当[S]＜＜ Km 时，v = Vmax [S] /Km，反应速度与底物浓度成正比；当[S]＞＞ Km 时 ，v≌Vmax，反应速度达到最大速度，再增加[S]也不影响V。
（二）Km的意义
1．当V/v =2时, Km =[S] , Km是反应速率v等于最大速率V一半时的底物浓度，单位为摩尔/升（mol/L）。
2．Km =K2+K3/K1，当K2＞＞ K3时，Km值可用来表示酶对底物的亲和力。Km值越小，酶与底物的亲和力越大；反之，则越小。
3．Km是酶的特征性常数，它只与酶的结构和酶所催化的底物有关，与酶浓度无关。
Km和Vmax可用图解法根据实验数据测出。通过测定在不同底物浓度下的Vo，再用1/Vo对1/[S]的双倒数作图，又称Lineweaver-BurK作图法，即取米氏方程式倒数形式。
四、pH对反应速度的影响
每一种酶只能在一定限度的pH范围内才表现活力，酶表现最大活力时的pH称为酶的最适pH。最适pH的微小偏离可使酶活性部位的基团离子化发生变化而降低酶的活性，较大偏离时，维护酶三维结构的许多非共价键受到干扰，导致酶蛋白的变性。
酶的最适pH不是固定的常数，受酶的纯度、底物的种类和浓度、缓冲液的种类和浓度等的影响。一般酶的最适pH在4~8之间，植物和微生物体内的酶最适pH多在4.5~6.5,而动物体内的最适pH多在6.5~8，多在6.8左右。但也有例外，如胃蛋白酶最适pH为1.9，胰蛋白酶的最适pH为8.1, 肝精氨酸酶的最适pH为9.0。Vo对pH的关系图形是钟形曲线。
五、温度对反应速度的影响
温度对Vo关系的图形是一条曲线，它可清楚地表示出最适温度。多数哺乳动物的酶最适温度在37℃左右，植物体内酶的最适温度在50~60℃。也有些微生物的酶适应在高温或低温下工作。温度从两方面影响酶促反应速率，是升高温度提高反应速率和酶遇热易变性失活两个相反效应间的平衡。
六、激活剂对反应速度的影响
凡能使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂（activator）。必需激活剂常是金属离子，如Mg2+、K+、Mn2+等, Mg2+是多种激酶和合成酶的必需激活剂；非必需激活剂是有机化合物和Cl-等，如胆汁酸盐是胰脂肪酶，Cl-是唾液淀粉酶的非必需激活剂。
七、抑制剂对反应速度的影响
使酶活性下降而不导致酶变性的物质称为酶的抑制剂。抑制剂作用有可逆和不可逆抑制两类。以可逆抑制最为重要。
（一） 不可逆抑制作用
这类抑制剂通常以共价键与酶活性中心上的必需基团相结合，使酶失活，一般不能用透析、超滤等物理方法去除。这类抑制作用可用某些药物解毒，使酶恢复活性。如农药敌百虫、敌敌畏、1059等有机磷化合物能特异地与胆碱酯酶活性中心的丝氨酸羟基结合，使酶失活，导致乙酰胆碱不能水解而积存。迷走神经兴奋呈现中毒状态。解磷定（PAM）可解除有机磷化合物对羟基酶的抑制作用，显然这类解毒药物和有机磷农药结合的强度大于和酶结合。重金属盐引起的巯基酶中毒，可用络合剂或加入其他过量的巯基化合物，如二巯基丙醇（BAL）来解毒。
（二） 可逆抑制作用
这类抑制剂通常以非共价键与酶可逆性结合，使酶活性降低或失活，采用透析、超滤的方法可去除抑制剂，恢复酶活性。可逆抑制有竞争、非竞争、反竞争3种类型，以竞争性抑制研究的最多。三种作用的共同点是因Km和Vmax值的变化导致酶促反应初速度下降。竞争性抑制剂的结构与底物类似，且在酶的同一部位（活性中心）和酶结合，仅在加大底物浓度时才逐渐抵消，显然Km值要增加，Vmax不变。非竞争性抑制剂不直接影响酶与底物的结合，酶同时和二者结合生成的中间产物是三元复合物，也无正常产物生成，所以Km不变，而Vmax减小。反竞争抑制剂促进酶与底物的结合，形成的三元复合物也不能形成正常产物，所以Km变小，Vmax也变小。
