新陈代谢总论与生物氧化2.pptx

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1、第一节 新陈代谢总论一、新陈代谢的概念 活细胞中全部有序的化学变化的总称。新陈代谢释放能量生物大分子分解为生物小分子能量代谢物质代谢 合成代谢（同化作用）分解代谢（异化作用）生物小分子（简单）合成为生物大分子（复杂）需要能量第1页/共41页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。第2页/共41页二、高能化合物分类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烯醇磷酸化合物酰基磷酸化合物焦磷酸化合物：ATP释放自由能特别多的化合物。常用P 或 P表示。第3页/共41页烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇

2、式丙酮酸14.8千卡/摩尔第4页/共41页酰基磷酸化合物氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨酰基腺苷酸第5页/共41页焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩尔第6页/共41页氮磷键型磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩尔7.7千卡/摩尔这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。第7页/共41页硫酯键型3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸酰基辅酶A第8页/共41页甲硫键型S-腺苷甲硫氨酸第9页/共41页 有有机机物物质质在在生生物物体体内内的的氧氧化化作作用用，称称为为生生物物氧氧化化。生生物物氧氧化化通通常常需需要要消消耗耗氧氧，所以又称为所以

3、又称为呼吸作用呼吸作用。光能（太阳能）光能（太阳能）:植物和某植物和某些藻类，通过光合作用将些藻类，通过光合作用将光能转变成生物能。光能转变成生物能。化学能：化学能：通过生物氧化作用通过生物氧化作用将有机物质存储的化学能释放将有机物质存储的化学能释放出来，并转变成生物能。出来，并转变成生物能。生命能量来源生命能量来源第二节 生物氧化第10页/共41页糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能第11页/共41页一、生物氧化的特点1、反应条件温和2、伴随生物还原反应的发生3、水是许多生物氧化反应的氧供体 4、碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。5、分步进行

4、的过程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。第12页/共41页二、生物氧化的方式（一）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。A 直接脱羧作用CH3CCOOHOCH3CHO+CO2丙酮酸脱羧酶HOOCC H2C COOH 丙酮酸羧化酶CH3CCOOH+CO2OO第13页/共41页B 氧化脱羧作用：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。（二）脱氢氧化反应A 脱氢琥珀酸脱氢HOOCCH2CHOHCOOHCH3CCOOH+CO2NADP+NADPH+H+O第14页/共41页乳酸脱氢酶B 加水脱氢 酶催化的醛氧化成酸的反应即

5、属于这一类。第15页/共41页（三）氧直接参加的氧化反应加氧酶加氧酶 能够催化氧分子直接加入到有机分子中。例如，能够催化氧分子直接加入到有机分子中。例如，甲烷单加氧酶 CH4+NADH +O2 CH3-OH +NAD+H2O氧氧化化酶酶 主主要要催催化化以以氧氧分分子子为为电电子子受受体体的的氧氧化化反反应应，反反应应产产物物为为水水。在在各各种种脱脱氢氢反反应应中产生的氢质子和电子，最后都是以这种形式进行氧化的。中产生的氢质子和电子，最后都是以这种形式进行氧化的。第16页/共41页（四）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

6、化体系，以促进水的生成。MH2M递氢体递氢体H2 NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ还原型氧化型Cyt递电子体 b,c1,c,aa32H+2e O2O2-H2O脱氢酶氧化酶第17页/共41页定义呼吸链是代谢物上氢原子被脱氢酶激活脱落后，经一系列电子传递体，最后传递给被激活的氧分子而生成水的过程，又称电子传递体系或电子传递链。组成：递氢体和电子传递体（2H 2H+2e），存在于线粒体内膜上。1、呼吸链内膜脊膜第18页/共41页烟酰胺核苷酸类烟酰胺核苷酸类：主要作为一类不需氧脱氢酶的的辅酶。有NAD+和NADP+，大多脱氢酶以NAD+为辅酶。电子和氢离子一起被接受，还原型Co将氢移到NA

7、DH脱氢酶上。2 2 2 2、呼吸链中包括、呼吸链中包括5 5 5 5类电子载体：类电子载体：第19页/共41页黄素脱氢酶类黄素脱氢酶类 黄素酶（NADH脱氢酶）是黄素蛋白，其辅基FMN（FAD）接受2个氢原子成还原型的黄素单核苷酸。第20页/共41页FMN结构中含核黄素，发挥功能的部位是异咯嗪环，氧化还原反应时不稳定中间产物是FMN。第21页/共41页铁硫蛋白类铁硫蛋白类 NADH脱氢酶还有几个铁原子与硫原子结合，组合成铁-硫中心。其中铁原子可进行Fe2+Fe3+反应传递电子。表示无机硫表示无机硫 第22页/共41页辅酶辅酶Q Q类类 又称又称泛醌泛醌（CoQ)CoQ)，可接受多种脱氢酶脱下

8、的氢和电子转变为可接受多种脱氢酶脱下的氢和电子转变为泛醇泛醇（CoQHCoQH2 2），），处在呼吸链的中心地位。泛醇将电子传给细胞色素处在呼吸链的中心地位。泛醇将电子传给细胞色素bcbc1 1复合体，复合体，H H+释出。释出。第23页/共41页细胞色素类细胞色素类（cytochromes)是一类以铁卟啉（血红素）为辅基的蛋白质。广泛分布于生物细胞，由于呈现颜色，故称细胞色素。其作用靠铁的变价传递电子由CoQ传到氧。a、cytbc1复合体：含ctyb、ctyc1及铁-硫蛋白。b、cyt氧化酶：含ctya和ctya3。除含铁还含铜（Cu2+Cu+）c、cytc：在ctybc1复合体和cty氧化

9、酶间传递电子。第24页/共41页 传递体 作用 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）递氢体尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）递氢体 黄素蛋白（辅基为 FAD和 FMN）递氢体 铁硫蛋白（Fe-S）单电子传递体辅酶Q 递氢体细胞色素类 单电子传递体第25页/共41页复合体:NADH-Q（泛醌）还原酶u 功能功能:将电子从将电子从NADH传递给泛醌传递给泛醌(ubiquinone)复合体复合体NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN-2 由以上五种电子传递体组成4个复合体第26页/共41页复合体复合体的功能的功能 NADH+H+NAD+FMN

10、FMNH2还原型还原型Fe-S 氧化型氧化型Fe-S QQH2第27页/共41页复合体:琥珀酸-Q-Q（泛醌）还原酶u 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 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S3 第28页/共41页复合体:QH2（泛醌）-细胞色素c还原酶 u 功能：将电子从泛醌传递给细胞色素功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1第29页/共41页复合体:细胞色素c氧化酶u 功能：将电子从细胞色素功能：将电子从细胞色素c传递给氧传递给氧 复合体复合体还原型还原型C

11、yt c O2CuAaa3CuB 第30页/共41页1.NADH氧化呼吸链氧化呼吸链NADH 复合体复合体Q 复合体复合体Cyt c 复合体复合体O2糖、脂、蛋白质等有机物在氧化分解过程中脱下的氢，大部糖、脂、蛋白质等有机物在氧化分解过程中脱下的氢，大部分经此呼吸链氧化为水。分经此呼吸链氧化为水。3、体内两条重要的呼吸链2.FADH2氧化呼吸链 琥珀酸 复合体 Q 复合体Cyt c 复合体O2一般情况下琥珀酸、a-磷酸甘油氧化脱氢生成FADH2作为这条呼吸链的最初供体。第31页/共41页NADH氧化呼吸链氧化呼吸链 FADH2氧化呼吸链氧化呼吸链第32页/共41页电子传递链第33页/共41页三

12、、氧化磷酸化作用伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化。ADP+Pi+能量 ATPAMP+PPi+能量 ATP1.ATP的生成（1）底物水平磷酸化：在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP 生成ATP。X +ADP ATP+XP第34页/共41页（2）电子传递体系磷酸化(electron transport system)即：电子从NADH或FADH2经过电子传递体系传递给氧形成水，同时伴有ADP磷酸化为ATP。NADHFMNCoQbc1caa3O2PPP3ADP3ATPP/O比值：在电子传递体系磷酸化中，在一定时间内，每消耗

13、一摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数。根据所消耗的无机磷酸摩尔数，可间接测出ATP生成量。NADH的P/O=2.5FADH2的P/O=1.5 电子传递过程和磷酸化作用相耦联的部位，从NADH到分子氧的呼吸链中，有三处能使氧化还原过程释放的能量转化为ATP。第35页/共41页2.氧化磷酸化作用机理(mechanism)化学渗透学说(chemiosmotis hypothesis)氧化磷酸化作用的关键因素是质子（H+）梯度和完整的线粒体内膜。化学偶联学说形成高能中间产物，促使ATP生成。结构偶联学说 电子传递使线粒体内膜蛋白质组分发生构象变化而形成一种高能形式，然后将能量传递给ATP酶分子，形成ATP。

14、A*ox+ADP+Pi Aox+ATP第36页/共41页 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧胞液侧 基质侧基质侧+-化学渗透假说详细示意图第37页/共41页化学渗透学说：英国P.Mitchell于1961年提出的。主要论点：呼吸链存在于线粒体内膜之上，当氧化进行时，呼吸链起质子泵作用，质子被泵出线粒体内膜外侧，造成了膜内外两侧间跨膜的化学电位差，后者被膜上ATP合成酶所利用，使ADP与Pi合成ATP。第38页/共41页3.胞液中NADH的氧化磷酸化(oxidative phosphorylation of NADH in cytoplasm)NADH+H+NAD+二羟磷酸丙酮甘油-磷酸线粒体内膜甘油-磷酸穿梭作用（肌肉、神经组织）甘油-磷酸FAD二羟磷酸丙酮FADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2第39页/共41页酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+苹果酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADHNADH呼吸链呼吸链苹果酸-天冬氨酸转运NADH系统（肝、肾、心等组织）第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页