第七章 新陈代谢总论与生物氧化

第七章新陈代谢总论与生物氧化新陈代谢生物氧化（氧化磷酸化、电子传递链/呼吸链）什么是新陈代谢？•新陈代谢是生物最基本的特征，生命存在的前提•新陈代谢包括生物体所发生的一切合成和分解作用合成代谢生物大分子分解为生物小分子放能分解代谢需能生物小分子合成生物大分子能量代谢物质代谢营养物质的消化吸收代谢产物的排泄中间代谢新陈代谢的特征•在温和条件下，酶催化的反应•反应与步骤繁多，但相互配合，彼此协调，对周围环境高度适应（代谢调节）代谢调节•细胞结构水平上的调节：膜•酶活性的调节（如产物的反馈抑制，底物激活等）•酶合成的调节（如底物诱导，产物阻遏等）新陈代谢的研究方法•活体内（invivo）与活体外（invitro）实验•同位素示踪法•代谢途径阻断生物氧化•概念：有机物质在生物体细胞内的氧化。•本质：电子的转移。•特点：细胞内进行（真核生物细胞，线粒体内；原核生物细胞，细胞膜上）；水相、温和条件，多步连续反应，能量逐步释放；能量贮存在一些特殊的高能化合物中，如ATP。•生物氧化的类型•生物氧化中的酶类与传递体•生物氧化过程中能量的释放与ATP的生成生物氧化的类型•有氧氧化——氧化产生的氢最终受体是氧。不需传递链的过程需要传递链的过程•无氧氧化——底物脱下的氢最终受体不是氧。不需传递链的过程•底物脱下的氢直接传给氧。能量以热量的形式散发。RCH2NH2FMNH2O2RCH=NHFMNH2O2胺氧化酶需要传递链的过程——电子传递链/呼吸链•NAD传递链•FAD传递链琥珀酸脱氢酶(黄素脱氢酶类)NAD脱氢酶辅酶Q细胞色素类2H＋•兼性生物：以代谢不完全产物为受体.•严格厌氧生物：氢传递给无机物如S(＋6)，N(0)等.SH2NADSO42-SNADH2S2-H2S2H+eSH2NAD乙醇/乳酸SNADH2乙醛/丙酮酸（代谢不完全产物）生物氧化(有氧氧化)中的酶类和传递体•酶类：主要指与氧化还原反应直接相关的酶——氧化酶（细胞色素氧化酶、胺氧化酶）脱氢酶（NAD脱氢酶、黄素脱氢酶）辅酶Q细胞色素类•传递体：递氢体（辅酶Q、FAD/FMN）递电子体(细胞色素bca等)高能化合物与ATP•高能化合物——随水解反应或基团转移反应可放出大量自由能的化合物。水解或基团转移时释放20.9kJ/mol以上能量的化合物。•高能化合物的类型高能磷酸化合物硫酯型甲硫型CC高能化合物类型举例高能磷酸化合物烯醇磷酸化合物－C=C-O～P磷酸烯醇式丙酮酸酰基磷酸化合物－C-O～P乙酰磷酸焦磷酸化合物P－O～PATP胍基磷酸化合物－N～PC＝NHNH肌酸磷酸非磷酸化合物硫酯键化合物－O～S乙酰辅酶A甲硫键化合物CH3～S－活性甲硫氨酸ATP•从低等的单细胞生物到高等的人类，能量的释放、贮存和利用都是以ATP为中心的。•ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂——把分解代谢的放能反应与合成代谢的吸能反应偶联。体内有些反应不一定都直接利用ATP供能：多糖合成（UTP），磷脂合成（CTP）、蛋白质合成（GTP）但物质氧化释放的能量大都是必须先合成ATP，然后由ATP合成UTP/CTP/GTP。•ATP是能量的携带者或传递者，不是能量的贮存者。•ATP是磷酸基团的传递者。ATP的生成——氧化磷酸化（伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化。）电子传递链磷酸化底物水平磷酸化光合磷酸化氧化还原电位（E0’）：pH7.0，30℃测得。表征物质得失电子趋势。电子总是从低氧化还原电位流向高电位。E0’越低，供电子倾向越大。∆G：≺0，表示反应是自发过程。－∆G＝nF∆U＝n×96487×（E02’－E01’）≻30.5kJ-0.32-0.050.070.250.290.82ATPATPATPP/O（磷氧比）:每消耗1mol氧原子所消耗无机磷酸的摩尔数。NADH+H++3ADP+3Pi+1/2O2NAD++H2O+3ATPFADH2+2ADP+2Pi+1/2O2NAD++H2O+2ATPNAD呼吸链：FAD呼吸链：底物水平磷酸化•有机物氧化过程中由于底物分子内部能量重新分布形成高能磷酸键，转给ADP形成ATP。氧化磷酸化的作用机制——化学渗透假说（1）呼吸链中传氢体和电子传递体是间隔交替排列的，且在线粒体内膜都有特定的位置；（2）传氢体有氢泵的作用，将两个H＋泵出内膜；（3）内膜对H＋不能自由通过，因而膜两侧形成电位差；（4）ATP酶使质子发生逆向回流，与氧结合生成水，释放的自由能耦联ADP与磷酸合成ATP.