新陈代谢与生物氧化

这是一个关于新陈代谢与生物氧化的思维导图，生物与外界环境进行物质与能量交换的全过程。包括物质在生物体内所经历的一切化学变化，简称代谢。

新陈代谢与生物氧化

• 新陈代谢
  • 概念
    • 新陈代谢：
      • 是生物与外界环境进行物质与能量交换的全过程。包括物质在生物体内所经历的一切化学变化，简称代谢。
    • 分解代谢：
      • • 分解营养物质成提供生命活动所需的能量和物质，称作分解代谢。
    • 合成代谢：
      • 利用小分子或大分子的结构元件，并将其转化为自身所需的大分子，称作合成代谢，又称生物合成
  • 功能
    • 从环境中获得所需物质
    • 为生物体生命活动提供所需的能量
    • 将外界取得的物质转变为自身组成的构造原件
    • 将构造原件装配成生物体特异的大分子
    • 合成或分解生物体各种特殊功能的生物分子
  • 基本原则和规律
    • 代谢过程是由一系列酶促反应驱动,反应条件件温和
    • 代谢的总轮廓特征为:分解代谢汇聚到少数几个个终产物,合成代谢分叉产生许多产物
    • 同一种物质的分解代谢和合成代谢途径不是是简单的可逆过程,但存在共用的代谢环节
    • 各种代谢途径定位于细胞不同区域
    • 代谢是物质代谢和能量代谢的统一,能量的转换和传递是由一些通用活化载体实现
    • 代谢是受到调控的
    • 各种生物在基本的代谢途径上是高度保守的
  • 研究方法
    • 内容
      • 确定参与每一个代谢反应的酶与辅酶的结构与功能
      • 确定一条代谢途径之中的底物、中间代谢物和终产物的结构、名称和反应的类型
      • 确定一个酶促反应的调节机制
    • 材料：果蝇，大鼠，小鼠，海胆，爪蟾，鸽，兔，黑猩猩，小球藻，玉米，大肠杆菌，枯草杆菌，酿酒酵母，红色面包酶，四膜虫，大肠杆菌噬菌体
    • 水平
      • 活体研究
        • 用生物整体、整体器官，或微生物细胞群等
      • 离体研究
        • 用器官或组织的切片、匀浆液或提取液
    • 方法：
      • 同位素示踪法
      • 酶的抑制剂
      • 遗传代谢缺陷症
      • 核磁共振波谱法
      • 气体测量法
      • 色谱﹣质谱联用法
      • 基因工程
  • 代谢组和代谢组学
    • 组学
      • 基因组
        • 生物体内所有的 DNA
      • 转录组
        • 生物体内所有的 RNA
      • 蛋白质组
        • 生物体内所有的蛋白质
      • 代谢组
        • 生物体在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物
    • 研究方法
      • 样本采集，样本预处理，代谢物的分离与检测，数据预处理，数据分析
• 生物氧化
  • 基本概念
    • 概念
      • 物质在生物体内进行的氧化过程称生物氧化主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量，最终生成CO2和H20的过程
    • 阶段
      • 糖、脂类、蛋白质分解为其基本组成单位（葡萄糖、脂肪酸、甘油、氨基酸）。此阶段放能较少，不到总能量的1%，且多以热能形式散失
      • 葡萄糖、脂肪酸、甘油、氨基酸经一系列酶促反应生成乙酰 CoA 。此阶段释放出的能量约占总能量的1/3，其中部分能量储存在高能化合
      • 乙酰 CoA 进入三羧酸循环被彻底氧化生成 CO2，同时进行四次脱氢：脱下的氢经呼吸链传递给氧生成水，同时释放出大量能量，其中一部分储存在 ATP 中供机体利用
    • 特点
      • 遵循氧化还原反应的一般规律（加氧、脱氢、失电子）
      • 酶促反应
      • 反应条件温和（体温、 pH 近中性）
      • 逐步反应、逐步放能
      • 生成水的同时有 ATP 的生成（氧化磷酸化）
  • 呼吸链
    • 概念
      • 线粒体内膜上一系列酶或辅酶按一定顺序排列，传递氢或电子，称为电子传递链 。电子传递链与细胞呼吸有关，因此又称呼吸链
    • 主要成分
      • 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD +)：多种脱氢酶的辅酶，接受从代谢物脱下的2H(2H++2e),传递给黄素蛋白（ FP )
      • 黄素蛋白（ flavoprotein , FP )
        • 辅基：黄素单核苷酸（ FMN )
          • 黄素腺嘌呤二核苷酸（ FAD )
