生物化学101112代谢总论能量代谢与生物氧化
合集下载
新陈代谢总论与生物氧化(用)
TCA途径转变成含羧基的化合物，然后脱 羧基而生成
➢ 水：通过电子传递过程实现
电子传递过程
➢ 电子从还原型辅酶，通过一系列按照电 子亲和力递增的顺序排列的电子传递体 所构成的电子传递链传递到氧的过程。
➢ 构成电子传递链的电子传递体都是一些 具有氧化还原作用的电子载体。
生物氧化体系—呼吸链
(respiratory chain)
➢ 线粒体有两层膜结构，外膜对小分子 （Mr5000）和离子为自由透过（通过跨膜通 道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包 括H+），只有内膜上存在特异运输体的物质可 以透过。内膜上含有呼吸链和ATP合成酶。
➢ 线粒体基质含有丙酮酸脱氢酶复合物和柠檬酸 循环途径、脂肪酸-氧化途径、氨基酸氧化途 径及酵解以外所有能量物质氧化途径。
生物氧化的概念
➢相当于分解（异化）作用。
➢生物氧化是指糖类、脂类和蛋 白质等在生物活细胞内进行的 一系列的氧化分解作用，最终 生成H2O和CO2,同时释放能量 的过程，又称细胞呼吸或组织 呼吸。
生物氧化发生的场所
➢ Lehninger发现，线粒体是真核生物氧化磷酸 化的场所，开始了生物能传导的新世代。
➢ 生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问 题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶 催化的反应脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生 成水，并产生ATP的问题。
➢ 定义：又称电子传递链，是指代谢物上脱下的氢 经过一系列递氢体和递电子体的依次传递，最后 传给被激活的氧分子，从而生成水的全部体系， 如同接力棒一样，这种形式的反应——呼吸链。
线粒体结构
生物氧化的方式与特点
1.方式 脱电子、 脱氢 、加氧，本质：电子转移
2.特点 逐步进行，逐步完成，有合适的落差，相互偶 联。 在体温下，在细胞内酶的催化下逐步完成的。 释放的能量大部分储存在ATP中，能量利用率 高。
➢ 水：通过电子传递过程实现
电子传递过程
➢ 电子从还原型辅酶，通过一系列按照电 子亲和力递增的顺序排列的电子传递体 所构成的电子传递链传递到氧的过程。
➢ 构成电子传递链的电子传递体都是一些 具有氧化还原作用的电子载体。
生物氧化体系—呼吸链
(respiratory chain)
➢ 线粒体有两层膜结构，外膜对小分子 （Mr5000）和离子为自由透过（通过跨膜通 道）。内膜对大多数小分子及离子不透过（包 括H+），只有内膜上存在特异运输体的物质可 以透过。内膜上含有呼吸链和ATP合成酶。
➢ 线粒体基质含有丙酮酸脱氢酶复合物和柠檬酸 循环途径、脂肪酸-氧化途径、氨基酸氧化途 径及酵解以外所有能量物质氧化途径。
生物氧化的概念
➢相当于分解（异化）作用。
➢生物氧化是指糖类、脂类和蛋 白质等在生物活细胞内进行的 一系列的氧化分解作用，最终 生成H2O和CO2,同时释放能量 的过程，又称细胞呼吸或组织 呼吸。
生物氧化发生的场所
➢ Lehninger发现，线粒体是真核生物氧化磷酸 化的场所，开始了生物能传导的新世代。
➢ 生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问 题，即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶 催化的反应脱氢、递氢和递电子，把氢交给氧生 成水，并产生ATP的问题。
➢ 定义：又称电子传递链，是指代谢物上脱下的氢 经过一系列递氢体和递电子体的依次传递，最后 传给被激活的氧分子，从而生成水的全部体系， 如同接力棒一样，这种形式的反应——呼吸链。
线粒体结构
生物氧化的方式与特点
1.方式 脱电子、 脱氢 、加氧，本质：电子转移
2.特点 逐步进行，逐步完成，有合适的落差，相互偶 联。 在体温下，在细胞内酶的催化下逐步完成的。 释放的能量大部分储存在ATP中，能量利用率 高。
第六章代谢总论和生物氧化
COOCH NH3+
CH2
CH2 H3C S+ A
2021年1月11日星期一
38
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）
2021年1月11日星期一
16
（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
2021年1月11日星期一
6
（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
2021年1月11日星期一
34
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
2021年1月11日星期一
35
（2）氮磷键型
储存能量
生物化学101112代谢总论能量代谢与生物氧化
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
④ 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
COOCH NH3+
CH2
CH2 H3C S+ A
2.ATP的作用（自学）
机械能（运动） 分解代谢 ATP 化学能（合成作用）
~ 渗透能（分泌、吸收、离子泵 电能（生物电）
代谢底物 ADP 热能（维持体温）
光能（生物发光）
第二节 生物氧化
F1 particle is the catalytic subunit; The F0 particle attaches to F1 and is embedded in the inner membrane.
