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1、生物氧化 概述 生物氧化的概念和特点 自由能的变化 高能化合物 定义：一般将含有 20.9kJ/mol 以上能量的磷酸化合物称为高能磷酸化合物，含有高能的键称为高能键。高能键常以 “”符号表示。 高能磷酸化合物 高能非磷酸化合物 线粒体氧化呼吸链： 电子传递链的成员 NAD（NADH） 单递氢体，双电子载体，非蛋白组分。 黄素蛋白 FAD 或 FMN 为辅基，双递氢体 铁硫蛋白： 分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫。其分子中的铁离子与硫原子构成一种特殊的正四面体结构，称为铁硫中心或 铁硫簇，铁硫蛋白是单电子传递体。 泛醌（CoQ） 是存在于线粒体内膜上的一种脂溶性醌类化合物。分子中含对苯醌结
2、构，可接受二个氢原子而转变成对苯二酚结构，是 一种双递氢体。 非蛋白组分 细胞色素类 这是一类以铁卟啉为辅基的蛋白质，为单电子传递体。 电子传递链复合物 在线粒体中，由若干递氢体或递电子体按一定顺序排列组成的，与细胞呼吸过程有关的链式反应体系称为呼吸链。 这些递氢体或递电子体往往以复合体的形式存在于线粒体内膜上。主要的复合体有： 复合体（NADH-泛醌还原酶）： 将（NADH+H+）的氢和电子传递给 CoQ。 复合体（琥珀酸-泛醌还原酶）： 1 个琥珀酸脱氢酶（FAD） ，2 个铁硫蛋白和 2 个 Cytb560 组成， 作用是将 FADH2 的氢和电子传递给 CoQ。 复合体（泛醌-细胞色素
3、 c 还原酶）： 作用是将电子由泛醌传递给 Cytc。 复合体（细胞色素 c 氧化酶）： 由 1 个 Cyta 和一个 Cyta3 组成，含两个铜离子，直接将电子传递给氧，故 Cytaa3 又称为细胞色素 c 氧化酶， 作用是将电子由 Cytc 传递给氧。 呼吸链成分的排列顺序： 由上述递氢体或递电子体组成了 NADH 氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链两条呼吸链。 NADH 氧化呼吸链 其递氢体或递电子体的排列顺序为： NAD+复合体CoQ复合体c复合体1/2O2。 丙酮酸、-酮戊二酸、异柠檬酸、苹果酸、-羟丁酸、-羟脂酰 CoA 和谷氨酸脱氢后经此呼吸链递氢。 琥珀酸氧化呼吸链 其递氢体或递电子
4、体的排列顺序为： FAD复合体CoQ复合体c复合体1/2O2。 琥珀酸、3-磷酸甘油（线粒体）和脂酰 CoA 脱氢后经此呼吸链递氢。 电子传递链的抑制剂 能够抑制呼吸链递氢或递电子过程的药物或毒物称为呼吸链的抑制剂。 抑制复合体 巴比妥、鱼藤酮等 抑制复合体 抗霉素 A 抑制复合体 CO、H2S 和 CN-、N3-。 氧化磷酸化 生物体内能量生成的方式 氧化磷酸化： 在线粒体中，底物分子脱下的氢原子经递氢体系传递给氧，在此过程中释放能量使 ADP 磷酸化生成 ATP，这种能量的生 成方式就称为氧化磷酸化。 底物水平磷酸化： 直接将底物分子中的高能键转变为 ATP 分子中的末端高能磷酸键的过程称
5、为底物水平磷酸化。 光合磷酸化 氧化磷酸化的偶联机制： 化学渗透学说 形成跨膜 pH 梯度和跨膜电位差。 氧化呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧化反应进行时，H+通过氢泵作用（氧化还原袢）被排斥到线粒体内膜外侧（膜间 腔） ， ATP 合酶： 这种形式的能量，可以被存在于线粒体内膜上的 ATP 合酶利用，生成高能磷酸基团，并与 ADP 结合而合成 ATP。 分为三个部分，即头部，柄部和基底部。但如用生化技术进行分离，则只能得到 F0（基底部+部分柄部）和 F1（头部+ 部分柄部）两部分。ATP 合酶的中心存在质子通道，当质子通过这一通道进入线粒体基质时，其能量被头部的 ATP 合酶 催化活性中心利
