4生物氧化与能量代谢 蛋白质的代谢(3)

生物氧化蛋白质代谢主讲教师：黄慧聪一、生物氧化概述1、生物氧化的概念2、生物氧化的过程3、生物氧化的特点1、生物氧化的概念生物氧化（BiologicalOxidation）物质在生物体内氧化分解的过程称为生物氧化.糖、脂肪、蛋白质能量+CO2+H2O生物氧化的主要生理意义是为生物体提供能量。2、生物氧化的过程多糖脂肪蛋白质葡萄糖甘油＋脂肪酸氨基酸HCO2TAC乙酰CoAO2H2O能量3、生物氧化的特点体内氧化体外氧化物质氧化方式：加氧、脱氢、失电子物质氧化时消耗的氧量、得到的产物和能量相同。（1）相同点（2）不同点体内氧化体外氧化反应条件：温和剧烈反应过程：分步反应一步反应能量逐步释放能量突然释放产物生成：间接生成直接生成能量形式：热能、ATP热能、光能生物氧化特点1.生物氧化是在生物细胞内进行的酶促氧化过程，反应条件温和（水溶液，中性pH和常温）。2.在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步进行的。氧化过程中脱下来的氢质子和电子，通常由各种载体，如NADH等传递到氧并生成水。生物氧化是一个分步进行的过程。每一步都由特殊的酶催化，每一步反应的产物都可以分离出来。这种逐步进行的反应模式有利于在温和的条件下释放能量，提高能量利用率。生物氧化释放的能量，通过与ATP合成相偶联，转换成生物体能够直接利用的生物能ATP氧化进行过程中，必然伴随生物还原反应的发生。－－－生物能和ATP•ATP是生物能存在的主要形式•ATP是能够被生物细胞直接利用的能量形式。提供物质代谢时需要的能量供给机体生命活动时需要的能量生成其他核苷三磷酸生物能及其存在形式O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP（三磷酸腺苷）O-POO-OPOO-O-焦磷酸A腺苷碱基戊糖核苷腺嘌呤核苷P一磷酸一磷酸（AMP）P～腺苷二磷酸（ADP）P～腺苷三磷酸（ATP）O磷酸核苷酸机械能--运动化学能--合成渗透能--分泌吸收电能--生物电热能--体温光能--生物发光ATP是生物系统能量交换的中心荧火虫ATP的特殊作用ATP的生成和利用ATPADP肌酸磷酸肌酸氧化磷酸化底物水平磷酸化~P~P机械能(肌肉收缩)渗透能(物质主动转运)化学能(合成代谢)电能(生物电)热能(维持体温)生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。线粒体氧化体系一、呼吸链(RespiratoryChain)1、呼吸链的概念2、呼吸链的组成3、呼吸链的作用1、呼吸链的定义：一系列酶和辅酶按照一定的顺序排列在线粒体内膜上，可以将代谢物脱下的氢（H＋＋e）逐步传递给氧生成水同时释放能量，由于此过程与细胞摄取氧的呼吸过程有关，所以这一传递链称为呼吸链。根据代谢物上脱下氢的受体不同分NADH呼吸链和FADH2呼吸链。2、呼吸链的组成四个酶复合体：复合体I～IV两个可灵活移动的成分：泛醌（Q）和细胞色素C复合体酶辅基复合体ⅠNADH一泛醌还原酶FMN及铁硫蛋白复合体Ⅱ琥珀酸一泛醌还原酶FAD及铁硫蛋白复合体Ⅲ泛醌一细胞色素C还原酶铁卟啉及铁硫蛋白复合体Ⅳ细胞色素C氧化酶Cu及铁卟啉NADH呼吸链H2O12O2O2-MH2还原型代谢底物FMNFMNH2CoQH2CoQNAD+NADH+H+2Fe2+2Fe3+细胞色素b-c-c1-aa3FeS2H+M氧化型代谢底物FADH2呼吸链FADFADH2琥珀酸FeS2Fe2+2Fe3+细胞色素b-c1-c-aa3CoQH2CoQ12O2O2-2H+H2O延胡索酸接受还原性辅酶上的氢原子对(2H++2e)，使辅酶分子氧化，并将电子对顺序传递，直至激活分子氧，使氧负离子(O2-)与质子对(2H+)结合，生成水。电子对在传递过程中逐步氧化放能，所释放的能量驱动ADP和无机磷发生磷酸化反应，生成ATP。3.