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第五章新陈代谢总论与生物氧化

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关于新陈代谢总论和生物氧化课件

关于新陈代谢总论和生物氧化课件
1、能量代谢：指伴随着生物体内的物质代谢 而发生的一系列能量转变。
遵循热力学定律（第一和第二定律） G＝ H－T S [G：（实际）自由能变化； H总
热能变化； T S总体熵变化。]
当G<0时，体系的反应自发进行（放能）； 当G>0时，在补充自由能时可以进行（吸能） G＝0时，体系处于平衡状态。
18
c) 烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
19
② 氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3
C H 2C O O H
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
C H2C H2C H2C HC O O H
磷酸肌酸
磷酸精氨酸
10.3千卡/摩尔
7.7千卡/摩尔
三、高能化合物与ATP作用
1、高能化合物：在生物化学反应中，随水解反应或 集团转移反应能够放出大量自由能的化学化合物 （高能磷酸化合物（～P）、硫酯型高能化合物、 甲硫型高能化合物）。
高能磷酸化合物：磷氧型+磷氮型 p205（表8-1）
Fig. 2. The two-dimensional stick model of the adenosine phosphate family of molecules, showing the atom and bond arrangement.
关于新陈代谢总论 和生物氧化
8.0 概论
1、新陈代谢（metabolism）的概念: 新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交
换的全过程。它包括生物体内所发生的一切合成（同化 作用，耗能）和分解（异化作用，放能）作用。

生物化学 代谢总论与生物氧化

生物化学 代谢总论与生物氧化
磷 酸 基 团 转 移 能 12 10 3-磷酸甘 油酸磷酸 8 6 4 2 0 磷酸肌酸（磷酸基团储备物）
～P ～P ATP
～P
～P
～P
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油
二 生物氧化
二、生物氧化
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生
物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O
并释放出能量的过程称为生物氧化。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称
O NH C N NH CH3
肌酸磷酸
O
O NH
P O
P O NH2
C NH O N CH3 CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸精氨酸
CH2COOH
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
硫酯键型
酰基辅酶A
O SCoA
R C
甲硫键型
COO CH CH2 CH2 H3C S
(3) 水的生成方式是代谢物脱下的H与O结合
产生的。 (4) CO2的生成方式是有机酸脱羧产生的。
生物氧化的内容
（1）细胞如何在酶的催化下将有机化合物中的C变 成CO2—CO2如何形成？ • 脱羧反应
（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机化 合物中的H氧化成H2O—H2O如何形成？ • 电子传递链 （3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎 样转化成ATP—能量如何产生？ • 底物水平磷酸化 • 氧化磷酸化
分解代谢与合成代谢
生物小分子合成大分子 • •
合成代谢 •
需要能量
能量代谢
新陈代谢
•
• •
释放能量
分解代谢
生物大分子分解成小分子
物 质 代 谢
新陈代谢的共同特点

生物化学第五章生物氧化

生物化学第五章生物氧化

1、NADH-Q还原酶（复合体Ⅰ）
功能：将电子从NADH传递给CoQ
复合体Ⅰ NADH→FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
辅基：FMN，铁硫蛋白
→CoQ
2、复合体Ⅱ：琥珀酸- CoQ还原酶
功能：将电子从琥珀酸传递给CoQ
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
NADH +H+
H
+
H3N
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
H
苹果酸 脱氢酶
NAD+
O -OOC-CH 2-CH2-C-COO -
谷氨酸-天冬 氨酸转运体
+
H3N
-
-
OOC-CH2-C-COO
H 天冬氨酸
呼吸链
O
+
H3N
-OOC-CH 2-C-COO -
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
线
谷氨酸
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS 物理意义：－ΔＧ＝Ｗ ΔG<0，反应能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态 ΔG>0，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 ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
生物氧化与体外氧化之相同点
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。

