5第五章生物氧化

1、第五章 代谢总论与生物氧化,第一节 新陈代谢,一、新陈代谢的概念,1、概念 新陈代谢是指生物活体与外界环境之间进行的物质与能量的交换过程。其本质是活细胞中发生一系列化学变化，每一变化均由酶催化。,2、新陈代谢的内涵,小分子 大分子 合成代谢 （同化作用）需要能量 能量代谢 物质代谢 释放能量 分解代谢 （异化作用）大分子 小分子,新陈代谢,3、新陈代谢的特点,顺序性 温和性 复杂性 自我调节 选择性,二、高能化合物,在生化反应中，水解或基团转移反应中可释放出大量自由能（25千焦/摩尔）的化合物称为高能化合物。,（一）高能化合物的类型 1、磷氧键型（-o p),酰基磷酸化合物 焦磷酸化合物 烯醇

2、式磷酸化合物,2、氮磷键型,磷酸肌酸 磷酸精氨酸,3、硫酯键型,乙酰辅酶a 3腺苷磷酸5磷酰硫酸,4、甲硫键型,s-腺苷甲硫氨酸,（二） atp的特点及其特殊作用 1、atp的结构特征,atp4- + h2o adp3- + pi2- + h+ g -30.5kjmol-1,1,1,atp的生成和利用,atp,adp,机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温),生物体内能量的储存和利用都以atp为中心。,2、atp的特殊作用,atp是细胞内的“能量中转站” atp是细胞内磷酸基团转移的中间载体,三、新陈代谢的研究方法,示踪法（化合物示踪、同

3、位素示踪） 抗代谢物和酶抑制剂的利用 体内试验（in vivo）和体外试验（no vivo）,四、生物能学,1、自由能的概念,定义式：=h-ts 物理意义： g0，反应不能自发进行,2、标准自由能变化与平衡常数的关系,a + b = c + d g=g+ rtlnqc (qc-浓度商) g= - rtlnkeq 例：磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化,磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化,达平衡时 =95%5%keq=19,g= - rtlnkeq = - 2.3038.314 （273.15+38） log19 = -7.6kj/mol,g=g+ rtlnqc (qc-浓度商) = -7.6+ 2

4、.3038.314 311 log0.1 = -13.6kj/mol,未达平衡时 =qc=0.1,反应g-1-pg-6-p在380c达到平衡时， g-1-p占5%，g-6-p占95%，求 g0。如果反应未达到平衡，设g-1- p=0.01mol/l， g-6-p=0.001mol/l，求反应的 g是多少？,第二节生物氧化,糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成co2和h2o并释放出能量的过程称为生物氧化（biological oxidation），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。,一、生物氧化的概念,生物氧化与体外氧化之相同点,生物氧化中物质的氧化

5、方式有加氧、脱氢、失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。 物质在体外氧化时所消耗的氧量、最终产物（co2、h2o）和释放的能量均相同。,生物氧化与体外氧化之不同点,生物氧化 是在细胞内温和的环境中（体温、ph接近中性），在一系列酶促反应逐步进行，能量逐步释放有利于机体捕获能量，提高atp生成的效率。 进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会，脱下的氢与氧结合产生h2o，有机酸脱羧产生co2。,体外氧化 能量是突然释放的。 产生的co2、h2o由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。,二、生物氧化的一般过程,三、生物氧化中co2的生成,直接脱羧 氧化脱羧 脱羧和 脱羧,四、生物氧化中h

6、2o的生成,nad+,2e,1/2 o2,电子传递链,h2o,o=,2h+,第三节线粒体氧化体系,一、线粒体的结构特点,h2o的生成,nad+,2e,1/2 o2,电子传递链,h2o,o=,2h+,二、电子传递呼吸链,概念：呼吸底物在线粒体基质氧化所产生的质子和电子经过一系列氢载体和电子载体传递给o2生成h2o。这种由载体组成的电子传递系统称电子传递链。,组成呼吸链的成分分为：,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（nad+）或称辅酶 黄素蛋白 铁硫蛋白 泛醌 细胞色素类,（一）呼吸链的组成,1.尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（nad+） 或称辅酶 nad+和nadp+的结构,nad+（nadp+）和nadh（na