药物是酶的抑制剂。竞争性抑制原理应用范例是磺胺药的研制。磺胺药和细菌合成叶酸所需的对氨基苯甲酸仅一个碳原子之别（变成了S），使细菌的叶酸不能正常合成，导致细菌的核苷酸合成受阻而死亡。而人以摄入叶酸为主，故磺胺药对人的核酸合成无影响。
第五节 酶的制备和应用
一、酶的制备
酶可以从动物、植物、微生物等各种原料中提取或用微生物发酵法生产酶制剂。酶在生物体内与大量其他物质共同存在，含量很少，又是有催化活性蛋白质，除了采用分离纯化蛋白质的一般方法，如盐析、有机溶剂沉淀、吸附、凝胶过滤、超离心法外，还要注意防止强酸、强碱、高温和剧烈搅拌等，以避免酶活力的损失。
胞内酶和胞外酶的提取在处理方法上有所不同。胞内酶需要先用捣碎、砂磨、冻融、或自溶等方法将细胞破坏，然后再用适当的分离纯化技术提出。
酶的活力（activity）就是酶加快其所催化的化学反应速度的能力。一般用催化反应的起始速率（Vo）表示，Vo的单位是微摩尔/分，也可用国际单位（U）和“开特”（Kat）表示。1分钟内催化1微摩尔的作用物转变成产物的酶量为1U；1秒钟内催化1摩尔的作用物转变成产物的酶量为1Kat。1微摩尔/分=1U=16.67nKat（1Kat=6×107U）。
比较酶制剂的纯度可用比活力(specific activity)，即每毫克蛋白质中所含的U数。
二、酶的应用
早在19世纪末，就有酶制剂的商品生产，目前已有1千多种，在工业、农业、医药以及科学研究中日益发挥它的巨大作用。
例如淀粉酶用于纺织品的退浆，可节约大量的碱并提高棉布的质量。处理饲料以增加其营养价值。脂肪酶用于食品增香、羊毛洗涤。蛋白酶用于皮革业的脱毛、蚕丝脱胶、肉类嫩化、酒类澄清、洗涤剂去污等。葡萄糖异构酶用来制造果糖浆，葡糖氧化酶用来除去罐头中残余的氧。
酶可作为试剂用于临床检验，如酶联免疫测定；作为药物用于临床治疗，如胃蛋白酶、胰蛋白酶助消化，链激酶、尿激酶治疗血栓的形成；基因工程中应用各种限制性核酸内切酶进行科研和生产。
酶的开发和利用是现代生物技术的重要内容。1971年命名了
酶工程（enzyme engineering），这是把酶学原理与化学工程技术及基因重组技术相结合而形成的新型应用技术。酶工程可分为化学酶工程和生物酶工程。前者指天然酶、化学修饰酶、固定化酶及人工模拟酶的研究和生产；后者指克隆酶、突变酶和合成新酶等内容的研究和应用。
第四章 新陈代谢总论与生物氧化
教学目标：
1. 掌握新陈代谢的概念与特点，了解新陈代谢研究方法。了解生物体内能量代谢的基本规律。
2. 掌握生物氧化的概念、特点、部位，主要酶类和体系。熟悉生物氧化中二氧化碳、水的生成，掌握呼吸链的组成、类型和传递体顺序。
3. 掌握氧化磷酸化的概念、类型、偶联部位和P/O比值，熟悉影响氧化磷酸化因素、胞液中NADH的氧化和偶联机制。
第一节 新陈代谢总论
一、新陈代谢的概念与特点
生物体是一个与环境保持着物质、能量和信息交换的开放体系。通过物质交换建造和修复生物体（按人的一生计,交换物质的总量约为体重的1200倍,人体所含的物质平均每10天更新一半）。通过能量交换推动生命运动，通过信息交换进行调控，保持生物体和环境的适应。
新陈代谢（metabolism）是指生物与外界环境进行物质交换和能量交换的全过程。包括生物体内所发生的一切合成和分解作用（即同化作用和异化作用）。
