大學生物化學課件.ppt

1、生物化學,一 蛋白質的結構和生物學功能,（一）蛋白質的概述,蛋白質（protein）是最基本的生命物質之一。 1、元素組成：平均含N量約16%（特征代表） 2、基本結構單位：氨基酸 3、大?。旱鞍踪|是大分子化合物 4、空間結構：一級結構、二級結構、三級結構、四級結構 5、重要性：數(shù)量多、種類多、功能多 6、蛋白質的合成：AA順序的遺傳編碼,1.結構通式 -氨基酸,各種氨基酸的區(qū)別在于側鏈R基的不同。20種基本氨基酸按R的極性可分為非極性氨基酸、極性性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸,（二） 氨基酸,（1）、天然蛋白質僅有20種AA、均為- AA （2）、旋光性：、（除甘氨酸沒有旋光性） （3）、

2、構型：D、L（除甘氨酸，天然蛋白質的AA均為LAA）。 （4）、構象,人類8種必需AA：（人體體內不能自身合成，必須從食物中獲得） 賴、色、甲硫、苯丙、蘇、纈、亮、異亮,2.氨基酸的性質,3.氨基酸的分類,法一：按R基化學結構特點分為四大類： 1、脂肪AA（15種） 2、芳得族AA（2種）：苯丙氨酸、酪氨酸 3、雜環(huán)族AA（2種）：組氨酸、色氨酸 4、雜環(huán)亞AA（1種）：脯氨酸,法二：按R基極性分兩類： 極性AA：11種 非極性AA：9種 法三： 1、中性AA（有極性與非極性15種） 2、酸性AA（2種）：天冬氨酸、谷氨酸 3、堿性AA（3種）：組、賴、精,4.理化性質,（1）、物理性質：無色

3、晶體、有味（甜、鮮、苦）或無味，不同強度溶于水、稀酸、稀堿，但不溶于任何有機溶劑，酒精可使AA發(fā)生沉淀。 （2）、光學性質：具旋光性，有紫外吸收現(xiàn)象，波長為280nm，但僅有酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸有此性質。 除甘氨酸外，氨基酸均含有一個手性-碳原子，因此都具有旋光性。比旋光度是氨基酸的重要物理常數(shù)之一，是鑒別各種氨基酸的重要依據(jù)。,（3）、兩性解離：等電點PIAA分子所帶的凈電荷為零（即分子內正電負電）時溶液的PH值。 PH 1 7 10 凈電荷 +1 0 -1 正離子 兩性離子 負離子 等電點PI,（三）肽與肽鍵,一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化

4、合物稱為肽。,由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽。組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。,1.肽鍵（peptide bond）：,肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。 組成肽鍵的原子處于同一平面。,0.127nm 鍵長=0.132nm 0.148nm,2.肽鏈中AA的排列順序和命名,在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序。 通常在多肽鏈的一端含有一個游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。 氨基酸的順序是從N端的氨基酸殘基開始，以C端氨基酸殘基為終點的排列順序。如上述五肽可表示為

5、： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln,3.肽的顏色反應,多肽可與多種化合物作用，產生不同的顏色反應。這些顯色反應，可用于多肽的定性或定量鑒定。 如黃色反應，是由硝酸與氨基酸的苯基（酪氨酸和苯丙氨酸）反應生成二硝基苯衍生物而顯黃色。 多肽的雙縮脲反應是多肽特有的顏色反應;雙縮脲是兩分子的尿素經(jīng)加熱失去一分子NH3而得到的產物。 雙縮脲能夠與堿性硫酸銅作用，產生蘭色的銅-雙縮脲絡合物，稱為雙縮脲反應。含有兩個以上肽鍵的多肽，具有與雙縮脲相似的結構特點，也能發(fā)生雙縮脲反應，生成紫紅色或藍紫色絡合物。這是多肽定量測定的重要反應。,（四）蛋白質的分子結構,1.蛋白質一級結構,蛋白質的一級結構(Pr

