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代谢总论和生物氧化

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第八章-新陈代谢总论与生物氧化

第八章-新陈代谢总论与生物氧化
41
3. 离子载体抑制剂
如缬氨霉素（可运送K+）、短杆菌肽 （可运送K+、Na+）等。这些抗生素可与 K+、Na+形成脂溶性复合物，将K+从线粒 体内转移到胞浆，这种离子的转移消耗生 物氧化所释放的能量，使之不能用于ATP 的生成。
42
四、偶联机制（自学）
目前有三种假说：化学偶联假说、 结构偶联假说和化学渗透假说，都不 够理想。
G ＝-30.5kJ•MOL-1 G ＝-33.1kJ•MOL-1
15
二、代谢调节
代谢过程是一系列酶促反应，可通过 酶活性和数量进行调节。
此外，神经和激素的调节也起着重要 作用。
代谢是动态的。生物体内总是同时进 行着分解代谢与合成代谢。即使体重保持 不变，代谢也在不断地进行。
16
第五节 呼吸链
一、呼吸链的概念 二、呼吸链的组成 三、机体内两条主要的呼吸链 四、电子传递抑制剂
在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完全
解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-），具有较
大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很大
（ΔG°′=-30.5千焦/摩尔）。
O
O
O
腺嘌呤—核糖—
O
—
P
+ —
O
—
+ P—
O
—
P
—+
O-
O-
O-
O-
Mg2+
ATP4- + H2O ＝ ADP3- + Pi2- + H+ ATP3- + H2O ＝ ADP2- + Pi3- + H+
NADH的P/O比为2.5，ATP是在3个不 连续的部位生成的;

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-新陈代谢总论与生物氧化

生物化学-新陈代谢总论与生物氧化
4
人体为例：水（代谢水）每一周就有50％为新的水分子；蛋白质80天就被更新一半，其中肝、血中的蛋白质10天就更新一半；组成人体的原子一年后98％被更新。
新陈代谢
合成代谢 （同化作用）
分解代谢（异化作用）
环境→机体
生物小分子 —————— 大分子
（合成代谢）
吸能反应
放能反应
生物大分子 —————— 小分子
（分解代谢）
体内→环境
能量代谢
物质代谢
诸多反应有严格的顺序，彼此协调。
贰
由酶催化，反应条件温和。
壹
对周围环境高度适应。
叁
新陈代谢的共同特点：
物质代谢代谢途径类型
乙酰CoA在代谢中的作用
脂肪
葡萄糖、其它单糖
三羧酸循环
电子传递（氧化）
蛋白质
脂肪酸、甘油
多糖
氨基酸
乙酰CoA
e-
磷酸化
+Pi
小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）
多数 ATP ADP+Pi 少数 ATP AMP+PPi
磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。
肌酸激酶的作用
ATP的生成和利用
ATP
ADP
肌酸
磷酸 肌酸
氧化磷酸化 底物水平磷酸化
~P
~P
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)
熵：混乱度或无序性，是一种无用的能。
三、高能化合物与ATP的作用
高能化合物
磷酸化合物
非磷酸化合物
磷氧型
磷氮型
硫酯键化合物
甲硫键化合物

陈代谢总论与生物氧化

陈代谢总论与生物氧化
第七章 新陈代谢总论与生物氧化
一 新陈代谢总论 二 生物氧化
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1
一、 新陈代谢总论
（一）新陈代谢的概念： (metabolism) 生命的基本特征 包括生物体内所发生的一 切化学变化（合成和分解 作用）
中间代谢
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2
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）将结构单元装配成自身的大分子。 4）形成或分解生物体功能所需的生 物分子。 5）提供生命活动所需的一切能量
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3
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
物
新陈代谢
质
能量代谢 代
•
释放能量
谢
•
分解代谢
•
生物大分子分解成小分子
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4
（二）新陈代谢的研究方法
1.研究材料：
单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体
2.研究方法： 体内研究（in vivo）:用生物整体研究 体外研究（in vitro）：用切片，匀浆等研究
14 磷酸烯醇式丙酮酸
磷 12
酸
～P
基 10 团
3-磷酸甘 油酸磷酸
～P
转8
移
能6
4 2 0
磷酸肌酸（磷酸基团储备物
～P ATP
～P ～P
6-磷酸葡萄糖
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3-磷酸甘油
16
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17
二 生物氧化的化学本Байду номын сангаас与特点
本质：生物氧化是发生在生物体内的氧化还原反 应

