第十五章三大营养物质代谢课件.ppt
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- 第十五 章三大 营养物质 代谢 课件
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1、.掌握生物氧化和呼吸链的概念;线粒体的两条呼吸链;氧化磷酸化的概念及氧化磷酸化的偶联部位。掌握脂肪酸的氧化的过程。熟悉甘油三酯的合成;脂肪酸的合成;甘油磷脂的合成;胆固醇的合成。掌握糖酵解、有氧氧化的概念、反应过程;糖原合成与分解及糖异生的过程。.(一)生物代谢的定义新陈代谢,是生物体内所有化学变化的总称。合成代谢(同化作用)代谢分解代谢(异化作用)释放能量 能量代谢 物 质代谢 物质合成需要能量物质分解第一节 代谢总论与生物氧化一、代谢总论.(二)代谢途径2 特点:(1).没有完全可逆的代谢途径 (2).代谢途径形式是多样的 直线型 分支型 环型(3).代谢途径有确定的细胞定位 酶的区域化分
2、布(4).代谢途径是相互沟通的 共同的中间产物(5).代谢途径之间有能量关联 ATP(6).代谢途径的流量可调控 限速步骤1 定义:完成某代谢过程一组相互衔接的酶促反应.(三)代谢中的能量与调控高能化合物生物系统中的能流生物系统中的能流.生化反应中,在水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能(21千焦/摩尔)的化合物称为高能化合物。生物体内的高能化合物生物体内的高能化合物 焦磷酸高能化合物 酰基磷酸高能化合物 烯醇式磷酸高能化合物 硫酯键型高能化合物.OOOPOOPOO-ATPADPAMPOOPNNNNN H2OO HO HC H2O ATP+H2O ADP+Pi G0=-30.5 KJ/mo
3、l ADP+H2O AMP+Pi G0=-30.5 KJ/mol AMP+H2O 腺苷腺苷+Pi G0=-14.2 KJ/mol.H3N+COOPOO-O-CH3COOPOO-O-乙酰磷酸氨甲酰磷酸.OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸.CH3SCoAOC乙酰基辅酶A.糖糖 脂肪脂肪 蛋白质蛋白质 CO2和和H2O O2能量能量ADP+PiATP热能热能(一)生物氧化的概念 生物氧化指糖、脂肪、蛋白质等有机物质在生物体内氧化分解并逐步释放能量,最终生成CO2 和 H2O的过程。称“组织氧化”、“组织呼吸”或“细胞氧化”。二、生物氧化.生物氧化与体外氧化(燃烧)的相同点生物氧化中物质的氧化
4、方式遵循氧化还原反应的一般规律。物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物(CO2,H2O)和释放能量均相同。(二)生物氧化的化学本质与特点本质:生物氧化是发生在生物体内的氧化还原反应.反应条件 温 和 剧 烈 (体温、pH近中性)(高温、高压)反应过程 逐步进行的酶促反应 一步完成能量释放 逐步进行 瞬间释放 (化学能、热能)(热能)CO2生成方式 有机酸脱羧 碳和氧结合H2O 需 要 不需要速率 受体内多种因素调节 生物氧化生物氧化 体外燃烧体外燃烧*生物氧化与体外燃烧的不同点.(三)、生物氧化的方式 1.失电子 2.脱氢(最主要)3.加氧 Fe 2+Fe 3+eCOOH C=O +2H C
5、H3 (2H+2e)COOH HOCH CH3Cu+O2 CuO1 2.(四)CO生成的方式 基本方式:有机酸脱羧 分类:-脱羧(羧基位置在碳原子上)-脱羧(羧基位置在碳原子上)单纯脱羧(不伴氧化)氧化脱羧(伴氧化).(1).-单纯脱羧1 单纯脱羧(2).-单纯脱羧COOH C=O CH2COOHCOOH C=O +CO2 CH3 O CH3 C COOH O CH3 C H+CO2.(二)氧化脱羧 1.-氧化脱羧2.-氧化脱羧 O O CHCH3 3C CCOOCOOH+CoASH +NADH+CoASH +NAD+O O CHCH3 3C CSCoA +NADH+HSCoA +NADH+H
