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第6章代谢总论与生物氧化

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新陈代谢总论与生物氧化.

新陈代谢总论与生物氧化.

微生物的代谢网络受到高度调节
大分子单体的合成速率与大分子的合成速率协调一致 任何一种单体的合成，如能从外源获得并进入细胞内，
单体的合成自动终止，参与这些单体合成的酶的合成 也停止 微生物只有在某些有机基质存在时，才会合成异化这 些基质的酶 微生物先合成那些能异化更易利用的基质的酶，之后 才开始诱导分解较难利用的基质的酶 养分影响生长速率，从而相应改变细胞大分子的组成
ATP的生成—— 氧化磷酸化（伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化。） 电子传递链磷酸化 底物水平磷酸化 光合磷酸化
氧化还原电位（E0’）：pH7.0，30℃测得。表征物质得 失电子趋势。电子总是从低氧化还原电位流向高电位。 E0’越低，供电子倾向越大。
∆G：≺0，表示反应是自发过程。 －∆G＝nF ∆U＝n×96487×（ E02’ － E01’ ）≻30.5kJ
SH2
NAD
乙醇/乳酸
S
NADH2
乙醛/丙酮酸（代谢不完全产物）
• 严格厌氧生物：氢传递给无机物如S(＋6)，N(0)等.
SH2
NAD
SO42-
e
S
NADH2
S2-
H2S
2H+
生物氧化(有氧氧化)中的酶类和传递体
• 酶类：主要指与氧化还原反应直接相关的酶—— 氧化酶（细胞色素氧化酶、胺氧化酶） 脱氢酶（NAD脱氢酶、黄素脱氢酶） 辅酶Q 细胞色素类
LYSI r33
OAA r14
MAL
LYS E
r13
r34
r10
ICI
CO2
r11
-KG r27 CO2
SUC
r12

GLU r28
GLN

(推荐)陈代谢总论和生物氧化

(推荐)陈代谢总论和生物氧化
“中间代谢”
指物质在细胞中的合成和分解过程，不涉及营养物质的 消化吸收与代谢产物的排泄。
8.1 新陈代谢总论
一、新陈代谢的研究方法 1.活体内与活体外实验 （1）in vivo（体内实验） 在正常生理条件 下，在神经、体液等调节机制下的 整体代谢情况。
1904年 Knoop Ф (CH2)nCOOH 狗 ФCOOH ，ФCH2COOH
3.代谢途径阻断等方法 用抗代谢物或酶的抑制剂来阻抑中间代谢的某
一环节，观察这些反应被抑制或改变以后的结果， 以推测代谢情况。
利用患代谢障碍病的病人或动物进行代谢研究
AB
停止 C DEF
排出体外
4. 突变体研究法 基因突变
酶的缺失
相应产物的缺失或酶作用底物的堆积
鉴别代谢途径的酶及中间代谢物
二、生物体内能量代谢的基本规律
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
20
③ 硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
NH2
N
N
O
OS O-
O
OP O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
21
④ 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
COO-
CH
N
H
+ 3
CH2
CH2 H 3C S + A
22
2、ATP的作用
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）

生物化学习题及答案

生物化学习题及答案

3、某种溶液中含有三种三肽：Tyr - Arg - Ser , Glu - Met - Phe 和Asp - Pro - Lys , α- COOH基 团的pKa 为3.8; α-NH3基团的pKa为8.5。在哪种pH （2.0,6.0或13.0）下，通过电泳分离这三种多肽的效 果最好？（答案）
6、胃液（pH＝1.5）的胃蛋白酶的等电点约为1，远比 其它蛋白质低。试问等电点如此低的胃蛋白酶必须存 在有大量的什么样的官能团？什么样的氨基酸才能提 供这样的基团？
（答案）
7、已知某蛋白是由一定数量的链内二硫键连接的两个 多肽链组成的。1.00g该蛋白样品可以与25.0mg还原型 谷胱甘肽（GSH，MW＝307）反应。（答案） （a）该蛋白的最小分子量是多少？ （b）如果该蛋白的真实分子量为98240，那么每分子 中含有几个二硫键？ （c）多少mg的巯基乙醇（MW＝78.0）可以与起始的 1.00g该蛋白完全反应？
8、一个含有13个氨基酸残基的十三肽的氨基酸组成为： Ala, Arg,2 Asp, 2Glu, 3Gly, Leu, 3Val。部分酸水 解后得到以下肽段，其序列由Edman降解确定，试推断 原始寡肽的序列。（答案） （a）Asp - Glu - Val - Gly - Gly - Glu - Ala （b）Val - Asp - Val - Asp - Glu （c）Val - Asp - Val （d）Glu - Ala -Leu - Gly -Arg （e）Val - Gly - Gly - Glu - Ala - Leu （f）Leu - Gly - Arg
（a）肽键的长度与它的键的强度和键级（是单键、 双键或三键）有什么关系？
（b）从Pauling等人的观察，就肽键旋转能得出什 么看法？

