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第七章 新陈代谢总论与生物氧化 一、新陈代谢总论 新陈代谢的概念 新陈代谢的研究方法 生物体内能量代谢的基本规律 高能化合物与ATP的作用 二、生物氧化 特点 二氧化碳的生成 水的生成 氧化磷酸化作用 新陈代谢总论—概念 新陈代谢是生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程 新陈代谢包括合成代谢(同化作用)和分解代谢(异化作用), 前者是吸能反应, 后者是放能反应 生物体内的绝大多数反应是在温和的条件下, 由酶所催化进行的 新陈代谢过程包括营养物质的消化吸收、中间代谢以及代谢产物的排泄等阶段 合成代谢与分解代谢的关系 分解代谢与合成代谢是相互联系、相互依存和相互制约的 分解代谢不是合成代谢的简单逆过程，反之亦然，往往不是所用的酶不同，就是反应的场所不同，例如脂肪酸合成是在细胞质中进行的，而脂肪酸分解是在线粒体中进行的 研究方法-活体内与活体外实验 活体内(in vivo)：在正常的生理条件下用完整的生物体实验，结果比较接近生物体的实际，如对脂肪酸的β-氧化的研究 活体外(in vitro)实验：从生物体分离出来的组织切片，或体外培养的细胞、细胞器及细胞抽提物研究代谢过程，如对糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化等过程的研究 生物化学研究中常用放射性同位素 研究方法-同位素示踪 研究方法-代谢途径阻断法 用抗代谢物或酶的抑制剂来阻抑中间代谢的某一环节，观察这些反应被抑制或改变以后的结果，以推测代谢情况 通过应用药物引起实验动物代谢异常，来进行代谢研究，如用根皮苷毒害狗的肾小管，使之不能吸收葡萄糖，用于糖尿病的研究 能量代谢的基本规律 生物体内的能量代谢遵循热力学定律, 包括热力学第一定律(能量守恒定律)和热力学第二定律 在恒温恒压条件(生物体系内)下, 自由能变化?G、总热能变化?H、总体熵的改变?S，三者关系： ?G = ?H- T?S ?G0时，反应能自发进行（放能反应） ?G0时，反应不能自发进行（吸能反应） ?G=0时，体系处于平衡态 标准自由能变化?G°：25 °C, 1 atm, 反应物浓度1mol/L时，反应体系自由能变化；生物体内的标准自由能变化?G°’：pH 7 ?G°’ = - 2.303RTlgK 高能化合物 高能化合物—生物体内随水解反应或基团转移反应可放出大量自由能的化合物， 高能化合物一般对酸、碱和热不稳定 生物体内常见的是高能磷酸化合物，此外还包括一些硫酯型、甲硫型等化合物 高能磷酸化合物（磷氧型） 高能磷酸化合物（磷氮型） 高能非磷酸化合物 ATP水解释放的能量 ATP的作用（1） 从低等的单细胞生物到高等的人类，能量的释放、贮存和利用都是以ATP为中心的 ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂，利用ATP水解释放的自由能可以驱动各种需能的生命活动 ATP是能量的携带者或传递者，严格说不是能量的贮存者 ATP的作用（2） 生物氧化形式 直接进行电子转移 氢原子的转移 有机还原剂直接加氧 生物氧化的特点 生物氧化发生在温和的条件下，采取逐步释放能量的策略，并将释放的能量先贮存在一些高能化合物如ATP中 多数生物氧化不直接从底物转移电子到氧上，而是采取多级传递的方式 在真核生物细胞内，生物氧化是在线粒体内进行的；在不含线粒体的原核生物如细菌细胞内，生物氧化则在细胞膜上进行 生物氧化中二氧化碳的生成 生物氧化中CO2的生成是由于糖、脂类、蛋白质等有机物转变成含羰基的化合物进行脱羧反应所致 生物氧化中水的生成 呼吸链 呼吸链的组成 烟酰胺脱氢酶类 呼吸链的组成 黄素脱氢酶类 呼吸链的组成 铁硫蛋白类（Fe-S)：活性部分含有两个活泼的硫和两个铁原子，常与黄素酶或细胞色素结合而成复合物 呼吸链的组成 辅酶Q类 呼吸链的组成 细胞色素类-以铁卟啉为辅基的蛋白质 呼吸链的组成 细胞色素类 若干物质的氧化还原电位 呼吸链中传递体的顺序 氧化磷酸化作用 生物体通过生物氧化所产生的能量，除一部分用以维持体温外，大部分可以通过磷酸化作用转移至高能磷酸化合物如ATP等中 氧化磷酸化可分为底物水平磷酸化及电子传递体系磷酸化 底物水平磷酸化 被氧化的底物上发生磷酸化作用，是捕获能量的一种方式。随后会转移至ADP，生成ATP 电子传递体系磷酸化 当电子从NADH或FADH2经过电子传递体系（呼吸链）传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化为ATP，其全过程称为电子传递体系磷酸化 电子传递体系磷酸化是生成ATP的一种主要方式，是生物体能量转移的主要环节 电子传递体系磷酸化 胞液中NADH的氧化磷酸化 氧化磷酸化作用机制 英国P. Mitchell于1961年提出了化学渗透学说 化学渗透学说要点：呼吸链存在于线粒体内膜上，当氧化进行时，呼