第六章 新陈代谢总论与生物氧化
关于新陈代谢总论和生物氧化课件
遵循热力学定律（第一和第二定律） G＝ H－T S [G：（实际）自由能变化； H总
热能变化； T S总体熵变化。]
当G<0时，体系的反应自发进行（放能）； 当G>0时，在补充自由能时可以进行（吸能） G＝0时，体系处于平衡状态。
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c) 烯醇式磷酸化合物
COOH O CO PO CH2 O
磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
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② 氮磷键型
O
NH
PO
C NH O
N CH3
C H 2C O O H
O
NH
PO
C NH O
N CH3 NH2
C H2C H2C H2C HC O O H
磷酸肌酸
磷酸精氨酸
10.3千卡/摩尔
7.7千卡/摩尔
三、高能化合物与ATP作用
1、高能化合物：在生物化学反应中，随水解反应或 集团转移反应能够放出大量自由能的化学化合物 （高能磷酸化合物（～P）、硫酯型高能化合物、 甲硫型高能化合物）。
高能磷酸化合物：磷氧型+磷氮型 p205（表8-1）
Fig. 2. The two-dimensional stick model of the adenosine phosphate family of molecules, showing the atom and bond arrangement.
关于新陈代谢总论 和生物氧化
8.0 概论
1、新陈代谢（metabolism）的概念: 新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交
换的全过程。它包括生物体内所发生的一切合成（同化 作用，耗能）和分解（异化作用，放能）作用。
第六章代谢总论和生物氧化
COOCH NH3+
CH2
CH2 H3C S+ A
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2）ATP的特殊作用 1）细胞内放能反应、需能反应的化学偶联剂 2）磷酸基转移的作用 Glc进入血液中，磷酸化（唯一出路） G-6-P Glc的一种活化形式 已糖激酶催化：Glc+ATP→G-6-P+ADP。 3一磷酸甘油：甘油活化形式，参与脂肪合成 甘油激酶：甘油+ATP→3一磷酸甘油+ADP
（脂、多糖、蛋白质、核酸等） 需要能量：ATP
电子载体（NADH、NADPH和FADH2）
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（六）生物体内能量代谢的基本规律
能量代谢 伴随着生物体的物质代谢所发生的一系列的 能量转变
热力学第一定律：能量守恒 热力学第二定律：任何一种物理或化学的过程都自发地趋
向于增加体系与环境的总熵
2.代谢研究的主要内容: 1).营养物质的摄入 2).营养物质的消化和降解：由大分子形成小分子 3).由小分子物质合成自身需要的各种生物分子 4).提供和储存生命活动所需要的能量
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（二）代谢作用的特点 1、中间代谢极强的顺序性 2、条件温和，酶催化 3、自我调节 4、代谢中每一步反应都涉及到物质和能量
R－CHNH2－COOH R－CH2NH2 ＋ CO2
HH
H
H
OH OH
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c、烯醇式磷酸化合物
COOH O CO P CH2 O
O 磷酸烯醇式丙酮酸 14.8千卡/摩尔
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（2）氮磷键型
储存能量
生物化学 代谢总论与生物氧化
～P ～P ATP
～P
～P
～P
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油
二 生物氧化
二、生物氧化
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生
物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O
并释放出能量的过程称为生物氧化。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称
O NH C N NH CH3
肌酸磷酸
O
O NH
P O
P O NH2
C NH O N CH3 CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸精氨酸
