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第七单元生物氧化一、生物能学的几个概念（一）化学反应中的自由能变化及其意义（二）自由能变化的可加和性在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。因此，一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应偶联，驱动整个反应进行。此类反应在生物体内是很普遍的。二、高能磷酸化合物高能化合物：水解时释放5000卡/mol及以上自由能的化合物。高能磷酸化合物：水解每摩尔磷酸基能释放5000cal以上能量的磷酸化合物。（一）高能化合物的类型（二）ATP的特殊的作用1.是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂2.在磷酸基转移中的作用。如已糖激酶：Glc+ATP→G-6-P+ADP。甘油激酶：甘油+ATP→3一磷酸甘油+ADP。（三）磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用三、生物氧化、氧化电子传递链和氧化磷酸化作用（一）生物氧化的概念和特点。（二）氧化电子传递过程1.氧化电子传递链2.电子传递链的酶和电子载体（1）NAD+和NADP+脱氢酶分别与NAD+或NADP+结合，催化底物脱氢，这类酶称为与NAD（P）相关的脱氢酶，多数脱氢酶以NAD+为辅酶，少数以NADP+为辅酶（如G-6-P脱氢酶）少数酶能以NAD+或NADP+两种辅酶（Glu脱氢酶）。（2）NADH脱氢酶以及其它黄素蛋白酶类NADH脱氢酶含FMN辅基，铁-硫中心。铁硫中心铁的价态变化（Fe3+→Fe2+）可以将电子从FMN辅基上转移到呼吸链下一成员辅酶Q上。含有核黄素辅基的酶还包括琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶等。（3）辅酶Q（泛醌）电子传递链上唯一的非蛋白质成分。辅酶Q在线粒体中有两种存在形式：膜结合型、游离型。辅酶Q不仅可以接受FMN上的氢（NADH脱氢酶），还可以接受线粒体FADH2上的氢（如琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶以及其它黄素酶类）。（4）细胞色素类细胞色素类是含铁的电子传递体，铁原子处于卟啉的结构中心，构成血红素。细胞色素类是呼吸链中将电子从辅酶Q传递到O2的专一酶类。线粒体的电子传递链至少含有5种不同的细胞色素：b、c、c1、.a、a3，细胞色素b有两种存在形式：b562、b566，细胞色素c是唯一可溶性的细胞色素，同源性很强，可作为生物系统发生关系的一个指标。细胞色素a、a3是以复合物的形式存在，又称细胞色素氧化酶，将电子从细胞色素c传到分子O2。3.电子传递抑制剂阻断呼吸链中某一部位的电子传递，主要有鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素等，可阻断电子由NADH向CoQ传递。抗霉素A，抑制电子从细胞色素b向细胞色素c1传递。氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO等，阻断电子从细胞色素aa3向O2传递。（三）氧化磷酸化作用1.几个概念氧化磷酸化作用：电子沿着氧化电子传递链传递的过程中所伴随的将ADP磷酸化为ATP的作用，或者说是ATP的生成与氧化电子传递链相偶联的磷酸化作用。底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接与一个代谢中间物（如PEP）上的磷酸基团转移相偶联的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。P/O比：一对电子通过呼吸链传至氧所产生的ATP的分子数。NADH→3ATP，FADH2→2ATP呼吸控制：ADP作为关键物质，对氧化磷酸化的调节作用称为呼吸控制。解偶联剂（2.4—硝基苯酚）：电子传递过程和ATP形成过程相分离，电子传递仍可进行，但不能形成ATP。氧化磷酸化抑制剂：抑制O2的利用和ATP的形成。2.氧化磷酸化的偶联机理伴随着呼吸链电子传递过程发生的ATP的合成称为氧化磷酸化。氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解，并合成ATP的主要方式。英国生物化学家PeterMitchell于1961年提出的关于解释呼吸链电子传递与氧化磷酸化作用偶联机制的一种假说。其基本观点是：电子经呼吸链传递释放的能量，将质子从线粒体内膜的内侧泵到内膜的外侧，在膜两侧形成电化学梯度而积蓄能量，当质子顺此梯度经ATP合成酶F0通道回流时，F1催化ADP与Pi结合，形成ATP。NADH·H+生物氧化时的磷氧比值为2.5，FADH2的磷氧比值为1.5。