生物化学 6章 生物氧化

生物化学 6章 生物氧化

（二）组成呼吸链的复合体
人线粒体呼吸链复合体
复合体
复合体Ⅰ 复合体Ⅱ 复合体Ⅲ 复合体Ⅳ
酶名称
NADH-泛醌还原酶 琥珀酸-泛醌还原酶
多肽链数
39 4
辅基
FMN，Fe-S FAD，Fe-S 铁卟啉，Fe-S 铁卟啉，Cu
泛醌-细胞色素C还原酶 10 细胞色素c氧化酶 13
NADH
人线粒体呼吸链复合体
＊2、参与三大营养物质的合成过程
糖、脂、蛋白质合成需ATP供能，此外，糖原、 磷脂、蛋白质合成所需的UTP、CTP、GTP的生成与补 充也依赖于ATP，由核苷二磷酸酶催化： ATP+UDP ADP+UTP ATP+CDP ADP+CTP ATP+GDP ADP+GTP
＊3、转变为磷酸肌酸储存能量
苹果酸
苹果酸 脱氢酶
NAD+
NADH+H+
草酰乙酸
谷氨酸
谷草转氨酶
Ⅱ
谷氨酸
谷草转氨酶
草酰乙酸 NADH+H+
呼吸链
天冬氨酸
-酮戊 二酸
Ⅰ
Ⅱ
-酮戊 二酸
天冬氨酸
（Ⅰ、Ⅱ为膜上的转运载体）
三、体内ATP生成
氧化磷酸化是指在呼吸链电子传递过程中 偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸 化。（体内生成ATP的主要方式） 底物水平磷酸化是底物分子内部能量重新 分布，生成高能键，使 ADP 磷酸化生成 ATP 的 过程。
RCHO+1/2O2
醛
RCOOH
酸
2.脱氢反应
CH(OH)COOH CH2COOH
苹果酸脱氢酶
COCOOH CH2COOH

新陈代谢总论与生物氧化(用)

新陈代谢总论与生物氧化(用)
典型的解偶联剂：DNP（2，4-二硝基苯酚） 注：解偶联剂作用只抑制氧化磷酸化过程中ATP
的形成，对底物水平磷酸化没有影响。
第32页，共47页。
思考
➢ 以前有人曾经考虑过使用解偶联剂如 DNP作为减肥药，但不久就放弃使用， 为什么？
➢ 柠檬酸P/O？琥珀酸P/O？ ➢ 在鱼藤酮存在的情况下，苹果酸P/O？琥
–黄素单核苷酸（FMN) –黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD) (3) 铁硫蛋白类 (4) 辅酶Q(coenzyme Q, CoQ)(泛醌 ubiquinone) (5) 细胞色素类（cytochromes)
Cytb,Cytc,Cytc1,Cyta1a3
第19页，共47页。
人体组织最普遍最重要的呼吸链
以NAD+(CoI)或NADP+(CoII)为辅酶的脱氢酶
➢ 例：呼吸作用、生物体的生长、肌肉收 缩、光合作用等。
第3页，共47页。
新陈代谢的过程
➢ 包括物质代谢和能量代谢
➢ 新陈代谢的过程包括营养物质的消化吸收、中间代 谢和代谢产物的排泄等阶段。
➢ 同化作用（anabolism)：由外界到自身，小分子合 成大分子，耗能。例如：光合作用
➢ 异化作用(catabolism)：由自身到外界，大分子分 解成小分子，释放能量。例如：葡萄糖的乙醇发 酵
呼吸链中传递体排列顺序的依据
➢ 通过每一个传递体的氧化还原电势来确 定
➢ 用分光光度法 ➢ 利用抑制剂来确定
第21页，共47页。
呼吸主链和呼吸支链
➢ 呼吸主链：苹果酸，丙酮酸，柠檬酸等 ➢ 呼吸支链：琥珀酸，脂酰CoA，α-磷酸
甘油
第22页，共47页。
电子传递的抑制剂
鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素 抗霉素A 氰化物、硫化氢、叠氮化物、co等