F1: 5 subunits in the ratio 3:3:1:1:1
F0: 1a：2b：12c
O2-
H2O
（ NADH-泛 醌 还 原 酶 ）
CoQ
Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ Fe -S
Cyt-Fe2+
2eCyt-Fe3+
Cyt-Fe2+
2
e－21 O2
b
c1
c
a
a3
Fe -S
CoQH2 2e- Cyt-Fe3+
Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ O2- H2O
2.氧化进行过程中，必然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。通过加水脱 氢作用直接参予了氧化反应。
4.在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常
由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
(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）
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）
代谢总论和生物氧化
催化剂
酶
无
能量释放的速度
缓慢
快速
能量释放的形式 主要以生成ATP等高
热
能化合物的形式释放
产生CO2与H2O 进行广泛的加水脱氢 氧直接与碳、 的方式 反应，间接得氧，脱 氢结合，生
下的氢与氧结合成水；成CO2与H2O。
有机酸脱羧产生CO2。
19
OO== O=
O= O=
生物氧化中CO2的生成方式： 有机酸脱羧
15
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
16
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。
600g×10min 15,000g×5min 100,000g×60min
11
研究代谢途径的方法
1. 代谢平衡实验
通过体内实验研究代谢物摄入和产物排出 的平衡关系。例如测定呼吸商可判断体内能量 来源。
R.O. =
产CO2量（L） 耗O2量（L）
糖、脂、蛋白质等营养物质在体内氧化分解需要消 耗O2，放出CO2，CO2与O2的体积比称为呼吸商。
S e1 A e2 B e3 C e4 D e5 P
7
代谢作用的特点
代谢过程所包含的化学反应通常不是一步完成， 由一系列的中间代谢过程所组成，反应数目虽多， 但有极强的顺序性。
代谢作用需要温和的条件，绝大多数反应都由酶 所催化。
代谢作用具有高度灵敏的自我调节。
生物化学——第五章新陈代谢总论与生物氧化修改
★ ATP是细胞内的“能量通货” ★ ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
14 2-磷酸烯醇式丙酮酸
磷 酸 基 团 转 移
12 10 8 6
1,3-二磷 酸甘油酸
磷酸
～P ～P
能4
2
0
～P ATP ～P
～P
磷酸肌酸 （磷酸基团储备物）
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油
生物系统中的能流
UTP、CTP、GTP的不同作用
• 在体内：包括整体器官或微生物细胞群进行研究 Knoop：脂肪酸的β－氧化学说，以犬为研究对象的 “体内研究”
• 在体外：用组织切片、匀浆提取液为原料进行研究三 羧酸循环、糖酵解、氧化磷酸化的研究 体外实验可同时进行多样本研究，可进行多次重复试 验。
2020/4/20
三、自由能和高能化合物
1、自由能
• 最常见最多的高能化合物：高能磷酸化合物
2020/4/20
高 能 化 合 物 类 型
3、ATP的特点
ATP:磷酸脂键、磷酸酐键 ATP分子水解释放自由能很大（ΔG°′= -30.51千焦/ 摩尔）。
O
O
O
腺嘌呤—核糖—
O
—
P
α —
O
—
β P—
O
—
P
γ—
O-
O-
O-
O-
Mg2+
ATP的特殊作用
2020/4/20
（1）烟酰胺脱氢酶类
特点：以NAD+ 或NADP+为辅酶，存在于线粒体 、基质或胞液中。
传递氢机理:
NAD(P) + + 2H+ +2e
2020/4/20
NAD(P)H + H+
14 2-磷酸烯醇式丙酮酸
