导图社区 新成代谢总论与生物氧化
生物化学之新成代谢总论与生物氧化相关知识的整理,主要内容有其定义、类型、代谢途径、基本特征、代谢反应类型(六种)、研究代谢反应方法、高能化合物。
编辑于2021-11-27 11:56:36食品营养学脂质(英文版) Lipid思维导图:包含classification,definition: 1.necessary, absence(<10%) creates specific disease 2.body cannotmanufacture it or not sufficient, must obtain from diet
食品营养学 碳水化合物(英文)Carbohydrates知识总结,包括总体介绍、它的营养功能等内容。
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食品营养学脂质(英文版) Lipid思维导图:包含classification,definition: 1.necessary, absence(<10%) creates specific disease 2.body cannotmanufacture it or not sufficient, must obtain from diet
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新成代谢总论与生物氧化
代谢总论
概念
定义
经典定义:发生在生命有机体中化学变化和物理变化的总和。即合成代谢和分解代谢
现代定义:(能量、还原力、构建元件)生物有机体从它们所生活的环境中汲取能量和还原力形成高度整合的化学反应网络,并合成生物大分子的构建元件。
类型
分解代谢
蛋白质、脂质、多糖→构件分子→共同中间物→小分子
合成代谢
小分子前体→构建分子→生物大分子,和上者不是逆反应
不定向代谢
三种类型都同时进行能量代谢:代谢过程中能量转化、释放和利用的化学反应的总称
代谢途径
完成一代谢过程的一组彼此关联、相互衔接的酶促反应。
一条代谢途径中的酶组织方式
分散存在
多酶复合体形式
与膜结合的多酶复合体
多功能酶
基本特征
反应条件温和
高度调控
每一个代谢途径都是不可逆
每一个代谢途径至少有一个限速步骤
高度分室化,尤其在真核生物
各种生物的基本代谢途径在进化中高度保守
代谢反应类型(六种)
氧化还原
水解
合成
基团转移
裂合
异构
研究代谢反应方法
活体内(动物实验、组织细胞培养)与活体外(细胞切片、匀浆液、提取液)
同位素示踪法
代谢抑制剂的使用
代谢遗传缺陷突变体的使用
基因操作
高能化合物
含有25或30kJ/mol以上能量的化合物
许多分解代谢伴随着高能化合物的形成
类型
磷氧键型
氮磷键型
硫脂键型
甲硫键型
能量的流通货币ATP:作为能量的携带者或传递者,而不是化学能量的贮存库
ATP可生成cATP参与激素作用,作为许多肽类激素的第二信使
ATP系统的动态平衡
能荷
磷酸化势能
生物氧化
概述
广义:大分子有机物→CO2+H2O
狭义:代谢中间物脱氢生成的
特点
本质是加氧、去氢、失电子,最终生成CO2和H2O
活细胞内
氧化还原过程逐步进行
主要方式是脱氢和电子转移
场所
真核生物:线粒体内膜
原核生物:细胞膜
氧化方式
加氧反应
加水脱氢
脱氢反应(主要)
脱电子反应
氧化还原反应总是偶联进行
电子传递体(电子载体)
在生物氧化中,既能接受氢或电子,又能供给氢或电子的物质,起传递氢或电子的作用。
主要种类
NAD+和NADP+
移去底物两个H+,一个传递给NAD+,另一个释放到水溶液
FAD和FMN
接受1或2个氢原子
细胞色素类
一类以铁卟啉衍生物--血红素为辅基的电子传递结合蛋白质,因有颜色,故称细胞色素。
cyt c游离,其他内膜整合蛋白
以铁的可逆氧化还原反应传递电子
铁硫蛋白类
活性部位称铁硫簇,铁原子与硫原子常等摩尔量
以铁的可逆氧化还原反应传递电子
辅酶Q(泛醌)
脂溶性,在细胞内膜游离移动,分子中苯醌结构能可逆地加氢和脱氢,故属于递氢体。
电子传递链(呼吸链)
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分子而生成水的全部复合物体和两个游离的载体称之。