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

新陈代谢总论和生物氧化
第二篇
代
谢
第七章 新陈代谢总论与生物氧化
一、新陈代谢总论

二、生物氧化

新陈代谢的概念
生物氧化的特点
新陈代谢的研究方法
生物体内能量代谢的基本规律 高能化合物与ATP的作用
生物氧化中CO2的生成
生物氧化中水的生成 氧化磷酸化作用
一、新陈代谢总论
1.1 新陈代谢的概念 是生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程。这 是生物最基本的特征，也是生命存在的前提。 合成代谢 (同化作用)
(4) 其它贮能物质：磷酸肌酸 在肌肉、神经组织，磷酸肌酸是主要的贮能物 质，但是它含有的能量需转化成ATP后再利用。
二、生物氧化(Biological oxidation)
2.1 概述 2.2 生物氧化中CO2的生成 2.3 生物氧化中H2O的生成 2.3.1 呼吸链 2.3.2 呼吸链的组成 2.3.3 呼吸链中传递体的顺序 2.4 氧化磷酸化 2.4.1 ATP的生成 2.4.2 胞浆中NADH的氧化磷酸化 2.4.3 氧化磷酸化中ATP的合成部位 2.4.4 氧化磷酸化的偶联机制
2.2 生物氧化中CO2的生成
生物体内CO2的生成来源于含羧基的有机化合物的脱羧作用。 • 直接脱羧 丙酮酸脱羧酶 CH3CCOOH O HOOCCH2CCOOH O (-脱羧) CH3CHO + CO2 CH3CCOOH + CO2 O
丙酮酸羧化酶 (-脱羧)
• 氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化(脱氢)。 NADP+ NADPH + H+ CH3CCOOH + CO2 O
氧化酶
½ O2
NAD+、FMN、 FAD、COQ

新陈代谢总论与生物氧化


可被机体利用的化学能。
• 三羧酸循环，它是糖、脂和蛋白质分解的共同通路，乙酰辅酶进 入三羧酸循环被彻底氧化成CO2，在循环中又多次脱氢，脱下的 氢经呼吸链传递，最后与氧结合生成水，同时释放出大量能量， 其中相当一部分能为机体所利用。
二、生物氧化的特点：
生物氧化和有机物在体外氧化（燃烧）的实质相同，都是消耗 氧气，使有机物氧化，最终生成C2O和H2O，释放能量。但二者进 行的方式却不同： 生物氧化是在细胞内进行的。
熵（S）
• 当热自高温物体传给低温环境时，即把原来集 中于高温物体的能量分散到与他相联系的环境 的质点中。这表明能量分散的程度增大。相反 的过程是不可能自发进行的。 • 熵值是代表一个体系质点散乱无序的程度。 • 熵的变化用∆S表示，是正值。 • 隔离体系的熵变用下式表示： ∆S=Q/T
自由能:
• ∆G = ∆G°′ + RTlnKeq • ∆G°′= - RTlnK = -2.303RTlgkeq
R为气体常数，R=8.315J/mol · T为绝对温度； k； Keq为反应的平衡常数=[产物]/[反应物]
Байду номын сангаас
• 根据反应物和产物浓度计算出的∆G值，可判断一
个化学反应是否能按预想的方向进行。只有当∆G
COOH
α-氧化脱羧
O ‖ CH3－C－COOH + CoASH + NAD+ O ‖ CH3－C～ SCoA + NADH + H+ + CO2
β-氧化脱羧
COOH C =O + NADP+ α β CH2 COOH
COOH
C =O + CO2 +NADPH + H+ CH3

