第二篇物质代谢及其调节 生命的基本特征之一是生物体内各种物质按照一定规律不断进行新陈代谢（称为“物 质代谢”)，借此实现生物体与外界环境的物质交换、自我更新、维持机体内环境的相对恒 定。物质代谢包括合成代谢与分解代谢，并伴随有多种形式的能量变化。这些代谢也不 断处于动态平衡之中。通过物质的合成代谢完成“新物质”的合成，此过程通常需要能量 (消耗能量)：而分解代谢往往是对“旧物质”的分解，此过程通常释放能量（产生能量）。 此外，各类物质代谢之间有着广泛的联系，而且机体具有精确调节物质代谢的能力，以满 足不同生理状态所需。若物质代谢及其调节发生了素乱，则往往是一些疾病发生的重要 原因。因此，物质代谢是医学生物化学的重要内容。 本篇主要讨论体内糖、脂类、氨基酸、核苷酸等物质的代谢过程及其调节机制，包括生 物氧化、糖代谢、脂类代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢以及物质代谢的相互联系与调节，共 六章。在学习这一篇内容时，重点应注意掌握各类物质代谢的基本途径、关键酶与主要调 节机制、重要生理意义、各类物质代谢的相互联系等，也需明确物质代谢的异常与疾病的 关系
第四章生物氧化 学习目标 通过本章学习，你应该能够： 掌握 生物氧化、呼吸链、氧化磷酸化的概念，ATP的生成方式、储存和利用。 熟悉 呼吸链中各复合体的组成及作用，两条呼吸链的排列顺序，P/0比值的概 念，影响氧化碳酸化的因素高能磷酸键与高能磷酸化合物的概令。 了解 生物氧化的酶类，了解机体C0的生成方式，了解生物氧化与体外燃烧的 主要异同，递氢体与递电子体的概念，氧化磷酸化的偶联部位，氧化磷酸 化的偶联机制即化学渗透假说，常见的高能磷酸化合物，胞液中NADH氧 化的两种穿梭转运机制，线粒体外其他氧化体系，反应活性氧类的概念， 反应活性氧类对机体的影响，机体主要的抗氧化体系及其作用。 生物氧化(oxidation)是指物质在生物体内所发生的氧化反应。由于自然界中发生的氧化 反应总是与还原反应相伴随即氧化还原反应，因此，生物氧化泛指生物体内发生的所有氧化还原反应， 也包括糖类、脂类、蛋白质等营养物质在生物体活细胞内氧化生成C0,和水并逐步释放能量的过程，所 释放能量用于合成ATP和维持体温。因生物氧化过程消耗氧并产生CO,故又称细胞呼吸。 生物氧化根据其在细胞中的发生部位分为主要位于线粒体的生成ATP的氧化体系和位于微粒体 等细胞器中的不生成ATP的氧化体系。 在体内，生成ATP的生物氧化过程可大体分为三个阶段：①营养物质在线粒体外分解为其基本单 位（葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等），释能约低于总能量1%，以热能散发：②葡萄糖等基本单位分解为其相 关代谢中间产物，进人线粒体，转变为乙酰辅酶A。此过程释能约为总能量1/3，经底物水平磷酸化 (substrate-level phosphorylation)合成部分ATP:③乙酰辅酶A经三羧酸循环脱羧、脱氢、并经氧化磷酸化 phosphoryation)合成大量ATP。因此，氧化磷酸化是体内生成ATP的最主要方式。 第一节生物氧化的特点及其酶类 一、生物氧化的特点及方式 营养物质在体内、外氧化的本质是相同的，如消耗氧、终产物(C0,和水)和释出的能量数值均与体 外反应相同。但体外氧化（即燃烧）是有机物中的氢、碳直接与空气中氧生成水及C0,能量以光和热的 形式骤然大量向环境散发。而生物氧化是体内进行的酶促反应，有以下的特点：①氧化反应在近中性 37℃、有水的温和环境中进行；②CO2由脱羧产生，水由底物脱下的氢（以NADH或FADH2的形式）经呼 86
第四章生物氟化 吸链逐步传递电子、最后与氧结合生成：③能量逐步释放，利用率高，其中部分以ATP形式储存、转移和 利用，部分以热能散发用于维持体温：④氧化速率受生理功能需要、体内外环境变化的调控。 生物氧化包括脱电子（得电子）、脱氢（加氢）、加氧（脱氧）等反应方式，其中失去电子或氢原子的物 质称为供电子体或供氢体，接受电子或氢原子的物质称为受电子体或受氢体。 (一)脱电子（得电子）反应 底物在反应过程中脱去电子，脱去的电子由另一物质接受。如细胞色素C,脱去电子，而细胞色素C 得到电子。 细胞色素C-P。 →细胞色素C-F 细胞色素CF。 细胞色素C-F。2 （二)脱氢（加氢）反应 底物在反应过程中脱去一对氢(2H),脱下的氢由受氢体接受，如乳酸脱氢，同时NAD'接受氢（加 氢)。 