1、第二篇第二篇 物质代谢及其调节物质代谢及其调节Part 2 Metabolism and Its Regulationp代谢是生命的基本特征之一，藉此实现生物体与外界代谢是生命的基本特征之一，藉此实现生物体与外界环境的物质交换、自我更新及环境的物质交换、自我更新及机体内环境的相对稳定机体内环境的相对稳定。p特点：动态、有序、逐步进行、高度适应和灵敏调节。特点：动态、有序、逐步进行、高度适应和灵敏调节。代谢引论代谢引论物物质质代代谢谢能能量量代代谢谢新新陈陈代代谢谢合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用）分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用）新的物质合新的物质合成成旧的物质分旧的物质分解解需要
2、能量需要能量释放能量释放能量机体机体内环内环境稳境稳定定p第一章第一章 生物氧化生物氧化p第二章第二章 糖代谢糖代谢p第三章第三章 脂类代谢脂类代谢p第四章第四章 氨基酸代谢氨基酸代谢p第五章第五章 核苷酸代谢核苷酸代谢p第六章第六章 物质代谢的联系与调节物质代谢的联系与调节本篇主要内容本篇主要内容p重点掌握各代谢途径的重点掌握各代谢途径的基本流程基本流程、关键步骤关键步骤/酶酶与与生理意义生理意义及及相互联系相互联系，系统掌握、学以致系统掌握、学以致用用。p不能简单地死记硬背代谢反应。不能简单地死记硬背代谢反应。学习侧重点学习侧重点生物氧化生物氧化Biological Oxidation本章
3、主要内容本章主要内容p第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述p第二节第二节 生成生成ATP的氧化体系的氧化体系p第三节第三节 其它不生成其它不生成ATP的氧化体系的氧化体系第一节第一节 生物氧化概述生物氧化概述重点：掌握生物氧化的概念重点：掌握生物氧化的概念了解生物氧化与燃烧的不同与意义了解生物氧化与燃烧的不同与意义一、一、生物氧化的概念生物氧化的概念pBiological Oxidationp即即物质在生物体内的氧化物质在生物体内的氧化，主要主要是是指糖、脂指糖、脂肪、蛋白质等供能肪、蛋白质等供能物质物质在体内在体内氧化分解氧化分解，生，生成成CO2和和 H2O并释放并释放能量能量的过程。的
4、过程。思考：思考：吸入吸入O2，呼出，呼出CO2？CO2二、生物氧化的二、生物氧化的特点特点生物氧化体外氧化相同 遵循氧化还原反应的一般规律。 耗氧量、最终的产物、释放的能量均相同。不同点 反应在有水、体温、pH近中性的细胞内进行。 在酶的催化下逐步进行 能量逐步释放，部分以化学能方式贮存、部分以热能释放。 加水脱氢使物质间接获得氧，脱下的氢与氧结合生成水，CO2由有机酸脱羧产生。反应在高温、干燥条件下进行。无需催化能量瞬间大量释放，转换为光和热。产生的CO2和H2O是由物质中的C和H直接与氧结合生成。三、三、生物氧化的意义生物氧化的意义1. 生成生成ATP的氧化体系：的氧化体系： 主要位于线
5、粒体主要位于线粒体 营养物质通过该体系实现氧化供能。营养物质通过该体系实现氧化供能。2. 不生成不生成ATP的氧化体系的氧化体系 主要位于微粒体主要位于微粒体 和非营养物质的和非营养物质的生物转化生物转化等密切相关。等密切相关。第二节第二节 生成生成ATP的氧化体系的氧化体系（线粒体中）（线粒体中）p掌握呼吸链的概念，两条呼吸链的组成和排列顺序。掌握呼吸链的概念，两条呼吸链的组成和排列顺序。p掌握氧化磷酸化的概念掌握氧化磷酸化的概念，熟悉偶联部位、，熟悉偶联部位、P/O比值的概比值的概念念。了解化学渗透假说。熟悉影响氧化磷酸化的因素。了解化学渗透假说。熟悉影响氧化磷酸化的因素。p掌握高能磷酸键
