苷键断裂） 后二者实际上是同一肽链上具有两个起不同催化作用的活性部位。,2020/7/23,112,（1）糖原磷酸化酶可以从糖原的非还原端连续地进行磷酸解，直至距-1,6糖苷键的分支点还剩下4个葡萄糖单位时停止，剩下的底物称为极限糊精（limit dextrin）。 （2）糖基转移酶催化支链上的3个葡萄糖残基转移到糖原分子的一个游离的4端上，形成一个新的 -1,4糖苷键。 （3）脱支酶催化转移后剩下的 -1,6糖苷键连接的葡萄糖残基的水解，释放出一分子的葡萄糖。,2020/7/23,113,糖原的生物合成,（1）UDPG是糖基转移的活泼形式,（2）糖原合酶催化UDPG的

48、糖基转移到引物（n-糖原）的非还原性末端C-4-OH上，形成n+1糖原,（3）分支酶催化从非还原性末端转移7个糖残基至同一糖链或另一糖链的糖残基的C-6位上，形成1，6-糖苷键。,糖原合酶,2020/7/23,114,糖原的生物合成,（1）糖原合成需要一个至少含有4个葡萄糖基的引物。 （2）植物和某些细菌合成淀粉或糖原时，使用的底物是ADP-葡萄糖，而不是UDP-葡萄糖。 （3）分支酶转移的片段必须来自至少含有11个糖残基的糖链，新的分支点必须至少离原有分支点4个糖残基的距离。,糖原合成要点,2020/7/23,115,脂质的消化、吸收和传送,脂肪酸的氧化,磷脂和甾醇的代谢,第28章 脂肪酸的

49、分解代谢,2020/7/23,116,据此，Knoop 提出脂肪酸的氧化发生在-碳原子上，而后C与C之间的键发生断裂，从而产生二碳单位，此二碳单位Knoop推测是乙酸。 以后的实验证明Knoop推测的准确性，由此提出了脂肪酸的 -氧化作用。 -氧化作用是指脂肪酸在-碳原子上进行氧化，然后-碳原子和-碳原子之间键发生断裂。每进行一次-氧化作用，分解出一个二碳片段乙酰CoA，生成较原来少两个碳原子的脂肪酸。,2020/7/23,117,b-氧化作用的部位：Localization of -oxidation occurs in mitochondria,油料作物种子萌发时,动物,植物,过氧化物体,

50、线粒体基质,过氧化物体,2020/7/23,118,1.脂肪酸-氧化的过程,(1) 脂肪酸的活化,(2) 脂肪酸的转运,(3) -氧化,2020/7/23,119,(1) Activation of fatty acids by coenzyme A:,脂肪酸的活化是指脂肪酸的羧基与CoA酯化成脂酰CoA的过程。反应如下：,细胞内两类脂肪酸活化酶:(1)存在于内质网和线粒体外膜的脂酰CoA合酶,活化12C以上的长链脂肪酸;(2)存在于线粒体基质的酶,催化4-10C的中、短链脂肪酸的活化。,2020/7/23,120,脂肪酸的活化需要ATP的参与。每活化1分子脂肪酸，需要1分子ATP转化为AMP

51、，即要消耗2个高能磷酸键。这可以折算成需要2分子ATP水解成ADP。 在体内，焦磷酸很快被磷酸酶水解，使得反应不可逆。,脂肪酸的氧化,2020/7/23,121,(2) Transport into mitochondria matrix,脂肪酸的-氧化作用通常是在线粒体的基质中进行的，中、短链脂肪酸可直接穿过线粒体内膜，而长链脂肪酸需依靠肉碱（也叫肉毒碱，Carnitine）携带，以脂酰肉碱的形式跨越内膜而进入基质，故称肉碱转运。,脂酰CoA + 肉毒碱 脂酰肉毒碱 + CoASH,肉毒碱脂酰转移酶,2020/7/23,122,脂肪酸的氧化,(3) Beta-oxidation of the

52、 fatty acid,脂酰CoA进入线粒体后，经历多次b-氧化作用而逐步降解成多个二碳单位 乙酰CoA。,每次b-氧化作用包括四个步骤。,2020/7/23,123,a.脱氢：脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶催化下，于、位碳原子上脱下氢原子，形成反式烯脂酰CoA（enoyl CoA），该反应的辅基是FAD，产生 FADH2 (catalyzed by acyl CoA dehydrogenase 脂酰辅酶A脱氢酶).,脂酰CoA的、-脱氢作用,2020/7/23,124,b.水化：Hydration of the trans 2-enoyl CoA to form 3-hydroxyacyl C