人和动物的物质代谢分为三个阶段：食物、水、空气进入机体（摄取营养物的消化和吸收）、中间代谢和代谢产物的排泄。中间代谢是指物质在细胞中的合成与分解过程，合成是吸能反应，分解是放能反应。它们是矛盾对立和统一的。所以，新陈代谢的功能是：从周围环境中获得营养物质；将营养物质转变为自身需要的结构元件；将结构元件装配成自身的大分子；形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子；提供机体生命活动所需的一切能量。
各种生物具有各自特异的新陈代谢类型，这决定于遗传和环境条件。绿色植物及某些细菌有光合作用，若干种细菌有固氮作用，是自养型的；动物与人是异养生物，同化作用必须从外界摄取营养物质，通过消化吸收进入中间代谢。同一生物体的各个器官或不同组织还具有不同的代谢方式。
各种生物的新陈代谢过程虽然复杂，却有共同的特点： 1.生物体内的绝大多数代谢反应是在温和条件下，由酶催化进行的。
2.物质代谢通过代谢途径，在一定的部位，严格有序地进行。各种代谢途径彼此协调组成有规律的反应体系（网络）。
3.生物体对内外环境条件有高度的适应性和灵敏的自动调节。
二、新陈代谢的研究方法
代谢途径的研究比较复杂，可从不同水平，主要对中间代谢进行研究。新陈代谢途径的阐明凝集了许多科学家的智慧与实验成果。如1904年德国化学家Knoop提出的脂肪酸的β氧化学说，1937年Krebs提出的柠檬酸循环。
1.活体内（in vivo）和活体外(in vitro)实验 2.同位素示踪法和核磁共振波谱法（NMR） 3.代谢途径阻断法
三、生物体内能量代谢的基本规律
1.服从热力学原理。热力学第一定律是能量守恒定律，热力学第二定律指出，热的传导自高温流向低温。机体内的化学反应朝着达到其平衡点的方向进行。
2.生化反应最重要的热力学函数是吉布斯自由能G 。自由能是在恒温、恒压下，一个体系作有用功的能力的度量。用于判断反应可否自发进行，是放能或耗能反应。
ΔG＜0，表示体系自由能减少，反应可以自发进行，但是不等于说该反应一定发生或以能觉察的速率进行，是放能反应。
ΔG＞0，反应不能自发进行，吸收能量才推动反应进行。 Δ G ＝ 0 ，体系处在平衡状态。
自由能与另外两个函数有关，ΔG=ΔH - TΔS（ΔH是总热
量的变化，ΔS是总熵的改变，T是体系的绝对温度）。
标准自由能变化用ΔGO＇表示（25OC，1个大气压，pH为7，反应物和产物浓度为1mol/L时所测得，单位是kJ/mol）。
3．ΔGO＇和化学平衡的关系 ΔG = ΔGO＇+ RT ln[C][D]/[A][B]
ΔG=0时，ΔGO＇= - RTln[C][D]/[A][B]= -RTlnK= -2.303RTlgK
（R为气体常数，lnK为平衡常数的自然对数。K＞1，ΔGO＇为负值，反应趋于生成物的方向进行；K＜1，ΔGO＇为正值。）
注意：ΔG只取决于产物与反应物的自由能之差，与反应历程无关。总自由能变化等于各步反应自由能变化的代数和。热力学上不利的吸能反应可以偶联放能反应来推动以保持代谢途径一连串反应的进行。
四、高能化合物与ATP的作用
高能化合物（high-energy compound）指化合物含有的自由能特多，且随水解反应或基团转移反应释放。最重要的有高能磷酸化合物，还有硫酯类和甲硫类高能化合物。高能磷酸化合物的酸酐键常用～P表示，水解时释放的自由能大于20kJ，称为高能磷酸键。生化中“高能键”的含义与化学中的“键能”完全不同。“键能”指断裂一个化学键需提供的能量。
ATP是细胞内特殊的自由能载体。在标准状况，ATP水解为ADP和Pi的ΔGO＇=-30kJ/mol，水解为AMP和PPi的ΔGO＇=-32kJ/mol。ATP的ΔGO＇在所有的含磷酸基团的化合物中处于中间位置，这使ATP在机体起作中间传递能量的作用，称之能量的共同中间体。机体内一些在热力学上不可能发生的反应，只需与ATP分子的水解相偶联，就可使其进行。所以说，ATP又是生物细胞能量代谢的偶联剂。
