高级生物化学

乙醛酸循环 乙酰COA
脂肪
三羧酸循环
B
氨基酸
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B
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糖酵解与糖异生三个不可逆反应
(1) 葡萄糖
6-磷酸葡萄糖,已糖激酶催化
6-磷酸葡萄糖 葡萄糖,葡萄糖6-磷酸酶催化
(2)果糖-6-磷酸 激酶催化
果糖-1,6-二磷酸,磷酸果糖
H2O还原，产生O2。
暗反应利用NADPH和ATP还原CO2，并将CO2整合 到糖的三碳前体分子中。
B
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习题
1.根据下图所示,假定你将有活性的F1F0-ATP合酶重组到脂质体 上,重组时酶的朝向有两种,一种是头部(F1部分)朝外、柄部朝 内（F0），另一种是柄部朝外，头部朝内。这些脂质体外部的 环境都 是一样的，都含有ADP、Pi，pH都是7，但内部pH不同。
（物质循环中的重要一环）
乙酰CoA合成酶
乙酸 + ATP +CoASH → 乙酰CoA + H2O +AMP +PPi
B
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糖酵解
酶
辅基
已糖激酶
磷酸葡萄糖异 构酶
磷酸果糖激酶
抑制剂 ATP 柠檬酸
醛缩酶
磷酸丙糖异构 酶 磷 酸 甘 油 醛 脱 巯基 氢酶 磷酸甘油激酶
碘乙酸胺
磷酸甘油变位 酶 烯醇化酶
合成代谢（anabolism，同化作用）或称 生物合成，即从简单的成份合成生物大分 子。
通常分解代谢的反应是营养分子的放能反 应，由之释放的自由能用来驱动像合成代 谢反应、机械做功及克服浓度梯度进行分 子的主动运输等跨年度能过程。
B
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糖
戊糖磷酸途径(提供NADPH)
糖
酵
糖
解
异 生
丙酮酸
草酰乙酸
一些化合物如2,4-二硝基苯酚(DNP)可以 使电子传递与ATP合成解偶联。
氧化磷酸化抑制剂:寡霉素 离子载体抑制剂:
缬氨霉素
B
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抑制类型
抑制剂名称
作用位点或作用机制
呼吸链抑制剂
鱼藤酮、安米妥、杀粉菌素
复合体I
萎锈灵
复合体II
抗霉素Ａ
复合体III
氰化物、CO、H2S、叠氮化合物 复合体IV
丙 酮 酸 脱 氢 酶 复 合 辅酶Ａ
体 (丙酮酸脱氢酶 ＮＡＤ＋
二氢硫辛酰转乙酰 ＴＰＰ
基酶 二氢硫辛酸 硫辛酰胺
脱氢酶) CO2
ＦＡＤ
Ｍg2+
柠檬酸合酶
乌头酸酶 异柠檬酸脱氢酶CO2 α-酮戊二酸脱氢酶 复合体(α-酮戊二酸 脱氢酶 二氢硫辛 酰转琥珀酰酶 二 氢硫辛酸脱氢酶) CO2
琥珀酰-CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸酶 苹果酸脱氢酶
H CC O O H
CC O O H
C H O C O O H
H OCC O O H
H2
H
异柠檬酸
琥珀酸
乙醛酸
②
O H
苹果酸合成酶
C H O
+C H3 C O~SCoA
C O O H
H CC O O H
CC O O H +CoASH
H2
乙醛酸
乙酰CoA
苹果酸
只有一些植物和微生物有这样的途 径；
B
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Aurovertin
F1F0-ATP合酶抑 寡霉素、venturicidin
制剂
DCCD（二环已基碳二亚胺）
抑制F1 抑制F0 阻止质子通过质子F0通道
解偶联剂
DNP(2,4二硝基苯酚)、FCCP 缬氨霉素
生热素
脂溶性质子载体 钾离子载体，破坏电势能 质子通道
ATP/ADP交换体 苍术苷、米酵菌酸 抑制剂
70
B
71
B
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分解三个酶:糖原磷酸化酶,糖原脱支酶, 磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸酶
（1）预测哪几种脂质体可以合成ATP？
（2）如果将样品C转移到pH7、含有ATP的溶液中。脂质体腔内 含有对pH敏感的荧光染料，以此来检测pH的变化。有趣的是， 溶液内ATP水平在下降，而腔内的pH也在下降，试解释此现象。
B
43
2.酵母呼吸缺陷型突变株缺乏细胞色素c氧化酶, 它们的一个显著特点是发酵不被O2抑制,即它们 巴斯德效应.有人对应用这样的突变株使木屑发 酵产生酒精很感兴趣.对于大规模的酒清生产,使 用这些突变株有何优点?为什么细胞色素c氧化酶 的缺乏会消除巴斯德效应(当加入氧时,葡萄糖的 消耗减少)?
