导图社区 新陈代谢与生物氧化
新陈代谢与生物氧化思维导图,介绍了代谢的概念、代谢的类型、代谢的途径、高能化合物、生物氧化概述、电子传递链等。
酶的最全知识总结,包括酶通论、酶促反应动力学、酶反应机制、酶调节机制等内容。
下图梳理了蛋白质的知识点,包含蛋白质和氨基酸的概述、蛋白质的分子结构、蛋白质的结构与功能、蛋白质的分离纯化与结构界定。
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新陈代谢总论
代谢的概念
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
生命有机体从它们生活的环境中汲取能量和还原力形成高度整合(协调,统一)的化学反应网络;并合成生物大分子的构建元件。
代谢的类型
分解代谢
将生物大分子分解成小分子的过程;反应本质是氧化性的;放能。
蛋白质、多糖、脂类等先降解成构件分子。
构件分子降解成更简单的少数几种共同中间物。
中间物最终降解成CO2、H2O、NH3等小分子。
合成代谢
由小分子合成生物大分子的过程;反应本质是还原性的;耗能。
以分解代谢的终产物(小分子)为合成的前体。
由前体分子合成各种生物大分子的构件分子。
从构件分子合成生物大分子。
不定向代谢
细胞内某些具有双重功能的代谢途径,既可用于分解代谢,也可用于合成代谢,如TCA。
代谢途径
完成某一代谢过程的一组彼此关联、相互衔接的酶促反应。特例是循环反应:由首尾相连的一序列化学反应所组成。
直线途径
分支途径
循环途径
代谢反应的基本特征
反应条件温和,高度调控,不可逆,一条代谢途径至少存在一个限速步骤,各种生物在基本的代谢途径上是高度保守的,代谢途径在细胞内特别是真核细胞是高度分室化,不同生物使用不同途径获取能量和碳源
代谢反应的分类
氧化还原反应
水解反应
集团转移反应
裂合反应
异构反应
合成反应
研究代谢反应的方法
活体内和活体外实验
生物体内:动物实验、组织细胞培养
生物体外: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
代谢组和代谢组学
代谢组——也称小分子清单,指反映细胞状态的各种小分子样式,包括所有代谢过程的总和及相关的细胞过程,是基因组和蛋白质组表达对细胞环境的反应。
代谢组学——研究细胞、组织或生物体中受外部刺激所产生的所有代谢产物变化的科学。
高能化合物
磷氧键型(-O~P)——焦磷酸化合物,烯醇式磷酸化合物,酰基磷酸化合物
氮磷键型——胍基磷酸化物
硫酯键型
甲硫键型
生物氧化
概述
广义上是大分子有机物分解成二氧化碳和水,狭义上指代谢中间物脱氢生成的(NADH+H+)/FADH2→O2→H2O+ATP
特点:本质是加氧去氢失电子,最终生成二氧化碳和水
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,加水脱氢反应,脱氢反应,脱电子反应
电子传递体(传递氢载体)
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。
主要的电子传递体:NAD+ 和NADP+、FAD和FMN、细胞色素类、铁硫蛋白类、辅酶Q(泛醌)
电子传递链
组成及其功能: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。
NADH-Q还原酶复合体或烟酰胺脱氢酶(complexI)
琥珀酸-Q还原酶复合体或黄素蛋白类(complexII)
Q-cytc复合体或泛醌(complexIII)
细胞色素c氧化酶复合体(complexIV)
电子传递链复合体的组成
复合体Ⅰ(NADH-Q还原酶复合体):NADH + Q + 5H+基质——NAD+ QH2+ 4H+膜间空间
复合体Ⅱ(琥珀酸-Q还原复合体酶):催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸,并将电子通过FAD和铁硫蛋白传给Q,生成QH2。(琥珀酸脱氢酶是体系中唯一位于线粒体内膜的酶)
复合体Ⅲ(辅酶Q-cytc复合体):将2个电子分2次从CoQH2传给cytc,生成还原型cytc
复合体Ⅳ(细胞色素氧化酶复合体):cytc(Fe2+)接受的电子传递给分子氧生成水
电子传递抑制剂
鱼藤酮:阻断电子从NADH向CoQ的传递,抑制复合体I
抗霉素A:抑制电子从cytb到cytc1传递的作用,即抑制复合体Ⅲ。
氰化物、一氧化碳和叠氮化物等:阻断电子由cytaa3向O2传递,抑制复合体IV,是氰化物等中毒的原因。
传递体的排列顺序:按标准电位差从小到大
氧化磷酸化
磷酸化类型
底物水平磷酸化、电子传递链水平磷酸化(氧化磷酸化)、光合磷酸化(略)
氧化磷酸化的作用机理——化学渗透学说
ATP如何合成?
ATP合酶的结构----氧化磷酸化的细胞结构基础
F1的催化机制----相对于ADP而言,ATP在F1表面更稳定:即该酶合成的ATP不需要能量,质子通过通道从膜外侧返回基质所释放的能量,只用来推动酶构象发生改变,促使新合成的ATP从酶上释放。
ATP合成的关键机制----‘结合-改变’模型(每个β亚基有3种不同构象)
氧化磷酸化抑制剂——寡霉素A双环己基碳二亚胺(DCCD):直接抑制了ATP的生成过程,间接抑制电子传递和分子氧的消耗。
氧化磷酸化的解偶联剂:消除跨膜的质子梯度或电位梯度,使ATP不能合成,其实质是只有氧化过程(电子仍传递)而没有磷酸化作用。
化学解偶联剂 离子载体 解偶联蛋白
FADH2电子传递链
NADH电子传递链
能量的永久储存形式——磷酸肌酸/磷酸精氨酸
能量的暂时储存形式——ATP
一条代谢途径中的酶可以通过四种方式组织在一起
分散存在
多酶复合物
与膜结合的多酶复合物
多功能酶
能量代谢
即代谢过程中能量转化、释放和利用的化学反应的总称。
新陈代谢总论与生物氧化