生物化学生物氧化精选PPT.ppt

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1、关于生物化学生物氧化第1页，讲稿共89张，创作于星期二物物质质在在生生物物体体内内进进行行氧氧化化称称生生物物氧氧化化，主主要要指指糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质等等在在体体内内分分解解时时逐逐步步释释放放能能量量，最终生成最终生成CO2 和和 H2O的过程。的过程。糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能生物氧化的概念生物氧化的概念 第2页，讲稿共89张，创作于星期二*生物氧化与体外氧化的相同点生物氧化与体外氧化的相同点生生物物氧氧化化中中物物质质的的氧氧化化方方式式有有加加氧氧、脱脱氢氢、失失电电子子，遵遵循循氧氧化化还还原原反反应应的的一一般般

2、规律。规律。物物质质在在体体内内外外氧氧化化时时所所消消耗耗的的氧氧量量、最最终产物（终产物（COCO2 2，H H2 2O O）和释放能量均相同。）和释放能量均相同。第3页，讲稿共89张，创作于星期二是是在在细细胞胞内内温温和和的的环环境境中中（体体温温，pH接接近近中中性性），在在一一系系列列酶酶促促反反应应逐逐步步进进行行，能能量量逐逐步步释释放放有有利利于于机机体体捕捕获获能能量量，提提高高ATP生生成成的效率。的效率。进进行行广广泛泛的的加加水水脱脱氢氢反反应应使使物物质质能能间间接接获获得得氧氧，并并增增加加脱脱氢氢的的机机会会；脱脱下下的的氢氢与与氧氧结结合合产产生生H2O，有有

3、机机酸酸脱脱羧羧产生产生CO2。*生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化与体外氧化之不同点生物氧化生物氧化体外氧化体外氧化能量是突然释放的。能量是突然释放的。产产生生的的CO2、H2O由由物物质质中中的的碳碳和和氢氢直直接接与与氧氧结结合合生生成。成。第4页，讲稿共89张，创作于星期二*生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程第5页，讲稿共89张，创作于星期二第一节第一节 生成生成ATP的氧化体系的氧化体系The Oxidation System of ATP Producing第6页，讲稿共89张，创作于星期二定义定义代代谢谢物物脱脱下下的的成成对对氢氢原原子子（2H）通通过过多多种种酶酶和和辅辅酶

4、酶所所催催化化的的连连锁锁反反应应逐逐步步传传递递，最最终终与与氧氧结结合合 生生 成成 水水，这这 一一 系系 列列 酶酶 和和 辅辅 酶酶 称称 为为呼呼 吸吸 链链(respiratory chain)又又 称称 电电 子子 传传 递递 链链(electron transfer chain)。组成组成递氢体和电子传递体（递氢体和电子传递体（2H 2H+2e）一、呼吸链一、呼吸链第7页，讲稿共89张，创作于星期二（一）呼吸链的组成（一）呼吸链的组成人线粒体呼吸链复合体人线粒体呼吸链复合体*泛醌泛醌 和和 Cyt c 均不包含在上述四种复合体中。均不包含在上述四种复合体中。第8页，讲稿共89

5、张，创作于星期二呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置呼吸链各复合体在线粒体内膜中的位置第9页，讲稿共89张，创作于星期二四种复合体的排列关系四种复合体的排列关系第10页，讲稿共89张，创作于星期二1.烟酰胺核苷酸烟酰胺核苷酸NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide Adenine Dinucleotide)，又叫，又叫Co，主要作为呼吸，主要作为呼吸链的一个组分，起递氢体作用；链的一个组分，起递氢体作用；NADP+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(Nicotin-amide Adenine Dinucleotide Phosphate)，

6、又叫，又叫Co，主要在还原性生物合成中作为供氢体。主要在还原性生物合成中作为供氢体。二者的递氢部位是二者的递氢部位是烟酰胺烟酰胺部分，为部分，为Vit PP。第11页，讲稿共89张，创作于星期二R=H:NAD+;R=H2PO3:NADP+NAD+和和NADP+的结构的结构第12页，讲稿共89张，创作于星期二NAD+（NADP+）的递氢机制）的递氢机制（氧化型）（氧化型）（还原型）（还原型）第13页，讲稿共89张，创作于星期二2.黄素辅基黄素辅基FMN：黄素单核苷酸：黄素单核苷酸(Flavin Mononucleotide)FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸：黄素腺嘌呤二核苷酸(Flavin Adeni

