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1、自養(yǎng)生物自養(yǎng)生物 異養(yǎng)生物異養(yǎng)生物 分解代謝與合成代謝分解代謝與合成代謝 趨同的分解代謝與趨異的合成代謝趨同的分解代謝與趨異的合成代謝 甲羥基戊酸甲羥基戊酸 類花生酸類花生酸 異丙基焦磷酸異丙基焦磷酸 生物氧化生物氧化第一節(jié)第一節(jié) 生物能學(xué)的幾個概念生物能學(xué)的幾個概念 G 0，反應(yīng)不能自發(fā)進行，必須供給有反應(yīng)不能自發(fā)進行，必須供給有用功。用功。 G = 0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。 一個放熱反應(yīng)（或吸熱反應(yīng)）總熱量的變一個放熱反應(yīng)（或吸熱反應(yīng)）總熱量的變化（化（H），），不能作為此反應(yīng)能否自發(fā)進行不能作為此反應(yīng)能否自發(fā)進行的判據(jù)，只有自由能的變化才是準確的判據(jù)。的判據(jù)，只有自由能的
2、變化才是準確的判據(jù)。 G0僅是反應(yīng)能自發(fā)進行的必要條件，僅是反應(yīng)能自發(fā)進行的必要條件，有的反應(yīng)還需催化劑才能進行。有的反應(yīng)還需催化劑才能進行。 催化劑（酶）只能催化自由能變化為負值催化劑（酶）只能催化自由能變化為負值的反應(yīng)，如果一個反應(yīng)的自由能變化為正值，的反應(yīng)，如果一個反應(yīng)的自由能變化為正值，酶也無能為力。酶也無能為力。 當(dāng)當(dāng)G為正值時，反應(yīng)體系為吸能反應(yīng)，為正值時，反應(yīng)體系為吸能反應(yīng)，此時只有與放能反應(yīng)相偶聯(lián)，反應(yīng)才能進行。此時只有與放能反應(yīng)相偶聯(lián)，反應(yīng)才能進行。二、自由能變化與化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系二、自由能變化與化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的關(guān)系 a A + b B c C + d D G標準自由
3、能的變化標準自由能的變化 若將標準狀況若將標準狀況pH定為定為pH=7.0，則標準值則標準值自由能的變化用自由能的變化用G 表示。表示。 標準狀態(tài)下標準狀態(tài)下pH= 7.0時的平衡常數(shù)為時的平衡常數(shù)為Keg 的關(guān)系三、自由能變化的加和性三、自由能變化的加和性 在偶聯(lián)的幾個化學(xué)反應(yīng)中，總自由能的在偶聯(lián)的幾個化學(xué)反應(yīng)中，總自由能的變化等于每一步反應(yīng)自由能變化之和。變化等于每一步反應(yīng)自由能變化之和。 兩個依次的化學(xué)反應(yīng)：兩個依次的化學(xué)反應(yīng)： ABC 標準自由能的變化：標準自由能的變化： G 1 ，G 2 總反應(yīng)：總反應(yīng)： AC G總總 G總總 = G 1 + G 2例如：例如：Glc + ATP G
4、-6-P + ADP（總反應(yīng)）總反應(yīng)）第一步：第一步：Glc + Pi G-6-P + H2O，此反應(yīng)不能自發(fā)進行此反應(yīng)不能自發(fā)進行第二步：第二步：ATP + H2O ADP + Pi總反應(yīng)：總反應(yīng)：Glc + ATP G -6-P + ADP 因此，一個熱力學(xué)上不能進行的反應(yīng)，可因此，一個熱力學(xué)上不能進行的反應(yīng)，可與其它反應(yīng)偶聯(lián)，使整個反應(yīng)可以進行。與其它反應(yīng)偶聯(lián)，使整個反應(yīng)可以進行。 在生物體內(nèi)，此類反應(yīng)很普遍。（糖酵解）在生物體內(nèi)，此類反應(yīng)很普遍。（糖酵解）分步進行的連續(xù)反應(yīng)分步進行的連續(xù)反應(yīng)1，2，3，n. K總總=K1K2 K3 KnG總總 = G 1 + G 2 + + G n 四
