新陈代谢与生物氧化
第六章 新陈代谢总论与生物氧化
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ATP10．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＝。
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
新陈代谢与生物氧化讲解
（ ΔG是总自由能的变化， ΔH 是总热 能的变化，ΔS是熵的变化）
当ΔG＞0，反应不能自发进行。当给体系补充自由能 时，才能推动反应进行（为吸能反应）。 当ΔG＜0，体系的反应能自发进行(为放能反应)。 当ΔG＝0，表明体系已处于平衡状态。
自由能：
生物体（或恒温恒压）用以作功的 能量。在没有作功条件时，自由能转变 为热能丧失。 熵：混乱度或无序性，是一种无用的能。
CH2CH2COOH 2H
SH 2 NAD
+
FMNH 2 2H CoQ Fe S
FAD Fe*S 复合物 II Cytb - （琥珀酸脱氢酶） 2e
2+ 2C yt-Fe
2e
1 O － 2 2
S
FMN NADH + H 2H Fe S
-
3+ 2C yt-Fe 2e 2H+ 复合物 I （NADH- 泛醌还原酶）
主要作为一类不需氧脱氢酶的的辅酶。有 NAD+和NADP+，大多脱氢酶以NAD +为辅酶。
电子和氢离子一起被接受，还原型CoⅠ 将氢移到NADH脱氢酶（黄素）上。
NAD+和NADP+的结构
R=H: NAD+;
R=H2PO3:NADP+
NAD+（NADP+）和NADH（NADPH）相互转变
氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。
Ⓢ 表示无机硫
④辅酶Q类
又称泛醌（CoQ)，可接受多种脱氢酶脱下的 氢和电子转变为泛醇（ CoQH2），处在呼吸 链的中心地位。泛醇将电子传给细胞色素 bc1复合体，H+释出。
⑤细胞色素类（cytochromes)
第七章 生物氧化
呼吸链有两条：
NADH开始的呼吸链
—— NADH呼吸链；
FADH2开始的呼吸链 —— FADH2呼吸链。
+e Fe3+ Fe2+
-e
铁硫蛋白的结构及递电子机理
1Fe 0S24Cys 4Fe
4S24Cys 2Fe
2S24Cys
S Fe
4. 辅酶Q (CoQ)
辅酶-Q（CoQ）：脂溶性醌类化合物， 又称泛醌，非蛋白电子载体。 特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌， 位于呼吸链的中心
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
辅酶-Q不只接受NADH脱氢酶的H,还接受 线粒体其他脱氢酶脱下的H,如琥珀酸脱 氢酶，因此它。
第二节 线粒体电子传递体系
一.线粒体呼吸链（respiratory
chain)
线粒体基质是呼吸底物氧化的场所,底
物在这里氧化所产生的NADH和FADH2将 质子和电子转移到内膜的载体上，经 过一系列氢载体和电子载体的传递， 最后传递给O2生成H2O。
（一）呼吸链的概念
呼吸链（电子传递体系或电子传递链）：
•
• ATP与高能磷酸键
NH2 O O Oγ β α N O P O P～ O P ～ - O O CH O O 2 O N N N
OH OH AMP ADP ATP
•
ATP + H2O ADP + H2O AMP + H2O
ADP + Pi AMP + Pi
第八章 新陈代谢总论与生物氧化
新陈代谢总论
1.