B
34
然而有氧代谢也有其缺点,许多生物和组 织仅仅依靠有氧代谢,则当氧气缺乏时它 们将遭受不可逆转的损伤.
有氧代谢还伴随产生少量活性氧代谢物, 长时间可能破坏细胞成分
B
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细胞色素P450
超氧化物歧化酶SOD
谷胱甘肽过氧化物酶
2GSH+H2O2
GSSG+2H2O
GSSG+NADPH+H+
果糖-1,6-二磷酸 磷酸酶催化
果糖-6-磷酸,果糖-1,6-二
(3)磷酸稀醇式丙酮酸 化
丙酮酸,丙酮酸激酶催
丙酮酸 草酰乙酸 苹果酸 磷酸稀醇式丙 酮酸, 分别由丙酮酸羧化酶,磷酸稀醇式丙酮酸 羧激酶催化.
B
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糖酵解与糖异生的调节作用
当葡萄糖缺乏时,血液中的胰高血糖素启 动环-AMP的级联效应使果糖二磷酸酶激活 ,而使磷酸果糖激酶-2受到抑制,结果使果 糖2,6二磷酸减少,反之.葡萄糖过剩,果糖 2,6二磷酸含量上升,使糖酵解加速而使糖 异生作用减弱.
B
3
B
4
ATP的磷酸基因转移势能和其他一些磷酸 化合物比较,处于中间地位。
ATP作为共同中间传递体的实质是传递能 量，它水解释放的自由能可推动一个在热 力学上不利的反应，使之能够顺利进行。
B
5
B
6
ATP合成的方式
1.底物水平磷酸化：底物的高能磷酸基团 直接转移给ADP生成ATP。
2.氧化磷酸化：是指在电子传递过程中, 释放的能量使ADP磷酸化成ATP的过程。又 称电子传递水平磷酸化。
8.假定你在pH7.0的无营养溶液中分离到一种 大肠杆菌的悬液.这些细胞不能合成ATP.如果 你突然在溶液中加入盐酸,使溶液pH降到4.0, 那么细胞内的ATP水平会有什么变化?这种变化 是暂时的还是持续的?
B
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第二部分 代谢
分解代谢（catabolism，异化作用）或称 降解,即营养物或细胞组分被分解来补救 它们的成份和产生能量。
Ｍg2+ Mn2+ 辅酶Ａ
ＮＡＤ＋ ＴＰＰ 硫辛酰胺 ＦＡＤ Ｍg2
B
乙酰CoA
Ｃa2+ NAD+
ＮＡＤＨ
CoA
砷化物 碘乙酸胺
柠檬酸 NADH 琥珀酰CoA 丙酮酰CoA
乙 酰 CoA 草酰乙 酸
氟乙酸
NADH ATP
NADH 琥珀酰CoA 砷化物 碘乙酸胺
ADP Ｃa2+ Ｃa2+
丙二酸
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B
3.光合磷酸化：由光驱动的ATP合成。
B
7
底物水平磷酸化
在细胞内凡是有ATP作为磷酸基因供体的 酶促反应，ATP都是以Mg2+ATP2-的形式参 加反应。
Mg2+ATP2-的结构式
Mg2+ADP-的结构式
B
8
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9
电子传递与氧化磷酸化
线粒体——细胞的发 电厂
含有丙酮酸脱氢酶系、柠檬酸循 环的酶系、催化脂肪酸氧化的酶 和参与电子传递和氧化磷酸化的 酶以及氧化还原的蛋白。
5.利用基因敲除技术使小鼠缺乏腺苷酸交换体 ，小鼠能够生存，但具有以下病理特征：
（1）血清中含有高水平的乳酸、丙氨酸和琥珀酸 。
（2）电子传递几乎没有
（3）线粒体内过氧化氢的水平是正常的3倍
解释以上现象
6.最近人们对一种来自食用海藻体内的物质—
—岩藻黄质的研究发现，大鼠和小鼠在摄入岩
藻黄质后，可导致白色脂肪组织内的解偶联蛋
B
10
电子传递
NADH氧化反应是高效放能的 1molNADH被O2氧化伴随释放218KJ自由能 由ADP和Pi合成1molATP所需自由能是
30.5KJ 1分子NADH大约产生３(2.5)分子ATP 1分子FADH2大约产生2(1.5)分子ATP
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B
这种途径对于植物和微生物意义重大！
两分子乙酰CoA只产生2分子NADH和1 分子FADH2，意义不在于产能，在于 生存。
Ⅰ.种子发芽
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脂
代 油类植物种 谢 子中的油
乙酰CoA
乙醛酸循环
草酰乙酸 糖异生
糖
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Ⅱ原始细菌生存
乙酸
NH3
乙醛酸循环
四碳、 转化 六碳化
合物
乙酸菌
生存
以乙酸为主要食物的细菌
ATP,AMP,柠檬酸对两个途径的调节
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（2）乙醛酸循环——三羧酸循环支路
CoASH
乙醛酸循环
乙酰CoA
草酰乙酸
பைடு நூலகம்CoASH
乙酰CoA 乙
醛
②酸
柠檬酸 ①
异柠檬酸
三羧酸循 环在异柠 檬酸与苹 果酸间搭 了一条捷 径。（省 了6步）
苹果酸 三羧酸循环
琥珀酸
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①
+ H2 CC O O H异柠檬酸裂解酶H2 CC O O H
16
ATP的合成
ATP合成机制最有说服力的是1961年由 Peter Mitchell 提出的化学渗透原理
(chemiosmotic theory)
氧化磷酸化要求完整的线粒体内膜
线粒体内膜对H+、OH-、K+和Cl-等离子不通透，它们的自由扩 Peter Mitchell,
散将会消减电化学梯度
白1（UCP1）表达，而UCP1只在褐色脂肪组织中
表达，褐色脂肪组织在成人体内几乎已不存在
。对于这样的发现有什B么意义？
45
7.ATP合酶的F0亚基质子通道的功能可受到二 环已基碳二亚胺(DCCD)对其单一侧链基团的修 饰而被阻断.受DCCD作用的最有可能的氨基酸 残基是哪些?如何使用定点突变的手段加以验 证?