6、的概念掌握高能磷酸键的概念，熟悉常见的高能磷酸化合物。，熟悉常见的高能磷酸化合物。掌握掌握ATP的生成方式的生成方式。p了解胞液中了解胞液中NADH氧化的两种穿梭机制。氧化的两种穿梭机制。一、呼吸链（一、呼吸链（Respiratory Chain）1. 呼吸链的概念呼吸链的概念p也称电子传递链：也称电子传递链：electron transfer chainp由多种酶和辅酶构成的由多种酶和辅酶构成的递氢体递氢体和和递电子体递电子体按按一定顺序排列在一定顺序排列在线粒体内膜线粒体内膜上形成一条能使上形成一条能使氢氧化成水并释放能量氢氧化成水并释放能量的的链锁式反应体系链锁式反应体系。营养物质营养物
7、质代谢脱下的代谢脱下的氢氢（体内存在形式为（体内存在形式为NADH和和FADH2），通过该体系的传递，最后与），通过该体系的传递，最后与氧氧结合结合生成生成水水，同时驱动，同时驱动ATP生成。生成。p两条：两条：NADH呼吸链呼吸链和和FADH2呼吸链呼吸链线粒体的结构线粒体的结构2. 呼吸链的组成及排列顺序呼吸链的组成及排列顺序（1）呼吸链中常见的几种蛋白质或酶）呼吸链中常见的几种蛋白质或酶黄素蛋白黄素蛋白铁硫蛋白铁硫蛋白泛醌（泛醌（CoQ）细胞色素细胞色素p含有含有核黄素衍生物核黄素衍生物FMN或或FAD的蛋白质和酶类。的蛋白质和酶类。p辅基辅基为为FMN或或FAD，可，可传递氢和电子传递
8、氢和电子。黄素蛋白简介黄素蛋白简介RNHNNNOOH3CH3CFMN/FAD1458910RNHNHHNNOOH3CH3C1458910+ 2HFMNH2/FADH2（氧化型）（氧化型）（还原型）（还原型）p含铁的蛋白质，在植物、动物、微生物中广泛存在。含铁的蛋白质，在植物、动物、微生物中广泛存在。p辅基辅基为为铁硫中心或称铁硫簇铁硫中心或称铁硫簇(Fe-S)，含等量铁和硫原子。，含等量铁和硫原子。p所含的铁原子可通过所含的铁原子可通过Fe 2+ Fe 3+ + e 反应反应传递电子传递电子。铁硫蛋白简介铁硫蛋白简介Fe2-S2Fe4-S4p也称也称辅酶辅酶Q, CoQp为一类脂溶性醌类化合物
9、，含有多个异戊二烯单位组为一类脂溶性醌类化合物，含有多个异戊二烯单位组成（成（610）的侧链。）的侧链。p其苯醌母核结构能其苯醌母核结构能可逆地加氢还原可逆地加氢还原成对苯二酚化合物。成对苯二酚化合物。是呼吸链中的是呼吸链中的氢传递体氢传递体。p辅酶辅酶Q10胶囊：胶囊：用于心血管等疾病的治疗；但用于心血管等疾病的治疗；但有争议有争议。泛醌简介泛醌简介pCytochrome, Cytp是一类是一类以铁卟啉为辅基以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。的催化电子传递的酶类。p根据其吸收光谱不同而分为根据其吸收光谱不同而分为Cyt a b c三类及不同亚类。三类及不同亚类。p所含的铁原子可通过所含的铁
10、原子可通过Fe 2+ Fe 3+ + e 反应反应传递电子传递电子。细胞色素简介细胞色素简介呼吸链中常见的几种蛋白质或酶呼吸链中常见的几种蛋白质或酶名称特点主要功能黄素蛋白以FAD 或FMN 为辅基传递H和电子铁硫蛋白辅基为铁硫中心(Fe-S)传递单个电子泛醌（CoQ）脂溶性，能在内膜中自由扩散传递H和电子细胞色素以血红素为辅基传递单个电子要点回顾要点回顾（2）呼吸链的组成）呼吸链的组成由上述蛋白由上述蛋白组装成组装成4个独立的个独立的能够传递氢和电子的能够传递氢和电子的大分子复合体：大分子复合体： 另有另有2个游离分子：个游离分子：CoQ和和Cyt C复合体复合体酶名称酶名称亚基亚基主要成分