6、+COCO2 2COOH COOH C=O +C=O +COCO2 2+NADH+H+NADH+H+CHCH3 3COOH COOH CH OH +NADCH OH +NAD+CHCH2 2COOCOOH H.(五)生物氧化过程中水的生成代谢物上的氢要在脱氢酶的作用下才能脱下,吸入的O2要通过氧化酶的作用才能转化为高活性的氧。在此过程中,还需要有一系列传递体才能把氢传递给氧,生成水.代谢物代谢物M2H 氧化型氧化型 H2O 一个或多个传递体一个或多个传递体 M 还原型还原型 O2 生物氧化过程中水的生成.(六)生物氧化中能量的产生(线粒体氧化体系)线粒体结构和功能特点 结构 功能 线粒体呼吸链
7、 组成成分及其作用 呼吸链复合物的组成与排列 呼吸链的抑制剂.线粒体有双层膜结构,外膜光滑,内膜折叠成嵴,伸向基质。内外膜之间为膜间腔。.外膜对大多数小分子物质和离子可通透.内膜依赖膜上特殊载体选择性运载物质进出。基质中含有全部与有机酸氧化分解有关的酶。内膜上存在着多种酶与辅酶组成的电子传递链,或称呼吸链。内膜上的ATP合成酶利用电子传递过程释放的能量合成ATP,完成线粒体的供能作用。.呼吸链氧化体系中的酶类、传递体按一定的规律分布、排列在线粒体内膜和基质中,将代谢脱下的氢传递给氧生成水,由于与细胞利用氧的呼吸过程有关,常将这一体系称为呼吸链,又称电子传递链。.1、呼吸链的组分及其作用(1)以
8、NAD+、NADP+为辅酶的脱氢酶类 尼克酰胺核苷酸类 NAD+、NADP+递氢体(2)黄素蛋白 FMN 、FAD 递氢体(3)铁硫蛋白 单电子传递体(4)泛醌(辅酶Q)递氢体(5)细胞色素体系 单电子传递体.尼克酰胺核苷酸的作用原理尼克酰胺核苷酸的作用原理RHCONH2N+CRHHCONH2N+H H+e e+H H+H H+NAD(P)+NAD(P)H+H+2H+2H-2H-2H.黄素核苷酸的作用原理黄素核苷酸的作用原理OOCH3CH3RNNNHN核黄素核黄素(黄色黄色)FAD/FMN FADH2/FMNH2+2H+2H-2H-2H-2H-2H+2H+2HHNNOOCH3CH3NHNHH还
9、原型还原型 核黄素核黄素(无色无色).(a)2Fe-2S(b)4Fe-4SFe 2+Fe 3+-e+eFMN(Fe-S)FAD(Fe-S)b.辅酶辅酶Q的结构及作用原理的结构及作用原理O CH3 CH3H3CO H3COO(CH2CH=C CH2)n HOOH3CO H3COCH3RH3CO H3COOHOHCH3R+2H+2H-2H-2H.Cyt的本质细胞色素=酶蛋白+血红素.Cyt的分类3030多种多种a a组:组:a a、a a1 1、a a2 2、a a3 3 b b组:组:b b、b b1 17 7、P P450 450 c c组:组:c c、c c1 1、c c2 2、c c3 3
10、 细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。.线粒体(线粒体(a a、a a3 3 、b b、c c、c c1 1)微粒体(微粒体(b b5 5、P P450450 ).Cyt的存在部位Cytaa3(细胞色素氧化酶):Cyta 与 Cyta3 结合紧密,很难分开,故将Cyta 和 Cyta3 合称 Cytaa3。Cytaa3 可以直接将电子传递给氧,使氧被激活为氧离子,故亦称为细胞色素氧化酶。.复合体:NADH-Q(泛醌)还原酶 功能:将电子从NADH传递给泛醌(ubiquinone)复合体复合体NADH CoQ FMN;Fe-SN-1a,b;Fe-SN-4;Fe-SN-3;Fe-SN
11、-2 .Complex I结构示意图.复合体:琥珀酸-Q(泛醌)还原酶 功能:将电子从琥珀酸传递给泛醌 复合体复合体琥珀酸琥珀酸 CoQFe-S1;b560;FAD;Fe-S2;Fe-S3 .Complex 结构示意图.复合体:QH2(泛醌)-细胞色素c还原酶 功能:将电子从泛醌传递给细胞色素c 复合体复合体QH2 Cyt c b562;b566;Fe-S;c1.Complex 结构示意图.复合体:细胞色素c氧化酶 功能:将电子从细胞色素c传递给氧 复合体复合体还原型还原型Cyt c O2CuAaa3CuB 其中Cyt a3 和CuB形成的活性部位将电子交给O2。.Complex 结构示意图.