新陈代谢总论和生物氧化

新陈代谢总论和生物氧化

性分成磷氧键型和磷氮键型等类型。
①磷氧键型(磷酸化合物)
a)酰基磷酸化合物
O R C O
O P O
-
O A
酰基腺苷酸
O H3N+ C O
O
O P
O RCH C O N H3
+
-
O P O A O
-
O
氨甲酰磷酸
氨酰基腺苷酸
b)焦磷酸化合物
O O P O
NH2 N N N OCH2 O H H OH OH H H N
2H+
2e－
Q QH2
Cytb Cytc1
③ Cytc
是膜上唯一的外周蛋白，处于膜的外侧， 可接受Cytc1的电子，并传给Cytaa3。
Cytc
2e－
④ Cyta· a3
是两个细胞色素的复合体，是一个跨膜蛋白，除铁 卟啉外，尚含有Cu离子。在膜的外部，Cyta接受Cytc的 电子，再传给a3，a3的活性中心在膜的内侧，通过Cu2+和 Cu+的价态变化将其电子直接传给氧，使氧激活。
α C =O β CH2
COOH
氧化脱羧
①α-氧化脱羧 O ‖ CH3－C－COOH + CoASH + NAD+ O ‖ CH3－C～ SCoA + NADH + H+ + CO2 ②β-氧化脱羧 COOH
+ CH + NADP β 2 α CHOH
CH3
C =O + CO2 +NADPH + H+ COOH
存于 ATP中，能量利用率高。
(二) 生物氧化中CO2的生成
方式：糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基 的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。

新陈代谢总论和生物氧化课件

新陈代谢总论和生物氧化课件

COOH CH2 CH2 COOH
COOH
CH
+
CH
COOH
2H+ + 2e-
醇alcohol脱氢
乳酸脱氢酶lactate dehydrogenase
OH
CH3CHCOOH NAD+
O CH3CCOOH NADH
（2）water as reatant
酶催化的醛氧化成酸的反应即属于这一类。
H
H
一 Metabolism outline
（一） definition
生物小分子合成为
anabolism
生物大分子
（同化作用）
新陈代谢
需要能量 释放能量
能量 代谢
物质代谢
catabolism （异化作用） 生物大分子分解为
生物小分子
Common characteristics of metabolism reactions：
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。
（二） research methonds 1. 活体内(in vivo)与活体外实验(in vitro) 2. 同位素示踪 isotopic tracing 3. 代谢途径阻断 blocking up
催化还原型QH2的氧化和细胞色素c（cyt.c）的还原。
QH2-cyt.c 还原酶 QH2 + 2 cyt.c (Fe3+) ==== Q + 2 cyt.c (Fe2+) + 2H+
主要包括细胞色素b 和c1，铁硫蛋白（2Fe-2S）。
cytochrome
细胞色素是一类含有血红素辅基(heme)的电子传 递蛋白质的总称. 线粒体呼吸链中主要含有细胞色素a, b, c 和c1 还原型细胞色素具有明显的可见光谱吸收。 细胞色素主要是通过Fe3+ Fe2+ 的互变起传递 电子的作用的。

第五章新陈代谢总论与生物氧化-PPT精品文档

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还原型
Cyt递电子体 b, c1, c, aa3
½ O2
O2H2O
递氢体H2
2e
氧化型
2H+
六、氧化酶类
1.电子转移酶 如：细胞色素类，
这是一类催化氧化还原反应的酶， 其辅基是血红素，作用部位是血红
S1
Fe
3+
P2
P1
Fe
2+
S2
素中的铁离子，接受电子和释放电
子催化反应
OH OH
2+
2. 氧化酶： （ 1）一般氧化酶：单独使底物脱 氢，并把氢交给氧的酶类，如一酶 体系中的多酚氧化酶。
热能
……
CO2+H2O
有机物
ATP
Hale Waihona Puke 烯醇磷酸化合物 磷氧型 酰基磷酸化合物
磷酸化合物
磷氮型
焦磷酸化合物
高能化合物
硫酯键化合物
非磷酸化合物
甲硫键化合物
六、、能量代谢与物质代谢的关系
异氧生物分解有机营养物质并产生ATP的三个阶段：
多糖 单糖 脂肪 甘油 脂肪酸 氨基酸
第二阶段
蛋白质
第一阶段
乙酰辅酶 乙酰辅酶A A
AH2 酶 A
1/2O2
H2O
一酶体系
AH2 1/2O2
酶1
酶2
酶3
……
酶n
A
H2O
多酶体系
H2O的生成 代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。 生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系， 以促进水的生成。 脱氢酶 氧化酶
MH 2
M
递氢体
NAD+、NADP+、 FMN、FAD、COQ