7、ne Dinucleotide)FMN和和FAD中中异咯嗪环异咯嗪环起起递氢体递氢体作用。作用。异咯嗪及核醇部分为异咯嗪及核醇部分为Vit B2（核黄素）。（核黄素）。第14页，讲稿共89张，创作于星期二 FMN结构结构异咯嗪异咯嗪核醇核醇第15页，讲稿共89张，创作于星期二 FAD结构结构第16页，讲稿共89张，创作于星期二FMN和和FAD递氢机制递氢机制 （氧化型）（氧化型）（还原型）（还原型）第17页，讲稿共89张，创作于星期二3.铁硫蛋白铁硫蛋白(Iron-sulfur protein,Fe-S)又叫铁硫中心或铁硫簇。又叫铁硫中心或铁硫簇。含有等量铁原子和硫原子。含有等量铁原子和硫原子

8、。铁除与硫连接外，还与肽链中铁除与硫连接外，还与肽链中Cys残基的巯基连残基的巯基连接。接。铁原子可进行铁原子可进行Fe2+Fe3+e 反应传递电子，反应传递电子，为为单单电子传递体电子传递体。第18页，讲稿共89张，创作于星期二第19页，讲稿共89张，创作于星期二SS无机硫无机硫半胱氨酸硫半胱氨酸硫第20页，讲稿共89张，创作于星期二第21页，讲稿共89张，创作于星期二4.泛醌泛醌(ubiquinone,UQ)即辅酶即辅酶Q（Coenzyme Q，CoQ），属于脂溶性），属于脂溶性醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。醌类化合物，带有多个异戊二烯侧链。因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中分

9、因其为脂溶性，游动性大，极易从线粒体内膜中分离出来，因此不包含在四种复合体中。离出来，因此不包含在四种复合体中。分子中的苯醌结构能可逆地结合分子中的苯醌结构能可逆地结合2个个H，为，为递氢体递氢体。第22页，讲稿共89张，创作于星期二 第23页，讲稿共89张，创作于星期二 第24页，讲稿共89张，创作于星期二5.细胞色素类（细胞色素类（Cytochrome,Cyt）是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。是一类以铁卟啉为辅基的电子传递蛋白。呼吸链中主要有呼吸链中主要有a、b、c、三类。差别在于铁卟啉的侧、三类。差别在于铁卟啉的侧链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式不同。链以及铁卟啉与蛋白部分连接的方式

10、不同。Cyt b、c的的铁卟啉与血红素相同；铁卟啉与血红素相同；Cyt a的铁卟啉为血红素的铁卟啉为血红素A。分子中的分子中的铁铁通过氧化还原而传递电子，为通过氧化还原而传递电子，为单电子传单电子传递体递体。第25页，讲稿共89张，创作于星期二第26页，讲稿共89张，创作于星期二第27页，讲稿共89张，创作于星期二NADH+H+NAD+FMN FMNH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2复合体复合体:NADH-泛醌还原酶NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2 功能功能:将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌(ubiquinon

11、e)第28页，讲稿共89张，创作于星期二复合体复合体:琥珀酸-泛醌还原酶琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S3 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 FAD FADH22Fe2+-S 2Fe3+-S QQH2u 功能功能:将电子从琥珀酸传递给泛醌将电子从琥珀酸传递给泛醌 第29页，讲稿共89张，创作于星期二复合体复合体:泛醌-细胞色素c还原酶 QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1 功能：将电功能：将电子从泛醌传子从泛醌传递给细胞色递给细胞色素素c第30页，讲稿共89张，创作于星期二 复合体复合体:细胞色素c氧化酶还原型还原型Cyt c O2CuAa

12、a3CuB 其中其中Cyt a3 和和CuB形成形成的活性部位将电子交给的活性部位将电子交给O2。功能：将电子功能：将电子从细胞色素从细胞色素c传传递给氧递给氧第31页，讲稿共89张，创作于星期二 由以下实验确定由以下实验确定 标准氧化还原电位标准氧化还原电位 拆开和重组拆开和重组 特异抑制剂阻断特异抑制剂阻断 还原状态呼吸链缓慢给氧还原状态呼吸链缓慢给氧（二）呼吸链成分的排列顺序（二）呼吸链成分的排列顺序第32页，讲稿共89张，创作于星期二第33页，讲稿共89张，创作于星期二抑制剂抑制剂第34页，讲稿共89张，创作于星期二1.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链2.琥珀酸氧化呼吸链琥珀酸氧化呼吸链

