生物化学第8章-新陈代谢总论与生物氧化概况

第8章新陈代谢总论与生物氧化8.1新陈代谢总论8.1.1新陈代谢的研究方法8.1.2生物体内能量代谢的基本规律8.1.3高能化合物与ATP的作用8.1.4肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式8.1.5辅酶A的递能作用8.2生物氧化8.2.1生物氧化的特点8.2.2呼吸链的组成及电子传递顺序8.2.3氧化磷酸化作用8.2.4胞液中NADH的跨膜运转8.1新陈代谢总论新陈代谢概念P2011.代谢（新陈代谢，metabolism）泛指生物与周围环境进行的物质交换和能量交换；是营养物质在生物体内所经历的一切化学变化的总称；新陈代谢同化作用：生物体把从环境中摄取的营养物质，通过一系列生化反应转变为自身化合物的过程；异化作用：生物体将体内物质经一系列生化反应分解为不能再利用的物质排出体外的过程；分解代谢与合成代谢（1）分解代谢（catabolism）：有机营养物（外界环境获得和自身贮存）通过一系列反应转变为较小的、较简单的物质的过程；分解代谢途径（catabolicpathways）：分解代谢所经过的反应途径称分解代谢途径；分解代谢途径与能量代谢相伴随，将蕴藏在有机大分子中的化学能量释放出来（产能或放能）；（2）合成代谢（anabolism）也称生物合成（biosynthesis）；生物体利用小分子或大分子的结构元件建造成自身大分子的过程；由小分子建造成大分子使分子结构变得更为复杂，这种过程需要消耗能量（耗能或吸能）；合成代谢与分解代谢的关系图8-1分解代谢放能合成代谢吸能新陈代谢的功能①从周围环境中获得营养物质；②将外界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件，即大分子的组成前体；③将结构元件装配成自身的大分子，例如蛋白质、核酸、脂类以及其他组分；④形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子⑤提供生命活动所需的一切能量。新陈代谢的特点P202①生物体内的新陈代谢是在温和条件下由酶催化进行；②生物体内反应相互配合，有条不紊，彼此协调，有严格顺序；③生物体对内外环境条件有高度适应性和灵敏的自动调节机制，包括分子水平、细胞水平和整体水平调节机制；④新陈代谢反应途径一般有严格的细胞定位；新陈代谢过程是对环境高度适应、高度整合在一起的化学反应网络；8.1.1新陈代谢的研究方法P202（1）活体内与活体外实验（2）同位素示踪法（3）代谢途径阻断法（4）突变体研究法8.1.2生物体内能量代谢的基本规律P203能量代谢（energeticmetabolism）：伴随生物体的物质代谢所发生的一系列能量转变；蕴藏在化学物质中的化学能转化为生物体生物能过程；生物体能量代谢服从热力学定律。能量代谢在新陈代谢中的重要地位生物体的一切生命活动都需要提供能量；生长、发育、机体运动（肌肉的收缩、生物膜的传递、运输功能等）,都需消耗能量；太阳能是所有生物能量最根本的来源具有叶绿素的生物进行光合作用时，将光能转化为化学能（如由CO2合成葡萄糖）；8.1.3高能化合物与ATP的作用P204高能化合物：随水解反应或基团转移反应放出大量自由能（每摩尔30～60kJ）的化合物；高能化合物一般对酸、碱和热不稳定；高能键（～）：化合物分子中水解时能放出大量自由能的键为“高能键”，用符号“～”表示；（1）生物体中常见的高能磷酸化合物机体内有许多磷酸化合物，当其磷酸基水解时释放出大量自由能，这类化合物为～；磷酸化合物在生物体的换能过程中占有重要地位；高能磷酸化合物及其他高能化合物举例：P205表8-1；其中ATP最重要；P206表8-1（2）ATP（腺嘌呤核苷三磷酸）是生物细胞内能量代谢的偶联剂P206ATP是直接提供自由能推动生物体多种化学反应的高能核苷酸类分子；在分解代谢中起捕获和贮存能量作用，是能量的携带者或传递者；ATP和ADP的往复循环是生物机体利用能量的基本方法ATP、ADP和无机磷酸广泛存在于生物体各个细胞内；ATP高能键的水解图8-2ATP含有一个磷脂键和两个磷酸基团；8.1.4肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式，生物体不能直接利用；ATP当ATP急剧消耗时，肌酸磷酸将能量转移给ADP生成ATP：8.1.5辅酶A的递能作用辅酶A（CoA，CoA-SH）：酰基的载体，起提供和接受酰基作用；（-SH：巯基，是辅酶A的功能基团。）乙酰辅酶A（乙酰-CoA）：辅酶A与乙酰基通过硫酯键结合而成，是高能键，乙酰基团是活泼基团；乙酰-CoA是代谢过程中的枢纽物质；乙酰-CoA分子式：高能硫酯键↓8.2生物氧化P209生物体所需能量来自糖、脂肪、蛋白质等有机物的氧化;生物氧化和外界的燃烧的终产物都是H2O和CO2，释放的能量也完全相等，但二者所进行的方式大不相同；生物氧化又称：细胞氧化、细胞呼吸、组织呼吸等；是需氧细胞呼吸作用中的一系列氧化—还原反应；8.4.1生物氧化的特点P210①在体温条件下、近于中性水溶液中进行，在一系列酶催化作用，②有机分子发生一系列化学变化，逐步氧化并释放能量，ATP捕获能量；这种逐步分次的放能方式，不会引起体温突然升高，且可使能量得到有效利用；③生物氧化中CO2的生成是由于糖、脂类、蛋白质等有机物转变成含羧基的化合物进行脱羧反应所致：详见第11章。④生物氧化中水的生成是代谢物脱下的氢经一系列传递与氧结合而生成；详见8.1.1。⑤生物氧化有严格的细胞定位：真核细胞：线粒体内；原核细胞：细胞膜上；呼吸链8.2.2呼吸链的组成及电子传递顺序P210生物体内电子转移主要形式氧化还原本质是电子的转移；1.直接进行电子转移：Fe2++Cu2+=Fe3++Cu2+2.氢原子转移：AH2+B=A+BH23.有机还原剂直接加氧：RH+O2+2H++2e→ROH+H2O（1）呼吸链（电子传递链）的概念呼吸链：代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经电子传递体传递给被激活的氧分子，并与之结合生成水的全部体系；2种典型呼吸链：根据接受H的初始受体不同将呼吸链分为NADH，FADH2；两种呼吸链图8-5P210(1)NADH呼吸链(2)FADH2呼吸链（2）呼吸链的组成P211呼吸链由一系列电子传递体按氧化还原电位由底到高排列组成；电子传递体都与蛋白质结合形成复合物，共四种：复合物Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ；呼吸链上四种蛋白质复合物1）NADH呼吸链：电子从NADH到氧通过三个复合物：①NADH脱氢酶复合物（复合物Ⅰ）②细胞色素bc1复合物（复合物Ⅲ）③细胞色素氧化酶（复合物Ⅳ）2）FADH2呼吸链：电子从FADH2到氧通过三个复合物：①琥珀酸-CoQ还原酶复合物（复合物Ⅱ）②③同NADH呼吸链；呼吸链上四种蛋白质复合物复合物Ⅰ复合物Ⅳ复合物Ⅱ复合物Ⅲ四种复合物包含的电子传递体呼吸链中有关酶和电子传递体P211①烟酰胺脱氢酶类：以NAD+或NADP+为辅酶，催化脱氢反应；②黄素脱氢酶类：以FMN或FAD为辅基，传递电子和氢原子；③铁硫蛋白类（Fe-S）：电子由铁原子携带，借铁的变价传递电子；呼吸链中有关酶和电子传递体P213④辅酶Q（CoQ)：脂溶性小分子，在呼吸链中处于中心位置；⑤细胞色素类（Cyt）：一类以卟啉为辅基、含铁的电子传递体，常见有5种：Cyt（b,c,c1,a,a3），其中Cytaa3复合物称细胞色素氧化酶，含Cu原子，依靠Cu原子变价传递电子；（3）呼吸链中传递体的顺序P213从标准氧化—还原电位较低的成员到较高的成员顺序排列；合成ATP所需自由能：来源于电子传递链将NADH和FADH2所携带的电子在传递过程中所释放的自由能；8.2.3氧化磷酸化作用P216生物氧化产生的能量一部分维持体温，一部分通过磷酸化作用转移到ATP中；ATP的生成方式有两种：（1）底物水平磷酸化在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用使ADP生成ATP；底物水平磷酸化是捕获能量的方式之一，在发酵作用中是微生物进行生物氧化取得能量的唯一方式；底物水平磷酸化和氧的存在与否无关。实例见第九章（糖代谢）。（2）电子传递体系磷酸化（氧化磷酸化）P217当电子经电子传递体系传递给氧形成水时，伴有ADP磷酸化为ATP，这一过程称氧化磷酸化；氧化磷酸化是生成ATP的主要方式，需氧存在，是生物体内能量转移的主要环节；氧化磷酸化是需氧细胞生命活动的主要能量来源，是生物产生ATP的主要途径。（3）呼吸链与ATP生成量的关系①呼吸链结构和ATP生成量的关系：见图8-11；ATP的合成：真核生物在线粒体内膜上；释放自由能（生成ATP）的部位：NADH链有3处；FADH2链2两处；ATP合成部位图8-11P217ATP↓ATP↓ATP↓ATP↓ATP↓呼吸链抑制剂作用部位图8-11P217电子传递链上能特异性阻断电子传递的抑制剂：用以研究电子传递链顺序的方法；↑FADH2FAD②P/O比值同ATP生成量的关系每消耗1摩尔氧所消耗无机磷酸的摩尔数；P／O比可看作是当一对电子通过呼吸链传至O2所产生的ATP分子数，可判断产能效率；NADH呼吸链P/O为2.5molATP；FADH2呼吸链P/O为1.5molATP；③略。氧化磷酸化作用和底物水平磷酸化作用有原则区别（1）氧化磷酸化作用指直接与电子传递链相偶联的由ADP形成ATP的磷酸化作用；（2）底物水平的磷酸化指ATP的形成直接由一个代谢中间产物（例如磷酸烯醇式丙酮酸）上的磷酸基团转移到ADP分子上的作用。氧化磷酸化产能效率远远高于底物水平的磷酸化；（3）氧化磷酸化作用机制P218化学偶联学说构象变化学说化学渗透学说三个学说目前都还不能圆满解释氧化磷酸化机理。略。（5）氧化磷酸化的抑制剂P220一些化学物质可以抑制氧化磷酸化，根据其作用机制，主要分为4类：①呼吸链阻断剂②解偶联剂③离子载体类抑制剂④质子通道阻断剂本章要点掌握：1.新陈代谢及其研究方法；2.物质代谢和能量代谢的概念；3.高能化合物概念和功能；常见高能化合物；4.呼吸链概念、组分、电子传递顺序、功能、与ATP生成量的关系；磷酸化两种方式；制药专业：掌握本书中提到的氧化磷酸化抑制剂、抑制部位和抑制机理。习题P223习题：2，4，5，7。7，（4，5：制药专业，任选一题）：书面和电子版。