心智圖資源庫 新陳代謝與生物氧化
這是一個關於新陳代謝與生物氧化的思維導圖,生物與外在環境進行物質與能量交換的整個過程。包括物質在生物體內所經歷的一切化學變化,簡稱代謝。
編輯於2023-11-29 11:45:16新陳代謝與生物氧化
新陳代謝
概念
新陳代謝:
是生物與外在環境進行物質與能量交換的整個過程。包括物質在生物體內所經歷的一切化學變化,簡稱代謝。
分解代謝:
分解營養素成提供生命活動所需的能量和物質,稱作分解代謝。
合成代謝:
利用小分子或大分子的結構元件,並將其轉化為自身所需的大分子,稱為合成代謝,又稱為生物合成
功能
從環境中獲得所需物質
為生物體生命活動提供所需的能量
將外界取得的物質轉變為自身組成的構造原件
將構造原件組裝成生物體特異的大分子
合成或分解生物體各種特殊功能的生物分子
基本原則和規律
代謝過程是由一系列酶促反應驅動,反應條件件溫和
代謝的總輪廓特徵為:分解代謝匯聚到少數幾個個終產物,合成代謝分叉產生許多產物
同一種物質的分解代謝和合成代謝途徑不是簡單的可逆過程,但存在共用的代謝環節
各種代謝途徑定位於細胞不同區域
代謝是物質代謝和能量代謝的統一,能量的轉換和傳遞是由一些通用活化載體實現
代謝是受到調控的
各種生物在基本的代謝途徑上是高度保守的
研究方法
內容
確定參與每一個代謝反應的酵素與輔酶的結構與功能
確定一條代謝途徑之中的底物、中間代謝物和終產物的結構、名稱和反應的類型
確定一個酶促反應的調節機制
材料:果蠅,大鼠,小鼠,海膽,爪蟾,鴿,兔,黑猩猩,小球藻,玉米,大腸桿菌,枯草桿菌,釀酒酵母,紅色麵包酶,四膜蟲,大腸桿菌噬菌體
水平
活體研究
用生物整體、整體器官,或微生物細胞群等
離體研究
用器官或組織的切片、勻漿液或萃取液
方法:
同位素示踪法
酶的抑制劑
遺傳代謝缺陷症
核磁共振波譜法
氣體測量法
色譜﹣質譜聯用法
基因工程
代謝組和代謝組學
組學
基因組
生物體內所有的 DNA
轉錄組
生物體內所有的 RNA
蛋白質體
生物體內所有的蛋白質
代謝組
生物體在一特定生理時期內所有的低分子量代謝物
研究方法
樣本採集,樣本預處理,代謝物的分離與檢測,數據預處理,數據分析
生物氧化
基本概念
概念
物質在生物體內進行的氧化過程稱生物氧化主要指糖、脂肪、蛋白質等在體內分解時逐步釋放能量,最終生成CO2和H20的過程
階段
糖、脂類、蛋白質分解為其基本組成單位(葡萄糖、脂肪酸、甘油、胺基酸)。此階段放能較少,不到總能量的1%,且多以熱能形式散失
葡萄糖、脂肪酸、甘油、胺基酸經由一系列酵素反應生成乙醯 CoA 。此階段釋放出的能量約佔總能量的1/3,其中部分能量儲存在高能量化合
乙醯 CoA 進入三羧酸循環被徹底氧化生成 CO2,同時進行四次脫氫:脫下的氫經呼吸鏈傳遞給氧生成水,同時釋放出大量能量,其中一部分儲存在 ATP 中供機體利用
特點
遵循氧化還原反應的一般法則(加氧、脫氫、失電子)
酵素反應
反應條件溫和(體溫、 pH 近中性)
逐步反應、逐步放能
生成水的同時有 ATP 的生成(氧化磷酸化)
呼吸鏈
概念
粒線體內膜上一系列酵素或輔酶依一定順序排列,傳遞氫或電子,稱為電子傳遞鏈 。電子傳遞鏈與細胞呼吸有關,因此又稱為呼吸鏈
主要成分
尼克醯胺腺嘌呤二核苷酸( NAD ):多種脫氫酶的輔酶,接受從代謝物脫下的2H(2H 2e),傳遞給黃素蛋白( FP )
黃素蛋白( flavoprotein , FP )
輔基:黃素單核苷酸( FMN )
黃素腺嘌呤二核苷酸( FAD )