从低等的单细胞生物到高等的人类，能量的释放、储存和利用都是以ATP为中心。ATP是整个生命世界能量交换的通用货币。ATP是能量的携带者或传递者，而不是储存者。在脊椎动物中起能量储存的是磷酸肌酸（phosphoccreatine，PC），在无脊椎
动物中是磷酸精氨酸。
ATP和其他的核苷三磷酸——GTP、UTP、CTP常称作富含能量的代谢物。它们几乎有相同的水解（或形成）的标准自由能，核苷酸之间的磷酰基团的转移的平衡常数接近1.0，所以计算物质代谢能量时，消耗的其他核苷三磷酸用等价的ATP表示。
第二节 生物氧化
一、生物氧化的概念、特点和部位
1.概念：有机物质在生物体细胞内氧化分解产生二氧化碳、水，并释放出大量能量的过程称为生物氧化（biological oxidation）。又称细胞呼吸或组织呼吸。
2.特点：生物氧化和有机物质体外燃烧在化学本质上是相同的，遵循氧化还原反应的一般规律，所耗的氧量、最终产物和释放的能量均相同。
（1）在细胞内，温和的环境中经酶催化逐步进行。 （2）能量逐步释放。一部分以热能形式散发，以维持体温，一部分以化学能形式储存供生命活动能量之需（约40%）。
（3）生物氧化生成的H2O是代谢物脱下的氢与氧结合产生，H2O也直接参与生物氧化反应；CO2由有机酸脱羧产生。
（4）生物氧化的速度由细胞自动调控。
3.部位：在真核生物细胞内，生物氧化都是在线粒体内进行，原核生物则在细胞膜上进行。
二、生物氧化的酶类和体系
1.酶类：重要的为氧化酶和脱氢酶两类，脱氢酶尤为重要。 氧化酶为含铜或铁的蛋白质，能激活分子氧，促进氧对代谢物的直接氧化，只能以氧为受氢体，生成水。重要的有细胞色素氧化酶，可使还原型氧化成氧化型，亦可将氢放出的电子传递给分子氧使其活化。心肌中含量甚多。此外还有过氧化物酶、过氧化氢酶等。
脱氢酶分需氧脱氢酶和不需氧脱氢酶。前者可激活代谢物分子中的氢，与分子氧结合，产生过氧化氢。在无分子氧时，可利用亚甲蓝为受氢体。需氧脱氢酶皆以FMA或FAD为辅酶。不需氧脱氢酶可激活代谢物分子中的氢，使脱出的氢转移给递氢体或非分子氧。一般在无氧或缺氧环境下促进代谢物氧化。大部分以NAD或NADP为辅酶。
2.体系：有不需传递体和需传递体的两种体系。
不需传递体的最简单，在微粒体、过氧化酶体及胞液中代谢物经氧化酶或需氧脱氢酶作用后脱出的氢给分子氧生成水或过氧化氢。其特点是不伴磷酸化，不生成ATP，主要与体内代谢物、药物和毒物的生物转化有关。
需传递体的最典型的是呼吸链。是在线粒体经多酶体系催化，即通过电子传递链完成，与ATP的生成相关。
三、生物氧化中二氧化碳的生成
生物氧化中CO2的生成是代谢中有机酸的脱羧反应所致。有直接脱羧和氧化脱羧两种类型。按脱羧基的位置又有α-脱羧和β-脱羧之分。请判断以下脱羧反应的类型？
四、生物氧化中水的生成 （一）呼吸链的概念和类型
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，最后与激活的氧结合生成水的全部体系，此过程与细胞呼吸
有关，所以将此传递链称为呼吸链（respiratory chain）或电子传递链（electron transfer chain）。
在呼吸链中，酶和辅酶按一定顺序排列在线粒体内膜上。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电子传递体。递氢体和电子传递体都起着传递电子的作用（2H→2H++2e）。
