第七章新陳代謝總論與生物氧化重點：①生物氧化，氧化磷酸化，呼吸鏈的概念。②ATP在生物氧化中的重要作用。③NADH及FADH2呼吸鏈組成，傳遞體的順序。④氧化磷酸化中ATP的生成部位及數(shù)量。難點：①NADH及FADH2呼吸鏈組成，傳遞體的順序。②氧化磷酸化作用的化學滲透學說。新陳代謝一、新陳代謝的概念新陳代謝（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物與周圍環(huán)境進行物質交換、能量交換和信息交換的過程。合成代謝和分解代謝

小分子大分子合成代謝（同化作用）需要能量

釋放能量分解代謝（異化作用）大分子小分子物質代謝能量代謝新陳代謝高能鍵是1941年普曼（FritzLipman）提出的一個概念，用“~”表示，是指其結構不穩(wěn)定，性質活潑，自發(fā)水解或基團轉移的趨勢很強，當其發(fā)生水解或基團轉移反應時，釋放的自由能很多。二、高能化合物與ATP高能鍵中的“高能”是指其自由能高，并非鍵能高。1、高能鍵（high-energybond）分子結構中含有高能鍵的化合物稱為高能化合物。細胞中重要的高能鍵：高能磷酸鍵和高能硫脂鍵。2、高能化合物概念及種類高能化合物類型安靜狀態(tài)的成年人：每天消耗40kgATP；3、ATP的結構及意義生物體每天要消耗大量ATP激烈運動時：每分鐘就消耗0.5kg。腺嘌呤—核糖—O—P—O—P—O—P—O-OOOO-O-O-+++（1）ATP是產(chǎn)能反應和需能反應之間最主要的能量介質意義：放能反應通過氧化磷酸化反應合成ATP，貯存能量；需能反應則通過ATP水解供應之。b、在某些情況下，ATP的α和β磷酸基團之間的高能鍵被水解（即同時水解γ和β-磷酸基團），形成AMP和焦磷酸。a、當ATP提供能量時，在ATP遠端的γ-磷酸基團水解為無機磷酸分子，變成腺苷二磷酸。ATP

+H2O＝ADP

+Pi

+H+G＝-30.5kJ?MOL-1ATP

+H2O＝AMP

+PPi

+H+G＝-32.1kJ?MOL-1（2）作為磷酸基團供體參與磷酸化反應反應生成的磷酸化葡萄糖分子具有較高的自由能，易進一步參加反應。生化反應中，無論是分解代謝還是合成代謝，常常需要先將反應底物分子活化，磷酸化是一種普遍活化方式。ATP在磷酸基團轉移中起“中間傳遞體”的作用，故稱“磷酸基團傳遞者”。（3）ATP參加高能磷酸基團轉移反應ATP在能量轉運中地位和作用～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基團轉移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基團儲備物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油ATP作為自由能的貯存分子，其產(chǎn)生和利用處于動態(tài)平衡中。4、ATP系統(tǒng)的動態(tài)平衡一般情況下，ATP在形成后一分鐘內(nèi)就會被利用，故嚴格說來ATP不是能量的貯存形式，而是傳遞能量的物質。其他供能核苷酸GTP參與蛋白質生物合成；UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用；CTP在合成磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺等生物合成。生物氧化有機物在生物體細胞內(nèi)氧化分解成二氧化碳和水并釋放出能量形成ATP的過程稱為生物氧化（biologicaloxidation）。一、概念其實質是需氧細胞在呼吸代謝過程中所進行的一系列氧化還原反應過程。二、生物氧化的特點活細胞內(nèi)進行反應。必須在酶參加下，一定條件（溫度、pH值）放出能量以ATP或者磷酸肌酸形式儲存真核細胞，生物氧化多在線粒體內(nèi)進行，原核細胞中，生物氧化在細胞膜上進行。脂肪葡萄糖、其它單糖三羧酸循環(huán)電子傳遞（氧化）蛋白質脂肪酸、甘油多糖氨基酸乙酰CoAe-磷酸化+Pi

生物氧化的三個階段線粒體結構三、線粒體電子傳遞體系

線粒體呼吸鏈

線粒體基質是呼吸底物氧化的場所，底物在這里氧化所產(chǎn)生的NADH和FADH2將質子和電子轉移到內(nèi)膜的載體上，經(jīng)過一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給O2生成H2O。這種由載體組成的電子傳遞系統(tǒng)稱電子傳遞鏈（eclctrontransferchain),因為其功能和呼吸作用直接相關，亦稱為呼吸鏈。氧化電子傳遞鏈位于原生物的質膜上，真核生物中位于線粒體的內(nèi)膜上。NADH呼吸鏈電子傳遞和水的生成H2O12O2O2-MH2還原型代謝底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+

細胞色素b-c1-c-aa3

FeS2H+M氧化型代謝底物2eFADH2呼吸鏈電子傳遞和水的生成H2OFADFADH2琥珀酸

FeS2Fe2+2Fe3+

細胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+延胡索酸2eNADH呼吸鏈NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFADFe-S琥珀酸等復合物II復合物IV復合體I復合物IIINADH脫氫酶細胞色素還原酶細胞色素氧化酶琥珀酸脫氫酶FADH2呼吸鏈復合物I煙酰胺脫氫酶類