CH2COOH
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
硫酯键型
酰基辅酶A
O SCoA
R C
甲硫键型
COO CH CH2 CH2 H3C S
(3) 水的生成方式是代谢物脱下的H与O结合
产生的。 (4) CO2的生成方式是有机酸脱羧产生的。
生物氧化的内容
（1）细胞如何在酶的催化下将有机化合物中的C变 成CO2—CO2如何形成？ • 脱羧反应
（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机化 合物中的H氧化成H2O—H2O如何形成？ • 电子传递链 （3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎 样转化成ATP—能量如何产生？ • 底物水平磷酸化 • 氧化磷酸化
分解代谢与合成代谢
生物小分子合成大分子 • •
合成代谢 •
需要能量
能量代谢
新陈代谢
•
• •
释放能量
分解代谢
生物大分子分解成小分子
物 质 代 谢
新陈代谢的共同特点
新陈代谢总论和生物氧化
呼吸链中传递体的顺序
确定呼吸链中各传递体顺序的方法依据： a. 测定各电子传递体氧化还原电位的数值－－ 按氧化还原电位由低到高顺序排列； b. 利用电子传递抑制剂确定其顺序； c. 通过电子传递体体外重组实验加以验证； d. 根据从线粒体中分离到的传递体复合体排序 (4种)。
氧化磷酸化作用
——伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化 底物水平磷酸化
第七章
新陈代谢总论与生物氧化
06工一 莫燕玲 20062502621
新陈代谢的概念
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 新陈代谢 释放能量 分解代谢 （异化作用） 能量代 谢 物质代谢
生物大分子分解为 生物小分子
新陈代谢的共同特点
• 1. 由酶催化，反应条件温和。
• 2. 诸多反应有严格的顺序，彼此协调。 • 3. 对周围环境高度适应。
呼吸链包括
NADH-Q还原酶、琥珀酸-Q还原酶、细胞色素c 还 原酶、细胞色素c氧化酶
NAD H
NADH-Q 还原酶
Q
细胞色素c还 原酶
细胞 色素c
细胞色素c氧 化酶
O2
琥珀酸-Q还原酶
FADH2
呼吸链种类
• • • • • • •
●
根据代谢物上脱下的氢的初始受体不同，在具有线粒体 的生物中，典型的呼吸链有2种:
●
NADH呼吸链： 绝大部分分解代谢的脱氢氧化反应通 过此呼吸链完成 FADH2呼吸链： 只能催化某些代谢物脱氢, 不能使 NADH 或 NADPH脱氢
• 以组分来分： • 1、烟酰胺脱氢酶类（蛋白类，以NAD+或NADP+为 辅酶） • 2、黄素脱氢酶类（蛋白类，以FMN或FAD作为辅基） • 3、铁硫蛋白类（活性部分有两个活泼的硫和两个 铁原子，故称铁硫中心） • 辅酶Q类（不是蛋白质，使一个脂溶性的存在于mt 内膜） • 细胞色素类（蛋白类，是一类以铁卟啉为辅基的 蛋白质）
第六章 代谢与生物氧化
一、新陈代谢
第 六 章 代 谢 与 生 物 氧 化 4. 代谢
——完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶 完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶 促反应。 促反应。 特点： 特点：
没有完全可逆的代谢途径； 没有完全可逆的代谢途径； 的代谢途径 代谢途径形式是多样 形式是多样的 代谢途径形式是多样的； 代谢途径有确定的细胞定位 确定的细胞定位； 代谢途径有确定的细胞定位； 代谢途径是相互沟通的； 代谢途径是相互沟通 相互沟通的 能量关联； 代谢途径之间有能量关联 代谢途径之间有能量关联； 代谢途径的流量可调控 可调控。 代谢途径的流量可调控。
能
在高能化合物分子中， 在高能化合物分子中 ， 被水解断裂时释放出大量 自由能的活泼共价键。 高能键常用符号“ 表示 表示。 自由能的活泼共价键。 高能键常用符号“ ~ ”表示。
“高能键”≠“键能高” 高能键” 高能键 键能高”
茶学与生物系-生物化学
代谢中的能量物质
第 六 章
根据分子结构和高能键的特征，高能化合物可分为： 根据分子结构和高能键的特征，高能化合物可分为： 焦磷酸化合物： (1) 焦磷酸化合物：如ATP
(C~S)型 型
茶学与生物系-生物化学
二、生物氧化
第 六 章 代 谢 与 生 物 氧 化 1.定义 定义