生物体内的呼吸链有多种型式。人体细胞线粒体内最重要的有两条，即NADH氧化呼吸链和琥珀酸氧化呼吸链。它们的初始受氢体、生成ATP的数量及应用有差别。NADH氧化呼吸链应用最广，糖、脂、蛋白质三大物质分解代谢中的脱氢氧化反应，绝大多数是通过该呼吸链来完成的。琥珀酸氧化呼吸链在Q处与上述NADH氧化呼吸链途径交汇。其脱氢黄酶只能催化某些代谢物脱氢，不能催化NADH或NADPH脱氢。
（二）呼吸链的组成
组成呼吸链的成分已发现20余种，分为5大类。 1．辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ
辅酶Ⅰ（NAD+或CoⅠ）为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。辅酶Ⅱ（NADP+或CoⅡ）为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。它们是不需氧脱氢酶的辅酶，分子中的烟酰胺部分，即维生素PP能可逆地加氢还原或脱氢氧化，是递氢体。以NAD+作为辅酶的脱氢酶占多数。
2．黄素酶
黄素酶的种类很多，辅基有2种，即FMN和FAD。FMN是NADH脱氢酶的辅基，FAD是琥珀酸脱氢酶的辅基，都是以核黄素为中心构成的，其异咯嗪环上的第1位及第5位两个氮原子能可逆地进行加氢和脱氢反应，为递氢体。
3.铁硫蛋白
分子中含有非血红素铁和对酸不稳定的硫，因而常简写为FeS形式。在线粒体内膜上，常与其他递氢体或递电子体构成复合物，复合物中的铁硫蛋白是传递电子的反应中心，亦称铁硫中心，与蛋白质的结合是通过Fe与4个半胱氨酸的S相连接。
4.泛醌（又名辅酶Q）
一类广泛分布于生物界的脂溶性醌类化合物。分子中的苯醌为接受和传递氢的核心，其C-6上带有异戊二烯为单位构成的侧链，在哺乳动物，这个长链为10个单位，故常以Q10表示。
5.细胞色素类
细胞色素（cytochrome, Cyt）是一类以铁卟啉为辅基的结合蛋白质，存在于生物细胞内，因有颜色而得名。已发现的有30多种，按吸收光谱分a、b、c三类，每类又有好多种。
Cyta和a3 结合紧，迄今尚未分开，故写成aa3，位于呼吸链的终末部位，其辅基为血红素A，传递电子的机制是以辅基中铁价的变化Fe3+ →Fe2+，a3还含有铜离子，把电子直接交给分子氧Cu+ →Cu2+，所以a3又称细胞色素氧化酶。a3中的铁原子可以与氧结合，也可以与氰化物离子（CN—）、CO等结合，这种结合一旦发生，a3便失去使氧还原的能力，电子传递中止，呼吸链阻断，导致机体不能利用氧而窒息死亡。
（三）呼吸链中传递体的顺序
呼吸链中氢和电子的传递有着严格的顺序和方向。根据氧化还原原理，氧化-还原电势E是物质对电子亲和力的量度，电极电位的高低反映电子得失的倾向，E O＇值愈低的氧还对（A/AH2）
释放电子的倾向愈大，愈容易成为还原剂而排在呼吸链的前面。所以NADH还原能力最强，氧分子的氧化能力最强。电子的自发流向是从电极电位低的物质（还原态）到电位高的氧化态，目前一致认可的是按标准氧还电位递增值依次排列。
电子由NADH的传递到氧分子通过3个大的蛋白质复合体，即 NADH脱氢酶、细胞色素bc1复合体和细胞色素氧化酶到氧（又称复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ）。电子从FADH2的传递是通过琥珀酸-辅酶Q还原酶（复合体Ⅱ）经Q、复合体Ⅲ、Ⅳ到氧（琥珀酸-辅酶Q还原酶催化的反应的自由能变化太小）。
第三节 氧化磷酸化
一、氧化磷酸化的概念和偶联部位
