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1、2-5,生物氧化与能量代谢,一、生物氧化,物质在生物体内进行氧化称生物氧化(biological oxidation)，主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2 和 H2O的过程。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,生物氧化的概念,乙酰CoA,TAC,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,生物氧化的一般过程,反应环境温和，酶促反应逐步进行，能量逐步释放，能量容易捕获，ATP生成效率高。 通过加水脱氢反应使物质能间接获得氧，并增加脱氢的机会；脱下的氢与氧结合产生H2O，有机酸脱羧产生CO2。,生物氧化的特点,（一）生物氧化的方式及酶类,
2、1、氧化方式,失电子 脱氢 加氧,(1)脱氢酶 使代谢物的氢活化、脱落并传递给其他受氢体或中间传递体 以黄素核苷酸为辅基的脱氢酶（黄酶） 辅酶包括FMN或FAD,2、生物氧化的酶类,这类酶：琥珀酸脱氢酶（以FAD为辅基） NADH脱氢酶（以FMN为辅基） 脂肪酰CoA脱氢酶 （FAD为辅基） -磷酸甘油脱氢酶（FAD为辅基）,以烟酰胺核苷酸为辅酶的脱氢酶 辅酶包括NAD+或NADP+,这类酶：乳酸脱氢酶（以NAD为辅基） 苹果酸脱氢酶（以NAD为辅基）,（2）氧化酶 在生物氧化中，氧化酶的作用是激活氧，把来自传递体的氢传递给活化的氧而生成水。 氧化酶一般是含有金属离子的结合酶，直接以氧为受氢体
3、，每个氧原子接受2个电子（2e）后和2个质子（2H+ ）生成水。,这类酶：细胞色素氧化酶,（3）其他酶类,过氧化氢酶catalase（触酶） 催化反应: 1分子H2O2 提供电子, 另1分子H2O2 接受电子 辅基: 4个血红素 作用：分布广,可消除需氧脱氢酶催化 反应产生的有毒的H2O2,催化反应:催化H2O2直接氧化酚类/胺类化合物 辅基：血红素 谷胱甘肽过氧化物酶对机体起保护作用,过氧化物酶（peroxidase）,超氧化物歧化酶 （superoxide dimutase, SOD）,呼吸链电子传递过程中产生超氧离子(O2-.) O2-. H2O2 + .OH 损伤生物膜、生成脂褐素,S
4、OD辅基含Cu、Zn(胞液) 或Mn(线粒体)。,过氧化氢酶,H2O + O2,（二）线粒体内氧化体系-呼吸链,代谢物脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水，这一系列酶和辅酶构成的连锁反应体系称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。,A 代谢脱下的成对氢原子（2H）通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递，最终与氧结合生成水； B 该酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上； C 此过程与细胞呼吸有关，因此，称为呼吸链。,1、呼吸链的组分及其作用,（1）以NAD+ 、 NADP+
5、为辅酶的脱氢酶类 （尼克酰胺核苷酸类） NAD+ 、 NADP+ 递氢体 （2）黄素蛋白 （FMN 、FAD） 递氢体 （3）铁硫蛋白 单电子传递体 （4）泛醌（辅酶Q） 递氢体 （5）细胞色素体系 单电子传递体,细胞色素体系（Cyt）,1. Cyt的本质,细胞色素 = 酶蛋白 + 血红素,2. Cyt的分类,细胞色素是一类以铁卟啉为辅基的催化电子传递的酶类。,参与呼吸链氧化体系的主要： a、 a3、 b、 c和c1,Cytaa3（细胞色素氧化酶）： Cyta 与 Cyta3 结合紧密，很难分开，故将Cyta 和 Cyta3 合称 Cytaa3。Cytaa3 可以直接将电子传递给氧，使氧被激活
