8新陈代谢总论与生物氧化

1、第6章 新陈代谢总论与生物氧化(BiologicalOxidation)6新陈代谢总论与生物氧化6.1.1 新陈代谢的研究6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律6.1.3 高能化合物与ATP的作用6.1新陈6.1.4肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式代谢总论6.1.5 辅酶A的递能作用6.2.1 生物氧化的特点6.2.2 呼吸链的组成及6.2传递的顺序生物氧化6.2.36.2.4氧化磷酸化作用细胞中NADH的跨膜运转6.1 新陈代谢总论新陈代谢的概念及内涵小分子大分子代谢（同化作用）需要能量能量分解代谢（异化作用）大分子小分子新陈代谢信息交换物质代谢能量代谢6.1.1 新陈代谢的研究1，内（in

2、vivo）和外实验（in vitro）2，同位素示踪法3，代谢途径阻断法4，突变体研究法6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律1、能的概念(1)热力学第一定理:能量守恒。(1) 热力学第二定理：自发过程是向着能量分散程度(熵，S)增大的方向进行。(3)能：在恒温恒压下,体系可以用来对环境作功的那部分能量。(4)能变化的公式:G=H­ TSG0G0G=0反应自发需要能力才能向正反应进行反应处于平衡状态6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、反应（1）能的变化及其与平衡常数的Go能能：能与G = Go+ RTlnCD/BA当G = 0时， Go= ­2.303RTlgK能的可

3、加性6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律3、氧化还原电位（1）E：在氧化还原反应中,能的变化与反应物供出或得到的趋势成比例,这种趋势用数字表示,即为氧化还原电位.（2）、Eo与Eo（3）Eo的含义其值越小表示所带越多，还原能力越强6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律4、氧化还原电位与检流计能的e+-Go= ­nFEoEo，表示反应能自发进行ZnSO4CuSO4盐桥2+负极反应: Zn ­ 2e =Zn2+E0 Zn/ Zn= ­ 0.76VE0 = E0正极­E0负极=+0.34V ­(­0.76V)=+1.10V2+正极反应:

4、Cu2+2e= CuE0 Cu/ Cu=+ 0.34V6.1.3 高能化合物与ATP的作用1、生物体内常见的高能磷酸化合物能量Go kJ/mol通式举例磷酸肌酸（磷氮型）­43.1磷酸烯醇式­61.9酸（磷氧型）乙酰磷酸（磷氧型）­42.3­30.5NTP（磷氧型）乙酰CoA（非磷酸型）­31.4ORCSCoAO OP OPOH OHOHORCOPO3H2CHRCOPO3H2NHRCNPO3H2H6.1.3 高能化合物与ATP的作用2、 ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂ATP最常见的高能磷酸化合物，具有高能磷酸基团，能量通货。生物 机械能主动

5、生物发光生物发电生物发热ATP + H2OADP + PiADP +PiATP能量30.5kJ/mol吸收能量30.5kJ/mol6.1.3 高能化合物与ATP的作用3、ATP实现能量转换和的形式1，转换末端的磷酸基团2，转换焦磷酸基团3，将AMP转换给其他物质，再焦磷酸4，将腺苷转移给其他物质，再焦磷酸和磷酸6.1.4 磷酸肌酸是高能磷酸键的贮存形式6.1.5 辅酶A的递能作用乙酰辅酶ACH 3CO SCo A6.2 生物氧化(BiologicalOxidation)6.2.1生物氧化特点(与非生物氧化比较)1 mol葡萄糖(glucose, G)彻底氧化生成6CO2和6H2O以及产生286

6、7.5kJ(能量)体内氧化，体外燃烧氧化本质：生物氧化与非生物氧化一样6.2.1生物氧化特点(与非生物氧化比较)作用方式不同：1，有的环境（细胞内），有严格的定位。2，CO2是由脱羧产生；H2O是由活性氢气与活性氧结合生成的。4，的化学能被偶联磷酸化反应所利用,贮高能磷酸化合物(如ATP)中。能量是逐步。5，氧化部位：真核细胞线粒体原核细胞细胞膜6.2.2 呼吸链的组成及的传递顺序6.2.2 呼吸链的组成及的传递顺序1、呼吸链（respiratory chain）传递链(electron transfer chain ,ETC)也叫定义：它是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落 后，经过一系列的传

7、递体，最后传递给被激活的氧原子，而生成水的全部体系。在真核生物细胞内，它位于线粒体内膜上，原核生物细胞中，它位于细胞膜上。呼吸链的两种类型种类:NADHFADH2呼吸链和呼吸链6.2.2 呼吸链的组成及的传递顺序2、传递链（呼吸链）的组成（1） 烟酰胺脱氢酶类以NAD+、NADP+为辅酶接受的部位：烟酰胺与酶的活性中心结合当有H时：NAD+ 2H (2H+2e)NADH + H+ NADPH + H+NADP+ 2H (2H+2e)（2）脱氢酶类(蛋白)FMN / FAD做为辅基(结合牢固)氢的接受部位：异咯嗪基的1和5位接受或氢的形式FMN + 2H+FAD + 2H +FMNH2FADH2

8、（3）铁硫蛋白类(FeS) (iron­sulfur protein）含非卟啉铁和硫（对酸不）接受和的方式Fe3+Fe2+ev 铁硫聚簇通过Fe3+ ? Fe2+变化，将氢从FMNH2上脱下传给CoQ，同时起传递的作用，每次传递一个.+e­CysSSSCysFe3+Fe3CysSSSCysCysSSSCysFe3+Fe2CysSSSCys（4）辅酶Q类(泛醌，ubione) CoQ脂溶性的醌类化合物，是传递链中唯一的非蛋白质组分醌酚每次传递2个（一对OCH3OCH3CH3O(CH2CH CCH2)nH OCH3）n=6­10（5）细胞色素类（ cytochrome