磷 酸 基 团 转 移
12 10 8 6
1,3-二磷 酸甘油酸
磷酸
～P ～P
能4
2
0
～P ATP ～P
～P
磷酸肌酸 （磷酸基团储备物）
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油
生物系统中的能流
UTP、CTP、GTP的不同作用
• 在体内：包括整体器官或微生物细胞群进行研究 Knoop：脂肪酸的β－氧化学说，以犬为研究对象的 “体内研究”
• 在体外：用组织切片、匀浆提取液为原料进行研究三 羧酸循环、糖酵解、氧化磷酸化的研究 体外实验可同时进行多样本研究，可进行多次重复试 验。
2020/4/20
三、自由能和高能化合物
1、自由能
• 最常见最多的高能化合物：高能磷酸化合物
2020/4/20
高 能 化 合 物 类 型
3、ATP的特点
ATP:磷酸脂键、磷酸酐键 ATP分子水解释放自由能很大（ΔG°′= -30.51千焦/ 摩尔）。
O
O
O
腺嘌呤—核糖—
O
—
P
α —
O
—
β P—
O
—
P
γ—
O-
O-
O-
O-
Mg2+
ATP的特殊作用
2020/4/20
（1）烟酰胺脱氢酶类
特点：以NAD+ 或NADP+为辅酶，存在于线粒体 、基质或胞液中。
传递氢机理:
NAD(P) + + 2H+ +2e
2020/4/20
NAD(P)H + H+
新陈代谢总论和生物氧化
第二篇
代
谢
第七章 新陈代谢总论与生物氧化
一、新陈代谢总论
二、生物氧化
新陈代谢的概念
生物氧化的特点
新陈代谢的研究方法
生物体内能量代谢的基本规律 高能化合物与ATP的作用
生物氧化中CO2的生成
生物氧化中水的生成 氧化磷酸化作用
一、新陈代谢总论
1.1 新陈代谢的概念 是生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程。这 是生物最基本的特征，也是生命存在的前提。 合成代谢 (同化作用)
(4) 其它贮能物质：磷酸肌酸 在肌肉、神经组织，磷酸肌酸是主要的贮能物 质，但是它含有的能量需转化成ATP后再利用。
二、生物氧化(Biological oxidation)
2.1 概述 2.2 生物氧化中CO2的生成 2.3 生物氧化中H2O的生成 2.3.1 呼吸链 2.3.2 呼吸链的组成 2.3.3 呼吸链中传递体的顺序 2.4 氧化磷酸化 2.4.1 ATP的生成 2.4.2 胞浆中NADH的氧化磷酸化 2.4.3 氧化磷酸化中ATP的合成部位 2.4.4 氧化磷酸化的偶联机制
2.2 生物氧化中CO2的生成
生物体内CO2的生成来源于含羧基的有机化合物的脱羧作用。 • 直接脱羧 丙酮酸脱羧酶 CH3CCOOH O HOOCCH2CCOOH O (-脱羧) CH3CHO + CO2 CH3CCOOH + CO2 O
丙酮酸羧化酶 (-脱羧)
• 氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化(脱氢)。 NADP+ NADPH + H+ CH3CCOOH + CO2 O
氧化酶
½ O2
NAD+、FMN、 FAD、COQ
代
谢
第七章 新陈代谢总论与生物氧化
一、新陈代谢总论
二、生物氧化
新陈代谢的概念
生物氧化的特点
新陈代谢的研究方法
生物体内能量代谢的基本规律 高能化合物与ATP的作用
生物氧化中CO2的生成
生物氧化中水的生成 氧化磷酸化作用
一、新陈代谢总论
1.1 新陈代谢的概念 是生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程。这 是生物最基本的特征，也是生命存在的前提。 合成代谢 (同化作用)
(4) 其它贮能物质：磷酸肌酸 在肌肉、神经组织，磷酸肌酸是主要的贮能物 质，但是它含有的能量需转化成ATP后再利用。
二、生物氧化(Biological oxidation)
2.1 概述 2.2 生物氧化中CO2的生成 2.3 生物氧化中H2O的生成 2.3.1 呼吸链 2.3.2 呼吸链的组成 2.3.3 呼吸链中传递体的顺序 2.4 氧化磷酸化 2.4.1 ATP的生成 2.4.2 胞浆中NADH的氧化磷酸化 2.4.3 氧化磷酸化中ATP的合成部位 2.4.4 氧化磷酸化的偶联机制
2.2 生物氧化中CO2的生成
生物体内CO2的生成来源于含羧基的有机化合物的脱羧作用。 • 直接脱羧 丙酮酸脱羧酶 CH3CCOOH O HOOCCH2CCOOH O (-脱羧) CH3CHO + CO2 CH3CCOOH + CO2 O