6、imary structure)包括組成蛋白質的多肽鏈數(shù)目. 多肽鏈的氨基酸數(shù)目、種類和順序。 以及多肽鏈內或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。 其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質生物功能的基礎。,2.蛋白質二級結構,蛋白質的二級(Secondary)結構是指多肽鏈的主鏈在空間的排列,或規(guī)則的幾何走向、旋轉及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構象及鏈內或鏈間形成的氫鍵。 主要有-螺旋、-折疊、-轉角。,（1）、-螺旋,（1）螺旋走向，穩(wěn)定以氫鍵連接，氫鍵與軸平行。 （2）側基R伸向螺旋外側。 （3）棒狀結構，高度壓縮，緊密排列。 （4）規(guī)律排列 （5）由1條充分伸展的肽鏈的肽鍵平面折疊成的右手螺旋。 （

7、6）每隔3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm。 （7）1個螺圈內有13個原子。,蛋白質的三級結構(Tertiary Structure)是指在二級結構基礎上，肽鏈的不同區(qū)段的側鏈基團相互作用在空間進一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側鏈構象在內的特征三維結構。 維系這種特定結構的力主要有氫鍵、疏水鍵、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水鍵，在蛋白質三級結構中起著重要作用。,3.蛋白質三級結構,蛋白質的四級結構(Quaternary Structure)是指由多條各自具有一、二、三級結構的肽鏈通過非共價鍵連接起來的結構形式；各個亞基在這些蛋白質中的空間排列方式及亞基之間的相互作用關系。 這種蛋

8、白質分子中，最小的單位通常稱為亞基或亞單位Subunit，它一般由一條肽鏈構成，無生理活性； 維持亞基之間的化學鍵主要是疏水力。 由多個亞基聚集而成的蛋白質常常稱為寡聚蛋白；,4.蛋白質四級結構,（五）蛋白質的性質,1.蛋白質的兩性解離和等電點 蛋白質與多肽一樣，能夠發(fā)生兩性離解，也有等電點。在等電點時，蛋白質的溶解度最小，在電場中不移動。 在電場中，如果蛋白質分子所帶正電荷多于負電荷，凈電荷為正，則向負電極移動，反之，凈電荷為負，向正極移動，這種泳動現(xiàn)象稱電泳。 蛋白質在等電點PH條件下，不發(fā)生電泳現(xiàn)象，利用蛋白質的電泳現(xiàn)象，可以將蛋白質的電泳現(xiàn)，可以將蛋白質進行分離純化。,2.這是蛋白質特

9、有的性質-膠體。 由于蛋白質的分子量很大，它在水中能夠形成膠體溶液。蛋白質溶液具有膠體溶液的典型性質，如丁達爾現(xiàn)象、布郎運動等。 由于膠體溶液中的蛋白質不能通過半透膜，因此可以應用透析法將非蛋白的小分子雜質除去,3.蛋白質的沉淀作用 蛋白質膠體溶液的穩(wěn)定性與它的分子量大小、所帶的電荷和水化作用有關。 改變溶液的條件，將影響蛋白質的溶解性質 在適當?shù)臈l件下，蛋白質能夠從溶液中沉淀出來。 蛋白質的沉淀分為可逆沉淀和不可逆沉淀。,4.蛋白質的變性作用 天然蛋白質因受物理或化學因素的影響，分子構象發(fā)生變化，致使蛋白質的理化性質和生物學功能隨之發(fā)生變化，但一級結構未遭破壞，這種現(xiàn)象稱為變性作用。 變性后

10、的蛋白質稱為變性蛋白。 導致蛋白質變性的因素：熱、紫外光、激烈的攪拌以及強酸和強堿等。 類型：不可逆變性、可逆變性（可復性）,（六）蛋白質的生物學功能,（1）作為酶，蛋白質具有催化功能。 （2）作為結構成分，它規(guī)定和維持細胞的構造。 （3）作為代謝的調節(jié)者（激素或阻遏物），它能 協(xié)調和指導細胞內的化學過程。 （4）作為運輸工具，它能在細胞內或者透過細胞 膜傳遞小分子或離子。 （5）作為抗體，它起著保護有機體，防御外物入 侵的作用。,二 核酸的結構和生物學功能,核酸是生物體內極其重要的生物大分子，是生命的最基本的物質之一。最早是瑞士的化學家米歇爾于1870年從膿細胞的核中分離出來的，由于它們是酸