第5章 新陈代谢引论与生物氧化习题

第5章 新陈代谢引论与生物氧化习题

一、填空题：1.寡霉素作为氧化磷酸化的抑制剂，既抑制氧的利用，又抑制ATP 的生成。

2.每对电子通过NADH-CoQ还原酶时，有 4 个质子从基质泵出，通过细胞色素bc1复合物时，有 4 个质子从基质泵出，通过细胞色素氧化酶时有 2 个质子从基质泵出。

3.一对电子从NADH传递至氧的过程中，还原力逐渐降低，氧化力逐渐增强。

4.在呼吸链中唯一的非蛋白组分是辅酶Q ，唯一的不与线粒体膜紧密结合的蛋白是细胞色素C 。

5.细胞色素是一类含有血红素Fe 的电子传递蛋白，铁硫蛋白是一类含有非血红素Fe 的电子传递蛋白。

6.在具有线粒体的生物中，典型的呼吸链有两种，它们是NADH 呼吸链和FADH呼吸链。

7.呼吸链主要是由存在于线粒体内膜上的几个大的蛋白质复合物构成的，它们分别是NADH脱氢酶复合物，琥珀酸脱氢酶，细胞色素bc1复合物和细胞色素氧化酶。

二、是非题：1.细胞内的NADH可自由穿过线粒体内膜。

2.几个相互偶联的化学反应，其自由能的变化是可以累加的。

3.ATP在生物能量转换过程中，起着共同中间体的作用。

4.氧化磷酸化是体内产生ATP的主要途径。

三、选择题：1.肝细胞通过下列哪种转运系统将NADH从细胞质转运至线粒体基质？（1）磷酸甘油穿梭系统；（3）酰基肉碱转运系统；（2）苹果酸-天冬氨酸穿梭系统；（4）柠檬酸穿梭系统2.电子传递抑制剂会引起下列哪种效应？（1）电子传递停止，ATP合成停止；（3）氧不断消耗，ATP合成停止；（2）电子传递停止，ATP正常合成；（4）氧不断消耗，ATP正常合成3.解偶联机会引起下列哪种效应？（1）氧不断消耗，ATP正常合成；（3）氧消耗停止，ATP合成停止；（2）氧不断消耗，ATP合成停止；（4）氧消耗停止，ATP正常合成。

4.下列哪种情况下呼吸链电子传递速度加快？（1）ATP/ADP下降；（2）ATP/ADP升高；（3）氧供应充足；（4）缺氧5.电子传递链定位于（1）线粒体基质；（2）胞液；（3）质膜；（4）线粒体内膜6.下列哪一个不是生物氧化的特点？（1）逐步氧化；（3）必须有水参加（2）生物氧化的方式为托氢氧化；（4）能量同时放出7.在呼吸链中能将电子直接传递给氧的传递体为：（1）铁-硫蛋白；（3）细胞色素a3（2）细胞色素b；（4）细胞色素c1四、问答题：1.什么是代谢途径及代谢途径的特点？代谢途径是代谢反应历程的一种表示方法，细胞内的任何物质的合成和分解反应都不是一步完成的，而需经历多步化学反应。