12、各复合物之间的相互关系.NADH氧氧化呼吸链化呼吸链 FADH2氧化氧化呼吸链呼吸链呼吸链中传递体为什么是按照这样的一个顺序排列呢?线粒体内的两条呼吸链复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体复合体复合体.氧氧化化还还原原对对E(V)NAD+/NADH+H+-0.32FMN/FMNH2-0.30FAD/FADH2-0.06Cyt b Fe3+/Fe2+0.04(或或0.10)Q10/Q10H20.07Cyt c1 Fe3+/Fe2+0.22Cyt c Fe3+/Fe2+0.25Cyt a Fe3+/Fe2+0.29Cyt a3 Fe3+/Fe2+0.551/2 O2/H2O 0.82呼呼吸吸链
13、链中中各各种种氧氧化化还还原原对对的的标标准准氧氧化化还还原原电电位位.呼吸链(电子传递链)电子亲和力递增的顺序ATPFADH2ATPATP.鱼藤酮鱼藤酮杀粉蝶菌素(粉蝶霉素杀粉蝶菌素(粉蝶霉素A A)阿米妥(异戊巴比妥)阿米妥(异戊巴比妥)抗霉素抗霉素A A二巯基丙醇二巯基丙醇 CO、CN-、N3-及及H2S呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂复合体复合体 复合体复合体 复合体复合体.(一)ATP生成方式1 底物水平磷酸化概念:是指代谢物在氧化分解过程中产生的高能键,使ADP磷酸化生成ATP的过程。HOHOOCCHCH2OPOOHOH 3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶ADPATPOHO-OC
14、CHCH2OPOOHOH1,3-二磷酸甘油酸 OPO 3 2-三 氧化磷酸化.2 氧化磷酸化概念:代谢物脱下的氢,经呼吸链氧化为水时释放的能量,在ATP合酶的催化下,使ADP磷酸化成ATP的过程,由于代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联进行,故称为氧化磷酸化。呼呼 吸吸 链链AH2 2H(2H+2e)A能量能量ADP+PiATPO21 2氧化氧化磷酸化磷酸化偶偶联联H2O.(二)氧化磷酸化的偶联部位氧化磷酸化偶联部位:复合体、主要根据主要根据自由能变化自由能变化和和P/OP/O比值比值确定确定G=-nFE P/O值:是指氧化磷酸化过程中,无机磷原子消耗的摩尔数与氧原子消耗的摩尔数之比,即产
15、生多少摩尔的ATP。可间接测ATP生成量:NADH呼吸链:P/O=3 FADH呼吸链:P/O=2.ATPATP ATP 氧化磷酸化偶联部位氧化磷酸化偶联部位电子传递链自由能变化区区段段电电位位变变化化(E)自自由由能能变变化化G=-nFE能能否否生生成成ATP(G是是否否大大于于30.5KJ)Cyt aa3O2 0.53V 102.3KJ/mol 能能NAD+CoQ0.36V 69.5KJ/mol 能能CoQCyt c 0.21V 40.5KJ/mol 能能.氧化磷酸化的偶联机制化学渗透假说化学渗透假说 电子传递给氧释出的能量推动质子泵 将H+泵至内膜胞液侧,形成化学梯度(势能)当H+顺梯度回