11、性的，并且最先是從核中分離的，故稱為核酸。核酸的發(fā)現(xiàn)比蛋白質晚得多。核酸分為脫氧核糖核酸（簡稱DNA）和核糖核酸（簡稱RNA）兩大類，基本結構單位都是核苷酸,（一） 核甘酸,核苷酸是核苷的磷酸酯。作為DNA或RNA結構單元的核苷酸分別是5-磷酸-脫氧核糖核苷和5-磷酸-核糖核苷。,1.核甘,糖與堿基之間的C-N鍵，稱為C-N糖苷鍵,2.組成核甘的戊糖,組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為-D-核糖。,腺嘌呤Adenine,鳥嘌呤guanine,尿嘧啶uracil,胞嘧啶cytosine,胸腺嘧啶thymine,3.組成核甘的堿基,（二） 核酸的分子結構,

12、1.DNA的分子結構,（1）DNA的一級結構 概念：DNA的一級結構是指DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序。 不同的DNA分子（或片段）其一級結構不同，即脫氧核苷酸排列順序不同，也就是堿基排列順序不同。 意義：遺傳信息 基本結構單位：脫氧核糖核苷酸 連接鍵：3，5磷酸二酯鍵 書寫及閱讀方向：從5端到3端,（2）DNA的二級結構 概念：DNA的二級結構是指DNA的雙螺旋結構。,DNA雙螺旋結構,DNA分子由兩條DNA單鏈組成。 DNA的雙螺旋結構是分子中兩條DNA單鏈之間基團相互識別和作用的結果。 雙螺旋結構是DNA二級結構的最基本形式。,.DNA雙螺旋結構的特點,a.DNA分子由兩條多聚脫氧核糖

13、核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結構。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向為53，而另一條鏈的方向為35。,b.嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內側，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90角 C.螺旋橫截面的直徑約為2 nm，每條鏈相鄰兩個堿基平面之間的距離為3.4 nm，每10個核苷酸形成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉一圈）高度為34 nm。 d.兩條DNA鏈相互結合以及形成雙螺旋的力是鏈間的堿基對所形成的氫鍵。堿基的相互結合具有嚴格的配對規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結合，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結

14、合，這種配對關系，稱為堿基互補。A和T之間形成兩個氫鍵，G與C之間形成三個氫鍵。 在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。,(3)核酸的紫外吸收,在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，因而具有獨特的紫外線吸收光譜，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作為核酸及其組份定性和定量測定的依據(jù),(4)核酸的變性與復性,A. 核酸的變性 核酸的變性是指核酸雙螺旋區(qū)的多聚核苷酸鏈間的氫鍵斷裂，變成單鏈結構的過程。變性核酸將失去其部分或全部的生物活性。核酸的變性并不涉及磷酸二酯鍵的斷裂，所以它的一級結構(堿基順序)保持不變。 能夠引起核酸變性的因素很多。溫度升高、酸堿度改變、甲醛和

15、尿素等的存在均可引起核酸的變性。RNA本身只有局部的雙螺旋區(qū)，所以變性行為所引起的性質變化沒有DNA那樣明顯。,利用紫外吸收的變化，可以檢測核酸變性的情況。 而RNA變性后，約增加1.1%。這種現(xiàn)象稱為增色效應。,變性DNA在適當?shù)臈l件下，兩條彼此分開的單鏈可以重新締合成為雙螺旋結構，這一過程稱為復性。DNA復性后，一系列性質將得到恢復，但是生物活性一般只能得到部分的恢復。 DNA復性的程度、速率與復性過程的條件有關。 將熱變性的DNA驟然冷卻至低溫時，DNA不可能復性。但是將變性的DNA緩慢冷卻時，可以復性。分子量越大復性越難。濃度越大，復性越容易。此外，DNA的復性也與它本身的組成和結構有

16、關。,三 酶的特點及功能,酶是由活細胞產生的具有催化作用的有機物， 又叫生物催化劑Biocatalysts 。 絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(Enzyme)。,（一）酶的作用特點,（1）酶和一般催化劑的共性 用量少而催化率高。 它能夠改變化學反應的速度，但是不能改變化學反應平衡。酶本身在反應前后也不發(fā)生變化。 酶能夠穩(wěn)定底物形成的過渡狀態(tài)，降低反應的活化能，從而加速反應的進行。,（2）酶作為生物催化劑的特性,A、高效性,B、專一性,C、反應條件溫和,D、酶易失活,E、酶活力可調節(jié)控制,F、某些酶催化活力與輔酶、 輔基及金屬離子有關。,（二）酶的化學本質,通過對酶的性質、組成和結構等等方面的研究證實，