新陈代谢总论与生物氧化

新陈代谢总论与生物氧化
如： NADH-Q还原酶、琥珀酸-Q还原酶、脂酰-CoA脱氢酶等
是脂溶性醌类化合物，而且分 子较小，可在线粒体内膜的磷脂双 分子层的疏水区自由扩散。 功能基团是苯醌,通过醌/酚的 互变传递氢，Q (醌型结构) 很容易 接受2个电子和2个质子，还原成QH2 （还原型）；QH2也容易给出2个电 子和2个质子，重新氧化成Q。因此， 它在线粒体呼吸链中作为电子和质 子的传递体。
O ‖ CH3－C～ SCoA + NADH + H+ + CO2
2、β-氧化脱羧
COOH
β α
COOH
HCOH + NADP+
CH2
COOH(苹果酸）
C =O + CO2 +NADPH + H+
CH3（丙酮酸）
§7-2 生物氧化
线粒体是生物氧化的发生场所
§7-2 生物氧化
四、生物氧化中水的生成
大分子
能量代谢
物 质 代 谢
异化作用
生物大分子 分解代谢小分子 体内物质 环境物质
§7-1新陈代谢总论
五、新陈代谢的特点
1、反应分步进行，顺序性极强； 2、由酶催化，反应条件温和；
3、有灵敏的自动调节和对体内外环境高度适应
性的特点。
§7-1新陈代谢总论
六、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 3.同位素示踪法:如将C14标在乙酸羧基上，同时喂养动 物，如动物呼出CO2中发现C14，说明乙酸 羧基转变CO2． 4.代谢途径阻断：如用酶的抑制剂阻抑中间代谢 的某一环节,推测代谢情况.