生物化学第八章 新陈代谢总论与生物氧化知识点归纳


CH4+NADH + O2
CH3OH+ H2O +NAD+
氧化酶
催化以氧分子为电子受体的氧化反应
细胞色素c氧化酶
2细胞色素c （Fe2+） + 1/2O2 +2H+
2细胞色素c （Fe3+）+H2O
3. 脱羧氧化
(1)直接脱羧作用
CH3COCOOH
CH3CHO + CO2
丙酮酸
丙酮酸脱羧酶 乙醛
CO2来源于氧化 代谢中间产物羧
生物氧化
有氧氧化 无氧氧化
一、生物氧化概述
1、有氧氧化： 需氧生物和兼性好氧生物有氧条件下，以分子氧作为最终电
子受体，将能源物质完全氧化分解成CO2和H2O，同时释放能量 用于ATP的合成 (底物燃烧完全，产能多。)
2、无氧氧化： 在无氧条件下，最终的电子受体是氧化型物质，或某些外源性电子 受体，将能源物质不完全氧化分解。（底物燃烧不完全，产能少）。
酵解途径中1，6-二磷酸果糖裂解生成了2分子三碳糖。
4.突变体研究法
1、基因突变
大肠杆菌 基因突变
酶缺失
β-半乳糖 苷酶缺失
该酶作用的底物 积累，产物缺失
乳糖堆积
2. 营养缺陷型微生物或人类遗传性代谢病的研究 糖尿病例研究蛋白质与糖、脂代谢的关系 生糖氨基酸和生酮氨基酸的确定
5.测定特征性酶
△G0′= -nF△E0′=-nF (E0' 受体-E0' 供体）
△G0´：氧化还原反应的标准自由能变化，单位为kJ/mol； n：转移的电子数目； F：法拉第常数，其值为96.485kJ/(V∙mol) △E0´：为两个氧还对之间标准氧化还原电势差值；

第五章新陈代谢总论与生物氧化-PPT精品文档


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

代谢总论与生物氧化

b.利用标准氧化还原电位（E°）计算（限于氧化还原反应） 基本公式：Δ G°′=－nFΔ E°′ (Δ E°′=E+°′-E-°′)
例：计算NADH氧化反应的Δ G°′
计算磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
例题： 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？
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)
ATP的特殊作用
机械能--运动
化学能--合成
渗透能--分泌吸收
电能--生物电
热能--体温
光能--生物发光
荧火虫
ATP是生物系统能量交换的中心
ATP作用： 是能量的携带者或传递者，而非贮存者，是能量货 币；同时也是磷酸化酶的辅酶。
细胞
生物体
二、 新陈代谢的研究方法
1. 活体内(in vivo)与活体外(in vitro)实验法
2. 同位素示踪法
3. 代谢途径阻断法 4. 遗传缺欠症方法 5. 气体测量法 6. 核磁共振波谱法（NMR）
研究方法涉及代谢途径
三、 生物体内能量代谢的基本规律