丙酮酸羧化酶 (-脱羧)
• 氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化(脱氢)。 NADP+ NADPH + H+ CH3CCOOH + CO2 O
氧化酶
½ O2
NAD+、FMN、 FAD、COQ
生物化学第八章 新陈代谢总论与生物氧化知识点归纳
CH4+NADH + O2
CH3OH+ H2O +NAD+
氧化酶
催化以氧分子为电子受体的氧化反应
细胞色素c氧化酶
2细胞色素c （Fe2+） + 1/2O2 +2H+
2细胞色素c （Fe3+）+H2O
3. 脱羧氧化
(1)直接脱羧作用
CH3COCOOH
CH3CHO + CO2
丙酮酸
丙酮酸脱羧酶 乙醛
CO2来源于氧化 代谢中间产物羧
生物氧化
有氧氧化 无氧氧化
一、生物氧化概述
1、有氧氧化： 需氧生物和兼性好氧生物有氧条件下，以分子氧作为最终电
子受体，将能源物质完全氧化分解成CO2和H2O，同时释放能量 用于ATP的合成 (底物燃烧完全，产能多。)
2、无氧氧化： 在无氧条件下，最终的电子受体是氧化型物质，或某些外源性电子 受体，将能源物质不完全氧化分解。（底物燃烧不完全，产能少）。
酵解途径中1，6-二磷酸果糖裂解生成了2分子三碳糖。
4.突变体研究法
1、基因突变
大肠杆菌 基因突变
酶缺失
β-半乳糖 苷酶缺失
该酶作用的底物 积累，产物缺失
乳糖堆积
2. 营养缺陷型微生物或人类遗传性代谢病的研究 糖尿病例研究蛋白质与糖、脂代谢的关系 生糖氨基酸和生酮氨基酸的确定
5.测定特征性酶
△G0′= -nF△E0′=-nF (E0' 受体-E0' 供体）
△G0´：氧化还原反应的标准自由能变化，单位为kJ/mol； n：转移的电子数目； F：法拉第常数，其值为96.485kJ/(V∙mol) △E0´：为两个氧还对之间标准氧化还原电势差值；
第五章新陈代谢总论与生物氧化-PPT精品文档
还原型
Cyt递电子体 b, c1, c, aa3
½ O2
O2H2O
递氢体H2
2e
氧化型
2H+
六、氧化酶类
1.电子转移酶 如：细胞色素类，
这是一类催化氧化还原反应的酶， 其辅基是血红素，作用部位是血红
S1
Fe
3+
P2
P1
Fe
2+
S2
素中的铁离子，接受电子和释放电
子催化反应
OH OH
2+
2. 氧化酶： （ 1）一般氧化酶：单独使底物脱 氢，并把氢交给氧的酶类，如一酶 体系中的多酚氧化酶。
热能
……
CO2+H2O
有机物
ATP
Hale Waihona Puke 烯醇磷酸化合物 磷氧型 酰基磷酸化合物
磷酸化合物
磷氮型
焦磷酸化合物
高能化合物
硫酯键化合物
非磷酸化合物
甲硫键化合物
六、、能量代谢与物质代谢的关系
异氧生物分解有机营养物质并产生ATP的三个阶段：
多糖 单糖 脂肪 甘油 脂肪酸 氨基酸
第二阶段
蛋白质
第一阶段
乙酰辅酶 乙酰辅酶A A
AH2 酶 A
1/2O2
H2O
一酶体系
AH2 1/2O2
酶1
酶2
酶3
……
酶n
A
H2O
多酶体系
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化体系， 以促进水的生成。 脱氢酶 氧化酶
MH 2
M
递氢体
NAD+、NADP+、 FMN、FAD、COQ
(推荐)代谢与生物氧化总论
第七章 代谢与生物氧化总论
1
本章主要内容
•第一节 新陈代谢 •第二节 合成代谢 •第三节 分解代谢 •第四节 代谢中的能量物质 •第五节 代谢调节 •第六节 生物氧化
2
教学目标
•1．掌握新陈代谢的定义与分类； •2．掌握生物氧化的定义和特点； •3．了解高能化合物的结构特点； •4．了解呼吸链的结构特点。
中间代谢：代谢中的一系列酶促反应。
代谢途径有以下特点
1 .具有多样性。
2 .没有完全可逆的代谢途径
3 .各途径有确定的细胞定位
4 .各途径通过共同的中间代谢物或能量相互联系
5 .受限速酶的调控
5
第二节 合成代谢的特点
一、阶段性和趋异性
合成代谢途径具有阶段性，分别在细胞内不同区域完成。
趋异性是指同一底物最终会形成多种产物。
催化NADH氧化、CoQ还原
(2)复合体Ⅱ(琥珀酸:泛醌氧化还原酶)
催化琥珀酸氧化、CoQ还原
(3)复合体Ⅲ(UQH2 :细胞色素C氧化还原酶)
催化还原性CoQ氧化、Cytc还原
(4)复合体Ⅳ(Cytc:细胞色素氧化酶)
催化Cytc氧化、O2还原