氧化磷酸化作用的机制，已有十分收入纳入的研究。第八单元糖代谢分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最后氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸。糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。分解代谢和合成代谢，受神经、激素、别构物调节控制。一、糖酵解（一）酵解与发酵1.酵解（glycolysis，在细胞质中进行）2.发酵（fermentation）（二）糖酵解过程（Embden-MeyerhofPathway，EMP）（三）糖酵解的能量变化无氧情况下，净产生2ATP（2分子NADH将2分子丙酮酸还原成乳酸）。（四）糖酵解中酶的反应类型氧化还原酶（1种）：3—磷酸甘油醛脱氢酶；转移酶（4种）：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶；裂合酶（1种）：醛缩酶；异构酶（4种）：磷酸Glc异构酶、磷酸丙糖异构酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶。（五）糖酵解的调节1.已糖激酶调节别构抑制剂（负效应调节物）：G-6-P和ATP；别构激活剂（正效应调节物）：ADP。2.磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+，激活剂：AMP、F-2.6-2P；ATP细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。H+可防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒。3.丙酮酸激酶调节抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP；激活剂：F-1.6-P。（六）丙酮酸的去路4.进行糖异生5.合成氨基酸二、三羧酸循环葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段。①糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、2ATP、2NADH），②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，③三羧酸循环（又称柠檬酸循环、Krebs循环），④呼吸链氧化磷酸化。（一）丙酮酸脱羧生成乙酰CoA（二）三羧酸循环（TCA）的过程1.反应步骤2.TCA循环小结（1）总反应式丙酮酸+4NAD++FAD+GDP→4NADH+FADH2+GTP+3CO2+H2O乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP→3NADH+FADH2+GTP+2CO2+H2O（2）反应类型一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应，三个调节位点，四次脱氢反应。3个NADH、1个FADH2进入呼吸链。（3）三羧酸循环中碳骨架的不对称反应同位素标记表明，乙酰CoA上的两个C原子在第一轮TCA上并没有被氧化。被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。在第三轮TCA中，两次脱羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循环一次，脱去余下甲基碳的50%（三）三羧酸循环的代谢调节1.柠檬酸合酶（限速酶）ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制此酶。乙酰CoA、草酰乙酸激活此酶。2.异柠檬酸脱氢酶NADH、ATP可抑制此酶，ADP可活化此酶，当缺乏ADP时就失去活性。3.α-酮戊二酸脱氢酶受NADH和琥珀酰CoA抑制。（四）TCA的生物学意义1.提供能量2.TCA是生物体内其它有机物氧化的主要途径，如脂肪、氨基酸、糖3.TCA是物质代谢的枢纽三、乙醛酸循环四、磷酸已糖支路（HMS）（一）反应过程（二）磷酸戊糖途径的调节（三）磷酸戊糖途径与糖酵解途径的协调调节（四）磷酸戊糖途径的生理意义1.产生大量的NADPH2.中间产物为许多化合物的合成提供原料3.是植物光合作用中CO2合成Glc的部分途径4.NADPH用于供能六、糖的合成代谢（一）糖的异生作用1.糖异生的证据及生理意义2.异生途径3.糖异生途径的前体4.糖异生和糖酵解的代谢协调调控（三）糖原的合成与分解1.糖原分解代谢2.糖原合成代谢第九单元脂类代谢一、脂类的消化、吸收和转运二、甘油三酯的分解代谢（一）甘油三酯的水解（二）甘油代谢三、脂肪酸的β氧化（一）β氧化学说（二）脂肪酸的β氧化过程1.