第6章-讲义-代谢总论与生物氧化
关于新陈代谢总论和生物氧化课件
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。
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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
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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。
第六章 新陈代谢总论与生物氧化
第六章新陈代谢总论与生物氧化一、解释名词1．生物氧化：2．有氧呼吸与无氧呼吸：3．呼吸链4．氧化磷酸化5. P/O比6.末端氧化酶二、是非题:1．物质在空气中燃烧和在体内的生物氧化的化学本质是完全相同的。
2．生物界NADH呼吸链应用最广。
3．当一个体系的熵值减少到最小时该体系处于热力学平衡状态。
4．在生物氧化体系内，电子受体不一定是氧，只要它具有比电子供体较正的E0′时呼吸作用就能进行。
5．各种细胞色素组分，在电子传递体系中都有相同的功能。
6．呼吸链中氧化还原电位跨度最大的一步是在细胞色素aa3-O2之间。
7．呼吸链细胞色素氧化酶的血红素辅基Fe原子只形成5个配位键，另一个配位键的功能是与O2结合。
8．解偶联剂的作用是解开电子传递和磷酸化的偶联关系，并不影响ATP的形成。
9．鱼藤酮不阻止苹果酸氧化过程中形成的NADH+H+通过呼吸链生成ATP10．寡霉素对氧消耗的抑制作用可被2，4-二硝基苯酚解除。
11．6—磷酸葡萄糖含有高能磷酸基团，所以它是高能化合物。
12．从低等单细胞生物到最高等的人类，能量的释放、贮存和利用都以ATP为中心。
13．ATP虽然含有大量的自由能，但它并不是能量的贮存形式。
14．ATP在高能化合物中占有特殊地位，它起着共同的中间体的作用。
15．有机物的自由能决定于其本身所含基团的能量，一般是越稳定越不活泼的化学键常具有较高的自由能。
16．磷酸肌酸是ATP高能磷酸基的贮存库，因为磷酸肌酸只能通过这唯一的形式转移其磷酸基团。
三、填空题1．生物体内形成ATP的方式有:⑴__________________、⑵___________________和⑶________________________。
2．代谢物在细胞内的生物氧化与在体外燃烧的主要区别是、和。
3．生物氧化主要通过代谢物的反应实现的，H2O是通过形成的。
4．化学反应过程中，自由能的变化与平衡常数有密切的关系，ΔG0′＝。
6．在氧化还原反应中，自由能的变化与氧化还原势有密切的关系，ΔG0＝。
第六章代谢总论和生物氧化
COOCH NH3+
CH2
CH2 H3C S+ A
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2）ATP的特殊作用 1）细胞内放能反应、需能反应的化学偶联剂 2）磷酸基转移的作用 Glc进入血液中，磷酸化（唯一出路） G-6-P Glc的一种活化形式 已糖激酶催化：Glc+ATP→G-6-P+ADP。 3一磷酸甘油：甘油活化形式，参与脂肪合成 甘油激酶：甘油+ATP→3一磷酸甘油+ADP
（脂、多糖、蛋白质、核酸等） 需要能量：ATP
电子载体（NADH、NADPH和FADH2）
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（六）生物体内能量代谢的基本规律
能量代谢 伴随着生物体的物质代谢所发生的一系列的 能量转变
热力学第一定律：能量守恒 热力学第二定律：任何一种物理或化学的过程都自发地趋
向于增加体系与环境的总熵
2.代谢研究的主要内容: 1).营养物质的摄入 2).营养物质的消化和降解：由大分子形成小分子 3).由小分子物质合成自身需要的各种生物分子 4).提供和储存生命活动所需要的能量
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（二）代谢作用的特点 1、中间代谢极强的顺序性 2、条件温和，酶催化 3、自我调节 4、代谢中每一步反应都涉及到物质和能量
R－CHNH2－COOH R－CH2NH2 ＋ CO2
HH
H
H
OH OH
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c、烯醇式磷酸化合物
COOH O CO P CH2 O
O 磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
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（2）氮磷键型
储存能量
生物化学 代谢总论与生物氧化
～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
(推荐)陈代谢总论和生物氧化
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。
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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
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④ 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
COO-
CH
N
H
+ 3
CH2
CH2 H 3C S + A
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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）
第6章代谢总论与生物氧化
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）
生物化学：第6章 新陈代谢总论与生物氧化
第6章新陈代谢总论与生物氧化 (Biological Oxidation)6 新陈代谢总论与生物氧化小分子 大分子合成代谢（同化作用）需要能量释放能量分解代谢（异化作用）大分子 小分子物质代谢能量代谢新陈代谢信息交换6.1 新陈代谢总论新陈代谢的概念及内涵6.1.1 新陈代谢的研究方法1，活体内（in vivo）和活体外实验（in vitro）2，同位素示踪法3，代谢途径阻断法4，突变体研究法6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律1、自由能的概念(1)热力学第一定理: 能量守恒。
(1) 热力学第二定理：自发过程是向着能量分散 程度(熵，S)增大的方向进行。
(3) 自由能：在恒温恒压下,体系可以用来对环境 作功的那部分能量。