1.概念：氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）是指在生物氧化中伴随着ATP生成的作用。有代谢物连接的磷酸化和呼吸链连接的磷酸化两种类型。即ATP生成方式有两种。一种是代谢物脱氢后，分子内部能量重新分布，使无机磷酸酯化先形成一个高能中间代谢物，促使ADP变成ATP。这称为底物水平磷酸化。如3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸，再降解为3-磷酸甘油酸。另一种是在呼吸链电子传递过程中偶联ATP的生成。生物体内95%的ATP来自这种方式。
2.偶联部位：根据实验测定氧的消耗量与ATP的生成数之间的关系以及计算氧化还原反应中ΔGO＇和电极电位差ΔE的关系可以证明。
P/O比值是指代谢物氧化时每消耗1摩尔氧原子所消耗的无机磷原子的摩尔数，即合成ATP的摩尔数。实验表明， NADH在呼吸链被氧化为水时的P/O值约等于3，即生成3分子ATP；FADH2氧化的P/O值约等于2，即生成2分子ATP。
氧-还电势沿呼吸链的变化是每一步自由能变化的量度。根据ΔGO＇= - nFΔE O＇(n是电子传递数,F是法拉第常数)，从NADH到Q段电位差约0.36V，从Q到Cytc为0.21V，从aa3到分子氧为0.53V，计算出相应的ΔGO＇分别为69.5、40.5、102.3kJ/mol。于是普遍认为下述3个部位就是电子传递链中产生ATP的部位。 NADH→NADH脱氢酶→‖Q → 细胞色素bc1复合体→‖Cytc →aa3→‖O2
二、胞液中NADH的氧化
糖代谢中的三羧酸循环和脂肪酸β-氧化是在线粒体内生成NADH（还原当量），可立即通过电子传递链进行氧化磷酸化。在细胞的胞浆中产生的NADH ，如糖酵解生成的NADH则要通过穿梭系统（shuttle system）使NADH的氢进入线粒体内膜氧化。
（一）α-磷酸甘油穿梭作用
这种作用主要存在于脑、骨骼肌中，载体是α-磷酸甘油。 胞液中的NADH在α-磷酸甘油脱氢酶的催化下，使磷酸二羟丙酮还原为α-磷酸甘油，后者通过线粒体内膜，并被内膜上的α-磷酸甘油脱氢酶（以FAD为辅基）催化重新生成磷酸二羟丙酮和FADH2，后者进入琥珀酸氧化呼吸链。葡萄糖在这些组织中彻底氧化生成的ATP比其他组织要少，1摩尔G→36摩尔ATP。
（二）苹果酸-天冬氨酸穿梭作用
主要存在肝和心肌中。1摩尔G→38摩尔ATP
胞液中的NADH在苹果酸脱氢酶催化下，使草酰乙酸还原成苹果酸，后者借助内膜上的α-酮戊二酸载体进入线粒体，又在线
粒体内苹果酸脱氢酶的催化下重新生成草酰乙酸和NADH。NADH进入NADH氧化呼吸链，生成3分子ATP。草酰乙酸经谷草转氨酶催化生成天冬氨酸，后者再经酸性氨基酸载体转运出线粒体转变成草酰乙酸。
三、氧化磷酸化偶联机制
（一）化学渗透假说（chemiosmotic hypothesis） 1961年，英国学者Peter Mitchell提出化学渗透假说（1978年获诺贝尔化学奖），说明了电子传递释出的能量用于形成一种跨线粒体内膜的质子梯度（H+梯度），这种梯度驱动ATP的合成。这一过程概括如下：
1.NADH的氧化，其电子沿呼吸链的传递，造成H+ 被3个H+ 泵，即NADH脱氢酶、细胞色素bc1复合体和细胞色素氧化酶从线粒体基质跨过内膜泵入膜间隙。
2.H+ 泵出，在膜间隙产生一高的H+ 浓度，这不仅使膜外侧的pH较内侧低（形成pH梯度），而且使原有的外正内负的跨膜电位增高，由此形成的电化学质子梯度成为质子动力，是H+ 的化学梯度和膜电势的总和。
3.H+ 通过ATP合酶流回到线粒体基质，质子动力驱动ATP合酶合成ATP。
