1、第八章,新陈代谢与生物氧化 ( biological oxidation ),新陈代谢,定义：生物与周围环境进行物质和能量交换的过程。,中间代谢,（metabolisim）,中间代谢,能量代谢,分解代谢（异化作用）,合成代谢（同化作用）,小分子生物大分子,需要能量,生物大分子小分子,放出能量,物质代谢,新陈代谢的研究方法,活体内与活体外实验,代谢途径阻断法,同位素示踪法,自由能和高能化合物,可用于作功的能量,水解反应或基团转移时，可产生大量自由能的化学键称作高能键，具有高能键的化合物称作高能化合物,高能键和高能化合物：,自由能：,ATP,腺苷三磷酸 (ATP),ATP是能量的携带者和传递者;,
2、但ATP不是能量的贮存者;,磷酸肌酸，为高能磷酸基的暂时贮存形式，存在于肌肉和其他兴奋性组织，如脑和神经细胞中。在脊椎动物中，肌酸与ATP反应可逆地生成磷酸肌酸，这个反应是由肌酸激酶催化的。,磷酸肌酸的功能是保持肌肉，特别是骨骼肌和心肌有较高的ATP水平。,有机物在生物体细胞内的氧化称为生物氧化。,Biological Oxidation,生物氧化,生物氧化的特点：,1、氧化的本质是电子转移,(1)直接进行电子转移,Fe2+,Cu2+,+,Fe3+,+,Cu+,(2)氢原子的转移,AH2,B,+,A,+,BH2,(3)有机还原剂直接加氧,RH,O2,+,ROH,+,H2O,+,2H+,+,2e
3、,2、在细胞中进行；3、在一系列酶、辅酶和中间传递体的作用下逐 步进行；4、能量的释放也是逐步进行的，且转移到一些高能化合物中去；5、生物氧化的部位：在真核细胞中，生物氧化主要在线粒体内进行，在原核生物中，生物氧化在细胞膜上进行。,要解决的3个问题：,如何生成CO2?如何生成H2O?如何生成ATP?,生物氧化中CO2的生成,1、直接脱羧,2、氧化脱羧,方式：脱羧,丙酮酸脱羧酶,直接脱羧,氧化脱羧,+,CO2,脱下的氢经一系列传递体，传给氧，形成水。,生物氧化中水的生成,1、过程：,氢的激活脱落；（脱氢酶）,氧的活化；（氧化酶）,2、呼吸链 （respiratory chain）,代谢物上的氢被
4、脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最终传递给被激活的氧分子，而形成水的全部体系称为呼吸链，又称为电子传递链（electron transport chain）,NADH呼吸链：,FADH2呼吸链,呼吸链中的递氢体,NAD+、,FMN、,FAD、,CoQ,NADP+、,呼吸链中的递电子体,氧化还原电位,呼吸链各组分排列的顺序,NADH-CoQ还原酶(复合物),4个质子从基质排出到间隙,由42条多肽链组成，其辅基是FMN,琥珀酸脱氢酶(复合物),由4条多肽链组成，其辅基是FAD,功能: 将请氢从琥珀酸传递给泛醌,CoQ-Cyt c还原酶复合物(复合物),4个质子从基质排出到间隙,Cyt bc1
5、复合物包含Cytb 、Cytc1和FeS蛋白，由11条多肽链组成。,功能：将电子从泛醌传递给细胞色素c,细胞色素C氧化酶复合物(复合物),2个质子从基质排出到间隙,包含Cyta和Cyta3蛋白，由13条多肽链组成。,功能：将电子从细胞色素c传递给氧,电子传递抑制剂,NADH,CoQ,Cytb,Cytc1,Cytaa3,Cytc,O2,四、ATP的生成,底物水平磷酸化 (substrate level phosphorylation),电子传递体系磷酸化 (electron transport phosphorylation),底物水平磷酸化,烯醇式丙酮酸磷酸,丙酮酸,丙酮酸激酶,甘油酸磷酸激酶
6、,底物水平磷酸化,底物水平磷酸化,氧化磷酸化,指在呼吸链电子传递过程中偶联ADP磷酸化，生成ATP，又称为偶联磷酸化。,(oxidative phosphorylation),苹果酸-天冬氨酸穿梭 (malate-asparate shuttle),胞液中的NADH如何进入线粒体？,-磷酸甘油穿梭 (-glycerophosphate shuttle),-磷酸甘油穿梭,主要存在于肌肉、神经组织,苹果酸穿梭,主要存在于肝脏、肾脏和心脏,化学渗透学说,1、呼吸链上的电子在传递过程中产生的能量驱使H +从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙；2、泵出膜外侧的H +不能自由返回内侧，因而使内膜外侧的H +离
7、子浓度高于内侧，造成了离子浓度的跨膜梯度，此H +浓度差使外侧的pH较内侧低1.4单位左右，并使原有的内负外正的跨膜电位增高。H +梯度所包含的能量可以驱使ADP和Pi生成ATP;3、H +通过ATP合酶上特殊的途径(F0)，返回基质，使质子发生逆向回流。由于H +梯度所释放的自由能, 耦联ADP与Pi合成ATP，质子的电化学梯度也随之消失。,ATP合酶：F0+F1（EC 3.6.3.14）,F0：a、b、c 3种亚基 （a1、b2、c9-12）F1： 、5种不同亚基（9条多肽链）,ATP4-,ADP3-,H2PO4-,氧化磷酸化的P/O比,每合成1mol ATP需3个质子通过ATP合成酶，同
8、时产生的每 1个ATP从线粒体基质进入胞质还需要消耗1个质子,每产生1个ATP需消耗多少个质子？,一对电子从NADH传到氧共产生多少个ATP？,（4+4+2）/4=2.5,因此P/O比=2.5,三、影响氧化磷酸化的因素,1. 呼吸链抑制剂 阻断呼吸链中某些部位电子传递。 2. 解偶联剂 使氧化与磷酸化偶联过程脱离。 如：2，4-二硝基苯酚，解偶联蛋白 3. 氧化磷酸化抑制剂 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。 如：寡霉素,（一）抑制剂,鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥,抗霉素A 二巯基丙醇,CO、CN- N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,氧化磷酸化的解偶联,Q,胞液侧,基质侧,解偶
9、联 蛋白,寡霉素(oligomycin) 可阻止质子从F0质子通道回流，抑制ATP生成,寡霉素,氧化磷酸化抑制剂,Binding-change mechanism of Paul Boyer, rotation of the gamma-subunit (dark blue) relative to the a, b-ring (the three a, b-pairs are represented by different shades of green, red, or blue) induces a change in the binding affinities of reactants, as represented here by a change in the conformation of the site on going from left to right in the diagram. ATP forms spontaneously from tightly bound ADP and Pi.,结构变化机制,鱼藤酮,丙二酸,抗霉素A,寡霉素B,