糖类、脂肪、 糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行脱 加氧等氧化分解生成CO2和H2O，并释放出能量 氢、加氧等氧化分解生成 ， 的过程称为生物氧化 生物氧化(biological oxidation)。 的过程称为生物氧化 。 其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一 系列氧化还原反应过程，故又可称细胞呼吸 细胞呼吸。 系列氧化还原反应过程，故又可称细胞呼吸。
• 新陈代谢 一 新陈代谢一 物质 和 能量 转变
第6章代谢总论与生物氧化
磷氧型高能磷酸化合物：
（1）烯醇式磷酸化合物(例)
- 61.9 kJ/mol
第6章代谢总论与生物氧化
(2)酰基磷酸化合物（例）
- 42.3 kJ/mol
第6章代谢总论与生物氧化
（3）焦磷酸化合物（例）
焦磷酸 - 28.84 kJ/mol
ATP（三磷酸腺苷） - 30.5 kJ/mol
第6章代谢总论与生物氧化
肌酸磷酸 激酶
第6章代谢总论与生物氧化
第6章代谢总论与生物氧化
第二节 生物氧化
——有机物质在细胞内的氧化作用。又称组织呼 吸或细胞呼吸。
★在整个生物氧化过程中，有机物质最终被 氧化成CO2和H2O，并释放出能量形成ATP。 一、 生物氧化的特点 （一）氧化还原的本质——电子转移
电子转移的主要形式：
2. 能量逐步释放，部分存于ATP中。 3. 分为线粒体氧第化6章体代谢总系论与和生物非氧化线粒体氧化体系。
二、 生物氧化中CO2的生成
生物体内CO2的生成来源于有机物转变为含 羧基化合物的脱羧作用。
(1) 直接脱羧
丙酮酸脱羧酶
CH3CCOOH
O 丙酮酸
（α-脱羧）
CH3CHO + CO2
HOOCC H2C COOH
磷氮型高能磷酸化合物：
- 43.1 kJ/mol 第6章代谢总论与生物氧化
非磷酸高能化合物： (1) 硫酯键型高能化合物 （例）
乙酰辅酶A 第6–章代3谢1总.4论与k生J物/m氧化ol
(2) 甲硫型高能化合物 （例）
– 41.8 kJ/mol
第6章代谢总论与生物氧化
ATP的特殊作用
NH2
N
O 草酰乙酸
丙酮酸羧化酶 （ β -脱羧）
生物化学：第6章 新陈代谢总论与生物氧化
第6章新陈代谢总论与生物氧化 (Biological Oxidation)6 新陈代谢总论与生物氧化小分子 大分子合成代谢（同化作用）需要能量释放能量分解代谢（异化作用）大分子 小分子物质代谢能量代谢新陈代谢信息交换6.1 新陈代谢总论新陈代谢的概念及内涵6.1.1 新陈代谢的研究方法1，活体内（in vivo）和活体外实验（in vitro）2，同位素示踪法3，代谢途径阻断法4，突变体研究法6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律1、自由能的概念(1)热力学第一定理: 能量守恒。
(1) 热力学第二定理：自发过程是向着能量分散 程度(熵，S)增大的方向进行。
(3) 自由能：在恒温恒压下,体系可以用来对环境 作功的那部分能量。
(4)自由能变化的公式:△G=△H- T△S△G＜0 反应自发△G＞0 需要能力才能向正反应进行△G=0 反应处于平衡状态6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、反应标准自由能的变化及其与平衡常数的关系（1）标准自由能： G o′自由能与标准自由能△G = △G o′+ RTln[C][D]/[B][A]当△G = 0时， △G o′= -2.303RTlgK′标准自由能的可加性6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律3、氧化还原电位（1）E：在氧化还原反应中,自由能的变化与反应物供出或得到电子的趋势成比例,这种趋势用数字表示,即为氧化还原电位.（2）Ｅ、E o与E o′（3）E o′的含义——其值越小表示所带电子越多，还原能力越强△G o′= -nF △E o ′△E o ′＞０，表示反应能自发进行4、氧化还原电位与自由能的关系检流计盐桥ZnSO 4CuSO 4e+-负极反应: Zn - 2e =Zn 2+ E 0 Zn 2+/ Zn = - 0.76V 正极反应: Cu 2++2e= Cu E 0 Cu 2+/ Cu =+ 0.34V ΔE 0 = E 0正极-E 0负极=+0.34V -(-0.76V)=+1.10V6.1.2 生物体内能量代谢的基本规律2、 ATP 是生物细胞内能量代谢的偶联剂ATP + H 2O ADP +Pi 释放能量30.5kJ/mol ADP + Pi ATP 吸收能量30.5kJ/molATP ——最常见的高能磷酸化合物，具有高能磷酸基团，能量通货。
新陈代谢总论与生物氧化
分A、B、C三类。
②
区别： ① 铁卜啉辅基侧链不同 铁卜啉辅基与酶蛋白连接方式不同
辅基 与酶蛋白连接 非共价结合
cytA
血红素A
cytB cytC
血红素 血红素
非共价结合
乙烯侧链与酶蛋白多 肽链中 Cys的 –SH相 连