        • 功能：催化代谢物脱氢，脱下的氢被 FMN 或 FAD 接受
      • 铁硫蛋白（ Fe - S )
        • 含铁原子和硫原子，每次传递一个电子，为单电子传递体
          • 铁硫蛋白多与 FP 或细胞色素 b 结合成复合物存在
      • 泛醌（ UQ , Q )
        • 脂溶性苯鲲，侧链含多个异戊二烯单位（哺乳动物Q10)电子传递链中唯一的非蛋白质电子载体
      • 细胞色素（ cytochrome
        • 以血红素为辅基的蛋白质
        • 主要种类： a 、a3、 b 、 C 、C1
          • bs 、p450
    • 排列顺序
      • • 复合体 I ( NADH to Ubiquinone )
          • NADH : Q 氧化还原酶或NADH 脱氢酶
          • 含黄素蛋白（ FMN )、铁硫蛋白
          • 作用： NADH 脱下的氢经复合物 I 中的 FMN 、 Fe - S 蛋白传递给 Q （伴质子转移）
        • 复合体 II
          • 琥珀酸脱氢酶
          • 作用：琥珀酸脱下的氢经复合体 II 中 FAD , Fe - S 蛋白传递给 Q
        • 复合体 III
          • 泛醌：细胞色素 c 氧化还原酶
          • 细胞色素 bc ，复合体
          • 包括： Fe - S 、 Cytb 、 Cytc ,
          • 作用：将电子从还原型 Q 传递给Cytc （伴质子转移）
        • 复合体Ⅳ
          • 细胞色素氧化酶
          • 包括：细胞色素 a 、a3以及铜离子为辅基的酶
          • 将电子从细胞色素 C 传递给1/2O2，激活氧生成O2-，最后再与线粒体基质中的2H＋结合生成H2O
  • 线粒体中ATP的合成
    • ATP
      • 高能化合物，含有高能磷酸键
      • 生物体可直接利用的能源物质
    • ATP 的生成方式
      • 底物水平磷酸化：与脱氢反应偶联，直接将高能代谢物分子中的能量转移至 ADP ，生成 ATP 或 GTP 的过程
        • 高能化合物放能时伴有 ADP 磷酸化生成 ATP 。与呼吸链的电子传递无关
      • 氧化磷酸化：在呼吸链电子传递过程中偶联 ADP 磷酸化，生成 ATP 的过程，又称偶联磷酸化
        • 代谢物氧化脱氢，经呼吸链传递给氧生成水，同时释放能量，使得 ADP 磷酸化生成 ATP ，氧化与磷酸化偶联
        • 化学渗透假说
          • 线粒体内膜的电子传递具有质子泵功能，可将质子从基质侧排到内膜外（复合体 I 、 III 、 IV )
          • 线粒体内膜不允许质子回流，膜内外产生电化学梯度（跨膜质子梯度和电位梯度）
          • 膜内外电化学梯度驱动质子从特殊通道回到内膜基质，跨膜过程释放能量，驱动 ATP 合成（ ATP 合酶）
        • 调节
          • 氧化磷酸化速度主要受细胞对能量需求的调节（呼吸控制）
            • ATP 消耗增多时， ADP 浓度高，氧化磷酸化加快
            • ATP / ADP 比值是调节氧化磷酸化速度的重要因素
          • 甲状腺激素的调节
            • 甲状腺激素可激活多种组织细胞膜上的 Na +- K +- ATP 酶
            • 甲状腺机能亢进（甲亢）患者基础代谢率偏高
        • 抑制剂
          • 呼吸链抑制剂
            • 阻断呼吸链中某部位电子传递而使氧化受阻
          • ATP 合酶抑制剂
            • 抑制 ATP 合成，并影响电子在呼吸链的传递
          • 解偶联剂
            • 使电子传递和 ATP 形成两个偶联过程分离，只抑制 ATP 合成，不抑制电子传递
  • 非线粒体氧化途径
    • 微粒体氧化体系
      • 单加氧酶系（混合功能氧化酶、羟化酶）
      • 催化O2的一个氧原子加到底物分子上（羟化），另一个氧原子被 H 还原成H2O( H 来自 NADPH + H +)
    • 过氧化物酶体氧化体系
      • 氧化物酶体：存在于动物肝、肾、小肠粘膜细胞
      • 含有多种催化生成H2O2的酶，同时含有分解H2O2的酶
  • 线粒体疾病
    • 线粒体基因突变
    • 线粒体与活性氧
    • 线粒体与细胞凋亡
    • 线粒体与衰老