第八章新陈代谢总论和生物氧化

第八章 新陈代谢总论和生物氧化 1 新陈代谢总论 2 生物氧化

8.1 新陈代谢总论 8.1.1 新陈代谢的研究方法（1）活体内与活体外实验活体内实验“in vivo”：以生物整体、整体器官或微生物细胞群为对象进行的代谢研究称为活体内实验；活体外实验：“in vitro”：以组织切片、匀浆或组织提取液为对象进行的代谢研究称为活体外实验。

（2）同位素示踪法： 用35S、32P、14C、3H标记代谢物后，跟踪代谢物在某一生物体的去向，了解该代谢物在该生物体内的代谢情况。（3）代谢途径阻断法：应用抗代谢物或酶的抑制剂，阻断中间代谢的某一环节，了解反应被抑制的结果，以推测代谢情况。

8.1.2 生物体内能量代谢的基本规律 • 热力学第一定律：即能量守恒定律，指能量既不能创造也不能消失，只能从一种形式转变为另一种形式。 • 热力学第二定律：任何一种物理或化学变化的过程都自发的趋向于增加体系和环境的总熵。 • 熵：混乱度或无序性，是一种无用能。

8.1.3 高能化合物与ATP的作用 • 高能化合物：在生化反应中，某些化合物随水解反应或基团转移反应可放出大量自由能，称之。（水解时能够释放20.9 kJ /mol） • 高能键：在高能化合物分子中，水解时放出大量自由能的键称之。 • 高能磷酸化合物：含自由能高的磷酸化合物。

（1）高能磷酸化合物的类型 磷氧键型氮磷键型硫酯键型甲硫键型

磷氧键型 • （－O～P）属于这种键型的化合物：（1）焦磷酸化合物（2）烯醇式磷酸化合物（3）酰基磷酸化合物

（1）焦磷酸化合物

（2）烯醇式磷酸化合物

（3）酰基磷酸化合物

氮磷键型 胍基磷酸化物属于此类。

硫酯键型

甲硫键型

（2）ATP是能量代谢的偶联剂 ATP AMP + PPi

合成反应不一定都直接利用ATP供能，而可以用其他三磷酸核苷。如UTP用于多糖合成、CTP用于磷脂合成、GTP用于蛋白质合成等。但物质氧化时释放的能量通常是必须先合成ATP，然后ATP可使UDP、CDP或GDP生成相应的UTP、CTP或GTP，而ATP又转化为ADP。合成反应不一定都直接利用ATP供能，而可以用其他三磷酸核苷。如UTP用于多糖合成、CTP用于磷脂合成、GTP用于蛋白质合成等。但物质氧化时释放的能量通常是必须先合成ATP，然后ATP可使UDP、CDP或GDP生成相应的UTP、CTP或GTP，而ATP又转化为ADP。 • 在蛋白质、核酸和脂肪酸的生物合成中，许多反应是使ATP转化生成AMP： ATP AMP + PPi • ATP、AMP及ADP可以互相转变，腺苷酸激酶催化此反应： ATP + AMP ADP + ADP

糖类脂质蛋白质核苷酸 ATP ADP 机械能电能热能光能 UTP——多糖合成 GTP——蛋白质合成 RNA DNA

8.1.4 肌酸磷酸是高能磷酸键的贮存形式 肌酸激酶

8.1.5 辅酶A 的递能作用

8.2 生物氧化 8.2.1 生物氧化的概念、方式、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

8.2.1 生物氧化的概念、方式、特点 1、概念有机物在生物体内氧的作用下，生成CO2和H2O，并释放能量的过程。（高等动物通过肺部进行呼吸，吸入O2，排出CO2 ，故生物氧化又称组织呼吸、细胞呼吸。） 2、方式：脱氢、脱电子、加氧

加氧反应 物质分子中直接加入氧分子或氧原子，该物质即被氧化。

脱氢反应 从作用物分子中脱下一对质子和一对电子。

加水脱氢反应 向作用物分子中加入水分子，同时脱去两个质子和两电子，其结果是底物分子中加入一个来自水分子的氧原子

脱电子（e）反应 从作用物分子中脱下一个电子。

代谢物在体内的氧化可以分为3个阶段： • 糖、脂肪、蛋白质经分解代谢生成乙酰CoA的乙酰基 • 乙酰辅酶A进入三羧酸循环，脱氢，生成CO2并使NAD和FAD还原成NADH、FADH2。 • NADH和FADH2中的氢经呼吸链将电子传递给氧生成水，氧化过程中释放出来的能量用于ATP合成。