11、主要成分辅基辅基NADH-CoQ还原酶还原酶39黄素蛋白、铁硫蛋白黄素蛋白、铁硫蛋白FMN, Fe-S琥珀酸琥珀酸-CoQ还原酶还原酶4黄素蛋白、铁硫蛋白黄素蛋白、铁硫蛋白FAD, Fe-SCoQ-Cyt c还原酶还原酶10Cyt b、 Cyt c1和铁和铁硫蛋白硫蛋白血红素血红素, Fe-SCyt c氧化酶氧化酶13Cyt a和和a3 血红素血红素, Cu呼吸链的呼吸链的4个大分子复合体个大分子复合体（3）呼吸链的排列顺序）呼吸链的排列顺序NADH呼吸链呼吸链FADH2呼吸链呼吸链二、氧化磷酸化二、氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation)1. 氧化磷酸化的概念氧化磷酸
12、化的概念p在在生物氧化生物氧化过程中，代谢物脱下的过程中，代谢物脱下的氢和电子氢和电子沿沿呼吸呼吸链链传递过程中逐步释放能量，传递过程中逐步释放能量，偶联偶联驱动驱动ADP磷酸化磷酸化生成生成ATP。这种氧化与磷酸化紧密偶联的过程即。这种氧化与磷酸化紧密偶联的过程即。p氧化磷酸化是氧化磷酸化是体内体内ATP生成的主要方式生成的主要方式。2. 氧化磷酸化的氧化磷酸化的偶联部位偶联部位pNADH呼吸链呼吸链3个、个、FADH2呼吸链呼吸链2个个3. P/O比值比值p即在氧化磷酸化过程中，每即在氧化磷酸化过程中，每消耗消耗1mol氧原子氧原子所所生成生成ATP的摩尔数的摩尔数。pNADH呼吸链为呼吸
13、链为2.5、FADH2呼吸链呼吸链1.54. 氧化磷酸化偶联机制（了解）氧化磷酸化偶联机制（了解）p化学渗透假说：化学渗透假说：电子经呼吸链传递时，将质子电子经呼吸链传递时，将质子(H+)从线粒体内膜的基质侧泵到胞浆侧，产生从线粒体内膜的基质侧泵到胞浆侧，产生跨膜质子电跨膜质子电化学梯度差化学梯度差；当质子顺浓度梯度回流时驱动；当质子顺浓度梯度回流时驱动ATP合酶合酶催化生成催化生成ATP。ATP合酶合酶（1）氧化磷酸化抑制剂）氧化磷酸化抑制剂 呼吸链抑制剂呼吸链抑制剂直接阻断电子传递。直接阻断电子传递。p 复合体复合体：鱼藤酮、阿米妥（：鱼藤酮、阿米妥（异戊巴比妥异戊巴比妥）p 复合体复合体
14、：萎锈灵：萎锈灵p 复合体复合体：抗霉素：抗霉素Ap 复合体复合体：CN-, CO（人体中毒）（人体中毒） 解偶联剂解偶联剂则破坏电子传递建立的跨膜质子电化学则破坏电子传递建立的跨膜质子电化学梯度，使氧化与磷酸化解偶联。梯度，使氧化与磷酸化解偶联。p 外源性：外源性：二硝基苯酚二硝基苯酚p 内源性：内源性：解偶联蛋白解偶联蛋白 ATP合酶抑制剂合酶抑制剂同时抑制电子传递和同时抑制电子传递和ATP生成。生成。p 寡霉素寡霉素（抗菌、抗肿瘤等）（抗菌、抗肿瘤等）5. 影响氧化磷酸化的因素影响氧化磷酸化的因素不同的氧化磷酸化抑制剂不同的氧化磷酸化抑制剂（2）ADP的调节作用的调节作用pADP是调节人
15、体氧化磷酸化速率的主要因素。是调节人体氧化磷酸化速率的主要因素。pATP/ADP 氧化磷酸化氧化磷酸化（3）甲状腺激素甲状腺激素p促进氧化磷酸化、使基础代谢率增高。促进氧化磷酸化、使基础代谢率增高。（4）线粒体线粒体DNA突变突变p线粒体线粒体DNA基因编码一些呼吸链蛋白。基因编码一些呼吸链蛋白。p电子传递过程中伴随有大量氧电子传递过程中伴随有大量氧自由基自由基产生，可造成产生，可造成线粒体线粒体DNA的突变的突变进而影响氧化磷酸化功能。进而影响氧化磷酸化功能。三、三、ATP等高能化合物等高能化合物：1. 高能键与高能化合物高能键与高能化合物p高能键：高能键：水解时水解时释放释放较多能量（较多
