物質(zhì)與能量代謝

物質(zhì)代謝與能量代謝第十章一、新陳代謝(metabolism)新陳代謝的作用

1、從周圍環(huán)境中獲取營養(yǎng)物質(zhì)

2、將外界營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨硇枰奈镔|(zhì)或結(jié)

構(gòu)單元；

3、將結(jié)構(gòu)單元組裝成自身可利用的大分子

4、形成或分解功能分子

5、提供生命體需要的能量2營養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)所經(jīng)歷的一切化學(xué)變化

1、分解代謝

有機營養(yǎng)物(外界、自身)通過一系列化學(xué)反

應(yīng)轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)簡單的小分子化合物，同時釋放能

量的過程。

分解代謝所經(jīng)歷的反應(yīng)途徑稱分解代謝途徑

32、合成代謝

生物體利用小分子或大分子結(jié)構(gòu)元件合成

所需的生物大分子的過程，此過程需要能量

不同的反應(yīng)不同的酶在細胞內(nèi)不同部位4分解代謝途徑生物合成途徑?ΔG0’<0

兩用代謝途徑

既在分解代謝中使用又在合成代謝中使用的共同的代謝環(huán)節(jié)優(yōu)點：增加了細胞代謝的靈活性關(guān)鍵：酶的調(diào)控更加嚴格二、能量代謝

能量代謝是生命活動的基礎(chǔ)。

生物體將大分子物質(zhì)分解成有機小分子，并排出體外，主要的作用之一是利用在此過程中釋放出的能量5

以物質(zhì)代謝為基礎(chǔ)，與物質(zhì)代謝過程相伴隨的能量轉(zhuǎn)化

1、能量代謝中的遞能物質(zhì)

CoI、CoII、FMN和FAD

61）輔酶I(CoI)和輔酶II(CoII)生物分子小分子代謝途徑能量ATP高能H原子需能的反應(yīng)NAD+

和

NADP+作用：接受并傳遞氫和電子2）FMN和FAD

7分別可以接受兩個H和兩個電子，在氧化呼吸鏈中負責轉(zhuǎn)移電子和H8FADFADH22、ATP在能量代謝中的作用

9機體代謝產(chǎn)生自由能分為三個階段1）大分子→小分子2）小分子→少數(shù)共同物質(zhì)ATP3）由TCA和氧化磷酸化兩個共同代謝途徑組成

以ATP形式儲存的自由能，可用于：

1）生物合成

2）生物機體活動和肌肉收縮的能量來源

3）跨膜運輸（逆濃度梯度）

4）在核酸和蛋白質(zhì)合成中遞能ATP~ADP循環(huán)是生物體系中能量交換的基本方式

化合物

△G0

kcal/molkJ/mol磷酸烯醇式丙酮酸

phosphoenolpyruvate-14.8-61.9氨甲酰磷酸

carbamoylphosphate-12.3-51.53-磷酸甘油酸磷酸

-11.8-49.3磷酸肌酸

phosphocreatine-10.3-43.1腺苷三磷酸

ATP→ADP+Pi-7.3-30.5ATP→AMP+PPi-7.7-32.2腺苷二磷酸

ADP→AMP+Pi-7.3-30.5腺苷一磷酸

AMP→腺苷

+

Pi-3.4-14.2葡萄糖-1-磷酸

glucose-1-phosphate-5.0-20.9果糖-6-磷酸

fructose-6-phosphate-3.8-15.9葡萄糖-6-磷酸

glucose-6-phosphate-3.3-13.8甘油-3-磷酸

glycerol-3-phosphate-2.2-9.2一些磷酸化合物水解的標準自由能變化10ATP在機體內(nèi)處于動態(tài)平衡中ATP?ADP往復(fù)循環(huán)是機體利用能量的基本模式11細胞中其它三磷酸核苷也可作為能量載體參與細胞的能量代謝

化學(xué)鍵能：指斷裂一個化學(xué)鍵所需要的能量生物學(xué)高能鍵：指該鍵水解時釋放出>5kcal/mol

的能量，以~

表示.ATP是磷酸基團轉(zhuǎn)移中的中間傳遞體，是能量傳遞分子3、CoA在能量代謝中的作用12CoA的作用：接受或提供?；阴?CoA：31.38kJ/molATP：30.54kJ/mol可以在能量代謝中作為能量分子使用（一）、生物氧化

1、生物氧化(細胞呼吸或細胞氧化）

生物分子在細胞內(nèi)氧化分解成CO2和H2O并放出能量形成ATP的過程它是需氧細胞在呼吸作用中的一系列氧化還原反應(yīng)13三、生物氧化—電子傳

遞和氧化磷酸化作用

作用：釋放能量供機體維持生命活動如糖、脂肪等分子氧化氧化終產(chǎn)物：H2O+CO2與有機分子燃燒過程產(chǎn)物相同，釋放的能量也相同142、生物氧化的特點