17、酶是蛋白質（也有RNA）。這些酶除了蛋白質組分外，還含有對熱穩(wěn)定的非蛋白的小分子物質，前者稱酶蛋白，后者稱輔因子。此完整的酶分子稱為全酶（全酶酶蛋白十輔因子）。有的酶的輔因子是金屬離子，有的是小分子有機化合物。通常將這些小分子有機化合物稱為輔酶或輔基。,（三）酶的活性中心和必需基團,酶的活性中心（active center）：是指酶分子中與底物直接結合并使之轉變出產物的小區(qū)，也稱活性部位(active site)。 酶的活性中心有兩個功能部位：結合部位和催化部位。,1結合部位（ Binding site） 酶分子中與底物結合的部位或區(qū)域一般稱為結合部位。此部位決定酶的專一性。 2催化部位（ c

18、atalytic site ） 酶分子中促使底物發(fā)生化學變化的部位稱為催化部位。此部位決定酶所催化反應的性質。,酶的活性中心具有以下特點： （1）活性中心是酶分子表面的一個凹穴，有一定的大小和特殊的構象，但它們不是剛性的，在與底物接觸時表現(xiàn)一定的柔性。 （2）構成活性中心的大多數(shù)氨基酸殘基為疏水性，使此小區(qū)形成一個非極性的微環(huán)境，有利于與底物結合。 （3）有活性中心，底物以弱鍵與酶結合。,酶的活性中心的必需基團可分為兩種： 一種是與作用物結合的必需基團，稱為結合基團，它決定酶的專一性； 另一種是促進作用物發(fā)生化學變化的基團，稱為催化基團，它決定酶的催化能力。,（四）酶的催化機理,（1）酶反應的

19、過渡態(tài)學說 1931年Michaelis和Menten假設酶（E）與底物（S）先形成中間復合物（ES），再轉變成反應產物（P），釋放出游離酶： ESESPE 過渡態(tài)學說： E + S = ES = ES* EP E + P 式中：ES為米氏復合物；ES* 為過渡態(tài)中間物；EP為酶產物中間物。,鄰近效應：在酶促反應中，由于酶和底物分子之間的親和性，底物分子向酶的活性中心靠近，最終結合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效濃度大大增加的效應。 定向效應：當專一性底物向酶活性中心靠近時，會誘導酶分子構象發(fā)生改變，使酶活性中心的相關基團和底物的反應基團正確定向排列，同時使反應基團之間的分子軌道以正確

20、方向嚴格定位，使酶促反應易于進行。 以上兩種效應使酶具有高效率和專一性特點。,（2）鄰近和定向效應,（3）誘導楔合學說,該學說認為酶表面并沒有一種與底物互補的固定形狀，而只是由于底物的誘導才形成了互補形狀，從而有利于底物折結合。,（四）影響酶反應速度的因素,（1）酶濃度對酶反應速度的影響,E,酶濃度對反應速度的影響,（2）底物濃度與酶促反應的關系,在低底物濃度時, 反應速度與底物濃度成正比，表現(xiàn)為一級反應特征。 當?shù)孜餄舛冗_到一定值，反應速度達到最大值（Vmax），此時再增加底物濃度，反應速度不再增加，表現(xiàn)為零級反應。,（3）溫度對酶反應速度的影響,一方面是溫度升高,酶促反應速度加快。 另一方

21、面,溫度升高,酶的高級結構將發(fā)生變化或變性，導致酶活性降低甚至喪失。 因此大多數(shù)酶都有一個最適溫度。 在最適溫度條件下,反應速度最大。,（4）PH值對酶反應速度的影響,在一定的pH 下, 酶具有最大的催化活性,通常稱此pH 為最適 pH,（5）激活劑對酶反應速度的影響,凡能提高酶活性的物質，都稱為激活劑（activator） （1）無機離子：金屬離子(K+ Na+ Mg2+ Zn2+ Fe2+ Ca2+、陰離子(Cl- Br-)、氫離子 （2）中等大小的有機分子：某些還原劑、乙二胺四乙酸（EDTA） (3)某些酶類：酶原激活過程中的酶類 原理：a.酶活性中心的必需基團 b.酶-底絡合物形成的橋