呼吸链的作用二、生物氧化过程中ATP的生成1、氧化磷酸化的概念2、氧化磷酸化的偶联部位3、影响氧化磷酸化的因素1、氧化磷酸化的概念呼吸链传递H给氧生成水的过程，与ADP磷酸化生成ATP的过程相偶联发生称为氧化磷酸化，又称偶联磷酸化。根据生物氧化方式，可将氧化磷酸化分为底物水平磷酸化及电子传递体系磷酸化。氧化磷酸化是体内生成ATP的主要方式。•底物水平磷酸化是在被氧化的底物上发生磷酸化作用。即底物被氧化的过程中，形成了某些高能磷酸化合物的中间产物，通过酶的作用可使ADP生成ATP。•电子传递体系磷酸化是指当电子从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的全过程。通常所说的氧化磷酸化是指电子传递体系磷酸化。2、氧化磷酸化的偶联部位P/O比值每消耗1mol氧原子，所消耗的无机磷摩尔数一对电子通过呼吸链P/O比值：一对电子通过呼吸链时生成ATP的个数1个氧原子2e+OO2-ADP+PiATP无机磷个数生成ATP的个数利用P/O比值推测氧化磷酸化偶联部位：－羟丁酸：P/O＝32e从NADH到O2生成3个ATP琥珀酸：P/O＝22e从琥珀酸到O2生成2个ATP因此，NADH→Q存在偶联部位。抗坏血酸：P/O＝12e从Cytc到O2生成1个ATPCytc：P/O＝12e从Cytaa3到O2生成1个ATP因此，Cytaa3→O2存在偶联部位。Q→Cytc存在偶联部位。ATP产生的部位都是有大的电位差变化的地方，例如，NADH呼吸链生成ATP的三个部位是：E0'值在此三个部位有大的“跳动”，都在0.2伏以上。ATP产生的部位3、影响氧化磷酸化的因素①呼吸链电子传递抑制剂能够专一阻断呼吸链中某些部位电子传递的物质和化学药品。它的特点是可抑制呼吸链的某一环节，使呼吸链中断。因底物的氧化作用受阻，偶联的磷酸化作用无法进行，ATP的生成随之减少。这类物质和化学药品大多对人类或哺乳动物乃至需氧生物具有极强的毒性。（1）生物氧化抑制剂鱼藤酮杀粉蝶菌素（粉蝶霉素A）阿米妥（异戊巴比妥）×抗霉素A二巯基丙醇×CO、CN-、N3-及H2S×各种呼吸链抑制剂的阻断位点②解偶联剂不抑制呼吸链的递氢或递电子过程，而是抑制由ADP+Pi生成ATP的磷酸化作用，使氧化产生的能量不能用于ADP磷酸化。即使氧化与磷酸化偶联过程脱离。如：解偶联蛋白、双香豆素、2,4-二硝基苯酚、缬氨霉素、短杆菌肽等。③氧化磷酸化抑制剂直接作用于ATP合成酶复合体，对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。如：寡霉素（2）ADP、Pi与ATP的调节作用负反馈调节。当ATP高时，ADP、AMP下降，氧化磷酸化速度减慢，NADH堆积，TCA循环速度减慢，ATP合成降低；当ATP低时，ADP、AMP升高，氧化磷酸化速度加快，TCA循环速度加快，ATP合成增加。ADP/ATP是限制氧化磷酸化速度的因素。通过ATP浓度对氧化磷酸化速率进行调控的现象称为呼吸控制。（3）甲状腺激素的调节作用1、-磷酸甘油穿梭：NADH＋H＋内膜线粒体内线粒体外NAD＋磷酸二羟丙酮-磷酸甘油EFADFADH2E三、胞液总NADH的转运机制：2、苹果酸－天冬氨酸穿梭：苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸NADH＋H＋内膜线粒体内线粒体外-酮戊二酸NAD＋E1NAD＋NADH＋H＋E1E2E2谷氨酸-酮戊二酸谷氨酸P1P2非线粒体氧体系自学为主•蛋白质的营养作用•氨基酸的一般代谢•氨的代谢•氨基酸代谢与疾病蛋白质代谢蛋白质的营养作用一、蛋白质的营养作用(1)维持组织的生长，更新和修复(2)合成生物活性物质，如酶、激素、抗体、神经递质等。(3)氧化供能(17KJ/gpr)二、蛋白质的需要量和营养价值*氮总平衡：摄入氮=排出氮（蛋白质分解与合成处于平衡）如成人*氮正平衡：摄入氮排出氮（蛋白质合成量多于分解量）如儿童、孕妇*氮负平衡：摄入氮排出氮（蛋白质分解量多于合成量）如饥饿、消耗性疾病（1）氮平衡（2）生理需要量每天最低分解量成人每日最低分解量约为20g/d蛋白质。