(5)复合体Ⅴ(ATP合成酶)
合成ATP
21
3．呼吸链抑制剂
ADP + H2O AMP + Pi
10
• ATP及其它核苷三磷酸的生物学功能
ATP是生物体内最重要的供能物质，提供合成 代谢或分解代谢初始阶段所需的能量，如脂肪酸 和氨基酸；供给机体生命活动所需的能量。
此外，UTP参与多糖合成；CTP参与脂类合成； GTP参与蛋白质合成 。
11
• 其它高能化合物有：
19
二、氧化呼吸链
1
本章主要内容
•第一节 新陈代谢 •第二节 合成代谢 •第三节 分解代谢 •第四节 代谢中的能量物质 •第五节 代谢调节 •第六节 生物氧化
2
教学目标
•1．掌握新陈代谢的定义与分类； •2．掌握生物氧化的定义和特点； •3．了解高能化合物的结构特点； •4．了解呼吸链的结构特点。
中间代谢：代谢中的一系列酶促反应。
代谢途径有以下特点
1 .具有多样性。
2 .没有完全可逆的代谢途径
3 .各途径有确定的细胞定位
4 .各途径通过共同的中间代谢物或能量相互联系
5 .受限速酶的调控
5
第二节 合成代谢的特点
一、阶段性和趋异性
合成代谢途径具有阶段性，分别在细胞内不同区域完成。
趋异性是指同一底物最终会形成多种产物。
催化NADH氧化、CoQ还原
(2)复合体Ⅱ(琥珀酸:泛醌氧化还原酶)
催化琥珀酸氧化、CoQ还原
(3)复合体Ⅲ(UQH2 :细胞色素C氧化还原酶)
催化还原性CoQ氧化、Cytc还原
(4)复合体Ⅳ(Cytc:细胞色素氧化酶)
催化Cytc氧化、O2还原
(5)复合体Ⅴ(ATP合成酶)
合成ATP
21
3．呼吸链抑制剂
ADP + H2O AMP + Pi
10
• ATP及其它核苷三磷酸的生物学功能
ATP是生物体内最重要的供能物质，提供合成 代谢或分解代谢初始阶段所需的能量，如脂肪酸 和氨基酸；供给机体生命活动所需的能量。
此外，UTP参与多糖合成；CTP参与脂类合成； GTP参与蛋白质合成 。
11
• 其它高能化合物有：
19
二、氧化呼吸链
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第八章 代谢总论与生物氧化
教学目的和要求： Ⅰ. 生物氧化的特点 Ⅱ. 掌握呼吸链的类型和组成； Ⅲ .弄清呼吸链中电子的传递途径； Ⅳ.理解磷酸偶联作用与ATP的生成。
第一节 代谢总论
一、代谢的概念
活体细胞中所有化学变化的总称，包括物质和能量代谢。
二、代谢的研究方法 1、活体内、外实验； 2、同位素示踪； 3、代谢途径的阻断。
2H+
复合物III （ 泛 醌 － 细 胞 色 素 c还 原 酶 ）
复合物IV （ 细 胞 色 素 c氧 化 酶 ）
－
NADH：还原型辅
它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。 NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电 子供体之一。
铁硫蛋白（简写为Fe-S ）
是一种与电子传递有关的蛋白质，它与 NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物 形式存在。它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式 存在。(2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和两个铁 原子。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电 子的作用
O CH3CCOOH
NAD+ NADH
五.生物氧化中CO2的生成
是糖类、脂类、蛋白质等有机物转变成含羧基的 化合物进行脱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ反应所致。
六.生物氧化中H2O的生成——呼吸传递链
底物上的H经脱H反应后，再经呼吸链（电子传递 链）的传递，最终传给活化的氧而生成水。
1、呼吸链的概念
代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一 系列的传递体，最后传递给活化的氧分子，而生成 水的全部体系。也叫电子传递体系或电子传递 链。
N CH3
CH2COOH
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸肌酸