13、第35页，讲稿共89张，创作于星期二NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链第36页，讲稿共89张，创作于星期二线粒体内重要代谢物氧化的途径线粒体内重要代谢物氧化的途径第37页，讲稿共89张，创作于星期二 二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化体内体内ATP生成的方式：生成的方式：氧化磷酸化氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)是指是指在呼吸链电子传递过程中偶联在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成磷酸化，生成ATP，又称为，又称为偶联磷酸化偶联磷酸化。底底 物物 水水 平平 磷磷 酸酸 化化 (substrate level phos-phoryla

14、tion)是是底底物物分分子子内内部部能能量量重重新新分分布布，生生成高能键，使成高能键，使ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP的过程。的过程。第38页，讲稿共89张，创作于星期二（一）氧化磷酸化偶联部位（一）氧化磷酸化偶联部位即即ATP生成的部位生成的部位:复合体复合体、根据自由能变化和根据自由能变化和P/O比值比值G=-nF E P/O比值比值：是指物质氧化时，每消耗：是指物质氧化时，每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数，即生成即生成ATP的摩尔数。的摩尔数。第39页，讲稿共89张，创作于星期二第40页，讲稿共89张，创作于星期二三个偶联部位：三个偶联部位

15、：ATPATP ATP NADH与与CoQ之间；之间；CoQ与与Cyt c之间；之间；Cyt aa3与氧之间。与氧之间。第41页，讲稿共89张，创作于星期二2.自由能变化自由能变化(G0)：大于大于30.5kJ即可生成即可生成1摩尔摩尔ATP。G0nF E069.5kJ/mol40.5kJ/mol102.3kJ/mol第42页，讲稿共89张，创作于星期二ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化电子传递链自由能变化 第43页，讲稿共89张，创作于星期二 NADH氧化呼吸链存在氧化呼吸链存在3个个偶联部位，偶联部位，P/O比值等于比值等于3，即产生，即产生3m

16、olATP。琥珀酸氧化呼吸链存在琥珀酸氧化呼吸链存在2个个偶联部位，偶联部位，P/O比值等于比值等于2，即产生，即产生2molATP。第44页，讲稿共89张，创作于星期二（二）（二）氧化磷酸化的偶联机制氧化磷酸化的偶联机制1.化学渗透假说化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)电电子子经经呼呼吸吸链链传传递递时时，可可将将质质子子（H+）从从线线粒粒体体内内膜膜的的基基质质侧侧泵泵到到内内膜膜胞胞浆浆侧侧，产产生生膜膜内内外外质质子子电电化化学学梯梯度度储储存存能能量量。当当质质子子顺浓度梯度回流时驱动顺浓度梯度回流时驱动ADP与与Pi生成生成ATP。第45页，讲稿共89

17、张，创作于星期二第46页，讲稿共89张，创作于星期二线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP 化学渗透假说简单示意图化学渗透假说简单示意图第47页，讲稿共89张，创作于星期二化化学学渗渗透透假假说说第48页，讲稿共89张，创作于星期二复合体复合体、均有质子泵作用均有质子泵作用4 H+4 H+4 H+4 H+2 H+2 H+内膜表面基质NADHHNAD琥珀酸 延胡索酸 O22H+H2O第49页，讲稿共89张，创作于星期二第50页，讲稿共89张，创作于星期二Q循环循环第51页，讲稿共89张，创作于星期二Q循环循环第52页，讲稿共89张，创作于星期二第

18、53页，讲稿共89张，创作于星期二复合体复合体 第54页，讲稿共89张，创作于星期二2.ATP合酶合酶即复合体即复合体。位于线粒体内膜的基质侧。位于线粒体内膜的基质侧。第55页，讲稿共89张，创作于星期二ATP合酶合酶F0：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中：为疏水蛋白质，是镶嵌在线粒体内膜中的质子通道。的质子通道。F1：为亲水蛋白质，由：为亲水蛋白质，由 3 3亚基组成，亚基组成，催化生成催化生成ATP。OSCP：寡霉素敏感相关蛋白，位于：寡霉素敏感相关蛋白，位于F0与与F1之间，使之间，使ATP合酶在寡霉素存在时不能生成合酶在寡霉素存在时不能生成ATP。第56页，讲稿共89张，创作于星期二