5、、高能磷酸化合物四、高能磷酸化合物 水解時每摩爾磷酸基能釋放水解時每摩爾磷酸基能釋放5000 cal以上以上能量的磷酸化合物，有時不限于磷酸基。能量的磷酸化合物，有時不限于磷酸基。 G 1 = - 7.3 Kcal / MolG 2 = - 7.3 Kcal / Mol 1. 高能化合物的類型高能化合物的類型 磷氧鍵型磷氧鍵型 a. 酰基磷酸化合物：?；姿峄衔铮?3-磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸， 氨甲酰磷酸，?；佘账幔滨Ｏ佘账岚奔柞Ａ姿?，?；佘账?，氨酰腺苷酸 b. 焦磷酸化合物：無機磷酸，焦磷酸化合物：無機磷酸，ATP，ADP c. 烯醇式磷酸化合物：磷酸烯醇
6、式丙酮酸烯醇式磷酸化合物：磷酸烯醇式丙酮酸 氮磷鍵型氮磷鍵型 磷酸肌酸，磷酸精氨酸磷酸肌酸，磷酸精氨酸 硫酯鍵型硫酯鍵型 3-磷酸腺苷磷酸腺苷-5-磷酰硫酸磷酰硫酸 ?；o酶酰基輔酶A 甲硫鍵型甲硫鍵型 S腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸 高能磷酸化合物與低能磷酸化合物高能磷酸化合物與低能磷酸化合物2. 2. 生物體能量的儲存和利用生物體能量的儲存和利用 ATPATP、磷酸肌酸、磷酸精氨酸磷酸肌酸、磷酸精氨酸 ATPATP是細胞內(nèi)產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)的是細胞內(nèi)產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)的 化學(xué)偶聯(lián)劑化學(xué)偶聯(lián)劑 能荷：能荷： ATP + 0.5ADP / ATP + ADP + AMP100%五、生物氧化特點五、
7、生物氧化特點 生物氧化：糖、脂、蛋白質(zhì)在細胞中氧化生物氧化：糖、脂、蛋白質(zhì)在細胞中氧化分解，生成分解，生成CO2和和H2O，并釋放能量。并釋放能量。 是需氧細胞呼吸代謝過程中的一系列氧化是需氧細胞呼吸代謝過程中的一系列氧化還原過程，又稱細胞呼吸。還原過程，又稱細胞呼吸。 特點：活細胞中進行，特點：活細胞中進行，pH中性，溫度適中性，溫度適中，一系列酶和中間體參與，逐步釋放能量中，一系列酶和中間體參與，逐步釋放能量。 真核細胞的生物氧化多在線粒體內(nèi)進行，真核細胞的生物氧化多在線粒體內(nèi)進行，在不含線粒體的原核細胞中，生物氧化在細在不含線粒體的原核細胞中，生物氧化在細胞膜上進行。胞膜上進行。 底物磷
8、酸化：酵解途徑中底物磷酸化：酵解途徑中 1, 3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 2-磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸 氧化磷酸化占氧化磷酸化占90%以上。以上。 電子傳遞過程中，還原型輔酶被氧化。電子傳遞過程中，還原型輔酶被氧化。 細胞內(nèi)供能物質(zhì)的徹底氧化產(chǎn)物是細胞內(nèi)供能物質(zhì)的徹底氧化產(chǎn)物是CO2和和H2O ，CO2主要在三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生，水在主要在三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生，水在電子傳遞過程的最后階段產(chǎn)生。電子傳遞過程的最后階段產(chǎn)生。 電子傳遞過程中釋放出的能量用來合生成電子傳遞過程中釋放出的能量用來合生成ATPP/O比：比：一對電子通過呼吸鏈傳至氧產(chǎn)生一對電子通過呼吸鏈傳至氧產(chǎn)生ATP的分子數(shù)的分子數(shù)NAD
9、H 2.5ATP（2.5 7.3 =18.25 Kcal/mol ） 18.25 52.6 = 34.7 %FADH21.5ATP（1.5 7.3 =10.95 Kcal/mol ） 10.95 43.4 = 25.2 %三、電子傳遞鏈的組成三、電子傳遞鏈的組成 1. NADH-Q還原酶復(fù)合物（還原酶復(fù)合物（Complex ） 又稱又稱NADH脫氫酶，輔基是脫氫酶，輔基是FMN和鐵硫蛋白和鐵硫蛋白 鐵硫蛋白鐵硫蛋白 2. 輔酶輔酶Q（泛醌）泛醌） 接受黃素酶脫下的電子和氫原子接受黃素酶脫下的電子和氫原子3. 琥珀酸琥珀酸-Q還原酶復(fù)合物（還原酶復(fù)合物（Complex） 4. 細胞色素還原酶復(fù)合