(4)自由能变化的公式:△G=△H- T△S△G＜0 反应自发△G＞0 需要能力才能向正反应进行△G=0 反应处于平衡状态6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、反应标准自由能的变化及其与平衡常数的关系（1）标准自由能： G o′自由能与标准自由能△G = △G o′+ RTln[C][D]/[B][A]当△G = 0时， △G o′= -2.303RTlgK′标准自由能的可加性6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律3、氧化还原电位（1）E：在氧化还原反应中,自由能的变化与反应物供出或得到电子的趋势成比例,这种趋势用数字表示,即为氧化还原电位.（2）Ｅ、E o与E o′（3）E o′的含义——其值越小表示所带电子越多，还原能力越强△G o′= -nF △E o ′△E o ′＞０，表示反应能自发进行4、氧化还原电位与自由能的关系检流计盐桥ZnSO 4CuSO 4e+-负极反应: Zn - 2e =Zn 2+ E 0 Zn 2+/ Zn = - 0.76V 正极反应: Cu 2++2e= Cu E 0 Cu 2+/ Cu =+ 0.34V ΔE 0 = E 0正极-E 0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、 ATP 是生物细胞内能量代谢的偶联剂ATP + H 2O ADP +Pi 释放能量30.5kJ/mol ADP + Pi ATP 吸收能量30.5kJ/molATP ——最常见的高能磷酸化合物，具有高能磷酸基团，能量通货。
代谢总论和生物氧化培训课件
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
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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
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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。
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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
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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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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)
递电子体 Cyt b, c1, c, aa3
氧化型
2e
½ O2 O2- H2O
2H+
（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)。
~
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
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
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。
ATP合成酶
外膜 膜间隙
基质
琥珀 延胡索 酸酸
化学势差
电势差
内碱
质子驱动力 推动ATP合
成
内负
内 膜
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。
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
O 草酰乙酸
丙酮酸羧化酶 （ β -脱羧）
CH3CCOOH + CO2 O
(2)氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）
ATP（三磷酸腺苷） - 30.5 kJ/mol
磷氮型高能磷酸化合物：
- 43.1 kJ/mol
非磷酸高能化合物： (1) 硫酯键型高能化合物 （例）
乙酰辅酶A – 31.4 kJ/mol
(2) 甲硫型高能化合物 （例）
– 41.8 kJ/mol
ATP的特殊作用
NH2
N
-
O O-P -O
肌酸磷酸 激酶
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：
1. 直接的电子转移
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+
第6章--代谢总论与生物氧化
精品jing
易水寒江雪敬奉
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
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。
该类酶均为不需氧脱氢酶，即不以氧为直接 受氢体。在这类酶的作用下，代谢物脱下的氢被 其辅酶接受而转变为NADH或NADPH；当有受H 体存在时， NADH或NADPH上的H可被脱下而氧 化为NAD+或NADP+。所以它既是一种脱氢酶，也是一
种还原酶。
还原
氧化
（2） 黄素脱氢酶类－－以FMN或FAD为辅基的 脱氢酶类
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 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： 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 氢， 不能使NADH或NADPH脱氢
3、呼吸链的组成 （1）烟（尼克）酰胺脱氢酶类－－以NAD+或 NADP+为辅酶的脱氢酶，已知的有200多种
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
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。
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。
2. 能量逐步释放，部分存于ATP中。 3. 分为线粒体氧化体系和非线粒体氧化体系。
该类酶也属不需氧脱氢酶，催化代谢物脱下
一对H原子，使FMN或FAD还原为FMNH2ADP+ 更强的 氧化剂。
ΔG = ΔH - TΔS
对于 A + B ←→ C + D ΔG°= - 2.303 RT lgK K = [C][D] / [A][B]
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
甲硫键化合物
磷氧型高能磷酸化合物：
（1）烯醇式磷酸化合物(例)
- 61.9 kJ/mol
(2)酰基磷酸化合物（例）
- 42.3 kJ/mol
（3）焦磷酸化合物（例）
焦磷酸 - 28.84 kJ/mol
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。
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，以促进水的生成。