生物化学 7新陈代谢总论与生物氧化

★生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件温和， 一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐 步释放能量，转化成ATP。
★真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线 粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
（一）生物氧化的特点
1，生物氧化是在生物细胞内进行的酶促 氧化过程，反应条件温和（水溶液，pH7和 常温）。
6，生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相 偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能 ATP。
生物氧化的三阶段
第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为构造单位——单糖、 甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。
第二阶段：构造单位经糖酵解、脂肪酸β氧化、氨基酸氧化 等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的 中间代谢物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间 起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。
生物氧化图示
（二）生物氧化中CO2的生成
直接脱羧
CH3CCOOH O
丙酮酸脱羧酶 （α-脱羧）
CH3CHO + CO2
丙酮酸羧化酶
HOOCCβH2CαCOOH （Β-脱羧） CH3CCOOH + CO2
O
O
氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。
第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为 CO2、H2O释放大量的能量。
★在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H—）经过一个氧 化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给O2，并生成 ATP，以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是 一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。
• 一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡/mol) 以上自由能（G< -21 kJ / mol）的化合物称 为高能化合物。
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磷氧型高能磷酸化合物：
（1）烯醇式磷酸化合物(例)
- 61.9 kJ/mol
第6章代谢总论与生物氧化
(2)酰基磷酸化合物（例）
- 42.3 kJ/mol
第6章代谢总论与生物氧化
（3）焦磷酸化合物（例）
焦磷酸 - 28.84 kJ/mol
ATP（三磷酸腺苷） - 30.5 kJ/mol
第6章代谢总论与生物氧化
肌酸磷酸 激酶
第6章代谢总论与生物氧化
第6章代谢总论与生物氧化
第二节 生物氧化
——有机物质在细胞内的氧化作用。又称组织呼 吸或细胞呼吸。
★在整个生物氧化过程中，有机物质最终被 氧化成CO2和H2O，并释放出能量形成ATP。 一、 生物氧化的特点 （一）氧化还原的本质——电子转移
电子转移的主要形式：
2. 能量逐步释放，部分存于ATP中。 3. 分为线粒体氧第化6章体代谢总系论与和生物非氧化线粒体氧化体系。
二、 生物氧化中CO2的生成
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。
(1) 直接脱羧
丙酮酸脱羧酶
CH3CCOOH
O 丙酮酸
（α-脱羧）
CH3CHO + CO2
HOOCC H2C COOH
磷氮型高能磷酸化合物：
- 43.1 kJ/mol 第6章代谢总论与生物氧化
非磷酸高能化合物： (1) 硫酯键型高能化合物 （例）
乙酰辅酶A 第6–章代3谢1总.4论与k生J物/m氧化ol
(2) 甲硫型高能化合物 （例）
– 41.8 kJ/mol
第6章代谢总论与生物氧化
ATP的特殊作用
NH2
N
O 草酰乙酸
丙酮酸羧化酶 （ β -脱羧）
CH3CCOOH + CO2 O
(2)氧化脱羧：在脱第羧6章过代谢总程论与中生物伴氧化随着氧化（脱氢）
NADP+ NADPH + H+
HOOCCH2CHOHCOOH
苹果酸
CH3CCOOH + CO2 O
三、生物氧化中 H2O 的生成 生物氧化作用主要是通过脱氢反应来实现的。
三、 生物体内能量代谢的基本规律 自由能：生物体（或恒温恒压）用以作功的能 量。在没有作功条件时，自由能转变为热能丧 失。
熵：混乱度或无序性，是一种无用的能。
ΔG = ΔH - TΔS
对于 A + B ←→ C + D
ΔG°= - 2.303 RT lgK K = [C][D] / [A][B]
第6章代谢总论与生物氧化
第五章 新陈代谢总论与生物氧化
第一节 新陈代谢总论 第二节 生物氧化
第6章代谢总论与生物氧化
第一节 新陈代谢总论
一、 新陈代谢的概念
新陈代谢
生物小分子合成为 生物大分子 合成代谢 （同化作用）
需要能量 释放能量
能量 代谢
物质代谢
分解代谢 （异化作用） 生物大分子分解为
生物小分子
第6章代谢总论与生物氧化
NADH呼吸链：绝大部分分解代谢的脱氢
氧化反应通过此呼吸链完成
FADH2呼吸链：只能催化某些代谢物脱 不能使N第A6章D代H谢总或论与N生物A氧化DPH脱氢
代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结 合生成水。
在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 进行的。
生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生 物氧化体系，以促进第6章水代谢的总论与生生物成氧化。
脱氢酶
氧化酶
MH2 M
氧化型
还原型
递氢体 NAD+,NADP+, FMN,FAD,COQ
还原型(2H)
化学势差
电势差
质子驱动力 推动ATP合
内
内碱
成
内负
膜
第6章代谢总论与生物氧化
在电子传递过程中释放出大量的自由能，使 ADP磷酸化生成ATP，这是生物合成ATP的基 本途径之一。
实际上，生物体中能量获得的本质正是氢 的氧化。
2、呼吸链种类
ห้องสมุดไป่ตู้
根据代谢物上脱下的氢的初始受体不同，在
具有线粒体的生物中，典型的呼吸链有2种：
由于参与这一系列催化作用的酶和辅酶 及中间传递体在膜（原核细胞膜、真核线粒 体内膜）上一个接一个地构成了链状反应， 故常将这种形式的氧化过程称为呼吸链。
第6章代谢总论与生物氧化
ATP合成酶
第6章代谢总论与生物氧化
第6章代谢总论与生物氧化
第6章代谢总论与生物氧化
外膜 膜间隙
基质
琥珀 延胡索 酸酸
递电子体 Cyt b, c1, c, aa3
氧化型
2e
½ O2 O2- H2O
2H+
第6章代谢总论与生物氧化
（一）呼吸链
1、概念
代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后， 经一系列传递体，最后（将质子和电子）传 递给氧而生成水的全部体系，称呼吸链 (respiratory chain)。此体系也称电子传递 体系或电子传递链(electron transfer chain)。
1. 直接的电子转移
↔ Fe + Cu 2第+6章代谢总论与生2+物氧化 Fe3+ + Cu+
2. 氢原子的转移
AH2 + B ↔ A + BH2
3. 有机还原剂直接加氧
( H ↔ H+ + e )
RH + O2 + 2H+ + 2e ↔ ROH + H2O
（二）生物氧化的特点
1. 在细胞内，于体温、近于中性的含水环境中 由酶催化。
-
O O-P -O
~
O O -P -O
~
O HO-P-O-CH2
-O
N O
N -H
N
H
OH OH
ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂
作用：是能量的携带者或传递者，而非贮存者，
是能量货币
第6章代谢总论与生物氧化
ATP ＋ H2O → ADP ＋ Pi 其ΔG0′= - 30.51kJ／mo1；
当ADP ＋ Pi → ATP时， 也需吸收30.51kJ／mol的自由能 磷酸肌酸（脊椎动物）和磷酸精氨酸（无脊椎动 物）是能量的贮存形式
四、 高能化合物与ATP的作用
一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5kCal/mol) 以上自由能（G′< -21 kJ / mol）的化合物称为 高能化合物。
烯醇磷酸化合物
高能化合物
磷酸化合物
磷氧型 磷氮型
酰基磷酸化合物 焦磷酸化合物
硫酯键化合物
非磷酸化合物
第6章代谢总论与生物氧甲化硫键化合物
新陈代谢的共同特点：
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、 新陈代谢的研究方法 1. 活体内(in vivo)与活体外实验(in vitro) 2. 同位素示踪法 3. 代谢途径阻断法 4. 遗传缺欠症及动物模型等方法
第6章代谢总论与生物氧化