1）在體溫下進行

2）在酶作用下發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，氧化和

放能逐步進行3）產(chǎn)生的能量以ATP形式儲存3、生物分子的氧化過程

1）分解代謝，伴隨代謝物的脫氫和輔酶的還原

NAD+NADH2）NADH或FADH2經(jīng)歷一系列電子載體傳遞過程將H和電子傳遞給O2，同時形成ATP

經(jīng)呼吸鏈釋放的能量是機體能量的重要來源

如葡萄糖氧化15

氧化磷酸化

NADH和FADH2上的電子通過一系列電子傳遞載體傳遞給氧，自身氧化，同時釋放能量使ADP磷酸化形成ATP的過程

氧化磷酸化作用：

電子沿電子傳遞鏈傳遞過程中所伴隨的ADP磷酸化為ATP的過程164、電子傳遞和氧化呼吸鏈1）電子傳遞鏈(呼吸鏈)電子從NADH傳遞到O2所經(jīng)歷的途徑

在真核細胞內(nèi)，電子傳遞鏈位于線粒體內(nèi)膜,主要由4部分蛋白質(zhì)復(fù)合體(四種酶復(fù)合體)組成

電子傳遞與ATP形成相偶聯(lián)的過程也叫氧化呼吸或呼吸代謝17

酶復(fù)合體

相對分子量

輔基復(fù)合體ⅠNADH-Q還原酶

88000FMNFe-S復(fù)合體Ⅱ

琥珀酸-Q還原酶

14000FADFe-S復(fù)合體Ⅲ

細胞色素還原酶

血紅素b－562

血紅素b－566

血紅素c1

Fe-S復(fù)合體Ⅳ

細胞色素氧化酶

16000血紅素a

血紅素a3CuA和CuB

電子傳遞鏈中的蛋白復(fù)合體電子傳遞鏈中酶復(fù)合體的輔基：黃素類：FMN、FAD；鐵-硫簇:Fe-S復(fù)合體；醌：CoQ；血紅素:細胞色素中的血紅素基團；Cu2+18黃素蛋白中的FADH2琥珀酸-Q還原酶NADHNADH-Q還原酶Q細胞色素還原酶細胞色素c細胞色素氧化酶O2電子傳遞鏈中的電子載體及順序電子傳遞只發(fā)生在相鄰的傳遞體之間當電子對連續(xù)地通過復(fù)合酶Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ時，這三個階段都釋放出足夠的能量以供ATP形成

2）電子傳遞鏈各個成員

①NADH-Q還原酶，復(fù)合體Ⅰ作用：NADH+H++FMNFMNH2+NAD+19電子傳遞鏈中第一個質(zhì)子泵

②輔酶Q(CoQ)泛醌，簡稱為Q，因廣泛存在

于具有呼吸作用的生物體內(nèi)而得名n=6,8,1020CoQ的特點：電子傳遞鏈的中心

接受NADH-Q還原酶和線粒體其它黃素酶脫

下的電子和氫原子與蛋白質(zhì)結(jié)合不緊密，是一種靈活的電子載體21③琥珀酸-Q還原酶，復(fù)合體Ⅱ④細胞色素還原酶，復(fù)合體Ⅲ⑤細胞色素C⑥細胞色素氧化酶復(fù)合體Ⅳ

3）電子傳遞的抑制劑

能阻止電子在呼吸鏈中傳遞的化合物，或

使電子傳遞鏈中斷的物質(zhì)22幾種電子傳遞抑制劑的作用部位魚藤酮抗霉素A（二）、氧化磷酸化作用

真核生物內(nèi)的電子傳遞和氧化磷酸化作用都發(fā)生在生物體同一部位－細胞線粒體內(nèi)膜231線粒體結(jié)構(gòu)（“powerhouse”）線粒體普遍存在于動、植物細胞內(nèi)，是需氧細胞產(chǎn)生ATP的主要部位。在不同的細胞中，線粒體的數(shù)目、特性、幾何形狀都不同，但它的位置總是處于需要ATP的部位附近一個細胞內(nèi)含有線粒體的數(shù)目可以從幾百個到數(shù)千個不等，越活躍的細胞含有的線粒體數(shù)目越多24線粒體內(nèi)膜的功能：

1）在線粒體基質(zhì)或面內(nèi)基質(zhì)的內(nèi)膜蛋白上，丙酮酸及脂

肪酸氧化為CO2，同時NAD+和FAD還原

2）電子從NADH傳至線粒體內(nèi)膜，同時形成跨膜質(zhì)子泵

3）內(nèi)膜上的F0F1ATP酶復(fù)合體將貯存于電化學(xué)質(zhì)子梯度的

能量合成ATP2、氧化磷酸化作用機制氧化磷酸化全過程的方程式：

NADH+H++3ADP+3Pi+1/2O2→NAD++4H2O+3ATP25釋放的能量：

NADH+H++1/2O2→NAD++H2O?G0’=-52.7kcal/mol3ADP+3Pi→3ATP+3H2O

?G0’=3×7.3=21.9kcal/mol

ATP分子共截獲的能量：

21.9/52.7×100%=42%

ATP的合成部位線粒體內(nèi)膜合成ATP，所需能量由電子經(jīng)呼吸鏈傳至O2所釋放的能量提供。呼吸鏈中的三個釋放能量部位也正是ATP合成部位26

催化ATP合成的酶是個多酶復(fù)合體，稱ATP合酶，也叫復(fù)合體V為使ATP合酶能夠利用呼吸鏈釋放的能量，這部分能量需暫時被保存，能量的保存和ATP合酶對它的利用稱之為能量偶聯(lián)或能量轉(zhuǎn)換

ATP合成部位相應(yīng)于三個過程2728化學(xué)滲透假說(1961,PeterMitchell)電荷分離造成電化學(xué)梯度