特點：以NAD+

或NADP+為輔酶，存在于線粒體、基質或胞液中。

傳遞氫機理:NAD(P)++2H++2eNAD(P)H+H+Ox型Red型復合物II黃素脫氫酶類黃素蛋白酶類

特點：以FAD或FMN為輔基，酶蛋白為細胞膜組成蛋白呼吸鏈中最重要的黃素酶：

NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶遞氫機理：FAD(FMN)+2HFAD(FMN)H2鐵硫蛋白

+e

傳遞電子機理：Fe3+Fe2+

-e

特點：含有Fe和對酸不穩(wěn)定的S原子，F(xiàn)e和S常以等摩爾量存在（FeS4，F(xiàn)e2S2，F(xiàn)e4S4)構成Fe-S中心。CoQ

特點：帶有聚異戊二烯側鏈的苯醌，脂溶性，位于膜雙脂層中，能在膜脂中自由泳動。+2H

傳遞氫機理：CoQCoQH2

－2H（輔酶Q）復合物III復合物IV細胞色素類細胞色素特點：以傳遞電子作為其主要功能的色蛋白。輔基是鐵卟啉類別:根據(jù)吸收光譜分成a、b、c三類，呼吸鏈中含5種（b、c、c1、a和a3)，cytb和cytc1、cytc在呼吸鏈中為電子傳遞體，a和a3以復合物存在，稱細胞色素氧化酶，其分子中除含F(xiàn)e外還含有Cu

，可將電子傳遞給氧，因此亦稱其為末端氧化酶。傳遞電子機理：

+e+eFe3+Fe2+Cu2+Cu+

－e－e

電子傳遞抑制劑NADHFMNCoQFe-SCytc1O2CytbCytcCytaa3Fe-SFMNFe-S琥珀酸復合物II復合物IV復合物I復合物III魚藤酮安密妥抗霉素A氰化物CO抗霉素A的抑制部位NADFPQbcaa3NADFPQbcaa3呼吸鏈的比擬圖解氧化磷酸化作用一、氧化磷酸化概念

代謝物在生物氧化過程中釋放出的自由能用于合成ATP（即ADP+Pi→ATP）,這種氧化放能和ATP生成（磷酸化）相偶聯(lián)的過程稱氧化磷酸化。類別：

底物水平磷酸化電子傳遞水平磷酸化ADP+PiATP+H2O生物氧化過程中釋放出的自由能電子傳遞水平磷酸化：ATP的生成與氧化電子傳遞鏈相偶聯(lián)的磷酸化作用。～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基團轉移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基團儲備物）6-磷酸葡萄糖3-磷酸甘油底物水平磷酸化：是指ATP的形成直接與一個代謝中間物（如PEP）上的磷酸基團轉移相偶聯(lián)的作用。磷氧比（P/O

）呼吸過程中無機磷酸（Pi）消耗量和原子氧（O）消耗量的比值稱為磷氧比。由于在氧化磷酸化過程中，每傳遞一對電子消耗一個氧原子，而每生成一分子ATP消耗一分子Pi

，因此P/O的數(shù)值相當于一對電子經(jīng)呼吸鏈傳遞至原子氧所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。NADHFADH2O212H2OH2O例實測得NADH呼吸鏈：

P/O~2.5ADP+PiATP實測得FADH2呼吸鏈：P/O~1.5O2122e-2e-ADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATPADP+PiATP二、氧化磷酸化的偶聯(lián)機理

1、線粒體ATP合酶（mitochondrialATPase）2、能量偶聯(lián)假說

1953年EdwardSlater

化學偶聯(lián)假說

1964年PaulBoyer構象偶聯(lián)假說

1961年PeterMitchell化學滲透假說3、質子梯度的形成1978年獲諾貝爾化學獎線

粒

體ATP合

酶大腸桿菌ATP合成酶的球-柄形結構ATPase的旋轉催化模型

在呼吸鏈的電子傳遞過程中，自由能驅動H+從線粒體基質跨過內(nèi)膜進入到膜間隙，從而形成H+跨線粒體內(nèi)膜的電化學梯度，產(chǎn)生的化學電位差是合成ATP的基本動力?；瘜W滲透假說

(chemiosmotichypothasis)化學滲透假說原理示意圖4H+4H+2H+4H+NADH+H+2H+2H+2H+

ADP+PiATP高質子濃度H2O2e-+++++++++__________質子流線粒體內(nèi)膜磷酸化

氧化

1、解偶聯(lián)劑解偶聯(lián)作用：所有破壞生物氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用，引起解偶聯(lián)作用的物質稱為解偶聯(lián)劑。常見的解偶聯(lián)劑有2，4-二硝基苯酚、雙香豆素等。解偶聯(lián)劑并不抑制電子傳遞過程，只抑制由ADP形成ATP的磷酸