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。
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
（1）组成:
（2）排列
COOH 2H FAD
CH2CH2COOH
Fe*S Cytb
复合物II （琥珀酸脱氢酶）
2H
SH2
NAD+
2 e-
FM NH2 2H
Fe S
CoQ
2e-
2Cyt-Fe2+
－21 O2
S
NADH
+ H 2H
FM N Fe S
CoQH2
复合物I
2e-
2Cyt-Fe3+ 2H+
O2-
H2O
（ NADH-泛 醌 还 原 酶 ）
CoQ
Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ Fe -S
Cyt-Fe2+
2eCyt-Fe3+
Cyt-Fe2+
2
e－21 O2
b
c1
c
a
a3
Fe -S
CoQH2 2e- Cyt-Fe3+
Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ O2- H2O
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。
四、生物氧化的本质
生物氧化的本质是电子的得失，失电子者为还
原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体
在生物体内，它有三种方式：
加氧氧化 电子转移
苯丙氨酸 O2 酪氨酸
脱氢氧化
OH
乳酸脱氢酶
CH3CHCOOH
一、生物氧化概念
有机物在生物体内的氧化包括物质分解和 产能
O2 CO2 + H2O
呼吸作用 细胞呼吸（微生物）
真核生物的生物氧化在线粒体膜上进行; 原核生物的生物氧化在细胞膜上进行。 故生物氧化也叫细胞氧化或细胞呼吸。
二、线粒体的膜相结构
三、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，中性pH和常温）。
三、生物体内能量代谢的基本规律(能量定恒定律) 四、高能化合物与ATP的作用（自学）
1.高能化合物
生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体 温外，大部分可以通过磷酸化作用转移至高能磷酸化合物 ATP中。
根据生物体内高能化合物键的特性可以把 他们分成以下几种类型：
① 磷氧键型 a) 酰基磷酸化合物
OO
O- P O P O-
O-
O-
焦磷酸
O O- P
O-
ATP（三磷酸腺苷）
7.3千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
NH2
N
N
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
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
② 氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
2.氧化进行过程中，必然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。通过加水脱 氢作用直接参予了氧化反应。
4.在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常
由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
5.生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特 殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这 种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能 量，提高能量利用率。
O
O O-
C O P O-
CH OH O
CH2 O P O-
O-
3-磷酸甘油酸磷酸
O
O
CH3 C O P O-
O-
乙酰磷酸
11.8千卡/摩尔
10.1千卡/摩尔
O
O
H3N+ C O P OO-
氨甲酰磷酸
O
O
RC O P O A O-
酰基腺苷酸
O
O
RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