（二）ATP合酶
ATP合酶由两部分组成（Fo-F1），球状的头部F1突向基质液，水溶性。亚单位Fo埋在内膜的底部，是疏水性蛋白，构成H+ 通道。在生理条件下，H+ 只能从膜外侧流向基质，通道的开关受柄部某种蛋白质的调节。
四、影响氧化磷酸化的因素 （一）抑制剂
能阻断呼吸链某一部位电子传递的物质称为呼吸链抑制剂。 鱼藤酮、安密妥在NADH脱氢酶处抑制电子传递，阻断NADH的氧化，但FADH2的氧化仍然能进行。
抗霉素A抑制电子在细胞色素bc1复合体处的传递。 氰化物、CO、叠氮化物（N3-）抑制细胞色素氧化酶。 对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用的物质称氧化磷酸化抑制剂，如寡霉素。
（二）解偶联剂
2，4-二硝基苯酚（DNP）和颉氨霉素可解除氧化和磷酸化的偶联过程，使电子传递照常进行而不生成ATP。DNP的作用机制是作为H+的载体将其运回线粒体内部，破坏质子梯度的形成。由电子传递产生的能量以热被释出。
（三）ADP的调节作用
正常机体氧化磷酸化的速率主要受ADP水平的调节，只有ADP被磷酸化形成ATP，电子才通过呼吸链流向氧。如果提供ADP，随着ADP的浓度下降，电子传递进行，ATP在合成，但电子传递随ADP浓度的下降而减缓。此过程称为呼吸控制，这保证电子流只在需要ATP合成时发生。
第五章 糖代谢
教学目标：
1.掌握糖类的结构、生理功能和酶促降解有关酶类。 2.掌握糖酵解、有氧氧化的基本过程、限速酶、ATP的生成、生理意义与调节。
3.了解磷酸戊糖途径的基本过程、生理意义。
4.熟悉糖的合成反应基本过程,掌握糖异生的概念与反应过程、关键酶、生理意义及调节。
导入：糖是自然界分布广泛，数量最多的有机化合物。尤以植物含量最多，约为85%~95%。糖在生命活动中主要作用是提供能量和碳源。人体所需能量的50%~70%来自于糖。食物中的糖类主要是淀粉，被机体消化成其基本组成单位葡萄糖后，以主动的方式被吸收入血。本章重点讨论葡萄糖在机体内的代谢。
第一节 概论
一、糖类的结构与功能 1.糖类的结构
糖定义为多羟基醛、酮及其缩聚物和某些衍生物。有单糖、寡糖、多糖和复合糖类。
单糖是糖结构的单体，可用一个经验公式（CH2O）n 表示。一般分为醛糖和酮糖两类。最简单的三碳糖是甘油醛和二羟基丙酮。醛糖中氧化数最高的碳原子指定为C-1，酮糖中氧化数最高的碳原子指定为C-2，除最简单的二羟丙酮外，都是手性分子。醛糖中手性碳的数目为n-2，异构体的数目为2n-2。
糖的构型有D型和L型。D型糖是指具有最高编号的手性碳，即离羰基碳最远的手性碳连接的- OH在Fischer投影式中是朝向右的。
醛糖和酮糖可以形成环式的半缩醛。有5员环或6员环结构，称为呋喃糖或吡喃糖。环化单糖中氧化数最高的碳原子称异头碳，是手性碳，又有α 、β两个新异构体（称为异头物）。在溶液中，有能力形成环结构的醛糖和酮糖，它们不同的环式和开链式处于平衡中。
单糖存在不同的构象。对于每个吡喃糖，都存在6种不同的船式构象和2种不同的椅式构象。在椅式构象中可以使环内原子的立体排斥减到最小，所以椅式构象比船式更稳定。
单糖可以通过糖苷键形成寡糖和多糖。最常见的糖苷键是α-1，4和β-1，4，另一种糖苷键α-1，6出现在支链淀粉和糖原分子中。4种重要的双糖有麦芽糖（α-1，4）、纤维二糖（β-1，4）、乳糖和蔗糖。乳糖是纤维二糖的差向异构体，是奶中的主要糖分。许多植物可合成蔗糖，它是自然界中发现的最丰富的糖（无还原性和变旋现象）。
淀粉、糖原是葡萄糖的同多糖。淀粉是植物和真菌中的储存多糖，糖原是在动物和细菌中发现的储存多糖。纤维素和几丁质是结构同多糖。