22、梁 c.作為某些酶的輔助因子 d.保護-SH酶不被氧化,1、抑制作用與抑制劑 凡使酶的活性降低或喪失，但并不引起酶蛋白變性的作用稱為抑制作用（inhibition）。 能夠引起抑制作用的化合物則稱為抑制劑(inhibitor)。（抑制劑不同于變性劑） 2、抑制作用的類型 （1）不可逆抑制作用（irreversible inhibition) （2）可逆抑制作用(reversible inhibition) ,（1）不可逆抑制作用（irreversibleinhibition) 抑制劑與酶蛋白中的必需基團以共價形式結合，引起酶的永久性失活,不能用透析或超濾等物理方法除去抑制劑而恢復酶活性。 專一

23、性不可逆抑制作用：這類抑制劑只作用于與酶活性部位有關的氨基酸殘基或一類酶。 非專一性不可逆抑制作用：這類抑制劑作用于酶分子上不同的基團或作用于幾類不同的酶。如：?；瘎┧狒突酋Ｂ鹊瓤墒姑傅鞍椎?OH、 SH、NH2等發(fā)生酰化。,（2）可逆抑制作用 (reversibleinhibition) 抑制劑與酶蛋白以非共價方式結合，引起酶活性暫時性喪失。抑制劑可以通過透析等方法被除去，并且能部分或全部恢復酶的活性。根椐抑制劑與酶結合的情況，又可以分為三類： a.競爭性抑制作用 b.非競爭性抑制作用 C.反競爭性抑制作用,四 糖和糖代謝,（一）糖的概況,（二）糖的分類,單糖：甘油醛 、二羥丙酮、戊糖、己

24、糖、庚糖,二糖：蔗糖、乳糖、麥芽糖、纖維二糖,多糖：,同多糖： 淀粉、纖維素、糖原、幾丁質,糖胺聚糖（透明質酸、硫酸角質素）、蛋白聚糖,雜多糖：,細菌多糖（肽聚糖、脂多糖、磷壁酸）,糖蛋白：糖肽鍵（N、O型）；糖鏈（寡糖鏈，具重要功能）,（三）糖代謝,1.糖酵解（EMP途徑）,定義：糖酵解是酶將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨ATP生成的過程。是一切有機體中普遍存在的葡萄糖降解途徑。 1940年被闡明。(研究歷史) Embden,Meyerhof,Parnas等人貢獻最多，故糖酵解過程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途徑，簡稱EMP途徑。 在細胞質中進行,葡萄糖+2Pi+2ADP+2

25、NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O,葡萄糖,6-磷酸-葡萄糖,6-磷酸-果糖,1，6-二磷酸-果糖,磷酸二羥丙酮,3-磷酸-甘油醛,第一階段,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,第二階段,己糖激酶,磷酸葡萄糖異構酶,磷酸果糖激酶,醛縮酶,磷酸丙糖異構酶,磷酸甘油醛脫氫酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸變位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,（2）糖酵解的調控,細胞對酵解速度的調控是為了滿足細胞對能量及碳骨架的需求。 在代謝途徑中，催化不可逆反應的酶所處的部位是控制代謝反應的有力部位。 糖酵解中有三步反應不可逆，分別由己糖激酶、磷酸果糖激酶

26、、丙酮酸激酶催化，因此這三種酶對酵解速度起調節(jié)作用。糖酵解的調控,（3）糖酵解的意義,A、糖酵解是存在一切生物體內糖分解代謝的普遍途徑。 B、通過糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，為生命活動提供部分能量，尤其對厭氧生物是獲得能量的主要方式。 C、糖酵解途徑的許多中間產物可作為合成其他物質的原料（提供碳骨架）， 如磷酸二羥丙酮 甘油。 D、是糖有氧分解的準備階段。 E、由非糖物質轉變?yōu)樘堑漠惿緩交緸橹孢^程。,（4）丙酮酸的去路,A.酵母在無氧條件下將丙酮酸轉化為乙醇和CO2,H+,C2O,丙酮酸脫羧酶 TPP,NADH+H+,NAD+,乙醇脫氫酶,丙酮酸,乙醛,乙醇,由葡萄糖轉變?yōu)橐掖嫉倪^程稱