3、生物氧化的特点 • 在活细胞内、体温、常压、近中性pH及水介质中进行，须一系列酶、辅酶和中间传递体的作用； • 反应逐步进行，能量逐步释放，以ATP的形式捕获。 • CO2的生成是有机酸的脱羧生成的。 • 水的生成是代谢物脱下的氢经一系列传递体与氧结合而成。 • 有严格的细胞定位。（线粒体、细胞膜）

8.2.2 呼吸链的组成及电子传递顺序 1、呼吸链的概念：代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，传给被激活的氧生成水的连锁反应体系。又称电子传递链或电子传递体系。

2、组成：NADH脱氢酶复合物（Ⅰ），琥珀酸-辅酶Q复合物（Ⅱ）细胞色素bc1（Ⅲ）复合物，细胞色素氧化酶（Ⅳ）。2、组成：NADH脱氢酶复合物（Ⅰ），琥珀酸-辅酶Q复合物（Ⅱ）细胞色素bc1（Ⅲ）复合物，细胞色素氧化酶（Ⅳ）。

呼吸链主要由下列 5 类电子传递体组成： (1) 烟酰胺脱氢酶类（递氢体） (2) 黄素脱氢酶类（递氢体） (3) 铁硫蛋白类（递电子体） (4) 辅酶Q（又称泛醌）（递氢体） (5) 细胞色素类（递电子体）

(1) 烟酰胺脱氢酶类（递氢体） 以NAD+和NADP+为辅酶，有200多种。 (NADP+)+2H==NADH(NADPH)+H+

(2) 黄素脱氢酶类（递氢体） 以FMN或FAD作为辅基， FMN(FAD)+2H== FMNH2 (FADH2)

递氢机制：FMN或FAD的异咯嗪环上第1及第10位2个氮原子反复地进行加氢和脱氢反应，其反应表示如下： SH2 + E-FMN====S + E-FMNH2 SH2 + E-FAD===S + E-FADH2

(3) 铁硫蛋白类（递电子体）

(4) 辅酶Q（又称泛醌）（递氢体） 脂溶性，其苯醌结构可加氢和脱氢。

5、细胞色素类(单电子传递体）

细胞色素种类： 线粒体中有：cytb、cytc1、cytc、cyta、cyta3。 Cytaa3又叫细胞色素氧化酶。典型的呼吸链中，细胞色素的顺序是： cytb→cytc1 →cytc →cyta →cyta3

3、呼吸链中传递体的顺序： 呼吸链种类： NADH呼吸链 FADH2呼吸链氧化还原电位较高的体系，氧化（得电子）能力较强；较低的体系，还原（失电子）能力较强。电子总是从对电子亲和力小的低氧化还原电位流向高电位。氧化还原电位数值越低，失电子倾向越大，越易成为还原剂，处在呼吸链的前面。

电位值与电子传递链组分排列顺序不完全一致

多数经NADH呼吸链，琥珀酸、α-磷酸甘油、脂肪酰CoA经FADH2进行多数经NADH呼吸链，琥珀酸、α-磷酸甘油、脂肪酰CoA经FADH2进行

8.2.3 氧化磷酸化 概念：伴随放能的氧化作用而进行的磷酸化作用。氧化磷酸化主要方式： ⑴底物水平磷酸化; ⑵氧化磷酸化(电子传递链磷酸化);

（1）底物水平磷酸化 概念：代谢物由于脱氢或脱水，引起分子内部能量的聚集或重排，所形成的高能键直接使ADP磷酸化生成ATP的过程即底物水平磷酸化。 X～ P + ADP XH + ATP （是发酵作用中取得能量的唯一方式。与氧的存在与否无关，氢和电子不经电子传递链。）

（2）电子传递体系磷酸化： 概念：电子由NADH或FADH2经电子传递呼吸链传递给氧，最终形成水的过程中伴有ADP磷酸化为ATP的过程。是机体产生ATP的主要形式。

第八章 新陈代谢总论 和生物氧化