高级生物化学
赵永斌 吉林师范大学
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1
生物能量及ATP 代谢 基因表达调控 蛋白质及酶
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2
第一部分 生物能量与ATP
ATP－细胞的能量货币 “货币代谢物（currency metabolites）
或者通用代谢物”是指可在细胞全局范围 内像货币一样流通的代谢物，如能量货币 ATP以及以辅助因子的形式出现的辅酶 NADH 和NADPH。它们的作用主要在于协调 代谢流的流量和方向，使受它（它们） 控制的途径成为代谢网络整体的一部分。
丙酮酸激酶 CO2
氟化物 ATP 丙氨酸 F+
B
激活剂 果 糖 -2,6-二磷酸 AMP
果糖-1,6-二磷酸
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糖异生
丙 酮 酸 羧 化 生物素 酶
磷酸烯醇式 丙酮酸羧激 酶
果 糖 -1,6-二 磷酸酶 葡 萄 糖 -6-磷 酸酶
ADP
乙酰CoA
果 糖 -2,6-二 柠檬酸 磷酸
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三羧酸循环
Walker发表了0.28nm分 辨率的牛心线粒体晶体 结构,为此与Boyer分享 了1997年的诺贝尔化学 奖.
Noji的实验证实了旋转 催化假说的正确性.
John E. Walker
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线粒体的转运系统
细胞质的还原当量转运进入线粒体 ADP-ATP转运体 Ca2+转运
3.加入寡霉素到线粒体中会显著降低电子传递速 度及ATP形成速度.接着加入DNP则增加电子传递 速度而ATP形成速度不变,寡霉素抑制什么?
4.当供给充分的底物异柠檬酸、无机磷、ADP和 氧，分别用鱼藤酮、抗霉素A和氰化物作为抑制 剂时，线粒体中的NAD、NADH脱氢酶、细胞色素c 、细胞色素b、细胞色素B a的氧化还原状态？ 44
谷胱甘肽还原酶
2GSH+NADP+
B
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光合磷酸化
2H2O 光 O2+4[H.]
4[H.]+CO2
(CH2O)+H2O
在光反应中,特定的色素分子捕获光能而被氧
化,再经一系列电子传递反应最终将NADP+还
原为NADPH，产生的跨膜质子梯度中蕴含的能
量促使ADP+Pi合成ATP。氧化态的色素分子被
抑制线粒体基质内的 ATP与 细胞质内的ADP之间交换
B
31
棕色脂肪组织 解偶联产热
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32
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有氧代谢的生理意义
并非所有的生物都能进行氧化磷酸化,然 而具有这种功能的生物确实能从有限量的 代谢燃料中获得更多的能量.
1分子葡萄糖的无氧酵解只产生2分子ATP 1分子葡萄糖的有氧代谢可产生38分子ATP
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细胞质中的NADH必须进入线粒体的电子传 递链以便进行有氧氧化，但线粒体内膜没 有NADH转运蛋白
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苹果酸—天冬氨酸穿梭 malate-aspartate shuttle
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磷酸甘油穿梭 Glycerophosphate shuttle
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氧化磷酸化解偶联
电子传递与氧化磷酸化相偶联是基于线粒 体内膜的不通透性，致使电子传递时因H+ 产生的跨膜电化学梯度得以建立。
1920–1992
电子传递导致H+被运出完整线粒体，因而产生一个可测量的跨 线粒体内膜的电化学梯度
某些因能增加线粒体内膜对质子的通透性而消减电化学梯度的 化合物，能使电子传递继续进行，但是却抑制ATP合成，相反 ，增加线粒体内膜外侧的酸性将刺激ATP合成。
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Paul Boyer
提出了ATP合成酶的结合 变化和旋转催化机制