19、ATP合酶结构模式图合酶结构模式图第57页，讲稿共89张，创作于星期二化化学学计计算算估估计计每每生生成成1分分子子ATP需需3个个H从从线线粒体内膜外侧回流进入基质中。粒体内膜外侧回流进入基质中。ATP合酶的工作机制合酶的工作机制第58页，讲稿共89张，创作于星期二ATP4-F0 F1 胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 腺苷酸腺苷酸转运蛋白转运蛋白磷酸磷酸转运蛋白转运蛋白 ADP3-H2PO4-ATP4-3H+3H+H+H+H2PO4-H2PO4-ADP3-ADP3-每分子每分子ATP在线粒体中生成并转运到胞浆需在线粒体中生成并转运到胞浆需4个个H回流进入线粒体基质中回流进入线粒体基质中第59页，

20、讲稿共89张，创作于星期二 NADH氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H仅生成仅生成 2.5分子分子ATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。FADH2氧化呼吸链每传递氧化呼吸链每传递2H仅生成仅生成 1.5分分子子ATP到线粒体外被利用。到线粒体外被利用。第60页，讲稿共89张，创作于星期二三、影响氧化磷酸化的因素三、影响氧化磷酸化的因素1.呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。阻断呼吸链中某些部位电子传递。2.解偶联剂解偶联剂使氧化与磷酸化偶联过程脱离。使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白如：解偶联蛋白 3.氧化磷酸化抑制剂氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及对电子传递及

21、ADP磷酸化均有抑制作用。磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素如：寡霉素 （一）抑制剂（一）抑制剂第61页，讲稿共89张，创作于星期二鱼藤酮鱼藤酮粉蝶霉素粉蝶霉素A A异戊巴比妥异戊巴比妥 抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S 各种呼吸链抑制剂的阻断位点各种呼吸链抑制剂的阻断位点第62页，讲稿共89张，创作于星期二不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响不同底物和抑制剂对线粒体氧耗的影响 第63页，讲稿共89张，创作于星期二解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）解偶联蛋白作用机制（棕色脂肪组织线粒体）F F0 0 F F1 1 Cyt cQ胞液侧胞液侧 基质侧基质侧 解

22、偶联解偶联 蛋白蛋白热能热能 H+H+ADP+Pi ATP 第64页，讲稿共89张，创作于星期二 寡霉素寡霉素(oligomycin)可阻止质子从可阻止质子从F0质子通道回流，抑制质子通道回流，抑制ATP生成生成第65页，讲稿共89张，创作于星期二（二）（二）ADP的调节作用的调节作用是主要调节因素。是主要调节因素。ADP，氧化磷酸化，氧化磷酸化。（三）甲状腺激素（三）甲状腺激素Na+,K+ATP酶和解偶联蛋白基因表达均增加。酶和解偶联蛋白基因表达均增加。（四）线粒体（四）线粒体DNA突变突变 与线粒体与线粒体DNA病及衰老有关。病及衰老有关。第66页，讲稿共89张，创作于星期二电子传递链及氧

23、化 磷酸化系统概貌H+跨膜质跨膜质子电化学梯子电化学梯度；度；H+m内内膜基质侧膜基质侧H+；H+c 内膜胞内膜胞液侧液侧H+目目 录录第67页，讲稿共89张，创作于星期二四、四、ATPu高能磷酸键高能磷酸键水解时释放的能量大于水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸的磷酸酯键，常表示为酯键，常表示为 P。u高能磷酸化合物高能磷酸化合物含有高能磷酸键的化合物。含有高能磷酸键的化合物。第68页，讲稿共89张，创作于星期二ATP是人体内能量的是人体内能量的直接供给者直接供给者。第69页，讲稿共89张，创作于星期二第70页，讲稿共89张，创作于星期二 核苷二磷酸激酶的作用核苷二磷酸激酶的作用ATP

24、+UDP ADP+UTPATP+CDP ADP+CTPATP+GDP ADP+GTP腺苷酸激酶的作用腺苷酸激酶的作用 ADP+ADP ATP+AMP第71页，讲稿共89张，创作于星期二肌酸激酶的作用肌酸激酶的作用磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。磷酸肌酸作为肌肉和脑组织中能量的一种贮存形式。第72页，讲稿共89张，创作于星期二 ATP的生成和利用ATP ADP 肌酸肌酸 磷酸磷酸肌酸肌酸 氧化磷酸化氧化磷酸化 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 P P P P 机械能机械能(肌肉收缩肌肉收缩)渗透能渗透能(物质主动转运物质主动转运)化学能化学能(合成代谢合成代谢)电能电能(生物电生物电)