7、dph）相互转变,fmn结构,异咯嗪,核醇,2、黄素蛋白,fad结构,fmn与fmnh2相互转变,3、铁硫蛋白,铁硫蛋白中辅基铁硫簇（fe-s）含有等量铁原子和硫原子，其中铁原子可以进行fe2+ fe3+e反应传递电子。,4、辅酶q,细胞色素是一类以铁铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类，根据它们吸收光谱不同而分类。,5、细胞色素类,由以下实验确定 标准氧化还原电位 拆开和重组 还原状态呼吸链缓慢给氧,（二）呼吸链组分的排列顺序,nadh-q还原酶（复合体） 琥珀酸q还原酶（复合体） 泛醌细胞色素c还原酶（复合体） 细胞色素c氧化酶（复合体）,1、nadh-q还原酶（复合体）,功能：将电子从nad

8、h传递给coq 辅基：fmn，铁硫蛋白,复合体 nadh coq,fmn; fe-sn-1a,b; fe-sn-4; fe-sn-3; fe-sn-2,2、复合体：琥珀酸- coq还原酶,功能：将电子从琥珀酸传递给coq 辅基：fad、fe-s,3、复合体：coq -细胞色素c还原酶,功能：将电子从coq传递给cytc 组成：cytb、fe-s、cytc1,4、复合体：细胞色素氧化酶,功能：将电子从cytc最终传递到o2 组成：cyta、cyta3、cu,胞液侧,基质侧,线粒体 内膜,nadh氧化呼吸链,琥珀酸氧化呼吸链,（三）生物体内主要的两条呼吸链,nadh氧化呼吸链,h2o,o2-,fm

9、n,fmnh2,coqh2,coq,nad+,nadh+h+,2fe2+,2fe3+,细胞色素 b- c- c1 -aa3,2h+,琥珀酸氧化呼吸链,fad,fadh2,琥珀酸,2fe2+,2fe3+,细胞色素 b- c1 - c-aa3,coqh2,coq,o2-,2h+,h2o,延胡索酸,三、氧化磷酸化（一)atp的生成,adp + pi + 能量 atp amp + ppi + 能量 atp 底物水平磷酸化 电子传递水平磷酸化,底物水平磷酸化,底物被氧化的过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使adp生成atp。 xp + adp atp + x,氧化磷酸化,定义：氧

10、化磷酸化（oxidative phosphorylation)是代谢物氧化脱氢经呼吸链传递给氧生成水的同时，释放能量使adp磷酸化生成atp，由于代谢物的氧化反应与adp磷酸化反应耦联发生，所以称为氧化磷酸化。即在呼吸链电子传递过程中偶联adp磷酸化，生成atp，又称电子传递水平磷酸化。,1、磷氧比的测定 磷氧比：物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗无机磷的摩尔数。 p/o的数值相当于一对电子经呼吸链传递至分子氧所产生的atp分子数。,（二）氧化磷酸化的偶联部位,2、呼吸链中电子传递时自由能的下降,adp转变为atp的部位,（三）氧化磷酸化的偶联机理,1、atp合酶,当h+顺浓度递度经f0中a

11、亚基和c亚基之间回流时，亚基发生旋转，3个亚基的构象发生改变。,atp合酶的工作机制,（二）化学渗透假说,电子经呼吸链传递时，可将质子（h+）从线粒体内膜的基质侧泵到内膜胞浆侧，产生膜内外质子电化学梯度，储存能量。当质子顺浓度梯度回流时驱动adp与pi生成atp。,胞液侧,基质侧,化学渗透假说详细示意图,四、影响氧化磷酸化的因素,（一）抑制剂 呼吸链抑制剂 解偶联剂 氧化磷酸化抑制剂 （二）adp的调节作用 （三）甲状腺激素,呼吸链抑制剂,阿米妥、异戊巴比妥 鱼藤酮、粉蝶霉素a,co、cn -,抗霉素a、 二巯基丙醇（bal）,解偶联作用,no2,no2,oh,h+,h+,线粒体内膜,内,外,低 ph,高 ph,氧化磷酸化抑制剂寡霉素(oligomycin)阻止质子从f0质子通道回流，抑制atp生成,寡霉素,五、线粒体外nadh的氧化,胞浆中nadh必须经一定转运机制进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。 转运机制主要有： -磷酸甘油穿梭系统 苹果酸-天冬氨酸穿梭