多聚异戊二烯长链
甲酰基
CoQ
2Fe
2+
2Fe
3+
2Fe
2+
2Fe
3+
C y tb CoQH
FADH2
2e-
1 O2 2
H2 O
氧化磷酸化偶联机制
（1） 化学渗透学说
●呼吸链传递电子和质子:
电子--释放的能量
质子--线粒体内膜的内侧（基质侧） 线粒体内膜的外侧（膜间隙侧）
化 学 渗 透 假 说
化学渗透假说示意图
+++++++++
线粒体内膜
氧化
磷酸化
__________
NADH+H+ 2H+ ADP+Pi ATP 2H+ 2H+ H2 O 2 e2H+ 2H+ 2H+
成高能磷酸化合物，进一步将高能磷酸基转移给ADP，
形成ATP。
底物水平磷酸化是在发酵作用中取得能量的唯一
方式，与氧气的存在与否无关。
共3个反应：
底物水平磷酸化
3-P-甘油酸激酶
1,3-BP- 甘油酸 +ADP
丙酮酸激酶
3-P-甘油酸
+ATP
PEP+ADP
琥珀酰CoA+Pi+GDP
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第六章新陈代谢总论与生物氧化
一、解释名词
1．生物氧化：
2．有氧呼吸与无氧呼吸：
3．呼吸链
4．氧化磷酸化
5. P/O比
6.末端氧化酶
二、是非题:
1．物质在空气中燃烧和在体内的生物氧化的化学本质是完全相同的。
2．生物界NADH呼吸链应用最广。
3．当一个体系的熵值减少到最小时该体系处于热力学平衡状态。
4．在生物氧化体系内，电子受体不一定是氧，只要它具有比电子供体较正的E0′时呼吸作用就能进行。
5．各种细胞色素组分，在电子传递体系中都有相同的功能。
6．呼吸链中氧化还原电位跨度最大的一步是在细胞色素aa3-O2之间。
7．呼吸链细胞色素氧化酶的血红素辅基Fe原子只形成5个配位键，另一个配位键的功能是与O2结合。
8．解偶联剂的作用是解开电子传递和磷酸化的偶联关系，并不影响ATP的形成。
9．鱼藤酮不阻止苹果酸氧化过程中形成的NADH+H+通过呼吸链生成ATP
10．寡霉素对氧消耗的抑制作用可被2，4-二硝基苯酚解除。
11．6—磷酸葡萄糖含有高能磷酸基团，所以它是高能化合物。
12．从低等单细胞生物到最高等的人类，能量的释放、贮存和利用都以ATP为中心。
13．ATP虽然含有大量的自由能，但它并不是能量的贮存形式。
14．ATP在高能化合物中占有特殊地位，它起着共同的中间体的作用。
15．有机物的自由能决定于其本身所含基团的能量，一般是越稳定越不活泼的化学键常具有较高的自由能。
16．磷酸肌酸是ATP高能磷酸基的贮存库，因为磷酸肌酸只能通过这唯一的形式转移其磷酸基团。
三、填空题
1．生物体内形成ATP的方式有:⑴__________________、⑵___________________和⑶________________________。
2．代谢物在细胞内的生物氧化与在体外燃烧的主要区别是、
和。
3．生物氧化主要通过代谢物的反应实现的，H2O是通过
形成的。
4．化学反应过程中，自由能的变化与平衡常数有密切的关系，ΔG0′＝。
6．在氧化还原反应中，自由能的变化与氧化还原势有密切的关系，ΔG0＝。
7．典型的生物界普遍存在的生物氧化体系是由、和三部分组成的。
8．典型的呼吸链包括和两种，这是根据接受代谢物脱下的氢的
不同而区别的。
9．化学渗透学说主要论点认为：呼吸链组分定位于内膜上，其递氢体起
作用，因而造成内膜两侧的差，同时被膜上合成酶所利用、促使ADP磷酸化形成ATP。
10．NADH通常转移和给O2，释放能量生成；而NADPH通常转移
和给某些氧化态前体物质，参与代谢。
11．线粒体内膜外侧的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是；而线粒体内膜内侧的α-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是。
12．NADH脱氢酶是一种蛋白，该酶的辅基是。
13．线粒体ATPase是由和两部分组成。
14．唯有细胞色素和辅基中的铁原子有个结合配位键，它还保留一个游离配位键，所以能和结合，还能和、结合而受到抑制。
15．绿色植物生成ATP的三种方式是、和。
16．在NADH呼吸链中有三个部位可以形成ATP，这三个部位分别是、
和部位之间。
17．NADH呼吸链有三个部位氢或电子的传递可以受到某些化学物质的抑制，这三个部位依次是：、和，其中具有致死性的部位是。
18．在含有糖酵解、柠檬酸循环和氧化磷酸化酶活性的细胞匀浆液中，彻底氧化一摩尔丙酮酸、NADH、葡萄糖和磷酸烯醇式丙酮酸各产生、、、和摩尔ATP。
四、选择题
1．乙酰CoA彻底氧化过程的P／O比值是：
A 1
B 2
C 3
D 4
2．生物体能够利用的最终能源是：
A 磷酸肌酸
B ATP
C 太阳光
D 有机物的氧化
3．在生物化学反应中，总能量变化符合下列哪一项?