b) 焦磷酸化合物
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－
线粒体呼吸链
2.呼吸链的类型
3. 典型线粒体的呼吸链的组成 由许多个组分组成，参加呼吸链的氧化还原
酶有烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋 白类、细胞色素类、辅酶Q类等。即：
烟酰胺脱H酶类：辅酶为NAD+或NADP+ 黄素脱H酶类：FAD、FMN 组成 Fe—S类：以Fe的价变来传递电子 CoQ 类：为中间传递体，不能从底物上接受H Cyto 类:Cytob 、CytoC1、 CytoC 、Cytoaa3
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
④ 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
COOCH NH3+
CH2
CH2 H3C S+ A
2.ATP的作用（自学）
机械能（运动） 分解代谢 ATP 化学能（合成作用）
~ 渗透能（分泌、吸收、离子泵 电能（生物电）
代谢底物 ADP 热能（维持体温）
光能（生物发光）
第二节 生物氧化
教学目的和要求： Ⅰ. 生物氧化的特点 Ⅱ. 掌握呼吸链的类型和组成； Ⅲ .弄清呼吸链中电子的传递途径； Ⅳ.理解磷酸偶联作用与ATP的生成。
第一节 代谢总论
一、代谢的概念
活体细胞中所有化学变化的总称，包括物质和能量代谢。
二、代谢的研究方法 1、活体内、外实验； 2、同位素示踪； 3、代谢途径的阻断。
2H+
复合物III （ 泛 醌 － 细 胞 色 素 c还 原 酶 ）
复合物IV （ 细 胞 色 素 c氧 化 酶 ）
－
NADH：还原型辅
它是由NAD+接受多种代谢产物脱氢得到的产物。 NADH所携带的高能电子是线粒体呼吸链主要电 子供体之一。
铁硫蛋白（简写为Fe-S ）
是一种与电子传递有关的蛋白质，它与 NADHQ还原酶的其它蛋白质组分结合成复合物 形式存在。它主要以 (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式 存在。(2Fe-2S)含有两个活泼的无机硫和两个铁 原子。铁硫蛋白通过Fe3+ Fe2+ 变化起传递电 子的作用
O CH3CCOOH
NAD+ NADH
五.生物氧化中CO2的生成
是糖类、脂类、蛋白质等有机物转变成含羧基的 化合物进行脱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ反应所致。
六.生物氧化中H2O的生成——呼吸传递链
底物上的H经脱H反应后，再经呼吸链（电子传递 链）的传递，最终传给活化的氧而生成水。
1、呼吸链的概念
代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一 系列的传递体，最后传递给活化的氧分子，而生成 水的全部体系。也叫电子传递体系或电子传递 链。
N CH3
CH2COOH
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸肌酸
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。
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
（1）组成:
（2）排列
COOH 2H FAD
CH2CH2COOH
Fe*S Cytb
复合物II （琥珀酸脱氢酶）
2H
SH2
NAD+
2 e-
FM NH2 2H
Fe S
CoQ
2e-
2Cyt-Fe2+
－21 O2
S
NADH
+ H 2H
FM N Fe S
CoQH2
复合物I
2e-
2Cyt-Fe3+ 2H+
O2-
H2O
（ NADH-泛 醌 还 原 酶 ）
CoQ
Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ Fe -S
Cyt-Fe2+
2eCyt-Fe3+
Cyt-Fe2+
2
e－21 O2
b
c1
c
a
a3
Fe -S
CoQH2 2e- Cyt-Fe3+
Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ Cyt-Fe2+ 2e- Cyt-Fe3+ O2- H2O
