新陈代谢总论与生物氧化思维导图

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2023-05-24

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新陈代谢总论

生物氧化

生物化学

专业知识

新陈代谢总论与生物氧化学习笔记

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思维导图大纲

新陈代谢总论

概述

新陈代谢的概念新陈代谢泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的过程。是生命最基本的特征之一。生物一方面不断地从环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用，通过上述过程不断地进行自我更新。

代谢途径的特点 1.没有完全可逆的代谢途径。 2.代谢途径的形式是多样的。 3.代谢途径的区域化。 4.代谢途径是相互沟通的。 5.代谢途径之间有能量关联。 6.代谢途径的流量可调控。

代谢中常见的有机反应机制 1.基团转移反应 2.氧化-还原反应 3.消除、异构化及重排反应 4.碳-碳键的形成与断裂反应

合成代谢

获取营养物质，并将其转化为自身所需的物质。

阶段性和趋异性生物分子结构的多层次决定了合成代谢的阶段性。首先由简单的无机分子(CO2、NH3、H2O等)合成生物小分子(单糖、氨基酸、核苷酸等)，再用这些构件合成生物大分子，进而组装成各种生物结构。趋异性是指随着合成代谢阶段的上升，倾向于产生种类更多的产物。

营养依赖性人类不能从无到有合成所有的生物分子。那些不能自己合成，只能从食物中摄取的物质，称为是必需的。如氨基酸中有10种是必需氨基酸，维生素和某些高不饱和脂肪酸也是必需的。严格说，糖是非必需的。

需要能量推动合成代谢需要消耗能量。合成生物小分子的能量直接来自ATP和NADPH，合成生物大分子直接来自核苷三磷酸。

信息来源 1.模板指导组装：如DNA复制、转录以及反转录、翻译都是在模板指导下的聚合过程，能量来自活化的构件分子或ATP等。生物大分子形成高级结构并构成亚细胞结构是自我组装过程，其信息存在于一级结构中，其能量来自非共价作用力，即组装过程中释放的自由能。 2.酶促组装：有些构件序列简单均一的大分子通过酶促组装聚合而成。其信息指令来自酶分子，不需要模板。如糖原、肽聚糖、一些小肽等，都在专一的酶指导和催化下合成。

分解代谢

分解营养物质提供生命活动所需的能量。

阶段性和趋同性　　生物大分子的分解有三个阶段：水解产生构件分子，氧化分解产生乙酰辅酶A，氧化成CO2和H2O。随着结构层次的降低，倾向产生少数共同的分解产物，即具有趋同性。糖、脂和蛋白质的合成途径虽各不相同，但它们分解途径有共同之处，即以酮酸形式进入三羧酸循环，最后被氧化成CO2和H2O。

释放能量　　分解代谢的第一阶段放能很少；第二阶段约 1/3，产生的ATP和NADPH可向体内的耗能过程提供能量;第三阶段通过三羧酸循环和氧化磷酸化释放大量能量，主要用于ATP合成。如三羧酸循环形成CO2和还原辅酶，后者在氧化磷酸化过程中释放能量，形成ATP和H2O。

代谢中的能量与调控

机体内的放能和需能反应常以ATP相偶联。前者如各种激酶，后者如乙酰CoA的合成。其它核苷三磷酸如 UTP参与多糖合成，CTP参与脂类合成，GTP参与蛋白质合成。烯醇酯、硫酯等也是高能化合物，如PEP、乙酰CoA等。主要递能物质：CoI、CoⅡ、FMN、FAD、CoA等。磷酸肌酸是易兴奋组织如肌肉、脑、神经等唯一的能暂时储能的物质，是ATP的能量储存库。磷酸精氨酸则是无脊椎动物肌肉中的储能物质。

代谢的调控代谢是动态的。生物体内总是同时进行着分解代谢与合成代谢，不断有老化生物分子分解和新合成分子的替代。新陈代谢是一个完整的整体，它有精密的调节机制，使生物机体能适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。这种精密的调节机制是生物在长期演化中获得的。代谢过程是一系列酶促反应，可通过酶的活性和数量进行调节。如别构调节、共价调节、同工酶、诱导酶、多酶体系等调节。此外，神经和激素的调节也起着重要作用。

代谢研究方法

分级分离分析

酶抑制剂的应用代谢反应几乎都是酶促反应，可使用某种酶的抑制剂或抗代谢物，观察被抑制后的结果，来推测某物质在体内的代谢变化。

利用遗传缺陷症

高能化合物与ATP的作用

高能化合物：是指水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能(>21kJ/mol或5kcal/mol)的化合物。高能磷酸键：水解时释放能量大于21KJ /mol的磷酸酯键，常表示为⁓P。高能磷酸化合物：含有高能磷酸键的化合物。

