第七章新陈代谢总论与生物氧化.ppt
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1、第七章 新陈代谢总论与生物氧化,一 新陈代谢总论,二 生物氧化,一、 新陈代谢总论,(一)新陈代谢的概念:(metabolism) 生命的基本特征 包括生物体内所发生的一切化学变化(合成和分解作用) 中间代谢,新陈代谢的功能 1)从周围环境中获得营养物质。 2)将外界引入的营养物质转变为自身需 要的结构元件(building blocks)。 3)将结构单元装配成自身的大分子。 4)形成或分解生物体功能所需的生 物分子。 5)提供生命活动所需的一切能量,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 新陈代谢 释放能量 分解代谢 生物大分子分解成小分子,能量代谢,物质代谢,(二)
2、新陈代谢的研究方法,1.研究材料: 单细胞生物,多细胞生物,病毒与噬菌体 2.研究方法: 体内研究(in vivo):用生物整体研究 体外研究(in vitro):用切片,匀浆等研究 3.同位素示踪法: 4.代谢途径阻断:如用酶的抑制剂,(三)生物能学简介,有关热力学的一些基本概念 体系、环境、状态 能的两种形式 热与功 热力学第一定律和内能(internal energy)、焓(enthalpy) 热力学第二定律和熵(entropy) 自由能(free energy),自由能(free energy),G=H-TS =H-TS 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行,即: G0,反应不能自发
3、进行 G=0,反应处于平衡状态。,化学反应自由能的变化和平衡常数的关系,假设有一个化学反应式:aA + bB = cC + dD 恒温恒压下:G=G+ RTlnQc 式中:G= - RTlnK,G 某一化学反应随参加化学反应物质的浓度、发生化学反应的pH和温度而改变的自由能变化。 Qc - 浓度商:,G 标准条件(T=298OK,大气压为1atm,反应物和生成物浓度为1mol/L,pH=7.0)下,化学反应自由能的变化。 Keq - 平衡常数:,偶联化学反应G变化的可加性,在偶联的化学反应中,各反应的标准自由能变化是可以相加的:例: A = B+C G= + 20.92 KJ/mol B =
4、D G= - 33.47 KJ/mol 则 A = C + D G= - 12.55 KJ/mol 该规则表明一个在热力学上不利的反应,可以与热力学有利的反应偶联进行,即可以被热力学有利的反应所驱动而进行。这在生物化学反应中是很多的。,能量学用于生物化学反应中的一些规定 1 在稀的水溶液系统中,如果有水作为反应物或产物时, 水的浓度(近似的即活度)为1.0。 2 生物体标准状况的pH规定为7.0。 3 G是 pH为7.0时的标准状况下的的标准自由能。 4 根据国际单位制(Le Systeme international Unut ,简称 SI单位),热和能量的单位用焦耳/摩尔(Joules/m
5、ol)。,(四) 高能化合物与ATP,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。,高能化合物的类型 ATP的特点及其特殊作用,高能化合物的类型,ATP的特点 在pH=7环境中,ATP分子中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式(ATP4-),具有较大势能,加之水解产物稳定,因而水解自由能很大(G=-30.5千焦/摩尔)。,ATP4- + H2O ADP3- + Pi2- + H+ G -30.5kJMOL-1,ADP3- + H2O AMP2- + Pi3- + H+ G -33.1kJMOL-1,ATP的生成和利用,ATP,ADP
6、,机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温),生物体内能量的传递和利用都以ATP为中心。,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,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油,* 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
7、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,* 生物氧化与体外燃烧的不同点,(一) 生物氧化的方式,1. 失电子,2. 脱氢(最主要),3. 加氧,(二)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),直接脱羧,(-脱羧),(-脱羧),氧化脱羧,:在脱羧过程中伴随着氧化(脱氢)。,(三) H2O的生成,代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。,生物体主要
8、以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系,以促进水的生成。,MH2,M,递氢体,递氢体H2,NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ,还原型,氧化型,Cyt递电子体 b, c1, c, aa3,2H+,2e, O2,O2-,H2O,脱氢酶,氧化酶,1. 呼吸链(电子传递链),根据接受氢的初受体不同,典型的呼吸链有两种:NADH呼吸链和FADH2呼吸链。,2. 呼吸链的组成,3. 呼吸链中传递体的顺序,MH2,NADH,-0.32,FMN,-0.30,CoQ,+0.10,b,+0.07,c1,+0.22,c,+0.25,aa3,+0.29,O2,+0.816,FAD,-0.18,鱼藤酮 安密
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