直链淀粉含α-1，4糖苷键，支链淀粉和糖原中除含α-1，4糖苷键外，在分支点上还有α-1，6糖苷键。糖原分子一般比淀粉分子大，分支多，但侧链含有的葡萄糖残基较少。纤维素中的葡萄糖残基通过β-1，4糖苷键连接。几丁质的单糖单位是β-1，4糖苷键连接的N-乙酰葡萄糖胺。
单糖和大多数多糖是还原糖。都含有一个可反应的羰基，容易被较弱的氧化剂（如Fe3+或Cu2+）氧化。一个糖聚合物的还原能力，根据寡糖和多糖的聚合链的还原端和非还原端判断，在一个线形的聚合糖中，有一个还原端残基（含游离异头碳的残基）
和一个非还原端残基。一个带支链的多糖含有很多非还原端，但只有一个还原端。
2.糖的生理功能
1摩尔的葡萄糖完全氧化为CO2和H2O可释放2840kJ（679kcal）的能量，其中约40%转移至ATP，供机体生理活动能量之需。糖类代谢的中间产物可为氨基酸、核苷酸、脂肪酸、类固醇的合成提供碳原子或碳骨架。如糖的磷酸衍生物可以形成许多重要的生物活性物质，如NAD+、FAD、ATP等。
糖决定了人的血型，一个血球细胞的表面有50万个糖蛋白分子。糖是细胞膜上“受体”分子的组成部分，是细胞识别、信息传递的参与者。由于单糖有异构物、异头物和多羟基等特点，可以形成种类繁多的不同结构，以致糖链的生物信息容量超过肽链和多核苷酸链。
二、多糖和低聚糖的酶促降解
糖代谢指糖在生物体内的分解与合成。是研究最早，代谢途径了解最祥细的。分解代谢包括多糖和低聚糖的酶促降解和单糖的氧化放能过程。合成代谢指绿色植物和光合微生物的光合作用合成葡萄糖，进而合成淀粉。对于人和动物来说，则是利用葡萄糖合成糖原或利用非糖物转化为糖。
多糖和低聚糖在被生物体利用之前必须水解成单糖。 1.淀粉（或糖原）的酶促降解
人类食物中的糖主要有淀粉、糖原、麦芽糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖、果糖及纤维素等，一般以淀粉为主。水解淀粉和糖原的酶有α、β淀粉酶（只表示两种酶，不表示任何构型关系）。α-淀粉酶主要存在于动物体（唾液和胰液中），β-淀粉酶主要存在于植物种子和块根内。它们均作用于α-1，4糖苷键，但后者只能从非还原端水解。水解产物是麦芽糖。水解淀粉中α-1，6糖苷键的酶是α-1，6糖苷键酶，如植物中的R-酶和小肠粘膜的α-糊精酶。小肠粘膜细胞还有寡糖酶和双糖酶，如麦芽糖酶、乳糖酶、蔗糖酶等，属于糖苷酶类。
淀粉和糖原在细胞内的降解是经磷酸化酶的磷酸解作用生成葡糖-1-磷酸，再经葡聚糖转移酶和糖原脱支酶除去α-1，6分支，产生的G-1-P由磷酸葡萄糖变位酶转化为G-6-P。G-6-P的命运决定于组织，肝脏含G-6-P酶，使其转化为G，葡萄糖是血糖的主要来源，正常人在安静空腹（停食12～14h）状态下，血糖浓度是较恒定的，一般在4.4～6.7mmol/L之间，所以肝糖原用于维持血糖水平。而肌肉组织不含G-6-P酶，肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。
2.纤维素的酶促降解
人的消化道无水解纤维素的酶 ( 细菌、真菌、放线菌、原生动物等能产生纤维素酶及纤维二糖酶，水解纤维素成葡萄糖 )，但纤维素促进肠道蠕动，有防止便秘的功用。
第二节 糖的分解代谢
一、糖的分解特点和途径
1.糖的分解在有氧和无氧下均可进行,无氧分解不彻底，有氧分解是其继续,最终分解产物是CO2、H2O和能量。
2.糖的分解先要活化，无氧下的分解以磷酸化方式活化；有氧下，以酰基化为主。
3.在动物和人体内，糖的分解途径主要有3条：糖酵解（葡
王镜岩生物化学笔记（整理版）