脂肪酸的活化（细胞质）2.脂肪酸向线粒体的转运3.β氧化作用4.脂肪酸β-氧化产生的能量5.β-氧化的调节6.不饱和脂酸的β氧化7.奇数碳脂肪酸的β氧化四、脂酸的其它氧化途径1.α-氧化（不需活化，直接氧化游离脂酸）2.ω-氧化（ω端的甲基羟基化，氧化成醛，再氧化成酸）五、酮体的代谢脂肪酸β-氧化产生的乙酰CoA，在肌肉和肝外组织中直接进入TCA，然而在肝、肾脏细胞中还有另外一条去路：生成乙酰乙酸、D-β-羟丁酸、丙酮，这三种物质统称酮体。酮体在肝中生成后，再运到肝外组织中利用。1.酮体的生成酮体的合成发生在肝、肾细胞的线粒体内。2.酮体的利用3.酮体生成的生理意义4.酮体生成的调节。五、脂肪酸的合成代谢（一）饱和脂肪酸的从头合成1.乙酰CoA的转运2.丙二酸单酰CoA的生成（限速步骤）3.脂酰基载体蛋白（ACP）4.脂肪酸的生物合成步骤（二）各类细胞中脂肪酸合成酶系（三）脂肪酸合成的化学计量（从乙酰CoA开始）（四）脂肪酸氧化与合成途径的比较合成（从乙酰CoA开始）氧化（生成乙酰CoA）细胞中部位细胞质线粒体酶系7种酶，多酶复合体或多酶融合体4种酶分散存在酰基载体ACPCoA二碳片段丙二酸单酰CoA乙酰CoA电子供体（受体）NADPHFAD、NADβ-羟脂酰基构型D型L型对HCO3及柠檬酸的要求要求不要求能量变化消耗7个ATP及14个NADPH，共49ATP。产生（7FADH2+7NADH-2ATP）共33ATP产物只合成16碳酸以内的脂酸，延长需由别的酶完成。18碳酸可彻底降解18碳酸可彻底降解（五）脂肪酸合成的调节六、线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长β-酮脂酰-ACP合成酶最多只能接受14碳的酰基，不能接受16碳酰基。因此，从头合成只能合成16C软脂酸。1.线粒体脂肪酸延长酶系2.内质网脂肪酸延长酶系七、不饱和脂肪酸的合成七、三脂酰甘油的合成。。第十单元氨基酸代谢植物、微生物从环境中吸收氨、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐等无机氮，合成各种氨基酸、蛋白质、含氮化合物。人和动物消化吸收动、植物蛋白质，得到氨基酸，合成蛋白质及含氮物质。有些微生物能把空气中的N2转变成氨态氮，合成氨基酸。一、蛋白质消化、降解及氮平衡1.蛋白质消化吸收2.蛋白质的降解3.氨基酸代谢库4.氮平衡食物中的含氮物质，绝大部分是蛋白质，非蛋白质的含氮物质含量很少，可以忽略不计。氮平衡：机体摄入的氮量和排出量，在正常情况下处于平衡状态。即，摄入氮＝排出氮。氮正平衡：摄入氮＞排出氮，部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。氮负平衡：摄入氮＜排出氮。饥锇、疾病。二、氨基酸分解代谢氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。氨基酸的分解代谢一般是先脱去氨基，形成的碳骨架可以被氧化成CO2和H2O，产生ATP，也可以为糖、脂肪酸的合成提供碳架。（一）脱氨基作用1.氧化脱氨基2.催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）（1）L-氨基酸氧化酶（5）L-Glu脱氢酶真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。此酶是能使a.a直接脱去氨基的活力最强的酶，是一个结构很复杂的别构酶。在动、植、微生物体内都有。ATP、GTP、NADH可抑制此酶活性。ADP、GDP及某些a.a可激活此酶活性。因此当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于a.a分解供能（动物体内有10%的能量来自a.a氧化）。3.非氧化脱氨基作用4.转氨基作用5.联合脱氨基（1）以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用氨基酸的α-氨基先转到α-酮戊二酸上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，并释放出氨。（2）通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基作用骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主。（二）脱羧作用（三）氨的去向氨对生物机体有毒，特别是高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。氨中毒的机理：脑细胞的线粒体可将氨与α-酮戊二酸作用生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗N