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第八章 能量代谢与生物能的利用

第八章 能量代谢与生物能的利用. 概述 线粒体氧化体系 能量代谢中生物能的产生、转移和储存 生物能的利用. 第一节　概　述. 生物氧化、生物氧化的方式和特点 参与生物氧化的酶类. 生物小分子合成为生物大分子. 合成代谢 （同化作用 ）. 需要能量. 能量代谢. 新陈代谢. 物质代谢. 释放能量. 分解代谢 （异化作用）. 生物大分子分解为 生物小分子. 分解代谢和合成代谢、物质代谢和能量代谢. 一、生物氧化、生物氧化的方式和特点. 生物氧化 功能：为生命活动提供能源与碳源. B 3+. A 2+. OH. A 3+. B 2+.

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第八章 能量代谢与生物能的利用

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  1. 第八章 能量代谢与生物能的利用 概述 线粒体氧化体系 能量代谢中生物能的产生、转移和储存 生物能的利用

  2. 第一节　概　述 • 生物氧化、生物氧化的方式和特点 • 参与生物氧化的酶类

  3. 生物小分子合成为生物大分子 合成代谢 （同化作用） 需要能量 能量代谢 新陈代谢 物质代谢 释放能量 分解代谢 （异化作用） 生物大分子分解为 生物小分子 分解代谢和合成代谢、物质代谢和能量代谢

  4. 一、生物氧化、生物氧化的方式和特点 • 生物氧化 • 功能：为生命活动提供能源与碳源

  5. B3+ A2+ OH A3+ B2+ 1 + －O2 2 TCA9: 苹果酸 草酰乙酸 NAD+ NADH+H+ 1.生物氧化的方式 • 失电子反应 • 脱氢反应 • 加氧反应

  6. O ‖ CH3 C H + CO2 丙酮酸氧化脱羧酶系 3 2 O ‖ CH3 C COOH NAD＋NADH＋H＋ 3 乙酰辅酶A （乙酰CoA） COOH C =O CH2 COOH COOH C =O + CO2 CH3 丙酮酸　　　辅酶A α COOH C =O + CO2 +NADPH + H+ CH3 COOH C =O + NADP+ CH2 COOH β α β 脱羧－－－二氧化碳的生成机制 • 非氧化脱羧（α－；β－） • 氧化脱羧（α－；β－）

  7. 脱氢酶 氧化酶 递氢体 递电子体还原型 ½ O2 MH2 NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ Cyt b, c1, c, aa3 递氢体H2 O2- H2O M 递电子体 氧化型 2e 2H+ 耗氧－－水的生成机制

  8. 2.生物氧化的特点 • 在生物细胞内进行，反应条件温和。 • 氧化进行过程中，伴随生物还原反应的发生。 • 氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如 NADH＋H＋ 、FADH2等传递到氧并生成水。 • 每一步反应的产物都可以分离出来。能量逐步释放. • 生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联.

  9. 二、参与生物氧化的酶类 1.脱氢酶 • 以黄素核苷酸（FMN，FAD）为辅基的脱氢酶（黄素酶） • 需氧黄酶 • 不需氧黄酶 • 以烟酰胺核苷酸（NAD＋，NADP＋）为辅酶的脱氢酶 2.传递体：递氢体和递电子体。 3.氧化酶：以氧为直接受电子体的氧化还原酶。 • 细胞色素氧化酶 • 多酚氧化酶 • 抗坏血酸氧化酶 • 过氧化物氧化酶

  10. 第二节　线粒体氧化体系 1.线粒体结构 • 功能：生物代谢和能量转换的主要场所。 　线粒体——“动力工厂”（有氧呼吸的主要场所）

  11. 2.呼吸链 • 分布于线粒体内膜，由递氢体和递电子体，以及受氢体（O2）按一定顺序排列构成的氧化还原体系，与细胞利用氧的呼吸过程有关，通常又称电子传递链。

  12. 细胞色素氧化酶Cytaa3 呼吸链的组成（具辅基的蛋白类） • 以NAD+或NADP+为辅酶的脱氢酶 • 黄素酶－－是以ＦＡＤ或ＦＭＮ为辅基的酶 • 铁硫蛋白－－一类金属蛋白 • 辅酶Q • 细胞色素（Ｃyt）－－是一类含铁卟啉的结合蛋白 Ｃyt b/ Cytc1 / Cytc /Cytaa3

  13. GO’= - 52.6 kcal/mol GO’= - 43.4 kcal/mol 呼吸链的种类

  14. 练习题 1.细胞内两条重要的呼吸链是, . 2.细胞内物质脱羧的方式有, 　　　。 3.参与生物氧化的酶类有，，。 4.细胞色素（Cyt）是一类含结合蛋白。

  15. 第三节　能量代谢中生物能的产生、转移和储存第三节　能量代谢中生物能的产生、转移和储存 • 生物化学反应的自由能变化 • 线粒体外的氧化磷酸化 • 氧化磷酸化的解偶联作用和抑制作用

  16. A + B C 一、生物化学反应的自由能变化 • 能的主要表现形式：热与功 • 自由能（G） 在某一系统的总能量中，在恒定的温度、压力及一定体积条件下能够用来做功的那部分能量。 • 利用自由能判断反应的进行方向 ①当过程的 G0‘ = 0：该过程是可逆的。 ②当过程的 G0‘ < 0： 过程可以自发进行。 ③当过程的G0‘ > 0： 则此过程不能自发进行。

  17. 自由能变化的可加性

  18. AH2 -0.18 FADH2 aa3 O2 c1 c MH2 NADH CoQ b FMN -0.30 +0.10 +0.07 +0.22 +0.25 +0.29 -0.32 +0.82 电子转移－－氧化还原与自由能变化　表8－2157页 • E0‘标准电极电位及变化：　低高　＋1.14V • G0‘标准自由能变化：　　　－220 /mol

  19. 烯醇磷酸化合物 酰基磷酸化合物 磷氧型（—O~P) 磷酸化合物 焦磷酸化合物 磷氮型(-N~P) 　高能化合物 硫酯键化合物(-C~S或-O ~S) 非磷酸化合物 甲硫键化合物(CH3 ~ S) 高能化合物 • 一般将水解时能够释放20.9 kJ /mol（5千卡/mol)以上自由能的化合物称为。（高能键的表示：~）

  20. －7.3千卡/摩尔（－30.5千焦/摩尔) 二、高能磷酸键的生成机制 • ATP是生物细胞中最重要的高能磷酸酯类化合物。

  21. ATP ADP＋Pi ATP的生成(生物体内） • 光合磷酸化：光能（光合作用） • 氧化磷酸化：化学能（生物氧化） • 电子传递水平磷酸化（氧化磷酸化） • 底物水平磷酸化

  22. 1/2 1.氧化磷酸化（电子传递水平磷酸化） • 底物分子脱下的氢原子，在线粒体中，经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使ADP磷酸化生成ATP，这种能量的生成方式就称为氧化磷酸化。 生物体在有氧条件下，获取能量的一种方式？

  23. P/O比值 • 指氧化磷酸化过程中每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷酸的摩尔值。或是一对电子通过呼吸链到氧所产生的ATP分子数。 • ＮＡＤＨ呼吸链为：３或2.5，产生３ATP或2.5 • FADＨ2呼吸链为：2或1.5 ，产生2ATP或1.5.

  24. ~ 甘油酸磷酸激酶 △G0= -4.50 Kcal/mol 2.底物水平磷酸化（非氧化磷酸化） • 直接将底物分子中的高能键转变为ATP分子中的末端高能磷酸键的过程称为底物水平磷酸化。 生物体在缺氧条件下，特别是 厌氧微生物获取能量的一种方式？

  25. 3.氧化磷酸化的机制－－化学渗透学说要点 • 目前公认的是1961年由Mitchell提出的化学渗透学说。160页

  26. ATP合酶

  27. 三、线粒体外的氧化磷酸化　　－－－－－－胞液中的NADH 的再氧化 • 甘油-α-磷酸穿梭作用（得2ATP或1.5） 　肌肉、神经组织 • 苹果酸穿梭作用（得3ATP或2.5 ） 　肝、肾、心等组织 • 生物意义 　使细胞溶胶中的NADH逆浓度梯度转运到线粒体内膜进入电子传递进行氧化。

  28. NADHNAD 胞液中：甘油-α-磷酸脱氢酶 二羟丙酮 磷酸　　甘油-α-磷酸 线粒体内膜 二羟丙酮磷酸　　　甘油-α-磷酸 线粒体内：甘油-α-磷酸脱氢酶 FADH2FAD NADHFMNCoQ b c1 c aa3 O2

  29. NADHNAD 胞液中：苹果酸脱氢酶 天冬氨酸 转氨酶 　　草酰乙酸　　　苹果酸 天冬氨酸 转氨酶 　　草酰乙酸　　　苹果酸 线粒体内膜 线粒体内：苹果酸脱氢酶 NADHNAD NADHFMNCoQ b c1 c aa3 O2

  30. 四、氧化磷酸化的解偶联作用和抑制作用 • 氧化磷酸化的影响因素 1.ATP/ADP比值： • ATP/ADP比值下降，可致氧化磷酸化速度加快； • ATP/ADP比值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。 2.药物和毒物 • 呼吸毒物－－阻断电子传递 • 解偶联剂剂－－阻碍呼吸链释放的能量用于ATP合成

  31. 鱼藤酮，安密妥，杀粉蝶菌素 氰化物、硫化物、 叠氮化物、一氧化碳 抗霉素A 呼吸毒物 ＮADH-C0Q- CytbCytc1-CytcCytaa3-O2

  32. pH 7 脂不溶 脂溶 解偶联剂:2,4-二硝基苯酚（DNP） 线粒体膜 外　　　内

  33. 第四节　生物能的利用

  34. ADP＋磷酸肌酸 肌酸＋ 生物体的做功、需能反应等。 D F + H + 能 ADP+Pi 脊椎动物 ATP ADP+Pi + 能 ＋ 无脊椎动物 ADP＋磷酸精氨酸 精氨酸 能量的传递与储存 • 成人一日内需消耗40kg的ATP，在激烈运动时，ATP的利用率每分钟可达到0.5kg。 能量代谢的实质是？

  35. 思考题 １．生物氧化的特点? ２．呼吸链？主要的两条呼吸链是？ ３.利用自由能判断反应的进行方向? ４.药物和毒物对氧化磷酸化的作用？ 5. 氧化磷酸化作用？底物水平磷酸化？ P/0比值？ 6. 胞液中NADH 的再氧化？ 第１６８页：１,6

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