功能:催化代謝物脫氫,脫下的氫被 FMN 或 FAD 接受
鐵硫蛋白( Fe - S )
含鐵原子和硫原子,每次傳遞一個電子,為單電子傳遞體
鐵硫蛋白多與 FP 或細胞色素 b 結合成複合物存在
泛醌( UQ , Q )
脂溶性苯鯡,側鏈含有多個異戊二烯單位(哺乳動物Q10)電子傳遞鏈中唯一的非蛋白質電子載體
細胞色素( cytochrome
以血紅素為輔基的蛋白質
主要種類: a 、a3、 b 、 C 、C1
bs 、p450
排列順序
複合體 I ( NADH to Ubiquinone )
NADH : Q 氧化還原酶或NADH 脫氫酶
含黃素蛋白( FMN )、鐵硫蛋白
作用: NADH 脫下的氫經複合物 I 中的 FMN 、 Fe - S 蛋白傳遞給 Q (伴質子轉移)
複合體 II
琥珀酸脫氫酶
作用:琥珀酸脫下的氫經複合體 II 中 FAD , Fe - S 蛋白傳遞給 Q
複合體 III
泛醌:細胞色素 c 氧化還原酶
細胞色素 bc ,複合體
包括: Fe - S 、 Cytb 、 Cytc ,
作用:將電子從還原型 Q 傳遞給Cytc (伴質子轉移)
複合體Ⅳ
細胞色素氧化酶
包括:細胞色素 a 、a3以及銅離子為輔基的酶
將電子從細胞色素 C 傳遞給1/2O2,活化氧生成O2-,最後再與粒線體基質中的2H+結合生成H2O
粒線體中ATP的合成
ATP
高能化合物,含有高能量磷酸鍵
生物體可直接利用的能源物質
ATP 的生成方式
底物水平磷酸化:與脫氫反應偶聯,直接將高能代謝物分子中的能量轉移至 ADP ,生成 ATP 或 GTP 的過程
高能化合物放能時伴隨 ADP 磷酸化生成 ATP 。與呼吸鏈的電子傳遞無關
氧化磷酸化:在呼吸鏈電子傳遞過程中偶聯 ADP 磷酸化,生成 ATP 的過程,又稱為偶聯磷酸化
代謝物氧化脫氫,經由呼吸鏈傳遞給氧生成水,同時釋放能量,使得 ADP 磷酸化生成 ATP ,氧化與磷酸化偶聯
化學滲透假說
粒線體內膜的電子傳遞具有質子幫浦功能,可將質子從基質側排到內膜外(複合體 I 、 III 、 IV )
粒線體內膜不允許質子回流,膜內外產生電化學梯度(跨膜質子梯度和電位梯度)
膜內外電化學梯度驅動質子從特殊通道回到內膜基質,跨膜過程釋放能量,驅動 ATP 合成( ATP 合成酶)
調節
氧化磷酸化速度主要受細胞對能量需求的調節(呼吸控制)
ATP 消耗增加時, ADP 濃度高,氧化磷酸化加快
ATP / ADP 比值是調節氧化磷酸化速度的重要因素
甲狀腺激素的調節
甲狀腺激素可活化多種組織細胞膜上的 Na - K - ATP 酶
甲狀腺機能亢進(甲狀腺亢進)患者基礎代謝率偏高
抑制劑
呼吸鏈抑制劑
阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞而使氧化受阻
ATP 合成酶抑制劑
抑制 ATP 合成,並影響電子在呼吸鏈中的傳遞
解偶聯劑
使電子傳遞和 ATP 形成兩個偶合過程分離,只抑制 ATP 合成,不抑制電子傳遞
非粒線體氧化途徑
微粒體氧化體系
單加氧酶系(混合功能氧化酶、羥化酶)
催化O2的一個氧原子加到底物分子上(羥化),另一個氧原子被 H 還原成H2O( H 來自 NADPH H )
過氧化物酶體氧化體系
氧化物酶體:存在於動物肝、腎、小腸黏膜細胞
含有多種催化生成H2O2的酶,同時含有分解H2O2的酶
粒線體疾病
粒線體基因突變
粒線體與活性氧
粒線體與細胞凋亡
粒線體與衰老