10、物（細胞色素還原酶復(fù)合物（Complex ） 輔酶輔酶Q-細胞色素細胞色素c還原酶，細胞色素還原酶，細胞色素bc1復(fù)復(fù)合體。合體。 5. 細胞色素氧化酶復(fù)合物（細胞色素氧化酶復(fù)合物（Complex ）四、電子傳遞鏈的抑制劑四、電子傳遞鏈的抑制劑 1. 魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素 阻止電子從阻止電子從NADH向向CoQ傳遞傳遞 2. 抗菌素抗菌素A 抑制電子從抑制電子從Cyt b向向Cyt c1傳遞傳遞 3. 氰化物、硫化氫、疊氮化物、氰化物、硫化氫、疊氮化物、CO 阻斷電子從阻斷電子從Cyt aa3 向向O2傳遞傳遞 電子傳遞鏈的抑制劑電子傳遞鏈的抑制劑五、氧化磷酸化
11、五、氧化磷酸化 是需氧細胞主要的能量來源，產(chǎn)生是需氧細胞主要的能量來源，產(chǎn)生ATP的的 主要途徑。真核生物在線粒體內(nèi)膜，原核生主要途徑。真核生物在線粒體內(nèi)膜，原核生 物在漿膜。物在漿膜。1. 能量偶聯(lián)假說能量偶聯(lián)假說 1953年年 Edward Slater, 化學(xué)偶聯(lián)化學(xué)偶聯(lián) 1964年年 Pual Boyer, 構(gòu)象偶聯(lián)構(gòu)象偶聯(lián) 1961年年 Peter Mitchell, 化學(xué)滲透化學(xué)滲透化學(xué)偶聯(lián)：電子傳遞過程中的高能中間物裂化學(xué)偶聯(lián)：電子傳遞過程中的高能中間物裂 解驅(qū)動氧化磷酸化。解驅(qū)動氧化磷酸化。構(gòu)象偶聯(lián)：電子傳遞過程中，線粒體內(nèi)膜蛋構(gòu)象偶聯(lián)：電子傳遞過程中，線粒體內(nèi)膜蛋 白構(gòu)象變成
12、高能形式，驅(qū)動白構(gòu)象變成高能形式，驅(qū)動ATP合成。合成?；瘜W(xué)滲透：電子傳遞過程中釋放的自由能驅(qū)動化學(xué)滲透：電子傳遞過程中釋放的自由能驅(qū)動 H+從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進入到膜間從線粒體基質(zhì)跨過內(nèi)膜進入到膜間 隙，生成的隙，生成的H+電化學(xué)梯度驅(qū)動電化學(xué)梯度驅(qū)動ATP合成合成 泵出質(zhì)子泵出質(zhì)子 質(zhì)子梯度 ATP的合成的合成2. ATP合成機制合成機制親和素親和素抗生物素蛋白抗生物素蛋白3. 解偶聯(lián)機制解偶聯(lián)機制 電子傳遞與磷酸化作用解偶聯(lián)電子傳遞與磷酸化作用解偶聯(lián) A. 特殊試劑的解偶聯(lián)特殊試劑的解偶聯(lián) 解偶聯(lián)劑：解偶聯(lián)劑：2，4二硝基苯酚二硝基苯酚 三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（三氟甲氧基苯腙羰基氰化
13、物（FCCP） 酸性環(huán)境中攜帶酸性環(huán)境中攜帶H+，破壞跨膜梯度，破壞跨膜梯度， 抑制抑制ATP的形成，不抑制電子傳遞過程。的形成，不抑制電子傳遞過程。氧化磷酸化抑制劑：寡霉素氧化磷酸化抑制劑：寡霉素 抑制氧的利用和抑制氧的利用和ATP的生成，不抑制的生成，不抑制 電子傳遞鏈。電子傳遞鏈。離子載體抑制劑：纈氨霉素離子載體抑制劑：纈氨霉素 結(jié)合一價陽離子（結(jié)合一價陽離子（K）透過線粒體內(nèi)透過線粒體內(nèi) 膜，破壞氧化磷酸化過程。膜，破壞氧化磷酸化過程。B. 激素控制褐色脂肪線粒激素控制褐色脂肪線粒 體氧化磷酸化解偶聯(lián)體氧化磷酸化解偶聯(lián)產(chǎn)熱素產(chǎn)熱素（Thermogenin）可以被脂肪酸激活可以被脂肪酸激活葡萄糖完全氧化合成葡萄糖完全氧化合成ATP的數(shù)量的數(shù)量
生物化學(xué)：10 Biological Oxidation(89-3)