A 受反应的能障影响
B 因辅助因子而改变
C 和反应物的浓度成正比
D 与反应机制无关
4．氰化物引起的缺氧是由于
A 中枢性肺换气不良
B 干扰氧的运输
C 微循环障碍
D 细胞呼吸受抑制
5．下列关于生物氧化的叙述正确的是：
A 呼吸作用只有在有氧时才能发生。
B 2，4-二硝基苯酚是电子传递的抑制剂。
C 生物氧化在常温常压下进行。
D 生物氧化快速而且是一次放出大量的能量。
6．胞浆中产生的NADH通过下列哪种穿梭进入线粒体，彻底氧化只能生成2个ATP
A α-磷酸甘油穿梭
B 柠檬酸穿梭
C 苹果酸穿梭
D 草酰乙酸穿梭
7．下列关于电子传递链的叙述正确的是：
A 电子从NADH传至02自由能变化为正 B电子传递的继续进行依赖于氧化磷酸化
C 电子从NADH传至02形成2分子ATP
D 解偶联剂不影响电子从NADH传至02
8．已知AG0 = - 2.303RT1gKeq′，下列反应的自由能是：A + B = C；[A]=[B]=[C]=10mol／L
A 4.6RT
B -4.6RT
C 2.3RT
D -2.3RT
9．琥珀酸脱氢生成延胡索酸(延胡索酸／琥珀酸；E0′＝+0.03V)，假如将琥珀酸加到硫酸高铁和硫酸亚铁(Fe3+／Fe2+；E0′= +0.77V)的平衡混合物中：
A 硫酸高铁的浓度增加
B 硫酸高铁和延胡索酸的浓度增加
C 硫酸高铁和硫酸亚铁的浓度比不变
D 硫酸亚铁和延胡索酸的浓度增加
10．寡霉素存在时，加入2，4—二硝基苯酚下列哪种情况发生：
A 阻断电子传递
B 恢复电子传递
C 合成ATP
D 分解ATP
11．用琥珀酸作呼吸底物和Pi一起加入到线粒体的悬浮液中，下列推断错误的是：
A 若加ADP，则耗氧增加。
B 假如有寡霉素存在，ADP的加入不会使耗氧增加。
C 假如有2，4—二硝基苯酚存在，寡霉素使耗氧增加。
D 假如有2，4—二硝基苯酚存在，ADP不会使耗氧增加。
12．肌肉中能量的主要贮存形式是下列哪一种?
A ATP
B 磷酸烯酵式丙酮酸
C cAMP
D 磷酸肌酸
五、问答与计算
1．什么是生物氧化？生物氧化有什么主要特点？
2．给大白鼠注射2，4—二硝基苯酚，鼠体温升高，为什么?
3．将DCCD加入到线粒体制剂中，ATP合成和电子传递的速度都减少，加入2，4—二硝基苯酚电子传递速度恢复正常，说明这是为什么。
4．指出下列过程中的P/O理论值:⑴异柠檬酸→琥珀酸；⑵二硝基酚存在时， -酮戊二酸-→琥珀酸；
⑶琥珀酸-→草酰乙酸.
5．由于超氧基和H 202的形成会破坏细胞膜中的磷脂，在西方国家，有人认为这是导致衰老的因素，为延迟衰老，他们服用超氧化物歧化酶药片以便尽快使这些有害物质转化，你认为这种方法对吗?为什么?
6．pH7.0，25℃时ATP水解成ADP十P l，ΔG0=30.5kJ/mol
(1)计算反应的平衡常数。
(2)在细胞内该反应处于平衡吗?。