16、能量（20.92KJ/mol）的）的活泼共活泼共价键价键称为高能键，用称为高能键，用“ ” 表示。表示。常见的为高能磷酸键常见的为高能磷酸键“P”。p高能化合物：高能化合物：含有高能键的化合物。含有高能键的化合物。p常见的高能化合物有：常见的高能化合物有：ATP、磷酸肌酸、乙酰、磷酸肌酸、乙酰CoA、1,3-二磷酸甘油酸、二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸等。磷酸烯醇式丙酮酸等。O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP2. ATPO-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-（1）体内）体内ATP的生成方式的生成方式 氧化磷酸
17、化：氧化磷酸化： 是体内是体内ATP生成的生成的主要方式主要方式。 底物水平磷酸化：底物水平磷酸化： 在物质氧化分解释放能量的代谢过程中，一些在物质氧化分解释放能量的代谢过程中，一些中间代谢物将其含有的高能磷酸键直接转移给中间代谢物将其含有的高能磷酸键直接转移给ADP生成生成ATP。 是体内生成是体内生成ATP的的次要方式次要方式。（2）ATP的作用的作用p 生物体内能量的生物体内能量的转移、储存和利用转移、储存和利用均以均以ATP为中为中心，心，ATP被喻为被喻为能量的通用货币能量的通用货币。3. 磷酸肌酸磷酸肌酸p存在于需能较多的存在于需能较多的骨骼肌骨骼肌、心肌心肌和和脑脑组织中组织中。
18、能量的转移、储存和利用生物氧化放能四、胞液中四、胞液中NADH氧化磷酸化的方式氧化磷酸化的方式p 线粒体内的线粒体内的NADH可直接参加氧化磷酸化，但可直接参加氧化磷酸化，但胞浆中的胞浆中的NADH不能自由通过线粒体内膜不能自由通过线粒体内膜，必必须须通过通过两种穿梭机制两种穿梭机制进入线粒体进入线粒体以以氧化磷酸化。氧化磷酸化。名称名称存在部位存在部位进入的呼吸链及进入的呼吸链及ATP生成量生成量- 磷酸甘油磷酸甘油穿梭穿梭脑、神经、脑、神经、肌肉肌肉等等经经FADH2进入进入FADH2呼吸链呼吸链，生成生成 1.5分子分子ATP。苹果酸苹果酸-天冬天冬氨酸穿梭氨酸穿梭心、肝心、肝等等经经N
19、ADH进入进入NADH呼吸链呼吸链，生成生成 2.5分子分子ATP。-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第三节第三节 其它不生成其它不生成ATP的氧化体系的氧化体系了解其基本特点、类型和作用了解其基本特点、类型和作用一、微粒体氧化体系一、微粒体氧化体系二、过氧化物酶体氧化体系二、过氧化物酶体氧化体系微粒体氧化体系微粒体氧化体系过氧化物酶体氧化体系过氧化物酶体氧化体系p 除线粒体的氧化体系外，在除线粒体的氧化体系外，在微粒体、过氧化物微粒体、过氧化物酶体酶体等部位还存在其他氧化体系，参与呼吸链等部位还存在其他氧化体系，参与呼吸链以外的氧化过程，其以外的
20、氧化过程，其特点是不伴磷酸化，不能特点是不伴磷酸化，不能生成生成ATP，主要参与体内代谢物、药物和毒物主要参与体内代谢物、药物和毒物的生物转化的生物转化。一、一、微粒体氧化体系微粒体氧化体系RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP+ + H2Op 主要含有主要含有细胞色素细胞色素P450单加氧酶系单加氧酶系，该酶催，该酶催化氧分子中的一个氧原子加到底物分子上化氧分子中的一个氧原子加到底物分子上（使底物分子羟化）；另一个氧原子被氢（使底物分子羟化）；另一个氧原子被氢（来自（来自NADPH+H+）还原生成水，故又称）还原生成水，故又称混混合功能氧化酶合功能氧化酶或或羟化酶羟化