COOH 乳酸CHOH、 NAD CH, COOH 丙酮酸C=01 NADH+H (三)加氧反应 底物分子中直接加入氧分子或氧原子。 RH+2O2→R-OH 二、生物氧化中C0,的生成 生物氧化的终产物C0,来自脱羧酶催化的有机酸脱羧基作用。根据脱去C0,的羧基位置，脱羧反 应可分为α脱羧和B-脱羧：根据脱羧是否同时伴有脱氢反应，脱羧反应又可分氧化脱羧和单纯脱羧。 (一）c脱羧 1.α-单纯脱羧底物脱去x-羧基生成C02,但不伴有脱氢的过程。 COOH HaN-H- 氨基酸股发酶→HN一(H+C0, 氨基酸 2.α-氧化脱羧底物脱去α羧基生成C02,同时伴有脱氢的过程。 NAD' NADH+H' 丙酮酸 乙酰辅酶入 87
第二篇物质代谢及其调节 (二)B脱羧 1.B-单纯脱羧底物脱去B羧基生成CO2,但不伴有脱氢的过程。 COOH CH3 COOH COOH 草酰乙酸 丙酮酸 2.B-氧化脱羧底物脱去B-羧基生成C02,同时伴有脱氢的过程。 COOH CH 苹果酸-0+0， CH-OH NADP NADPH+H COOH 苹果酸 丙酮酸 三、参与生物氧化的酶类 生物氧化的反应是在一系列酶的催化下进行，这些酶类可分为氧化酶类、脱氢酶类、加氧酶类和氢 过氧化物酶类等。 (一)氧化酶类 氧化酶类(oxidase)能催化代谢底物脱氢，将氢直接交给活化的氧分子生成水，如细胞色素氧化酶、 抗坏血酸氧化酶等。此类酶多为含有铁、铜等金属离子的金属结合酶 2g 代物-2、2 \上0 (二)脱氢酶类 1.需氧脱氢酶需氧脱氢酶(aerobic dehydrogenase)主要存在于过氧化物酶体，催化底物脱氢，脱 下的氢经其辅基FMN或FAD传递给氧分子生成H,O。需氧脱氢酶由于需要FMN或FAD为其辅基， 它们又被称为黄酶类，如黄素蛋白、L氨基酸氧化酶、黄嘌吟氧化酶等。 2H 代谢物-2H 已氧化代物八D分0 2.不需氧脱氢酶不需氧脱氢酶(anaerobic dehydrogenase)能催化底物脱氢，但又不以氧作为直接 受氢体，其直接受氢体为NAD(或NADP)、FMN(或FAD),其中NAD'、FAD是连接代谢物与呼吸链的 环节。不需氧脱氢酶是生物氧化最主要的酶类，如异柠檬酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶等
第西生化 代谢物-2H一H,FAD或NAD 传体-2H宁0， 不需氧脱氢酶 已氧化代谢物 FADH,或NADH+r ,传递体0 (三)加氧酶类 加氧酶(oxyg©nase)主要存在于微粒体，催化向底物加氧原子的酶类，根据向底物分子中加入氧厉 子数目的不同，分为以下两种： 1.加单氧酶加单氧酶(monooxygenase)催化一个氧原子加到底物分子中，又称羟化酶(hydroxy- lase),如苯丙氨酸羟化酶等。 苯丙氨 酪氨酸 2.加双氧酶 加双氧酶(dioxygenase)催化两个氧原子加到底物分子中，如色氨酸加双氧酶等 P -CH,CH-COOH NH NH-G-H 色氨酸 N甲酰犬尿氨酸 (四)氢过氧化物酶类 氢过氧化物酶类主要分布于过氧化物碑体，是催化有机过氧化物或过氧化氢还原的酶，前者为过氧 化物酶(peroxidase,Px),如谷胱甘肽过氧化物酶；后者为过氧化氢酶(catalase,CAT),又称触酶。其辅基 均为铁卟啉。 2CSH+H,0,谷跳甘肤过氯化物鹿，CSC+2H,0 2H,0,过氧化氢群2H,0+0, 第二节生成ATP的氧化体系 一、呼吸链 线粒体内膜上存在的多种酶与辅酶组成的复合体，按一定顺序排列成的连锁性电子传递链，可使代 谢物脱下的氢传递到氧生成水，称为呼吸链(respiratory chain)。其中传递氢的酶或辅酶称为递氢体，传 递电子的酶或辅酶称为递电子体，二者都有传递电子的作用(2H+一→2H+2),故呼吸链也称电子传递 electron transfer chain) 【一】睡吸链的组成 线粒体内膜经化学试剂处理及离子交换层析等方法分离纯化后可得到4种由递氢体和递电子体构 成的酶复合体（表41），其中复合体I、Ⅲ和Ⅳ完全镶嵌在线粒体内膜中，复合体Ⅱ镶嵌在线粒体内膜 的基质侧。复合体各组分相互协调，并在两种游离物质辅酶Q(coenzyme Q,CoQ或Q)和细胞色素 (cytochrome c,Cytc)的共同参与下，完成电子和H的传递