9、, Cyt）是一类以铁卟啉（血红素）为辅基的蛋白质。广泛分布于生物细胞，因有颜色，故称细胞色素。由CoQ传到氧。其作用靠铁的变价传递Cyt bcc1复合体：含Cyt b 、Cyt c1及铁-硫蛋白。Cyt氧化酶：含Cyt a和Cyt a3除含铁,还含铜(Cu2+Cu+)Cyt c：在Cyt b c1复合体和Cyt氧化酶间传递。传递体作用递氢体递氢体递氢体酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+）酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADP+FAD和FMN）蛋白（辅基为铁硫蛋白（Fe­S） 辅酶Q细胞色素类单传递体递氢体传递体单由以上五种传递体组成4个复合体：NADH脱氢酶（1）复合体:从NADH传递给泛醌(u

10、bione)功能:将复合体NADH FMN Fe­SN­1a,b Fe­S ­4 Fe­SN­3 Fe­SN­2CoQ（2）复合体: 琥珀酸脱氢酶功能:将从琥珀酸传递给泛醌复合体CoQ琥珀酸Fe­S1 b560 FAD Fe­S2 Fe­S3（3）复合体: Cyt b、c1复合体从泛醌传递给细胞色素c功能：将复合体QH2Cyt cb562 b566 Fe­S c1（4）复合体: Cyt c氧化酶从细胞色素c传递给氧功能：将复合还原型Cyt c O2其中Cyta3交给O2。形成

11、的活性部位将 aa36.2.2 呼吸链的组成及的传递顺序3 、呼吸链中传递体的顺序（1）传递顺序NADH氧化呼吸链FADH2氧化呼吸链3 、呼吸链中传递体的顺序（2） 呼吸链中传递体的排列顺序实验依据1) 根据各组分标准氧化还原电位确定顺序，氧化还原电位逐渐增加。该值越大，说明越易氧化剂处于呼吸链末端，越小，说明越易还原剂处于呼吸链始端。2)利用传递抑制剂选择性阻断；3)体外拆开和重组 呼吸链的抑制剂6.2.3 氧化磷酸化作用能驱动ADP利用生物氧化过程的磷酸化，形成ATP的过程产生ATP的方式：底物水平磷酸化传递链的磷酸化(氧化磷酸化)6.2.3 氧化磷酸化作用1、底物水平磷酸化(subst

12、rate­level phospharylation)特点：(1) 形成一个高能磷酸化合物的中间产物，通过酶使细胞中的ADP生成ATP。(2) 其能量来源伴随有底物脱氢，分子内能量重新分布。(3)与氧的与否无关。6.2.3 氧化磷酸化作用2、传递体系的磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)从NADH或FADH2经过概念：传递链的能量转移给ADP，给分子氧时，将形成ATP的过程。（是生成ATP的主要形式）传递过程和磷酸化作用相偶联（两者紧密地联在一起）3、传递链与ATP生成量的（1）测定比P / O 比值：某一种物质作为底物，每消耗1mol原子氧时，有多

13、少原子的无机磷被酯化，及每消耗1mol原子氧时能生成ATP的数。NADH呼吸链的P/O大约为2.5。FADH2呼吸链的P/O大约为1.5。传递伴随着ATP的ATP生成的主要依据，不必以比值作为（2）能荷(energy charge)腺苷酸库:ATP、ADP、AMP能荷(energy charge)：总腺苷酸中（ATP、ADP、AMP浓度之和）所负荷的高能磷酸基的数量。能荷= (ATP+0.5ADP) / (ATP+ADP+AMP)在 0.80.9细胞的能荷（3）能的变化值G与ATP生成量的Eo电势Go = ­ nF Eo1molATP需要30.52KJ能量既反应的Go > 30

14、.52KJ的位点都会1ATP6.2.3 氧化磷酸化作用4、氧化磷酸化的机制ATP酶的结构Fo­F1ATPaseFo:横跨线粒体内膜，作为质子由10多种通道，组成F1:由5种(9个)组成F1­ATP酶单独ATP，能水解ATP。，不能化学渗透学说(Chemiosmotic hypothesis)由英国的P. Mitchell提出理论要点：(1)氢递体和递体间隔，定向排列（不能逆转，催化定向）。(2)传递链复合体（传氢体）起质子泵的作用，将质子从线粒体基质侧定向的泵到内膜外膜，将传给其后的传递体。(3)内膜对质子不透性，使内膜外侧的质子浓度高于内侧，形成一个质子的跨膜梯度，这种跨膜质子电化学梯度就是推动ATP的原动力。(4)H+通过ATP合酶上特殊途径，返回到内膜（逆向回流），通过质子梯度所的能偶联的ADP与磷度随之就消失。ATP，而其质子电化学梯6.2.3 氧化磷酸化作用5、氧化磷酸化的抑制剂(1) 呼吸链阻断剂：阻断(2) 解偶联剂：或质子的传递。传递链和ADP的磷酸化两个过程分离。将2,4二酚。(3)离子载体抑制剂：可以将一价阳离子从膜间隙转移到线粒体基质，降低内膜两侧的电位差。(4)质子通道阻断剂：寡霉素直接作用于F1。6.2.4 胞液中NADH的跨膜转运膜穿梭：真核细胞的糖酵解途径产生的NADH在胞液中，而