代谢总论与生物氧化(七) PPT课件
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生物化学新陈代谢总论与生物氧化课件PPT
ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂
能量的来源，主要依靠生物体内糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化作用。
ATP+GDP ADP+GTP (蛋白质合成)
掌握呼吸链电子传递体的组成及排列方式，以及受抑制的部位
如1904年德 国化学家Knoop提出的脂肪酸的β氧化学说，1937年Krebs提出的柠檬酸循环。
解偶联作用：使电子传递和ATP形成两个过程分离，只抑制ATP 的形成过程，不抑制电子传递过程和氧的利用, 使电子传递产生的自由
一、新陈代谢的研究方法
生生物物氧 体化把发能生量代的用场在谢所生－命途线活粒动径体的各的个方研面 究比较复杂，可从不同水平，主要对中间代
谢进行研究。 生理物质的氧化在多个位点（复合体Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ ）为跨膜质子梯度做贡献，而该梯度只在一个部位即FoF1-ATP酶处消减(－－合成
ATP)。
当（质三子 ）梯氧度化经磷新酸AT化陈P合作酶用代通机道制谢回流途时，径驱动的AD阐P磷酸明化生凝成A集TP。了许多科学家的智慧与实验成果。
物质代谢代谢途径类型
脂肪
多糖
脂肪酸、甘油
葡萄糖、
其它单糖
乙酰CoA
蛋白质
乙酰CoA在代谢中的作用
大分子降解成 基本结构单位
氨基酸
小分子化合物分 解成共同的中间 产物（如丙酮酸 、乙酰CoA等）
磷酸化
电子传递 （氧化）
+Pi
e-
三羧酸循环
共同中间产物进入 三羧酸循环,氧化脱 下的氢由电子传递链 传递生成H2O，释放 出大量能量，其中一 部分通过磷酸化储存 在ATP中。
难点：与能量代谢有关的一些概念；
ATP作用：是能量的携带者或传递者，而非贮存者，是能量货币
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。
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OO== O=
O= O=
生物氧化中CO2的生成方式： 有机酸脱羧
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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
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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。
600g×10min 15,000g×5min 100,000g×60min
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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
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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。
代谢总论与生物氧化PPT课件
电子转移的主要形式：
1. 直接的电子转移
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+ 第14页/共81页
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。
a与a3之间的两个铜离子，起电子传递作用：发 生Cu+ Cu2+ 的互变，将Cyt c所携带的电子传 递给O2。
b、 c1 、 c、a －－卟啉Fe与环及蛋白形成6个 配位键：4个与Fe，1个与His，1个与蛋白链中 Met形成。 a3－－卟啉Fe与环及蛋白形成5个配位键（不与 Met形成）, 空一个配位键与O2，CO，CN等结 合，其正常功能是与第O342页结/共8合1页。
线粒体电子传递链至少含有5种细胞色素：a 、 a3 、b、c、c1。
各种细胞色素的辅基结构略有不同。 a a3 、 b、c1中卟啉Fe与蛋白质非共价结合， c 的辅基 与蛋白质以硫醚键共价结合。
典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的顺序是： b → c1 → c → aa3 → O2。
第33页/共81页
Cyt a和a3组成一个复合体，二者无法分开，除 了含有铁卟啉外，还含有铜原子。Cyt a a3可以 直接以O2为电子受体，所以a a3又称细胞色素c 氧化酶。
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。
1. 直接的电子转移
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+ 第14页/共81页
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。
a与a3之间的两个铜离子，起电子传递作用：发 生Cu+ Cu2+ 的互变，将Cyt c所携带的电子传 递给O2。
b、 c1 、 c、a －－卟啉Fe与环及蛋白形成6个 配位键：4个与Fe，1个与His，1个与蛋白链中 Met形成。 a3－－卟啉Fe与环及蛋白形成5个配位键（不与 Met形成）, 空一个配位键与O2，CO，CN等结 合，其正常功能是与第O342页结/共8合1页。
线粒体电子传递链至少含有5种细胞色素：a 、 a3 、b、c、c1。
各种细胞色素的辅基结构略有不同。 a a3 、 b、c1中卟啉Fe与蛋白质非共价结合， c 的辅基 与蛋白质以硫醚键共价结合。
典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的顺序是： b → c1 → c → aa3 → O2。
第33页/共81页
Cyt a和a3组成一个复合体，二者无法分开，除 了含有铁卟啉外，还含有铜原子。Cyt a a3可以 直接以O2为电子受体，所以a a3又称细胞色素c 氧化酶。
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。
生物化学 7新陈代谢总论与生物氧化
★生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件温和， 一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐 步释放能量，转化成ATP。