6、用以合成 ATP。 P/O 比 每消耗一摩尔氧原子所消耗的无机磷的摩尔数称为 P/O 比值。 当底物脱氢以 NAD+为受氢体时，P/O 比值为 2.5； 当底物脱氢以 FAD 为受氢体时，P/O 比值为 1.5。能荷调节 ATP/ADP 比值是调节氧化磷酸化速度的重要因素。ATP/ADP 比值下降，可致氧化磷酸化速度加快；反之，当 ATP/ADP 比 值升高时，则氧化磷酸化速度减慢。 氧化磷酸化的偶联部位 复合物、偶联。 NADH 氧化呼吸链有三个生成 ATP 的偶联部位， 琥珀酸氧化呼吸链只有两个生成 ATP 的偶联部位。 抑制剂和解偶联剂 解偶联剂： 不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，但能使
7、氧化产生的能量不能用于 ADP 的磷酸化的试剂称为解偶联剂。 其机理是增大了线粒体内膜对 H+的通透性，使 H+的跨膜梯度消除， 2,4-二硝基酚。 氧化磷酸化的抑制剂： 抑制 F0-F1ATP 酶活性，阻断质子回到基质。从而阻断磷酸化；进而抑制呼吸链。 线粒体的穿梭系统： 胞液中的 3-磷酸甘油醛或乳酸脱氢，均可产生 NADH。这些 NADH 可经穿梭系统而进入线粒体氧化磷酸化，产生 H2O 和 ATP。 磷酸甘油穿梭系统： 两种不同的 -磷酸甘油脱氢酶，一个以 NADH 为辅酶，一个以 FAD 为辅酶，NADH 通过此穿梭系统带一对氢原子进入线 粒体只得到 1.5 分子 ATP。 苹果酸穿
8、梭系统： 此系统以苹果酸和天冬氨酸为载体，苹果酸脱氢酶和谷草转氨酶的催化。将胞液中 NADH 的氢原子带入线粒体交给 NAD+，经此穿梭系统一对氢原子可生成 2.5 分子 ATP。 其他末端氧化酶系统 脂类代谢 脂类是脂肪和类脂的总称，是一大类不溶于水而易溶于有机溶剂的化合物。其中，脂肪主要是指甘油三酯，类脂则包括 磷脂（甘油磷脂和鞘磷脂） 、糖脂（脑苷脂和神经节苷脂） 、胆固醇及胆固醇酯。 甘油三酯的分解代谢： 脂肪的降解 脂肪酶（简称脂酶，lipase）： 脂肪酶、 甘油二酯脂肪酶 甘油单酯脂肪酶 甘油代谢 甘油激酶 磷酸甘油脱氢酶 脂肪酸的分解 氧化途径 定义、部位、酶反应（酶、辅因子、
9、能量、反应物结构式等） 、调节、意义； 体内大多数的组织细胞均可以此途径氧化利用脂肪酸。其代谢反应过程可分为三个阶段： (1)活化：在线粒体外膜或内质网进行此反应过程。 脂肪酸硫激酶（脂酰 CoA 合成酶）催化生成脂酰 CoA。 每活化一分子脂肪酸，需消耗两分子 ATP。 (2)进入线粒体： 两种肉碱脂肪酰转移酶（酶和酶）催化的移换反应。肉碱脂肪酰转移酶是脂肪酸 -氧化的关键酶。 -氧化： 脱氢：脂肪酰 CoA 在脂肪酰 CoA 脱氢酶的催化下，生成 FADH2 和 ,-烯脂肪酰 CoA。 水化：在水化酶的催化下，生成 L-羟脂肪酰 CoA。 再脱氢：在 L-羟脂肪酰 CoA 脱氢酶的催化下，
10、生成 -酮脂肪酰 CoA 和 NADH+H+。 硫解：在硫解酶的催化下，分解生成 1 分子乙酰 CoA 和 1 分子减少了两个碳原子的脂肪酰 CoA。后者可继续氧化分解， 直至全部分解为乙酰 CoA。 生成的乙酰 CoA 进入三羧酸循环彻底氧化分解。偶数碳脂肪酸氧化化学计量： 软脂酸(16C)为例：一分子软脂酸可经七次 -氧化全部分解为八分子乙酰 CoA： -氧化可得 47=28 分子 ATP， 八分子乙酰 CoA 可得 108=80 分子 ATP， 故一共可得 108 分子 ATP， 减去活化时消耗的两分子 ATP，故软脂酸可净生成 106 分子 ATP。对于偶数碳原子的长链脂肪酸，可按下式
11、计算：ATP 净生成数目=（碳原子数2-1）4+（碳原子数2）10-2。 其他氧化途径 氧化 氧化 奇数碳脂肪酸氧化 不饱和脂肪酸氧化 酮体代谢 乙醛酸循环 定义、部位、酶反应（酶、辅因子、能量、反应物结构式等） 、调节、意义； 许多植物、微生物能够以乙酸为碳源合成其生长所需的其它含碳化合物，同时种子发芽时可以将脂肪转化成糖，这都是 因为存在着一个类似于三羧酸循环的乙醛酸循环的缘故， 该循环不存在于动物中。 甘油三酯的合成代谢 合成的亚细胞部位主要在胞液。 首先需要合成长链脂肪酸和 3-磷酸甘油 然后再将二者缩合起来形成甘油三酯（脂肪） 。脂肪酸合成 定义、部位、酶反应（酶、辅因子、能量、反应
