新陳代謝總論與生物氧化

1、新陳代謝總論與生物氧化新陳代謝總論與生物氧化教學(xué)目標(biāo)：1.掌握新陳代謝的概念與特點(diǎn)，了解新陳代謝研究方法。了解生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律。2.掌握生物氧化的概念、特點(diǎn)、部位，主要酶類和體系。熟悉生物氧化中二氧化碳、水的生成，掌握呼吸鏈的組成、類型和傳遞體順序。3.掌握氧化磷酸化的概念、類型、偶聯(lián)部位和PO比值，熟悉影響氧化磷酸化因素、胞液中NADH的氧化和偶聯(lián)機(jī)制。第一節(jié)第一節(jié)新陳代謝總論新陳代謝總論一、新陳代謝的概念與特點(diǎn)生物體是一個(gè)

2、與環(huán)境保持著物質(zhì)、能量和信息交換的開放體系。通過物質(zhì)交換建造和修復(fù)生物體(按人的一生計(jì)交換物質(zhì)的總量約為體重的1200倍人體所含的物質(zhì)平均每10天更新一半)。通過能量交換推動(dòng)生命運(yùn)動(dòng)，通過信息交換進(jìn)行調(diào)控，保持生物體和環(huán)境的適應(yīng)。新陳代謝(metabolism)是指生物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換和能量交換的全過程。包括生物體內(nèi)所發(fā)生的一切合成和分解作用(即同化作用和異化作用)。人和動(dòng)物的物質(zhì)代謝分為三個(gè)階段：食物、水、空氣進(jìn)入機(jī)體(攝取營養(yǎng)

3、物的消化和吸收)、中間代謝和代謝產(chǎn)物的排泄。中間代謝是指物質(zhì)在細(xì)胞中的合成與分解過程，合成是吸能反應(yīng)，分解是放能反應(yīng)。它們是矛盾對(duì)立和統(tǒng)一的。所以，新陳代謝的功能是：從周圍環(huán)境中獲得營養(yǎng)物質(zhì)將營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨硇枰慕Y(jié)構(gòu)元件將結(jié)構(gòu)元件裝配成自身的大分子形成或分解生物體特殊功能所需的生物分子提供機(jī)體生命活動(dòng)所需的一切能量。各種生物具有各自特異的新陳代謝類型，這決定于遺傳和環(huán)境條件。綠色植物及某些細(xì)菌有光合作用，若干種細(xì)菌有固氮作用，是自養(yǎng)

4、型的動(dòng)物與人是異養(yǎng)生物，同化作用必須從外界攝取營養(yǎng)物質(zhì)，通過消化吸收進(jìn)入中間代謝。同一生物體的各個(gè)器官或不同組織還具有不同的代謝方式。各種生物的新陳代謝過程雖然復(fù)雜，卻有共同的特點(diǎn)：1.生物體內(nèi)的絕大多數(shù)代謝反應(yīng)是在溫和條件下，由酶催化進(jìn)行的。2.物質(zhì)代謝通過代謝途徑，在一定的部位，嚴(yán)格有序地進(jìn)行。各種代謝途徑彼此協(xié)調(diào)組成有規(guī)律的反應(yīng)體系(網(wǎng)絡(luò))。3.生物體對(duì)內(nèi)外環(huán)境條件有高度的適應(yīng)性和靈敏的自動(dòng)調(diào)節(jié)。二、新陳代謝的研究方法代謝途徑的研

5、究比較復(fù)雜，可從不同水平，主要對(duì)中間代謝進(jìn)行研究。新陳代謝途徑的闡明凝集了許多科學(xué)家的智慧與實(shí)驗(yàn)成果。如1904年德國化學(xué)家Knoop提出的脂肪酸的β氧化學(xué)說，1937年Krebs提出的檸檬酸循環(huán)。1.活體內(nèi)(invivo)和活體外(invitro)實(shí)驗(yàn)2.同位素示蹤法和核磁共振波譜法(NMR)3.代謝途徑阻斷法ATP和其他的核苷三磷酸——GTP、UTP、CTP常稱作富含能量的代謝物。它們幾乎有相同的水解(或形成)的標(biāo)準(zhǔn)自由能，核苷酸之

6、間的磷?；鶊F(tuán)的轉(zhuǎn)移的平衡常數(shù)接近1.0，所以計(jì)算物質(zhì)代謝能量時(shí)，消耗的其他核苷三磷酸用等價(jià)的ATP表示。第二節(jié)第二節(jié)生物氧化生物氧化一、生物氧化的概念、特點(diǎn)和部位1.概念：有機(jī)物質(zhì)在生物體細(xì)胞內(nèi)氧化分解產(chǎn)生二氧化碳、水，并釋放出大量能量的過程稱為生物氧化(biologicaloxidation)。又稱細(xì)胞呼吸或組織呼吸。2.特點(diǎn)：生物氧化和有機(jī)物質(zhì)體外燃燒在化學(xué)本質(zhì)上是相同的，遵循氧化還原反應(yīng)的一般規(guī)律，所耗的氧量、最終產(chǎn)物和釋放的能量

7、均相同。(1)在細(xì)胞內(nèi)，溫和的環(huán)境中經(jīng)酶催化逐步進(jìn)行。(2)能量逐步釋放。一部分以熱能形式散發(fā)，以維持體溫，一部分以化學(xué)能形式儲(chǔ)存供生命活動(dòng)能量之需(約40%)。(3)生物氧化生成的H2O是代謝物脫下的氫與氧結(jié)合產(chǎn)生，H2O也直接參與生物氧化反應(yīng)CO2由有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生。(4)生物氧化的速度由細(xì)胞自動(dòng)調(diào)控。3.部位：在真核生物細(xì)胞內(nèi)，生物氧化都是在線粒體內(nèi)進(jìn)行，原核生物則在細(xì)胞膜上進(jìn)行。二、生物氧化的酶類和體系1.酶類：重要的為氧化酶和脫

8、氫酶兩類，脫氫酶尤為重要。氧化酶為含銅或鐵的蛋白質(zhì)，能激活分子氧，促進(jìn)氧對(duì)代謝物的直接氧化，只能以氧為受氫體，生成水。重要的有細(xì)胞色素氧化酶，可使還原型氧化成氧化型，亦可將氫放出的電子傳遞給分子氧使其活化。心肌中含量甚多。此外還有過氧化物酶、過氧化氫酶等。脫氫酶分需氧脫氫酶和不需氧脫氫酶。前者可激活代謝物分子中的氫，與分子氧結(jié)合，產(chǎn)生過氧化氫。在無分子氧時(shí)，可利用亞甲藍(lán)為受氫體。需氧脫氫酶皆以FMA或FAD為輔酶。不需氧脫氫酶可激活代謝

9、物分子中的氫，使脫出的氫轉(zhuǎn)移給遞氫體或非分子氧。一般在無氧或缺氧環(huán)境下促進(jìn)代謝物氧化。大部分以NAD或NADP為輔酶。2.體系：有不需傳遞體和需傳遞體的兩種體系。不需傳遞體的最簡單，在微粒體、過氧化酶體及胞液中代謝物經(jīng)氧化酶或需氧脫氫酶作用后脫出的氫給分子氧生成水或過氧化氫。其特點(diǎn)是不伴磷酸化，不生成ATP，主要與體內(nèi)代謝物、藥物和毒物的生物轉(zhuǎn)化有關(guān)。需傳遞體的最典型的是呼吸鏈。是在線粒體經(jīng)多酶體系催化，即通過電子傳遞鏈完成，與ATP的