4个复合物
CopΙ:NADH-Q还原酶复合体/烟酰胺脱氢酶
最复杂的酶系,又称NADH脱氢酶复合物,铁硫蛋白
作用:大分子代谢产生的NADH中两个电子传递给辅酶Q
泵出4个质子(电子移动力转化为质子移动力)
鱼藤酮为抑制剂
CopΙΙ:琥珀酸-Q还原酶复合体
催化琥珀酸脱氢产生延胡索酸,电子通过FAD传给Q
唯一位于线粒体内膜的酶
不泵出质子
CopΙΙΙ:Q-cyt c复合体或泛醌
作用:2个电子分两次从QH2传给cyt c,生成还原型cyt c
泵出4个质子
抗霉素A为抑制剂
CopΙV:细胞色素c氧化酶复合体
含有Cu参与
作用:cyt c接受的电子传递给分子氧生成水
泵出2个质子
CN-、CO、NaN3为抑制剂
两条电子传递链
NADH电子传递链:催化NADH的氧化
FADH2电子传递链:催化FADH2的氧化
Q处于两条电子传递链的交汇点上
确立电子载体顺序方法
氧化还原电位从低到高
电子传递链中抑制剂的研究
体外将电子传递体重新组合成呼吸链
氧化磷酸化
为磷酸化类型之一
底物水平磷酸化(5%)
代谢底物在分解代谢中,形成某些高能中间代谢物,这些高能中间代谢物中的高能键,可通过酶促磷酸基团转移反应,直接使ADP磷酸化生成ATP作用。
发酵中生物氧化取得能量的唯一方式,与O无关
氧化磷酸化(电子传递链水平磷酸化)(95%)
电子从被氧化的底物传递到O的过程中,放出的自由能推动ADP酶促合成ATP。故又称电子传递水平磷酸化。
实质是能量偶联过程,需氧生物获得ATP的主要方式。
光合磷酸化
作用机理:化学渗透学说
泵出的H+不能自由返回基质,使线粒体膜间空间的[H+]高于内侧的,造成[H+]的跨膜梯度,即质子梯度(电化学梯度ΔpH,基质侧为碱,内碱外酸);并使原有的(生理条件下为0.2V)跨膜电位梯度( △ψ,电位差,基质侧负,内负外正)增高。
质子返回内膜的动力: 质子移动力(△G)= 质子梯度(浓度) + 电位梯度(电荷)
H+通过ATP合酶的特殊途径,返回基质。H+浓度梯度所释放的自由能,偶联ADP与Pi合成ATP, 质子梯度消失。
电子的传递和ATP的合成是两个事件,它们通过跨膜的质子梯度偶联
ATP的合成
① 每合成1mol ATP需要3个质子通过ATP合酶合成;同时,产生的ATP从线粒体基质进入胞质还需消耗1个质子,故每形成1个ATP需要4个质子的移动力。
② NADH经呼吸链氧化要通过复合物Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ三个偶联部位,形成(4+4+2)/4 =2.5 ATP
③ FADH2(来自于琥珀酸脱氢)经呼吸链氧化只通过复合物Ⅲ和Ⅳ二个偶联部位,只形成(4+2)/4=1.5ATP
如何合成ATP?
氧化磷酸化的细胞结构基础
头部F1
由α、β、γ、δ、ε五种亚基组成的九聚体(α3β3γδε)
酶的活性中心在β亚基
功能:催化ADP和Pi发生磷酸化而生成ATP
Fl单独存在时,不具合成的能力,但有水解ATP的功能,又为F1–ATP酶。
尾部F0
质子通道的作用,能传送质子通过膜到达Fl的催化部位。
F1的催化机制:
ATP在F1表面更稳定
ATP从酶的释放是主要的能障.所需的自由能由1个质子的移动力提供。
关键机制----“结合-改变”模型
LOT态转变:每个β亚基有3种不同构象
抑制剂
氧化磷酸化抑制剂
指直接作用于线粒体ATP合酶抑制ATP合成的一类化合物(偶联还存在,间接抑制电子传递和分子氧的消耗)
寡霉素A
DCCD
氧化磷酸化的解偶联剂
某些化合物能够消除跨膜的质子梯度或电位梯度,使ATP不能合成, 只解除电子传递与ADP磷酸化偶联的作用称为解偶联作用,其实质是只有氧化过程(电子仍传递)而没有磷酸化作用。这类化合物称解偶联剂。
不抑制呼吸链的电子传递,甚至加速电子传递
电子传递过程中释放的自由能以热量的形式散失。
三种
化学解偶联剂:DNP能携带质子穿膜,从而消除质子梯度
离子载体:作为H+离子以外的其它一价阳离子的载体。这类离子载体增加了线粒体内膜对一价阳离子的通透性,消除跨膜的电位梯度
解偶联蛋白(棕色脂肪):可提供质子进入线粒体基质的另一个通道,消除跨膜的质子梯度
sum
学说证据
人工脂质膜上检验