蛋白质的生理需要量按个体不同而不同，营养学会推荐成人每天的需要量为80克。（3）蛋白质的营养价值：评价蛋白质的营养价值的依据是食物中蛋白质的必需氨基酸数量和种类。蛋白质的互补作用：营养价值较低的蛋白质混合食用，其必需氨基酸可以互相补充，提高营养价值，称为蛋白质的互补作用。一、蛋白质的消化蛋白质的消化、吸收与腐败（一）胃中的消化1、HCl的作用胃酸可使蛋白质变性，有利于蛋白酶发挥作用。2、胃蛋白酶：以胃蛋白酶原形式分泌，在H+条件下被激活成为胃蛋白酶。蛋白质多肽（主）胃蛋白酶（二）小肠中的消化：胰酶内肽酶:（水解蛋白质内部肽键）胰蛋白酶,糜蛋白酶,弹性蛋白酶外肽酶:（从肽键两端开始水解）羧基肽酶A和羧基肽酶B氨基肽酶氨基酸进入组织细胞的需钠主动转运机制ADP+PiATPK+K+Na+Na+Na+氨基酸Na+氨基酸外膜内K+-ATP酶载体蛋白质二、蛋白质的吸收定义：肠道细菌对未被消化的蛋白质及未被吸收的消化产物进行的代谢过程1、胺的生成（组胺、酪胺等）–CO2胺RCH2NH2氨基酸CHCOOHRNH2三、蛋白质的腐败作用2肠道氨的生成（肠道氨的两种主要来源）血氨扩散入血肠菌+NH3CH2COOHR*氨基酸脱氨氨基酸CHCOOHRNH2*尿素水解肠菌尿素酶CO2+2NH3扩散入血血氨血中尿素C=ONH2NH2尿素扩散入肠腔氨的吸收主要在结肠，其受肠腔pH的影响，降低结肠的pH，可减少肠道氨的吸收3其它有害物质的生成(如苯酚、吲哚、硫化氢等）食物蛋白消化吸收体内合成（非必需氨基酸）蛋白质（主）合成酮体氧化供能糖脱羧胺类转变其它含氮化合物经肾排出(1g/d)氨基酸的一般代谢氨基酸代谢库氨基酸代谢概况分解脱氨-酮酸（生成尿素）组织蛋白质分解一、氨基酸的脱氨基作用氨基酸氧化酶–2H-酮酸+H2O+NH3CCOOHR2O氨基酸CHCOOHRNH21氧化脱氨基作用（特点：有氨生成）亚氨基酸RCCOOHNH氨基酸氧化脱氨的主要酶：*L-氨基酸氧化酶（活性低，分布于肝及肾脏，辅基为FMN）*D-氨基酸氧化酶（活性强，但体内D-氨基酸少，辅基为FAD）*L-谷氨酸脱氢酶活性强，分布于肝、肾及脑组织为变构酶，受ATP、ADP等调节，辅酶为NAD+或NADP+专一性强，只作用于谷氨酸，催化的反应可逆+H2O_H2O+NH3-酮戊二酸(CH2)2COOHC=OCOOHL-谷氨酸脱氢酶L-谷氨酸(CH2)2COOHCHNH2COOHL-谷氨酸脱氢酶NAD+NADH+H+(CH2)2COOHC=NHCOOH转氨酶+R1CCOOHOR2CCOOHNH2H2.转氨基作用R1CCOOHNH2HR2CCOOHO+转氨酶（其辅酶为磷酸吡哆醛）*丙氨酸氨基转移酶（ALT）又称谷丙转氨酶（GPT）临床意义：急性肝炎患者血清ALT升高*天冬氨酸氨基转移酶（AST）又称谷草转氨酶(GOT)临床意义：心肌梗患者血清AST升高ALT谷氨酸+丙酮酸-酮戊二酸+丙氨酸AST谷氨酸+草酰乙酸-酮戊二酸+天冬氨酸特点：生理意义：接受氨基的主要酮酸有：转氨基作用*只有氨基的转移，没有氨的生成*催化的反应可逆是体内合成非必需氨基酸的重要途径*丙酮酸*-酮戊二酸*草酰乙酸转氨酶3.联合脱氨基作用转氨基作用和谷氨酸氧化脱氨基作用的联合-酮戊二酸(CH2)2COOHC=OCOOHOH2+NAD+谷氨酸脱氢酶NH3+NADH+H+氨基酸RCCOOHHNH2-酮酸RCCOOHO谷氨酸COOHCH2CH2CCOOHHNH2特点：有氨生成，反应过程可逆骨骼肌和心肌组织主要由该途径脱氨4.嘌呤核苷酸循环脱氨反应生理意义：*体内合成非必需氨基酸的主要途径*肝、肾等组织主要脱氨途径联合脱氨基作用二、-酮酸的代谢2.经三羧酸循环氧化供能1.经氨基化生成非必需氨基酸3.转变为糖及脂类生糖氨基酸：甘、丝、丙……等多种氨基酸生酮氨基酸：亮氨酸、赖氨酸生酮兼生糖氨基酸：异亮、苯丙、酪、苏、色氨的代谢一、体内氨的来源*来源：•氨基酸脱氨（主）•从肠道吸收的氨•肾脏产生的氨（主要来自谷氨酰胺分解的氨）二、氨的转运1.丙氨酸-葡萄糖循环肌肉蛋白质谷氨酸-酮戊二酸丙酮酸糖