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。
四、生物氧化的本质
生物氧化的本质是电子的得失，失电子者为还
原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体
在生物体内，它有三种方式：
加氧氧化 电子转移
苯丙氨酸 O2 酪氨酸
脱氢氧化
OH
乳酸脱氢酶
CH3CHCOOH
一、生物氧化概念
有机物在生物体内的氧化包括物质分解和 产能
O2 CO2 + H2O
呼吸作用 细胞呼吸（微生物）
真核生物的生物氧化在线粒体膜上进行; 原核生物的生物氧化在细胞膜上进行。 故生物氧化也叫细胞氧化或细胞呼吸。
二、线粒体的膜相结构
三、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，中性pH和常温）。
三、生物体内能量代谢的基本规律(能量定恒定律) 四、高能化合物与ATP的作用（自学）
1.高能化合物
生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体 温外，大部分可以通过磷酸化作用转移至高能磷酸化合物 ATP中。
根据生物体内高能化合物键的特性可以把 他们分成以下几种类型：
① 磷氧键型 a) 酰基磷酸化合物
OO
O- P O P O-
O-
O-
焦磷酸
O O- P
O-
ATP（三磷酸腺苷）
7.3千卡/摩尔
O O- P
O-
O O- P
O-
NH2
N
N
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
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
② 氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
2.氧化进行过程中，必然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。通过加水脱 氢作用直接参予了氧化反应。
4.在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常
由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。
5.生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特 殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这 种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能 量，提高能量利用率。
O
O O-
C O P O-
CH OH O
CH2 O P O-
O-
3-磷酸甘油酸磷酸
O
O
CH3 C O P O-
O-
乙酰磷酸
11.8千卡/摩尔
10.1千卡/摩尔
O
O
H3N+ C O P OO-
氨甲酰磷酸
O
O
RC O P O A O-
酰基腺苷酸
O
O
RCH C O P O A
N+H3
O-
氨酰基腺苷酸
b) 焦磷酸化合物
－－－－－半胱－－－－－－半胱－－－－－
线粒体呼吸链
2.呼吸链的类型
3. 典型线粒体的呼吸链的组成 由许多个组分组成，参加呼吸链的氧化还原
酶有烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋 白类、细胞色素类、辅酶Q类等。即：
烟酰胺脱H酶类：辅酶为NAD+或NADP+ 黄素脱H酶类：FAD、FMN 组成 Fe—S类：以Fe的价变来传递电子 CoQ 类：为中间传递体，不能从底物上接受H Cyto 类:Cytob 、CytoC1、 CytoC 、Cytoaa3
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
④ 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
COOCH NH3+
CH2
CH2 H3C S+ A
2.ATP的作用（自学）
机械能（运动） 分解代谢 ATP 化学能（合成作用）
~ 渗透能（分泌、吸收、离子泵 电能（生物电）
代谢底物 ADP 热能（维持体温）
光能（生物发光）
第二节 生物氧化