代谢总论和生物氧化培训课件

代谢总论和生物氧化培训课件
代谢总论和生物氧化
新陈代谢
能量代谢 物质代谢
合成代谢 （同化作用）
分解代谢 （异化作用）
生长旺盛时： 合成代谢分解代谢
成长的生物： 合成代谢分解代谢
衰老或饥饿代：谢总合论和成生代物氧谢化 分解代谢
2
物质代谢
糖、脂、蛋白质及核酸等类物质在细胞内发 生酶促转化的途径及调控机理，包括细胞自身 旧分子的分解和新分子的合成。
和高等植物。
异养生物(Heterotrophs)：不能利用大气中的
CO2，必须从环境中获得相对复杂的有机碳分 子如葡萄糖，如高等动物和多数微生物。
代谢总论和生物氧化
8
第二节 中间代谢的实验研究方法
1. 研究材料：
单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体
2. 研究水平：
体内研究（in vivo）：用生物体、组织器官或微
能量代谢
研究光能或化学能在细胞中向生物能(ATP) 转化的原理和过程，以及生命活动对能量的利用 。
代谢总论和生物氧化
3
合成代谢
合成代谢也称生物合成，小、简单的前体物 质形成更大、更复杂的分子，如脂、多糖、蛋 白质和核酸等。
分解代谢
分解代谢是代谢作用的分解过程，是有机 物（糖、脂和蛋白质）被转化为更小、更简单 的终产物（如乳酸、CO2和NH3等）的过程。
14
4. 测定特征性酶
每条代谢途径都有其特征性酶，它的存在 就表明该代谢途径存在。
糖代谢途径的特征性酶：
EMP途径：醛缩酶 HMP途径：6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 TCA循环：柠檬酸合成酶
代谢总论和生物氧化
15
第三节 生物氧化 Biological Oxidation
一、概念
物质在体内的氧化分解过程，主要是糖、脂 、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。
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O
RCH+ H 2 O
O H RCH
O H
O
RCO H+ 2 H + +2 e -
②直接脱氢：
H－ OOC-CH2-CH2-COOH ———— HOOC-CH=CH-COOH+2H++2 e
琥珀酸
琥珀酸脱氢酶
延胡索酸
（3）脱电子：
Fe2+ ———— Fe3++ e－
三、生物氧化的特点：
生物氧化是生物体在热力学允许的条件下的有序、可控的氧化过程，因 为生物氧化的场所是细胞，其基本过程是大分子分解为CO2和H2O，并产
R-CH(NH2)-COOH —————— RCH2-NH2+ CO2 氨基酸 氨基酸脱羧酶 胺
CH3CCOOH
O （2）氧化脱羧:
丙酮酸脱羧酶
（α-脱羧）
CH3CHO + CO2
C O O H
H CO H+ N A D P+
概 念： 水解自由能在20.92 kJ/mol （ 5千卡/mol ）以上的化合物。 高能化合物中被水解的基团称为“高能基团”，被水解的键称为“高能键” 用“～”表示 以磷酸作为高能基团的高能化合物称为“高能磷酸化合物”
高能化合物类型：
1 磷氧键型，其高能键是由磷和 氧原子构成即“—O～P —”如： 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）、焦 磷酸（PPi）等。
偶联反应的自由能是可以加和的
加和的结果是A生成C和D的反应可以自发进行。
一个热力学上不利的反应, 可以由热力学上有利的反应所驱动。
4、能量学用于生物化学反应的一些规定
1) 自由能: 物理化学中的标准自由能（G）为25℃、一个大气压，参与反应的物质 均为1个mol时能量的变化。但是在生物体系中，其氧化还原反应经常有 H+ 参加，如果按物理化学的标准自由能计算，则这个标准条件的pH值为 0 ，显然，不符合生物体系反应条件。生物体系中，其标准自由能是指pH
-30.54 -14.22 -20.92 -13.81
ATP的结构特性
O
O
O
H 2C O P~ O P O~ P O
O
O
O
A O
H
H
1 . 结构 水解自由能：每个高能键的水解自由 能为 30.5kJ/mol或7.3kcar/mol