6、为氧离子，故亦称为细胞色素氧化酶。,3. Cyt在呼吸链中的作用 传递电子,2Cytaa3-Fe2+ +1/2O2 2Cytaa3-Fe3+ +O2-,Cyt传递电子顺序,Cytb Cytc1CytcCytaa3 O2,体内两条重要的呼吸链,2、重要的氧化呼吸链及排列顺序,（1）NADH氧化呼吸链,每2H通过此呼吸链可生成3分子ATP。,(b、 c1、 c 、 aa3),每2H通过此呼吸链可生成2分子ATP。,（2）琥珀酸氧化呼吸链,琥珀酸 延胡索酸,FAD （Fe-S）b FADH2 （Fe-S）b,CoQH2 CoQ,2Cyt-Fe3+ 2Cyt-Fe2+,O2,O2-,(b、 c1、 c
7、 、 aa3),线粒体内重要代谢物氧化的途径,（三）氧化磷酸化,1. 概念：代谢物脱下的氢，经呼吸链氧化为水时释放的能量，在ATP合酶的催化下，使ADP磷酸化成ATP的过程，由于代谢物的氧化反应与ADP的磷酸化反应偶联进行，故称为氧化磷酸化。,氧化磷酸化,高能化学键 水解时释放的能量大于21KJ/mol的磷酸酯键，常表示为 P。 高能化合物 含有高能化学键的化合物,ATP是最重要的高能化合物,ATP的生成,生成方式 氧化磷酸化(最主要) 底物水平磷酸化,底物水平磷酸化,概念：代谢物在氧化分解过程中，有少数反应因脱氢或脱水而引起分子内能量重新分布，产生高能键，然后将高能键直接转移给 ADP（或G
8、DP）而生成ATP（或GTP）的反应，称为底物水平磷酸化。,3-磷酸甘油酸,丙酮酸激酶 (Mg2+, K+ ),琥珀酰CoA合成酶,琥珀酰CoA,2.氧化磷酸化的偶联部位,P/O值：是指氧化磷酸化过程中，无机磷原子消耗的摩尔数与氧原子消耗的摩尔数之比。,从P/O值可了解物质氧化时每消耗1摩尔原子氧所产生的ATP的摩尔数。,离体线粒体实验中测得一些底物的P/O值,比较1、2，第一个偶联部位 NAD+ CoQ 之间,比较2、3，第二个偶联部位 CoQ Cytc 之间,比较3、4，第三个偶联部位 Cytaa3 O2 之间,氧化磷酸化偶联部位,NADH,FMN,CoQ,Cyt b,c1,c,aa3,O
9、2,琥珀酸,FAD,ADP+Pi,ATP,ADP+Pi,ATP,ADP+Pi,ATP,p,p,p,3. 影响氧化磷酸化的因素,(1) ADP与ATP的调节作用 (2) 甲状腺素的作用 (3) 氧化磷酸化抑制剂的作用 呼吸链抑制剂 解偶联剂 磷酸化抑制剂,(1) ADP与ATP的调节作用,ADP/ATP： 抑制氧化磷酸化，ATP生成 ADP/ATP： 促进氧化磷酸化，ATP生成,H2O + NAD+,ADP+Pi,ATP,氧化磷酸化,(2) 甲状腺素的作用,ATP分解 产热量 ATP合成 耗氧量,(3)氧化磷酸化抑制剂的作用,呼吸链抑制剂,作用：阻断电子传递,鱼藤酮 粉蝶霉素A 异戊巴比妥,抗霉
10、素A 二巯基丙醇,CO、CN-、 N3-及H2S,各种呼吸链抑制剂的阻断位点,解偶联剂: 能够使氧化过程与磷酸化过程脱节的物质称解偶联剂，它对电子传递没有抑制作用，但能抑制ADP磷酸化生成ATP的过程。 作用：使氧化过程与磷酸化过程脱节 举例：2，4-二硝基苯酚 磷酸化抑制剂 作用：抑制磷酸化过程 举例：寡霉素,（四）胞质中NADH的氧化,在线粒体内，NADH可直接通过呼吸链进行氧化磷酸化；在线粒体外，如胞质中3-磷酸甘油醛脱氢等反应也产生NADH，但真核细胞中，NADH不能自由通过线粒体内膜，必须经过两种穿梭机制才能到线粒体氧化。,1.-磷酸甘油穿梭,此穿梭的1对H经呼吸链传递可生产2分子A
