第8章 生物氧化与能量代谢4
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第八章生物氧化一、内容提要生物氧化是指糖、脂肪、蛋白质等供能物质在生物细胞中彻底氧化分解为CO2和H2O 并逐步释放能量的过程。
CO2的生成方式为有机酸脱羧。
脱羧反应根据其发生在α碳原子及β碳原子,分为α脱羧和β脱羧。
有的脱羧反应涉及氧化,因此脱羧反应又可分为不伴氧化的单纯脱羧和伴氧化的氧化脱羧。
线粒体内膜存在多种具有氧化还原功能的酶和辅酶,排列组成呼吸链。
细胞的线粒体中,代谢物脱下的2H以质子和电子形式通过呼吸链逐步传递给O2生成H2O。
从细胞内膜分离得到四种功能的呼吸链复合体:NADH-泛醌还原酶(复合体Ⅰ)、琥珀酸-泛醌还原酶(复合体Ⅱ)、泛醌-细胞色素C还原酶(复合体Ⅲ)和细胞色素C氧化酶(复合体Ⅳ)。
CoQ、Cytc不包含在这些复合体中。
体内存在两条呼吸链,即NADH氧化呼吸链及琥珀酸氧化呼吸链。
ATP的生成方式有两种:底物水平磷酸化和氧化磷酸化,以氧化磷酸化为主。
氧化磷酸化是呼吸链电子传递过程中产生的能量,使ADP磷酸化生产ATP的过程。
实验结果表明,每2H经NADH氧化呼吸链传递可产生约2.5个ATP,经琥珀酸氧化呼吸链传递可产生约1.5个ATP。
氧化磷酸化受到甲状腺素和ADP/ATP比值的调节,同时易受呼吸链抑制剂、解偶联剂和ATP合酶抑制剂等抑制。
底物水平磷酸化是代谢物分子中能量直接转移给ADP生成ATP的过程。
除ATP外还存在其它高能化合物,但生物体内能量的生成、转化、储存和利用都是以ATP为中心。
在肌肉和脑组织中,磷酸肌酸可作为ATP的能量储存形式。
胞质中物质代谢生成的NADH不能直接进入线粒体,必须通过α-磷酸甘油和苹果酸-天冬氨酸两种穿梭机制进入线粒体进行氧化。
生物氧化过程中有时会生成反应活性氧类,他们具有强氧化性,对细胞有损伤作用。
微粒体中的氧化酶类可以将某些底物分子羟基化,增强其极性,便于从体内排出;过氧化物酶体中的氧化酶类和超氧化物歧化酶对反应活性氧类具有一定的清除作用。
第八章生物氧化物质在生物体内进行氧化称为生物氧化(biological oxidation),主要是糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量,最终生成二氧化碳和水的过程。
其中有相当一部分能量可使ADP磷酸化生成ATP,供生命活动之需,其余能量主要以热能形式释放,可用于维持体温。
生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子,遵循氧化还原反应的一般规律。
物质在体内外氧化时所消耗的氧量,最终产物(CO2,H2O)和释放能量均相同。
但生物氧化是在细胞内温和的环境中(体温,pH接近中性),在一系列酶的催化下逐步进行的,因此物质中的能量得以逐步释放,有利于机体捕获能量提高ATP生成的效率。
生物氧化过程中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;生物氧化中生成的水是由脱下的氢与氧结合产生的,CO2由有机酸脱羧产生。
体外氧化(燃烧)产生的CO2,H2O由物质中的碳和氢直接与氧结合生成,能量是突然释放的。
第一节生成ATP的氧化体系一、呼吸链代谢物脱下的成对氢原子(2H)通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递,最终与氧结合生成水。
由于此过程与细胞呼吸有关,所以将此传递链称为呼吸链(respiratory chain)。
它们按一定顺序排列在线粒体内膜上。
其中传递氢的酶或辅酶称之为递氢体,传递电子的酶或辅酶称之为电子传递体。
不论递氢体还是电子传递体都起传递电子的作用(2H2H++2e),所以呼吸链又称电子传递链(electron transfer chain)。
(一)呼吸链的组成用胆酸,脱氧胆酸等反复处理线粒体内膜,可将呼吸链分离得到4种仍具有传递电子功能的酶复合体(complex)(表8-1),其中复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ完全镶嵌在线粒体内膜中,复合体Ⅱ镶嵌在内膜的内侧(图8-1)。
下面以复合体为基础叙述呼吸链电子传递的过程(图8-2)。
1.复合体Ⅰ— NADH-泛醌还原酶大部分代谢物脱下的2H由氧化型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+)接受形成还原型菸酰胺腺嘌呤二核苷酸。
第八章生物氧化、名词解释1、生物氧化2、呼吸链3、氧化磷酸化4、磷氧比P/O5、底物水平磷酸化6、化学渗透学说二、填空题1、生物氧化是 ___________________ 在细胞中彻底氧化分解生成 ____________ ,同时产生_________ 的过程。
2、生物体内ATP生成的方式包括__________ 和_____________ 两种,其中以____________ 为主。
3、生物氧化中产生的CO2的生成不是碳与氧的直接结合,而是由有机物氧化成___________________ ,经脱羧而产生的。
生物体中的脱羧方式有两种:和________________ 。