OH
OH
AMP ADP
ATP
2. 产生高水解自由能的原因
ATP 4– + H2O —— ADP 3– + HPO4 2– + H+
COOH
C O~ P
C H2
PEP
OO
HO P O~P OH
OH OH
PPi
2 氮磷键型，高能键是由氮和磷构 成，如磷酸肌酸
3 硫酯键型 ，高能键是属于硫酯 键，如脂酰辅酶A
O
R C ~S CoA
H N~ P
C NH N CH3 C H2 COOH
常见磷酸化合物标准水解自由能
磷 酸 化 合 物 Δ G ° ′ (kJ/m ol) 磷 酸 化 合 物
磷 酸 烯 醇 式 丙 酮 酸 1,3二 磷 酸 甘 油 酸 磷 酸 肌 酸
A TP A D P + Pi
-61.92 -49.37 -43.01 -30.54
A D P A M P + Pi A M P 腺 苷+Pi 1— 磷 酸 葡 萄 糖 6— 磷 酸 葡 萄 糖
Δ G ° ′ (kJ/m ol)
在2-10mmol /L之间.
ATP在能量转换中的地位和作用
作为能量通货的原因：能量居中，可作为大多数能量转换酶的能量供体或受体
18
16 磷酸烯醇式丙酮酸 14
12
10
甘油酸－ 1,3－2P
8
~P ~P
6
ATP
4
~P ~P2ຫໍສະໝຸດ 生物能流：太阳 光能
光合 作用
化 学 能
呼吸 作用
能 量 通 货
化学能 渗透能 电能 机械能 热能 ……
一、生物氧化的概念
有机物在生物体内氧化分解成二氧化碳和水并释放和贮存能量的过程
如 葡萄糖—— 6 CO2 + 6 H2O + 能量 （2870.22 kJ/mol） 碳成为二氧化碳，氢成为水，能量以热的形式释放或贮存于ATP 二、生物氧化的方式
1 加氧氧化
1/2O2
R
R
OH
2 脱氢氧化
①加水脱氢:
3) 偶联反应自由能变化的可加性及其意义
例 两个相偶联的反应：
A-----B+C
ΔG ° = + 5kcal / mol (+20.92 kj / mol)
B-----D
ΔG ° = - 8 kcal / mol (-33.47 kj / mol)
A-----C + D
ΔG ° = - 3 kcal /mol (- 12,55 kj / mol)
生能量。生物氧化又称细胞呼吸（cellular respiration)
1) 逐步氧化，有序可控； 2) 条件温和，多步酶促反应; 3) 能量逐步释放并以ATP的方式贮存。 4） 分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。
四、CO2生成方式 （1） 直接脱羧
生物体内CO2的生成来源于有机物转变为含羧基化合物的脱羧作用
＝7.0时的自由能，用G° ' 表示 ，自由能的变化用 ΔG ° ' 表示
2) 氧化还原电位：生物体系中为 pH＝7.0 时的电位（ΔE ° ' ） 3) 自由能与氧化还原电位的关系：ΔG ° ' = -n FΔE° ' n：转移电子数目 F：法拉第常数96.4914kJ/mol ·V
五、 高能化合物
损 失： 热、熵
CO2+H2O
有机物
ATP
高能化合物
磷酸化合物
磷氧型 磷氮型
烯醇磷酸化合物 酰基磷酸化合物 焦磷酸化合物
非磷酸化合物
硫酯键化合物 甲硫键化合物
六、、能量代谢与物质代谢的关系
异氧生物分解有机营养物质并产生ATP的三个阶段：
多糖 单糖
脂肪 甘油
脂肪酸
蛋白质 氨基酸
乙乙丙 酰酰酮 酸辅辅酶酶AA
乙 酰 — CoA
草酰乙酸
柠檬酸
苹果酸 延胡索酸
三羧酸循环
顺乌头酸 异柠檬酸?
琥珀酸 琥 珀 酰 CoA
草酰琥珀酸 -酮 戊 二 酸
第一阶段 第二阶段
第三阶段
第二节 生物氧化与氧化磷酸化
(Biological oxidation and oxidative phosparylation)
生物氧化的方式及特点
负电荷集中，共振杂化，H+ 浓度低
O H O P O H
O H
O H H O P O
O H
O H H O P O H
O
O H O P O H
O H
细胞内影响ATP自由能释放的因素
ATP水解释放的自由能受到许多因素的的影响 , 主要包括: 1. pH 值 2. ATP的浓度 多数细胞ATP 、 ADP和无机磷酸的浓度大约