新陈代谢： 代谢：活细胞中所有化学变化的总称。泛指 生物与周围环境进行物质与能量交换的过程， 是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一， 代谢是动态的。
1. 新陈代谢
2.合成代谢与分解代谢
合成代谢：一般是指将简单的小分子物质转变成
复杂的大分子物质的过程。太阳能是生物体能量的
什么是生物氧化
糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行
氧化分解生成CO2 和H2O并释放出能量的过程称为生
物氧化（biological oxidation），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。
脂肪
多糖
蛋白质
生物氧化的三个阶段
大分子降解 成基本结构 单位
脂肪酸、甘油
Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2
（ubiquinone,亦写作CoQ）
4. 细胞色素类
（cytochromes）
NADH
FMN
Fe-S
复合体 I NADH 脱氢酶
琥珀酸等
FAD
Fe-S
CoQ
Cyt b
复合物 II 琥珀酸-辅酶Q 还原酶
Fe-S
Cyt c1 Cyt c Cyt aa3
3.自由能判断（逻辑判断）：通过不同物质间标准 自由能的比较进行逻辑判断；
4.代谢途径阻断法；
5.突变体研究法。
高能化合物
高能化合物的概念及其类型
1.概念：将水解时释放大量自由能的化合物称 为高能化合物。 2.类型：机体内高能化合物的种类是很多的， 根据其键型的特点分为以下几类：
生物化学--新陈代谢总论与生物氧化
二、生物体内能量代谢的基本规律
1.服从热力学原理。热力学第一定律是能量守恒定律，热力 学第二定律指出，热的传导自高温流向低温。机体内的化 学反应朝着达到其平衡点的方向进行。
2.生化反应最重要的热力学函数是吉布斯自由能G 。自由能
是在恒温、恒压下，一个体系作有用功的能力的度量。用 于判断反应可否自发进行，是放能或耗能反应。 ΔG＜0，表示体系自由能减少，反应可以自发进行，但是不 等于说该反应一定发生或以能觉察的速率进行，是放能反 应。 ΔG＞0，反应不能自发进行，吸收能量才推动反应进行。 ΔG＝0，体系处在平衡状态。
(2)氧化脱羧：在脱羧过程中伴随着氧化（脱氢）
NADP+ NADPH + H+
HOOCCH2CHOHCOOH
苹果酸
苹果酸酶
CH3CCOOH + CO2 O
三、生物氧化中水的生成
代谢物在酶的作用下，将脱下的氢经过氢传递体，传 给氧生成水。
生物氧化体系解决的是有机物脱氢及氢的去路问题， 即解决有机物是如何通过一系列特异性的酶催化的反应脱 氢、递氢和递电子，把氢交给氧生成水，并产生ATP的问 题。
一、新陈代谢的研究方法
代谢途径的研究比较复杂，可从不同水平，主要对中间代 谢进行研究。
新陈代谢途径的阐明凝集了许多科学家的智慧与实验成果。 如1904年德 国化学家Knoop提出的脂肪酸的β氧化学说， 1937年Krebs提出的柠檬酸循环。
1.活体内（in vivo）和活体外(in vitro)实验 2.同位素示踪法和核磁共振波谱法（NMR） 3.代谢途径阻断法 4.突变体研究法
二、生物体内能量代谢的基本规律
3.自由能：生物体（或恒温恒压下）用以作功的能量。在 没有作功条件时，自由能转变为热能丧失。
生物化学简明教程第四版08新陈代谢总论和生物氧化
ATP在能量转运中地位和作用
★ ATP是细胞内的“能量通货” ★ ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体
14 磷酸烯醇式丙酮酸 磷 酸 基 团 转 移 能 12 10 3-磷酸甘 油酸磷酸 8 6 4 2 0
～P ～P
磷酸肌酸（磷酸基团储备物）ຫໍສະໝຸດ ～PATP～P ～P
• 3)放射性同位素示踪法。常用的有氚（3H）、碳14 （14C）、磷32（32P）、硫34（34S）35(35S) 碘131（131I） 等。
7
• （3）代谢途径阻断法 • 使用抗代谢物或酶的抑制剂 • 碘乙酸抑制甘油醛-3-磷酸脱氢酶；
• 丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶。
• （4）突变体或遗传缺欠症研究法：
8 新陈代谢总论与生物氧化
主要内容：介绍新陈代谢的概念和研究方法， 生物能力学的基本内容和高能化合物的概念和特 点。重点讨论线粒体电子传递体系的组成、电子 传递机理和氧化磷酸化机理。
1
新陈代谢的概念