27、為酒精發(fā)酵: 葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+ 2乙醇+2C2O+2ATP+2H2O,O H H C O- C O H C OH C O CH3 CH3 CH3,O O C O- +NADH+H+ C O- +NAD+ C O HO C H CH3 CH3,丙酮酸,L-乳酸,乳酸脫氫酶,葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+2H2O,B.動物在激烈運動時或由于呼吸、循環(huán)系統(tǒng)障礙而發(fā)生供氧不足時。 生長在厭氧或相對厭氧條件下的許多細菌。,C.在有氧條件下，丙酮酸進入線粒體生成乙酰CoA，參加TCA循環(huán)（檸檬酸循環(huán)），被徹底氧化成CO2和H2O。 D.轉化為脂肪酸或酮體。當細胞ATP水平較高

28、時，檸檬酸循環(huán)的速率下降，乙酰CoA開始積累，可用作脂肪的合成或酮體的合成。,2.三羧酸循環(huán)（TCA循 環(huán)）,概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成C2O和H2O并產生能量的過程，稱為檸檬酸循環(huán)，亦稱為三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle), 簡稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。,三羧酸循環(huán)在線粒體基質中進行,（1）由丙酮酸形成乙酰CoA,丙酮酸進入線粒體轉變?yōu)橐阴oA,這是連接糖酵解和三羧酸循環(huán)的紐帶： 丙酮酸+CoA+NAD+ 乙酰CoA+ C2

29、O+NADH+H+ 反應不可逆，分5步進行，由丙酮酸脫氫酶復合體催化。 丙酮酸脫氫酶復合體是一個十分大的多酶復合體，包括丙酮酸脫氫酶E1、二氫硫辛酸乙酰轉移酶E2、二氫硫辛酸脫氫酶E3三種不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，F(xiàn)AD, NAD+,CoA 及Mg2+六種輔助因子組裝而成。,由丙酮酸到乙酰CoA是一個重要步驟，處于代謝途徑的分支點，所以此體系受到嚴密的調節(jié)控制： 1、產物抑制：乙酰CoA抑制乙酰轉移酶E2組分，NADH抑制二氫硫辛酸脫氫酶E3組分。抑制效應被CoA和NAD+逆轉。 2、核苷酸反饋調節(jié)：丙酮酸脫氫酶E1受GTP抑制，被AMP活化。 3、砷化物與E2中的輔基硫辛酰胺

30、形成無催化能力的砷化物。 4、可逆磷酸化作用的調節(jié)：丙酮酸脫氫酶E1的磷酸化狀態(tài)無活性，反之有活性。 5、Ca2+激活,丙酮酸氧化脫羧的調控,（2）TCA循環(huán)的過程,三羧酸循環(huán)的總反應式為： 乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+2H+ 循環(huán)有以下特點： 1、乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸，使兩個C原子進入循環(huán)。在以后的兩步脫羧反應中，有兩個C原子以CO2的形式離開循環(huán)，相當于乙酰CoA的2個C原子形成CO2。 2、在循環(huán)中有4對H原子通過4步氧化反應脫下，其中3對用以還原NAD+生成3個NADH+H+,1對用以還原FAD,

31、生成1個FADH2。,3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸時，偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成1個GTP, 1GTP 1ATP。 4、循環(huán)中消耗兩分子水。 5、3NADH 9 ATP ， 1FADH2 2 ATP，再加上1個GTP。 6、單向進行。 7、整個循環(huán)不需要氧，但離開氧無法進行。 1分子乙酰CoA通過TCA循環(huán)被氧化，可生成12分子ATP。,（3）三羧酸循環(huán)的化學計量,（4）三羧酸循環(huán)的回補反應,三羧酸循環(huán)不僅是產生ATP的途徑，它的中間產物也是生物合成的前體， -酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 琥珀酰CoA 卟啉環(huán) 上述過程均可導致草酰乙酸濃度下降，從而影響三羧酸循環(huán)的運轉，因此必須不斷補充

32、才能維持其正常進行，這種補充稱為回補反應(anaplerotic reaction)。,B、PEP羧化（在植物、酵母、細菌）,A、丙酮酸羧化(動物體內的主要回補反應),五 生物氧化,（1）生物氧化概述,一切生命活動都需要能量，維持生命活動的能量主要有兩個來源： 光能（太陽能）：光合自養(yǎng)生物通過光合作用將光能轉變成有機物中穩(wěn)定的化學能。 化學能：異養(yǎng)生物或非光合組織通過生物氧化作用將有機物質（主要是各種光合作用產物）氧化分解，使存儲的穩(wěn)定的化學能轉變成ATP中活躍的化學能，ATP直接用于需要能量的各種生命活動。,1.概念 有機物質（糖、脂肪和蛋白質）在生物細胞內進行氧化分解而生成CO2和H2O并