酰基磷酸化合物

ATP的作用 ATP是生物能存在的主要形式，一般的能量形式都不能为生物细胞直接利用。光能通过光合磷酸化，化学能通过氧化磷酸化，转变成ATP。ATP是生物体中能够被生物细胞直接利用的能量形式。 ATP是能量的携带者和转运者，但并不是长效的能量贮存者，而是细胞内的“能量流通形式”，作为细胞内磷酸基团转移的中间载体。

ATP的作用作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需的能量(如G、脂酸、 AA)；供给机体生命活动所需的能量；生成核苷三磷酸（NTP）；将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸的形式储存。

生物氧化中CO2的生成

糖、脂、蛋白质等有机物转变成含羧基的中间化合物，然后在酶催化下脱羧而生成CO2。

直接脱羧

氧化脱羧

生物氧化

生物氧化的概述

生物氧化的概念有机物质在生物体内的氧化作用，称为生物氧化。主要是指生物细胞将糖、脂、蛋白质等物质氧化分解，最终生成CO2和H2O，并释放出能量的过程。生物氧化包含了细胞呼吸作用中的一系列氧化还原反应，所以又称为细胞氧化或细胞呼吸。

生物氧化的特点 1.是在生物细胞内进行的酶促氧化过程; 2.反应条件温和(常温、常压、近中性pH的水环境); 3.是一个分步进行的过程，有一系列酶、辅酶和中间传递体参与; 4.氧化过程中能量逐步释放，贮存于生物体能够直接利用的高能磷酸化合物ATP中。

生物氧化的部位真核生物：线粒体内膜上原核生物：细胞膜上

生物氧化的形式生物氧化的本质是电子的得失，失电子者为还原剂，是电子供体，得电子者为氧化剂，是电子受体。主要有下列氧化方式：

呼吸链的组成电子传递的顺序

呼吸链的概念呼吸链又叫电子传递链(ETS)，它是代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经过一系列的传递体，最后传递给被激活的氧原子，而生成水的全部体系。酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上；传递氢的酶和辅酶——递氢体；传递电子的酶和辅酶——递电子体；

呼吸链的类型

呼吸链的主要组成分呼吸链由许多组分组成，参加的氧化还原酶有烟酰胺脱氢酶类、黄素脱氢酶类、铁硫蛋白类、辅酶Q类、细胞色素类等。

呼吸链中传递体的排列顺序

呼吸链中传递体排列顺序的确定依据由以下实验确定： ① 标准氧化还原电位 ② 特异抑制剂阻断 ③ 拆开和重组 ④ 还原状态呼吸链缓慢给氧

氧化磷酸化作用

氧化磷酸化的概念呼吸链中电子的传递过程偶联ADP磷酸化生成ATP。这种氧化放能反应与磷酸化吸能反应的偶联，称为氧化磷酸化。

ATP的生成方式

1.底物水平磷酸化是指在被氧化的底物上发生的磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，由于分子内部能量重新分配，形成了某些高能磷酸化合物，通过酶的作用进一步将高能磷酸基转移给ADP，形成ATP。

2.电子传递体系磷酸化是指代谢物脱下的氢经电子传递链与氧结合成水的同时，逐步释放出能量，使ADP磷酸化为ATP的过程。是体内产生ATP的主要方式。（1）ATP产生的数量 P/O比值：在呼吸链中每消耗1mol氧原子所消耗的无机磷mol数或所生成的ATPmol数。 NADH型呼吸链P/O＝2.5 FADH2呼吸链P/O＝1.5子主题 2

氧化磷酸化作用的机理目前主要有三个学说：化学偶联学说、构象偶联学说和化学渗透学说。化学渗透学说的主要论点: 在呼吸链电子传递过程中，质子被泵出线粒体内膜之外侧，质子(H+)在线粒体内膜内外两侧的浓度梯度所产生的跨膜化学电位差，被膜上ATP合成酶所利用，使ADP与Pi合成ATP。

线粒体外NADH的氧化磷酸化线粒体外产生的NADH不能通过线粒体内膜，必须经过“穿梭作用”把H交给能透过线粒体内膜的某种化合物，然后进入线粒体内参与呼吸链氧化。

非线粒体氧化系统 1、多酚氧化酶系统 2、抗坏血酸氧化酶系统 3、黄素蛋白氧化酶系统 4、超氧化物歧化酶氧化系统 5、植物抗氰氧化酶系统

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