53、oA（羟脂酰CoA） (catalyzed by enoyl CoA hydratase 烯脂酰CoA水合酶).,反式-2-烯脂酰CoA水化作用,Enoyl-CoA hydratase,2020/7/23,125,c.再脱氢：Oxidation of 3-hydroxyacyl CoA to 3-ketoacyl CoA producing NADH (catalyzed by hydroxyacyl CoA dehydrognease 羟脂酰CoA脱氢酶).,L-羟脂酰CoA的脱氢作用,L-3-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase,2020/7/23,126,d.硫解：

54、Cleavage, of thiolysis, of 3-ketoacyl CoA by a second CoA molecule, giving acetyl CoA and an acyl CoA shortened by two carbon atoms (catalyzed by -ketothiolase -酮脂酰CoA硫解酶).,-酮脂酰CoA的硫解作用,beta-Ketothiolase,2020/7/23,127,氧化的生化历程,2020/7/23,128,脂肪酸的氧化,(1)脂肪酸仅须一次活化,其代价是消耗1个分子ATP分子的二个高能键,其活化的脂酰CoA合酶在线粒体外;

55、(2)脂酰CoA合酶在线粒体外活化的长链脂酰CoA需经肉毒碱携带,在肉毒碱转移酶催化下进入线粒体氧化; (3)所有脂肪酸-氧化的酶都是线粒体酶; (4)-氧化包括脱氢水化再脱氢硫解 4个重要步骤,每氧化一次产生1分子FADH2和NADH,(4) -氧化的要点,2020/7/23,129,下图是软脂酸（棕榈酸 C15H31COOH）的b-氧化过程，它需经历七轮b-氧化作用而生成8分子乙酰CoA。,2. 偶数碳饱和脂肪酸的氧化,2020/7/23,130,对于偶数碳饱和脂肪酸，b-氧化过程的化学计量： 脂肪酸在b-氧化作用前的活化作用需消耗能量，即1分子ATP转变成了AMP，消耗了2个高能磷酸键，

56、相当于2分子ATP。 在b-氧化过程中，每进行一轮，使1分子FAD还原成FADH2、1分子NAD+还原成NADH，两者经呼吸链可分别生成1.5分子和2.5分子ATP，因此每轮b-氧化作用可生成4分子ATP。 b-氧化作用的产物乙酰CoA可通过三羧酸循环而彻底氧化成CO2和水，同时每分子乙酰CoA可生成10分子ATP。,2020/7/23,131,在油料种子萌发时乙醛酸体中通过b-氧化产生的乙酰CoA一般不用作产能形成ATP，而是通过乙醛酸循环转变成琥珀酸，再经糖的异生作用转化成糖。,脂肪酸的氧化,2020/7/23,132,生物体中的不饱和脂肪酸的双键都是顺式构型，而且位置也相当有规律 第一个

57、双键都是在C9和C10之间（写作D9），以后每隔三个碳原子出现一个。例如，亚油酸18:2D9，12；-亚油酸18:3D9,12,15。,3.不饱和脂肪酸的氧化,不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同，只是某些步骤还需其它酶的参与，现以油酸为例加以说明。,2020/7/23,133,2020/7/23,134,脂肪酸的氧化,它经历了三轮b-氧化作用后，产物在b,g位有一顺式双键，因此接下来的反应不是脱氢，而是双键的异构化，生成反式的a,b双键，然后b-氧化作用继续正常进行。因此油酸的氧化与相同碳的饱和脂肪酸（硬脂酸）相比，只是以一次双键异构化反应取代了一次脱氢反应，所以少产生一分子FADH2。,

58、不仅是单不饱和脂肪酸，所有的多不饱和脂肪酸的前四轮b-氧化作用都与油酸相类同，都在第四轮时需要一种异构酶的参与。,2020/7/23,135,脂肪酸在一些酶的催化下，在a-碳原子上发生氧化作用，分解出一个一碳单位CO2，生成缩短了一个碳原子的脂肪酸。这种氧化作用称为脂肪酸的a-氧化作用。,二、脂肪酸的-氧化途径,a-氧化作用是1956年由P.K.Stumpf首先在植物种子和叶片中发现的，后来在动物脑和肝细胞中也发现了脂肪酸的这种氧化作用。,2020/7/23,136,脂肪酸的-氧化是指脂肪酸在混合功能氧化酶等酶催化下，其末端（-端）甲基发生氧化，先转变成-羟脂酸，继而再氧化成羧基，从而形成, -二羧酸的过程。,三、脂肪酸的-氧化途径,脂肪酸的氧化,2020/7/23,137,脂肪酸的氧化,由脂肪酸的-氧化及其它代谢所产生的乙酰CoA，在一般的细胞中可进入三羧酸循环进行氧化分解；但在动物的肝脏、肾脏、脑等组织中，尤其在饥饿、禁食、糖尿病等情形下，乙酰CoA还有另一条代谢去路，最终生成乙酰乙酸、 -羟丁酸和丙酮，这三种产物统称为酮体（