21、酶。二、过氧化物酶体中的氧化体系二、过氧化物酶体中的氧化体系p 过氧化氢酶、过氧化氢酶、过氧化物酶过氧化物酶三、三、抗氧化酶系抗氧化酶系（1）反应活性氧类反应活性氧类(reactive oxygen species, ROS)p来源：来源：内源性：主要为细胞内呼吸链电子传递泄露引起。内源性：主要为细胞内呼吸链电子传递泄露引起。外源性：感染、药物等。外源性：感染、药物等。p种类：种类：O2-. , H2O2, .OHp危害：导致蛋白质、危害：导致蛋白质、DNA等大分子损伤，进而破坏等大分子损伤，进而破坏正常细胞的结构与功能，引发各种疾病。正常细胞的结构与功能，引发各种疾病。（2）体内主要抗氧化酶
22、系有：）体内主要抗氧化酶系有： 谷胱甘肽过氧化物酶（谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）：）：可消除可消除H2O2和过和过氧化物（氧化物（R-OOH）。）。 过氧化氢酶：过氧化氢酶：消除细胞内的消除细胞内的H2O2和过氧化物。和过氧化物。 超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD）：）：能清除自由基能清除自由基O2-. 。 小小 结结p掌握生物氧化的概念。掌握生物氧化的概念。p掌握呼吸链的概念，两条呼吸链的组成成分和掌握呼吸链的概念，两条呼吸链的组成成分和排列顺序。掌握氧化磷酸化的概念排列顺序。掌握氧化磷酸化的概念，熟悉偶联，熟悉偶联部位、部位、P/O比值的概念比值的概念。了解化学渗透假说。了解化学渗透
23、假说。熟悉影响氧化磷酸化的因素。熟悉影响氧化磷酸化的因素。p掌握高能磷酸键的概念掌握高能磷酸键的概念，熟悉常见的高能磷酸，熟悉常见的高能磷酸化合物。化合物。掌握掌握ATP的生成方式的生成方式。p了解胞液中了解胞液中NADH氧化的两种穿梭机制。氧化的两种穿梭机制。p了解线粒体外其它氧化体系。了解线粒体外其它氧化体系。测试题测试题p下列关于线粒体氧化磷酸化解偶联的叙述，正确的是下列关于线粒体氧化磷酸化解偶联的叙述，正确的是AADP磷酸化作用加速氧的利用磷酸化作用加速氧的利用 BADP磷酸化作用继续，但氧利用停止磷酸化作用继续，但氧利用停止CADP磷酸化停止，但氧利用继续磷酸化停止，但氧利用继续 D
24、ADP磷酸化无变化，但氧利用停止磷酸化无变化，但氧利用停止p氰化物中毒是由于抑制了下列哪种细胞色素氰化物中毒是由于抑制了下列哪种细胞色素(Cyt)?ACyt a BCyt aa3 CCyt bDCyt c ECyt cp下列代谢物经相应特异脱氢酶催化脱下的下列代谢物经相应特异脱氢酶催化脱下的2H，不能经，不能经过过NADH呼吸链氧化的是呼吸链氧化的是A异柠檬酸异柠檬酸 B苹果酸苹果酸 C-酮戊二酸酮戊二酸D琥珀酸琥珀酸 E丙酮酸丙酮酸p下列哪种化合物中不合高能磷酸键下列哪种化合物中不合高能磷酸键?A1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖 B二磷酸腺苷二磷酸腺苷 C1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 D磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 E磷酸肌酸磷酸肌酸p胞浆胞浆NADH经经-磷酸甘油穿梭后氧化磷酸化产生的磷酸甘油穿梭后氧化磷酸化产生的ATP数是数是A1 B2 C3 D4卜友泉卜友泉下次内容：糖代谢下次内容：糖代谢鱼藤酮,安密妥抗霉素ACN-, CO不同的呼吸链抑制剂不同的呼吸链抑制剂ATPADP + PiATPADP + PiATPADP + PiNADH FMNFe-S Co-Q CytbFe-SCytC1CytC Cytaa3O2FADFe-S琥珀酸等复合体复合体复合体复合体