新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛 指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的 过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质， 通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作
9
物理意义：－Δ Ｇ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量)
自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： Δ G<0，反应能自发进行 Δ G>0，反应不能自发进行 Δ G=0，反应处于平衡状态。
自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要的意义，生物
体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由能，生物氧化释放的能量也
复合体
复合体 Ⅰ
酶名称
名词解释新陈代谢
名词解释新陈代谢名词解释新陈代谢（ metabolic renewal， EC）是生物体与外界环境不断进行物质交换过程中，不可缺少的重要步骤。
例如，糖类、脂肪、蛋白质等大分子有机物在体内氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量供给生命活动的需要。
因此，新陈代谢也称“生物氧化”，即生命活动所需的能量来源于生物氧化过程。
新陈代谢还包括同化作用，即把某些物质加工转化为其他物质的过程。
同化作用是生物对外界物质的主要吸收过程。
n metabolism 生命系统的功能之一。
生命活动所需的能量来源于生物氧化过程，而能量最终又以化学能的形式贮存在有机物中。
新陈代谢（ metabolic renewal， EC）是生物体与外界环境不断进行物质交换过程中，不可缺少的重要步骤。
例如，糖类、脂肪、蛋白质等大分子有机物在体内氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量供给生命活动的需要。
因此，新陈代谢也称“生物氧化”，即生命活动所需的能量来源于生物氧化过程。
新陈代谢还包括同化作用，即把某些物质加工转化为其他物质的过程。
同化作用是生物对外界物质的主要吸收过程。
4)新陈代谢还表现为物质和能量在生物体内转化。
比如，糖类分解成二氧化碳和水，并释放出能量;蛋白质和核酸脱去氨基或磷酸，释放出能量。
这种物质转化和能量转变过程都是通过酶的催化完成的。
4)新陈代谢还表现为物质和能量在生物体内转化。
比如，糖类分解成二氧化碳和水，并释放出能量;蛋白质和核酸脱去氨基或磷酸，释放出能量。
这种物质转化和能量转变过程都是通过酶的催化完成的。
5)新陈代谢还表现为生物体内的合成代谢和分解代谢。
生物体的各种物质是在细胞内合成的，如氨基酸、核苷酸等。
生物体内也有一些物质是在细胞外合成的，如尿素、甘油和脂肪酸等。
新陈代谢是细胞内能量转变成其他形式的能，以便用于新的细胞功能的过程。
分解代谢是在细胞内发生的，代谢的结果是通过呼吸作用把某些小分子的代谢废物排出体外，分解代谢的最终产物是二氧化碳和水。
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第四章新陈代谢与生物氧化
知识要点：
一、新陈代谢总论
1.新陈代谢的概念，研究对象，研究方法；
2.生物体内能量代谢的基本规律；
3.高能化合物（ATP）。
二、生物氧化：
1.生物氧化的概念，特点；
2.呼吸链的概念，组成成分，排列顺序，ATP偶联部位，电子传递抑制剂，P/O比；
3.氧化磷酸化作用的概念，作用机制。
重点难点:
重点掌握新陈代谢的概念，ATP的作用，生物氧化的概念及特点，呼吸链的组成成分，氧化磷酸化的概念；其中呼吸链组成成分及排序是本章难点。
思考题：
1.何谓新陈代谢？新陈代谢的特点有哪些?
2.什么是生物氧化？与体外燃烧相比，它有何特点？
3.何谓高能化合物？举例说明生物体内有哪些高能化合物？
4.在体内ATP有哪些生理作用？
5.何谓呼吸链？写出其组成成分，排列顺序及ATP偶联部位。
6.确定呼吸链排列顺序的实验方法有哪些？
7.常见的呼吸链电子传递抑制剂有哪些？它们的作用机制是什么？
8.解释氧化磷酸化作用机制的化学渗透学说的主要论点是什么？在几种学说中，为什么它能得到公认？
9.真核生物中，在细胞质内生成的NADH．H+,当其通过电子传递链时只能产生1.5个ATP，原因何在？。