★真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线 粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
（一）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，pH7和 常温）。
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。
生物氧化的三阶段
第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为构造单位——单糖、 甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。
第二阶段：构造单位经糖酵解、脂肪酸β氧化、氨基酸氧化 等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的 中间代谢物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间 起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。
生物氧化图示
（二）生物氧化中CO2的生成
直接脱羧
CH3CCOOH O
丙酮酸脱羧酶 （α-脱羧）
CH3CHO + CO2
丙酮酸羧化酶
HOOCCβH2CαCOOH （Β-脱羧） CH3CCOOH + CO2
O
O
氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。
第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为 CO2、H2O释放大量的能量。
★在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H—）经过一个氧 化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给O2，并生成 ATP，以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是 一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。
• 一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡/mol) 以上自由能（G< -21 kJ / mol）的化合物称 为高能化合物。
★真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线 粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
（一）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，pH7和 常温）。
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。
生物氧化的三阶段
第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为构造单位——单糖、 甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。
第二阶段：构造单位经糖酵解、脂肪酸β氧化、氨基酸氧化 等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的 中间代谢物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间 起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。
生物氧化图示
（二）生物氧化中CO2的生成
直接脱羧
CH3CCOOH O
丙酮酸脱羧酶 （α-脱羧）
CH3CHO + CO2
丙酮酸羧化酶
HOOCCβH2CαCOOH （Β-脱羧） CH3CCOOH + CO2
O
O
氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）。
第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为 CO2、H2O释放大量的能量。
★在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H—）经过一个氧 化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给O2，并生成 ATP，以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是 一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。
• 一般将水解时能够释放21 kJ /mol（5千卡/mol) 以上自由能（G< -21 kJ / mol）的化合物称 为高能化合物。
第七章新陈代谢总论与生物氧化
ΔG °•ˊ表示生物体内标准自由能(25℃、一个大气压、底 物浓度1mol/•Lˊ 、 pH接近7)
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第七章新陈代谢总论与生物氧化
当反应处于平衡,即ΔG = 0时
ΔG°= -RTln [C][D]/[A][B]
其中 K=[C][D]/[A][B]
ΔG°= -RTlnK= -2.303RTlgK
•CH3CCOOH + CO2 •O
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第七章新陈代谢总论与生物氧化
•
（三） 生物氧化过程中 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 •MH2
•递氢体
• NAD+、NADP+、 FMN、FAD、COQ
第七章新陈代谢总论与生物氧化
对于任何一个化学反应: A + B ←→ C + D
其自由能变化ΔG 遵循下式:
ΔG = ΔG°+RTln[C][D]/[A][B]
ΔG°表示标准自由能(25℃、一个大气压、底物浓度
1m•oˊl/L) R:为气体常数(8.315J/mol一度)
T:绝对温度(摄氏温度+273.15)
•3.呼吸链的主要成分
•(1).烟酰胺脱氢酶类(NAD+和NADP+为辅酶的脱 氢酶组成成分: 酶蛋白、尼克酰胺（Vpp）、核糖、 磷酸与AMP。 •作用:辅酶接受代谢物脱下的2H，传递给黄素蛋 白。
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第七章新陈代谢总论与生物氧化
NADH：还原型辅酶
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。