1、体系的概念、性质、状态
– Def：研究中涉及到的所有物质的总称。 – Kind：开放系统、隔离系统、封闭系统 – Nature：压力、温度、体积、组成、比热、表面张
N
NH2 N N N H H OH OH
O O P O
-
O O P O
-
O
O O P
-
O O P OCH2
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催化剂
酶
无
能量释放的速度
缓慢
快速
能量释放的形式 主要以生成ATP等高
热
能化合物的形式释放
产生CO2与H2O 进行广泛的加水脱氢 氧直接与碳、 的方式 反应，间接得氧，脱 氢结合，生
下的氢与氧结合成水；成CO2与H2O。
有机酸脱羧产生CO2。
19
OO== O=
O= O=
生物氧化中CO2的生成方式： 有机酸脱羧
15
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
16
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。
600g×10min 15,000g×5min 100,000g×60min
11
研究代谢途径的方法
1. 代谢平衡实验
通过体内实验研究代谢物摄入和产物排出 的平衡关系。例如测定呼吸商可判断体内能量 来源。
R.O. =
产CO2量（L） 耗O2量（L）
糖、脂、蛋白质等营养物质在体内氧化分解需要消 耗O2，放出CO2，CO2与O2的体积比称为呼吸商。
S e1 A e2 B e3 C e4 D e5 P
7
代谢作用的特点
代谢过程所包含的化学反应通常不是一步完成， 由一系列的中间代谢过程所组成，反应数目虽多， 但有极强的顺序性。
代谢作用需要温和的条件，绝大多数反应都由酶 所催化。
代谢作用具有高度灵敏的自我调节。
整体水平上，主要靠激素或激素伴同神经系统进行的综 合调节；
第七章
代谢总论与生物氧化
1
第一节 新陈代谢的有关概念
新陈代谢(metabolism)
又称为代谢，是指生物体与周围环境进行物 质和能量交换的过程，也是活细胞内所有化学变 化的总称。
生物体的一切生理现象，如生长、发育、繁
殖、呼吸等等，都是代谢反应的结果。新陈代谢
是生命最基本的特征，一旦代谢停止，生命也就
β-氧化脱羧
20
生物氧化中物质氧化的方式：
• 加氧
RCHO + 1/2O2
RCOOH
• 脱氢
RCH2OH -2H RCHO
• 加水脱氢 • 失电子
+H2O
OH
CH3CHO
结束了。
2
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： 合成代谢分解代谢
3
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。
能量代谢
9
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
生物群体研究。 体外研究（in vitro）：用组织切片、匀浆、提取
液等研究。
10
组织匀浆 细胞核，未破碎细胞 线粒体，溶酶体等 核糖体，微粒体，高尔基体
细胞水平上，主要通过胞内酶布局的区域化而实现； 分子水平上，主要通过酶的反馈抑制和基因表达的调控 等实现。
8
生物的营养类型
自然界中的生物根据其所利用的碳源和能 源的不同，生物可分为两大类型： 自养生物(Autotrophs)：可利用大气中的CO2 作为唯一碳源构建所有含碳分子，如光合细菌 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。
5
代谢作用中的能量关系
分解代谢释放能量，部分被转化为ATP和 还原的电子载体（NADH、NADPH、 FADH2），其余的作为热量散失。
合成代谢需要获得能量，通常需要ATP分 子磷酸酯键的转移和还原型辅酶（NADH、 NADPH和FADH2）供应还原力。
6
代谢途径
细胞中由相关酶类组成的完成特定代谢功能 的连续反应体系。细胞中具有某种代谢途径也 就是指具有其酶系。
17
二、生物氧化的特点
生物氧化与体外氧化的相同点：
• 生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失 电子，遵循氧化反应的一般规律。
• 物质在体内、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。
18
生物氧化与体外氧化的不同点：
生物氧化
体外氧化
反应温度
37℃
高温
反应环境
近中性
干燥
造成微生物营养缺陷型 使用抗代谢物 使用专一性抑制剂抑制酶活
14
3. 代谢物标记追踪实验
将代谢底物分子适当“标记”，然后追踪 “标记”在细胞中的去向，就可以了解底物分 子在中间代谢中经过什么中间产物，生成了什 么终产物。这是探索代谢途径最有效的方法。
同位素示踪法：
常用稳定同位素：2H、15N、13C、18O 常用放射性同位素：3H、32P、14C
12
糖类 脂肪 蛋白质 正常代谢 饥饿状态 糖尿病人
R.O. 1 0.7 0.8 0.85-0.95 0.7-0.8 0.7
能量来源
三大营养物质 脂肪、蛋白质
脂肪
13
2. 代谢障碍实验
正常生物体的中间代谢过程中，中间产物 不会过多积累，不容易进行分析。若造成代谢 障碍，阻断代谢途径，则使中间产物积累，便 于探讨代谢途径历程。
α-单纯脱羧 HO3HCROO丙-草C-αCO酮CC-酰-C氨C苹CHO酸乙HCO基-O果酸N2HO酸H-酸HC2H-2-※ ※ OCCHH+O氨单 氧N-O基HCA化纯酸HOSDC脱脱脱ONP草o羧A+H羧羧丙A酰D酶丙苹酮乙+酮果酸酸酸酸N羧R脱脱βN酶A化α-羧-AC氢-D酶单酶氧DH酶H胺PH纯化2H系3H-HC+N脱3脱+-3CHHCC羧H丙+羧-2--C丙CC+酮乙-酮+O-SC酸酸酰COCOoCHOAoA2H++ C+COOC22O2
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。
4
合ห้องสมุดไป่ตู้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。