33、釋放出能量的過程稱為生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又稱為呼吸作用。,（1）細胞如何在酶的催化下將有機化合物中的C變成CO2CO2如何形成？ 脫羧反應 （2）在酶的作用下細胞怎樣利用分子氧將有機化合物中的H氧化成H2OH2O如何形成？ 電子傳遞鏈 （3）當有機物被氧化成CO2和H2O時，釋放的能量怎樣轉化成ATP能量如何產生？ 底物水平磷酸化 氧化磷酸化,2、生物氧化的特點,生物氧化和有機物在體外氧化（燃燒）的實質相同，都是脫氫、失電子或與氧結合，消耗氧氣，都生成CO2和H2O，所釋放的能量也相同。但二者進行的方式和歷程卻不同： 細胞內溫和條件 高溫或高壓、干燥條件 （常溫、常壓、中性p

34、H、水溶液） 一系列酶促反應 無機催化劑 逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆發(fā)釋放 釋放的能量轉化成ATP被利用 轉換為光和熱，散失,生物氧化 體外燃燒,（二）電子傳遞鏈,1.概念 需氧細胞內糖、脂肪、氨基酸等通過各自的分解途徑所形成的還原性輔酶，包括NADH和FADH2通過電子傳遞途徑被重新氧化。 在生物氧化過程中，還原型輔酶上的氫原子以質子的形式脫下，其電子沿一系列按一定順序排列的電子傳遞體轉移，最后轉移給分子氧并生成水，這個電子傳遞體系稱為電子傳遞鏈。由于消耗氧，故也叫呼吸鏈。 電子傳遞鏈在原核生物存在于質膜上，在真核細胞存在于線粒體內膜上。,2.呼吸鏈的組成,呼吸鏈由一系列的氫傳遞體和

35、電子傳遞體組成。包括： NADH-Q還原酶、琥珀酸-Q還原酶、細胞色素還原酶、細胞色素氧化酶。,NADH,NADH-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,琥珀酸-Q還原酶,FADH2,3.呼吸鏈的電子傳遞順序,呼吸鏈的各組分在線粒體內膜上是按一定順序排列的，在線粒體內膜上主要有兩條呼吸鏈：,FMN Fe-S,Cytb Fe-S cytc1,cytaa3,Fe-S FADH2,NADH+H+,CoQ,cytc,O2,琥珀酸,ADP+Pi,ADP+Pi,ADP+Pi,ATP,ATP,ATP,呼吸鏈的電子傳遞抑制劑圖示 NADH NADH-Q還原酶 被魚藤酮、安密妥

36、、殺蝶素A抑制 CoQ cytb 被抗霉素A抑制 cytc1 cytc cytaa3 被氰化物、一氧化碳、硫化氫、疊氮化合物抑制 O2,（三）氧化磷酸化,1、概念,生物體內高能磷酸化合物ATP的生成主要由三種方式： 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 光合磷酸化,（1）氧化磷酸化,是與電子傳遞過程偶聯(lián)的磷酸化過程。即伴隨電子從底物到O2的傳遞，ADP被磷酸化生成ATP的酶促過程，這種氧化與磷酸化相偶聯(lián)的作用稱為氧化磷酸化。 這是需氧生物合成ATP的主要途徑。 真核生物的電子傳遞和氧化磷酸化均在線粒體內膜上進行。原核生物則在質膜上進行。,底物水平磷酸化指ATP的形成直接與一個代謝中間物（PEP）上的磷酸基團轉移相偶聯(lián)的作用。,特點：ATP的形成直接與中間代謝物進行的反應相偶聯(lián)；在有O2或無O2條件下均可發(fā)生底物水平的磷酸化。,（2）底物水平磷酸化,（四）氧化磷酸化作用的機理,1、有關氧化磷酸化機理的幾種假說 化學偶聯(lián)假說 構象偶聯(lián)假說 化學滲透假說,（1）化學偶聯(lián)假說（1953年）（掌握要點） 認為電子傳遞反應釋放的能量