16、到基质面时,释出的能量使ADP磷 酸化为ATP线粒体基质线粒体基质 线粒体膜线粒体膜+-H+O2 H2O H+e-ADP+Pi ATP.F0 F1 Cyt c Q NADH+H+NAD+延胡索酸延胡索酸 琥珀酸琥珀酸 H+1/2O2+2H+H2O ADP+Pi ATP H+H+H+胞液侧 基质侧+-化学渗透假说详细示意图.ATP合酶线粒体膜上的ATP合酶(ATP synthase)是受质子动力推动的酶。可催化ATP水解放能;又可从质子动力获能,合成ATP。ATP合酶结构模式图.(三)氧化磷酸化抑制剂的作用呼吸链抑制剂解偶联剂磷酸化抑制剂.呼吸链抑制剂鱼藤酮鱼藤酮 阿米妥阿米妥抗霉素抗霉素A A
17、H H2 2S S CO CO CNCN作用:阻断电子传递NADHNADHFMNFMNCoQCoQb bc1c1aa3aa3c cO2O2琥珀酸琥珀酸FADFAD.解偶联剂:能够使氧化过程与磷酸化过程脱节的物质称解偶联剂,它对电子传递没有抑制作用,但能抑制ADP磷酸化生成ATP的过程。作用:使氧化过程与磷酸化过程脱节 举例:2,4-二硝基苯酚 磷酸化抑制剂 作用:抑制磷酸化过程 举例:寡霉素.(五)线粒体外NADH的氧化磷酸化作用 磷酸甘油穿梭系统磷酸甘油穿梭系统 苹果酸苹果酸天冬氨酸穿梭系统天冬氨酸穿梭系统 酵解酵解(细胞质)(细胞质)氧化磷酸化氧化磷酸化 (线粒体)(线粒体).NADNAD
18、+NADH+HNADH+H+-磷酸甘油磷酸二羟丙酮-磷酸甘油磷酸二羟丙酮FADH2FAD胞液胞液线粒体基质线粒体基质 胞液中-磷酸甘油脱氢酶(辅酶为NAD+)CoQ b c1 c aa3 O2线粒体内-磷酸甘油脱氢酶(辅基为FAD)脑、骨骼肌脑、骨骼肌.细胞液细胞液线粒体内膜体线粒体内膜体天冬氨酸天冬氨酸-酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸草酰乙酸NAD+线粒体基质线粒体基质苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+H+苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶(、为膜上
19、的转运载体)为膜上的转运载体)呼吸链呼吸链脑、骨骼肌脑、骨骼肌.-磷酸甘油穿梭磷酸甘油穿梭 苹果酸苹果酸-天冬氨酸穿梭天冬氨酸穿梭穿梭物质-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮苹果酸、谷氨酸天冬aa、-酮戊二酸进入线粒 体后转变 成的物质FADH2NADH+H+进入 呼吸链 琥珀酸 氧化呼吸链NADH 氧化呼吸链生成ATP数23存在组织脑、骨骼肌肝脏和心肌组织相同点将胞浆中NADH的还原当量转送到线粒体内.糖原 三酯酰甘油 蛋白质 葡萄糖 脂肪酸+甘油 氨基酸 乙酰CoA 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP 生物氧化的一般过程生物氧化的一般过程.糖酵解三羧酸循环糖分解代谢糖合成代谢其他代谢途径糖原分解糖原合
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