11、TP,2.苹果酸-天冬氨酸穿梭,此穿梭的1对H经呼吸链传递可生产3分子ATP,三、能量的储存与利用,（一） 高能磷酸化合物的转换与储存 1. ATP是直接能源 APPP 多数 ATP ADP+Pi 少数 ATP AMP+PPi 2. 其它核苷三磷酸为直接能源的情况 ATP+UDP ADP+UTP (糖原合成) ATP+CDP ADP+CTP (磷脂合成) ATP+GDP ADP+GTP (蛋白质合成),二、能量代谢,生物体内物质代谢过程中所伴随着的能量的贮存、 释放、转移和利用，称能量代谢。,1、能量的来源,三种营养物质: 糖、脂肪和蛋白质 糖：提供70%能量 脂肪：主要能源物质贮存形式(30
12、) 蛋白质：特殊情况下供能，主要用于合成细胞成分或生物活性物质。,（一）机体能量的来源和去路,2、机体能量的去路,47,能量的储存转移与利用,标准化 以体表面积的产热量为准，kJ/(m2h)或kJ/(m2min) 我国人的体表面积根据下列Stevenson算式来计算： 体表面积（m2）= 0.0061身长（cm）+ 0.0128 体重（kg）-0.1529,能量代谢率机体在单位时间内能量代谢的量，即能量代谢率。,3、能量代谢的表示方式,1、肌肉活动 对能量代谢的影响最大 运动或劳动的强度 消耗的能量,（二）影响能量代谢的因素,能量代谢值可作为评价劳动强度的指标,2、环境温度 （1）人体安静时的
13、能量代谢,在2030的环境中较为稳定。 （2）环境温度超过30，能量代谢率增加。 （3）当环境温度低于20时，随着温度的不断下降，机体产生寒战和肌紧张增加以御寒，同时增加能量代谢率。,3、食物的特殊动力效应 人进食后一段时间内(从进食后1h开始,持续78h),即使同样处于安静状态,但产热量却比进食前有所增加，食物能使机体产生“额外” 热量的现象称为食物的特殊动力效应。,蛋白质：2530 糖和脂肪：6, 4 混合食物：10%,4、精神活动 人在平静地思考问题时，能量代谢受到的影响不大，其产热量一般不超过4%。 但精神处于紧张状态(烦躁、恐惧、情绪激动等)时，由于会导致无意识的肌肉紧张性增强、交感
14、神经兴奋及促进代谢的内分泌激素释放增多等原因，产热量可显著增加。,（三） 基础代谢,定义：基础状态下的能量代谢。 基础状态：人体处于清晨、清醒、静卧，未作肌肉活动；前夜睡眠良好，无精神紧张、禁食12小时、室温20250C、体温正常。 能量消耗只用于维持心跳、呼吸等 维持生命所必需的基本生理活动。,基础代谢率 basal metabolic rate, BMR,1.定义：单位时间内每平方米体表面积的基础代谢。 单位 kj/(m2.h)。 2.衡量标准 ：（受试者实测BMR数值-同性别同年龄组平均值）/同性别同年龄组平均值,我国人正常的基础代谢率平均值 kJ/（m2h）,3.基础代谢率的临床意义
15、有助于诊断某些疾病 甲低：-40 -20 甲亢： +25%+80% 发热1，升高13% 基础代谢率 ： 发热、糖尿病、红细胞增多症、白血病、 伴呼吸困难的心脏病等。 基础代谢率 ： 阿狄森病、肾病综合征、病理性饥饿、垂体性肥胖等。,三、体温及其调节,体温概念：指机体深部的平均温度，即体核温度。 意义：体温的相对恒定是机体新陈代谢和一切生命活动正常进行的必需条件。,T 22心跳停止； T 43酶变性而死亡; T = 27低温麻醉。,（一）正常体温及变异,正常值 直肠 36.9 37.9 口腔 36.7 37.7 腋窝 36.0 37.4,临床常用口温和腋温。测定腋温时要注意夹紧体温计和测量时间（约需10min）。,体温的正常变动,1.昼夜节律,一般是清晨26时最低，下午16时最高，波动幅度一般不超过1。,2.性别差异,成年女子体温平均比男子高0.3。 女子基础体温随月经周期而产生周期性变动。 排卵前日最低，排卵后升高 0.30.6 。,新生儿、儿童体温成年人老年人。,肌肉活动时，肌肉代谢明显增强，产热增加，癫痫病人发作后T；小儿哭闹时T 情绪激动、精神紧张、进食等情况，都会影响体温。 全身麻醉时，会因抑制体温调节中枢和扩张血管的作用及骨骼肌松弛，使体温降低,3.年龄差异,4.其他,（二）体热平衡,正常情况下，人体体温能相对