12、物结构式等） 、调节、意义； 脂肪酸合成的原料是葡萄糖氧化分解后产生的乙酰 CoA，由胞液中的脂肪酸合成酶系催化，不是 -氧化过程的逆反应。脂肪酸合成的直接产物是软脂酸，然后再将其加工成其他种类的脂肪酸。 饱和脂肪酸的从头合成 乙酰 CoA 转运出线粒体： 柠檬酸-丙酮酸穿梭作用 线粒体内的乙酰 CoA，生成柠檬酸，穿过线粒体内膜进入胞液， 裂解重新生成乙酰 CoA，草酰乙酸转变为丙酮酸后重新进入线粒体， 丙二酸单酰 CoA 的合成： 乙酰 CoA 羧化酶（需生物素）的催化，羧化为丙二酸单酰 CoA。 乙酰 CoA 羧化酶是脂肪酸合成的关键酶，属于变构酶，其活性受柠檬酸和异柠檬酸的变构激活，受
13、长链脂酰 CoA 的变构 抑制。 脂肪酸合成循环： 胞液中脂肪酸合成酶系 类似于 -氧化逆反应的循环反应过程：缩合加氢脱水再加氢。 氢原子来源于 NADPH，故对磷酸戊糖旁路有依赖。 每经过一次循环反应，延长两个碳原子。脂肪酸合成酶系在低等生物中是一种由一分子脂酰基载体蛋白（ACP）和七种酶单体所构成的多酶复合体； 但在高等动物中，则是由一条多肽链构成的多功能酶，通常以二聚体形式存在，每个亚基都含有一 ACP 结构域。软脂酸的碳链延长 不饱和脂肪酸 3-磷酸甘油的生成 由糖代谢生成（脂肪细胞、肝脏）：磷酸甘油脱氢酶。 脂肪动员生成的甘油转运至肝脏经磷酸化：甘油激酶。甘油三酯的合成 磷脂酸：磷酸
14、甘油脂酰基转移酶。 脂肪：磷酸酶，二酰甘油脂酰基转移酶。含氮化合物代谢 氨基酸的分解代谢 氨基酸的脱氨基作用： 氨基酸主要通过三种方式脱氨基，即氧化脱氨基，联合脱氨基和非氧化脱氨基。 氧化脱氨基 反应过程包括脱氢和水解两步，反应主要由 L-氨基酸氧化酶和谷氨酸脱氢酶所催化。L-氨基酸氧化酶是一种需氧脱氢 酶，该酶在人体内作用不大。谷氨酸脱氢酶是一种不需氧脱氢酶，以 NAD+或 NADP+为辅酶。该酶作用较大，属于变构酶， 其活性受 ATP，GTP 的抑制，受 ADP，GDP 的激活。 转氨基作用： 由转氨酶催化，将 -氨基酸的氨基转移到 -酮酸酮基的位置上，生成相应的 -氨基酸，而原来的 -氨
15、基酸则转变 为相应的 -酮酸。转氨酶以磷酸吡哆醛(胺)为辅酶。 联合脱氨基作用： 转氨基作用与氧化脱氨基作用联合进行，从而使氨基酸脱去氨基并氧化为 -酮酸的过程，称为联合脱氨基作用。可在 大多数组织细胞中进行，是体内主要的脱氨基的方式。 氨基酸的脱羧基作用 氨基酸炭架的分解 生糖氨基酸，生酮氨基酸 氨基酸的合成 氨的同化 氨甲酰磷酸合成酶 Gln 合成 谷氨酸脱氢酶 谷氨酰氨合成酶 谷氨酸合成酶碳架的合成 必需氨基酸 缬氨酸、亮氨酸 异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸 苯丙氨酸、色氨酸 半必须氨基酸 半胱氨酸 酪氨酸 精氨酸 组氨酸 丙氨酸族 丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸 丙氨酸族合成途径 丝氨酸族
16、 丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸 天冬氨酸族 天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、苏氨酸、赖氨酸和异亮氨酸。 甲硫氨酸、苏氨酸赖氨酸合成 谷氨酸族 谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸 芳香族 苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸组氨酸 核苷酸的分解 嘌呤核苷酸的降解 嘧啶核苷酸的降解 核苷酸的合成 所有生物均能合成核苷酸 从头合成途径（核苷酸） 补救合成途径 嘌呤核苷酸的生物合成 嘌呤类核苷酸的前体是 IMP 在 PRPP 上开始 嘌呤环各原子的来源 嘧啶核苷酸的生物合成 第一个嘧啶环是乳清酸 第一个嘧啶核苷酸是乳清核苷酸 嘧啶环各原子的来源 嘌呤核苷酸补救合成 嘧啶核苷酸补救合成 核酸的生物合成与降解 遗传学的中心法则 DNA 的复制、转录和翻译过程就构成了遗传学的中心法则。 RNA 复制 RNA 反转录。 DNA 的生物合成 DNA 半保留复制 1半保留复制： DNA 在复制时，以亲代 DNA 的每一股作模板，合成完全相同的两个双链子代 DNA