4、真核细胞生物氧化的主要场所是,呼吸链和氧化磷酸化偶联因子都定位于______________ 。
原核生物的呼吸链位于____________________ 。
5、典型的呼吸链包括_________________ 和_________________ 两种,这是根据接受代谢物脱下的氢的_______________ 不同而区别的。
6、反应的自由能变化用 _______ 表示,标准自由能变化用 ___________ 表示,生物化学中pH 7.0时的标准自由能变化则表示为____________ 。
7、NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是 ____________ 、 _________ 和_____________ 。
8、在呼吸链中,氢或电子从 __ 氧化还原电位的载体依次向______ 化还原电位的载体传递。
9、以NADH为辅酶的脱H酶类主要参与____________ 的作用,即参与从到____________ 电子传递;以NADPH为辅酶的脱H酶类,主要是将分解代谢中间产物上的转移到反应中需要电子的中间产物上。
10、P/O值是指___________________________________ 。
NADH 的P/O 值是 ____________ ,FADH 2 的P/O 值是_____________ 。
第八章生物氧化一、内容提要生物氧化是指糖、脂肪、蛋白质等供能物质在生物细胞中彻底氧化分解为CO2和H2O并逐步释放能量的过程。
CO2的生成方式为有机酸脱羧。
脱羧反应根据其发生在α碳原子及β碳原子,分为α脱羧和β脱羧。
有的脱羧反应涉及氧化,因此脱羧反应又可分为不伴氧化的单纯脱羧和伴氧化的氧化脱羧。
线粒体内膜存在多种具有氧化还原功能的酶和辅酶,排列组成呼吸链。
细胞的线粒体中,代谢物脱下的2H以质子和电子形式通过呼吸链逐步传递给O2生成H2O。
从细胞内膜分离得到四种功能的呼吸链复合体:NADH-泛醌还原酶(复合体Ⅰ)、琥珀酸-泛醌还原酶(复合体Ⅱ)、泛醌-细胞色素C还原酶(复合体Ⅲ)和细胞色素C氧化酶(复合体Ⅳ)。
CoQ、Cytc不包含在这些复合体中。
体内存在两条呼吸链,即NADH氧化呼吸链及琥珀酸氧化呼吸链。
ATP的生成方式有两种:底物水平磷酸化和氧化磷酸化,以氧化磷酸化为主。
氧化磷酸化是呼吸链电子传递过程中产生的能量,使ADP磷酸化生产ATP的过程。
实验结果表明,每2H经NADH氧化呼吸链传递可产生约2.5个ATP,经琥珀酸氧化呼吸链传递可产生约1.5个ATP。
氧化磷酸化受到甲状腺素和ADP/ATP比值的调节,同时易受呼吸链抑制剂、解偶联剂和ATP合酶抑制剂等抑制。
底物水平磷酸化是代谢物分子中能量直接转移给ADP生成ATP的过程。
除ATP外还存在其它高能化合物,但生物体内能量的生成、转化、储存和利用都是以ATP为中心。
在肌肉和脑组织中,磷酸肌酸可作为ATP的能量储存形式。
胞质中物质代谢生成的NADH不能直接进入线粒体,必须通过α-磷酸甘油和苹果酸-天冬氨酸两种穿梭机制进入线粒体进行氧化。
生物氧化过程中有时会生成反应活性氧类,他们具有强氧化性,对细胞有损伤作用。
微粒体中的氧化酶类可以将某些底物分子羟基化,增强其极性,便于从体内排出;过氧化物酶体中的氧化酶类和超氧化物歧化酶对反应活性氧类具有一定的清除作用。
4.能量代谢与生物氧化教案一、教材分析本节课内容涉及生命的能量供应和利用,是生物化学中的核心概念。
通过学习能量代谢与生物氧化的基本原理,学生可以深入了解生物体内能量的来源与去路,为后续课程奠定基础。
二、学情分析本课程面向中职医学专业二年级学生。
学生班级规模为40人左右。
学生已经具备了一定的生物学和化学基础知识,但水平参差不齐。
大部分学生能够积极参与课堂活动,但部分学生缺乏主动思考和探究的习惯。
学生的实践操作能力有待提高。
三、教学三维目标知识目标:掌握能量代谢与生物氧化的基本概念和原理。
能力目标:能够运用所学知识分析生物体内的能量转化过程。
情感态度与价值观:培养学生对生命科学的兴趣,树立正确的生命观。
四、教学重难点教学重点:能量代谢的基本过程及生物氧化的概念。
教学难点:能量转化的机制及生物氧化的具体途径。
为突破重点,化解难点,我将采用图解、动画演示等多种教学方法,并组织学生进行小组讨论和实践操作,以增强感性认识和实际操作能力。
五、教学任务本节课的主要任务是让学生掌握能量代谢与生物氧化的基本概念和原理,理解生物体内能量的来源与去路,为后续课程的学习奠定基础。
同时,通过小组讨论、实践操作等环节,培养学生的合作探究能力和实践操作能力。
六、教学方法讲授法:讲授能量代谢与生物氧化的基本概念和原理。
直观教学法:利用图解、动画演示等手段帮助学生理解抽象的概念和过程。
讨论法:组织学生进行小组讨论,引导学生主动思考和交流。
实验法:通过实验操作,让学生亲身体验能量代谢与生物氧化的过程,增强感性认识。
研究性学习法:引导学生开展研究性学习,培养其自主探究和解决问题的能力。
七、教学准备教材:选择适合中职医学专业的生物化学教材,确保内容准确、系统。
活页教材:准备与本节课内容相关的活页教材,包括图解、案例分析等,以辅助学生理解。
教学视频:准备与能量代谢和生物氧化相关的动画演示和教学视频,帮助学生直观地理解抽象概念。
教学器材:准备实验所需的试剂、仪器等,确保实验顺利进行。