25、热能热能(维持体温维持体温)生物体内能量的储存和利用都生物体内能量的储存和利用都以以ATP为中心。为中心。第73页，讲稿共89张，创作于星期二五、通过线粒体内膜的物质转运五、通过线粒体内膜的物质转运线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过线粒体外膜通透性高，线粒体对物质通过的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白的选择性主要依赖于内膜中不同转运蛋白(transporter)对各种物质的转运。对各种物质的转运。第74页，讲稿共89张，创作于星期二 线粒体内膜的主要转运蛋白线粒体内膜的主要转运蛋白 第75页，讲稿共89张，创作于星期二胞浆中胞浆中NADH的氧化的氧化胞浆中胞浆中NADH必须经一定必须经一定

26、转运机制转运机制进入线进入线粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。粒体，再经呼吸链进行氧化磷酸化。转运机制转运机制主要有主要有-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭(-glycerophosphate shuttle)苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭(malate-asparate shuttle)第76页，讲稿共89张，创作于星期二1.-磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制 第77页，讲稿共89张，创作于星期二 NADH+H+FADH2 NAD+FAD 线粒体线粒体 内膜内膜 线粒体线粒体 外膜外膜膜间隙膜间隙 线粒体线粒体 基质基质-磷酸甘油磷酸甘油 脱氢酶脱氢酶 呼吸链呼吸链 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮

27、-磷酸甘油磷酸甘油 第78页，讲稿共89张，创作于星期二-磷酸甘油穿梭机制磷酸甘油穿梭机制（脑和骨骼肌）（脑和骨骼肌）第79页，讲稿共89张，创作于星期二2.苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭机制天冬氨酸穿梭机制第80页，讲稿共89张，创作于星期二NADH+H+NAD+NADH+H+NAD+谷氨酸谷氨酸-天冬氨酸天冬氨酸 转运体转运体苹果酸苹果酸-酮酮 戊二酸转运体戊二酸转运体 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 苹果酸苹果酸 脱氢酶脱氢酶 谷草转谷草转 氨酶氨酶 胞液胞液 线线粒粒体体内内膜膜 基质基质 呼吸链呼吸链 天冬氨酸天冬氨酸 第81页，讲稿共89张，创作于星期二

28、第二节第二节 其他氧化酶系其他氧化酶系The Others Oxidation Enzyme Systems第82页，讲稿共89张，创作于星期二一、需氧脱氢酶和氧化酶一、需氧脱氢酶和氧化酶 第83页，讲稿共89张，创作于星期二二、过氧化物酶体中的酶类（一）过氧化氢酶（一）过氧化氢酶(catalase)又称触酶，其辅基含又称触酶，其辅基含4 4个血红素个血红素2H2O2 2H2O+O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 第84页，讲稿共89张，创作于星期二（二）过氧化物酶（二）过氧化物酶(perioxidase)以血红素为辅基，催化以血红素为辅基，催化H2O2直接氧化酚直接氧化酚类或胺类化合物类或胺类化合物

29、 R+H2O2 RO+H2O RH2+H2O2 R+2H2O 过氧化物酶过氧化物酶 过氧化物酶过氧化物酶 第85页，讲稿共89张，创作于星期二反应氧族反应氧族超氧离子超氧离子(O2)、H2O2、羟自由基、羟自由基(OH)的统的统称。称。三、超氧化物歧化酶2O2+2H+SODH2O2+O2 H2O+O2 过氧化氢酶过氧化氢酶SOD：超氧化物歧化酶：超氧化物歧化酶(superoxide dismutase)第86页，讲稿共89张，创作于星期二 谷胱甘肽过氧化物酶 H2O2(ROOH)H2O(ROH+H2O)2G SH G S S G NADP+NADPH+H+*此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤

30、此类酶可保护生物膜及血红蛋白免遭损伤 谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶 3.3.含硒的谷胱甘肽过氧化物酶含硒的谷胱甘肽过氧化物酶 第87页，讲稿共89张，创作于星期二四、微粒体中的酶类 （一）加单氧酶（一）加单氧酶(monoxygenase)*催化的反应：催化的反应：RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O 故又称混合功能氧化酶故又称混合功能氧化酶(mixed-function oxidase)或羟化酶或羟化酶(hydroxylase)。上述反应需要上述反应需要细胞色素细胞色素P450(Cyt P450)参与。参与。第88页，讲稿共89张，创作于星期二目目 录录第89页，讲稿共89张，创作于星期二