生物化學(xué)II

楊廣笑生物化學(xué)II1代謝總論GeneralIntroductiontoMetabolism代謝總論GeneralIntroductionto2

新陳代謝簡(jiǎn)稱代謝(metabolism)是指生物體與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的過(guò)程，也是活細(xì)胞內(nèi)所有化學(xué)變化的總稱。包括兩種代謝作用:

一、新陳代謝的概念分解代謝（catabolism),也稱異化作用(disassimilation)

合成代謝（anabolism),也稱同化作用（assimilation） 每種代謝作用都包含兩個(gè)方面：物質(zhì)代謝（substancemetabolism）:物質(zhì)的合成與分解能量代謝（energeticmetabolism）:能量的轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和釋放

生長(zhǎng)旺盛時(shí)：合成代謝

分解代謝 成長(zhǎng)的生物：合成代謝

分解代謝 衰老或饑餓：合成代謝

分解代謝 新陳代謝簡(jiǎn)稱代謝(metabolism)是指生物體與周圍環(huán)3

生物體內(nèi)酶催化的化學(xué)反應(yīng)是連續(xù)的，前一種酶作用的產(chǎn)物往往是后一種酶作用的底物，這種在代謝過(guò)程中連續(xù)轉(zhuǎn)變的酶促反應(yīng)產(chǎn)物統(tǒng)稱為中間產(chǎn)物（metabolicintermediates)或簡(jiǎn)稱代謝物（metabolites)。新陳代謝途徑中的個(gè)別步驟稱中間代謝(intermediarymetabolism)。

主要謝途徑（centralmetabolicpathway)生物體內(nèi)酶催化的化學(xué)反應(yīng)是連續(xù)的，前一種酶作用的產(chǎn)物4二、代謝作用的特點(diǎn)

1.代謝過(guò)程所包含的化學(xué)反應(yīng)通常不是一步完成，由一系列的中間代謝過(guò)程所組成，反應(yīng)數(shù)目雖多，但有極強(qiáng)的順序性。2.代謝作用需要溫和的條件，絕大多數(shù)反應(yīng)都由酶所催化,代謝過(guò)程中連續(xù)轉(zhuǎn)變的酶促產(chǎn)物稱代謝物。 3．代謝作用具有高度靈敏的自我調(diào)節(jié)。整體水平:主要靠激素或激素伴同神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行的綜合調(diào)節(jié)。細(xì)胞水平:主要通過(guò)胞內(nèi)酶布局的區(qū)域化而實(shí)現(xiàn)分子水平:主要通過(guò)酶的反饋抑制和基因表達(dá)的調(diào)控等實(shí)現(xiàn)二、代謝作用的特點(diǎn)1.代謝過(guò)程所包含的化學(xué)反應(yīng)通5三、代謝作用中的能量關(guān)系

分解代謝:是代謝作用的分解過(guò)程，有機(jī)物（糖、脂和蛋白質(zhì)）被轉(zhuǎn)化為更小、更簡(jiǎn)單的終產(chǎn)物（如乳酸、CO2和NH3等），分解代謝釋放能量，部分被轉(zhuǎn)化為ATP和還原的電子載體（NADH、NADPH和FADH2），其余的作為熱量散失。合成代謝:也稱生物合成，小、簡(jiǎn)單的前體物質(zhì)形成更大、更復(fù)雜的分子，如脂、多糖、蛋白質(zhì)和核酸等，合成代謝需要能量的輸入，通常需要ATP分子磷酸酯鍵的轉(zhuǎn)移和還原力（NADH、NADPH和FADH2）。三、代謝作用中的能量關(guān)系分解代謝:是代謝6根據(jù)生物由環(huán)境中獲得碳的化學(xué)形式，生物可分為兩大類型：自養(yǎng)生物(Autotrophs)：可利用大氣中的CO2作為惟一碳源構(gòu)建所有含碳分子，如光合細(xì)菌和高等植物。 異養(yǎng)生物(Heterotrophs)：不能利用大氣中的CO2，必須從環(huán)境中獲得相對(duì)復(fù)雜的有機(jī)碳分子如葡萄糖，如高等動(dòng)物和多數(shù)微生物。根據(jù)生物由環(huán)境中獲得碳的化學(xué)形式，生物可分為兩大類型7許多自養(yǎng)生物可進(jìn)行光合作用，利用太陽(yáng)能作為能量來(lái)源，而異養(yǎng)生物通過(guò)分解自養(yǎng)生物產(chǎn)生的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物獲得能量。 生物圈中自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物生活在一起，自養(yǎng)生物利用空氣中的CO2建造自己的有機(jī)生物分子，有些還分解水產(chǎn)生O2；反過(guò)來(lái)異養(yǎng)生物利用這些有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，把CO2排放到大氣中去，有些在氧化反應(yīng)中消耗O2產(chǎn)生水。其中C、O2和H2O在自養(yǎng)和異養(yǎng)間不斷循環(huán)，太陽(yáng)能是其中的驅(qū)動(dòng)力。許多自養(yǎng)生物可進(jìn)行光合作用，利用太陽(yáng)能作為8太陽(yáng)是地球上所有生物最根本的能量來(lái)源太陽(yáng)是地球上所有生物最根本的能量來(lái)源9代謝總貌代謝總貌10ATP起捕獲和貯存能量的作用能量傳遞系統(tǒng)：ATP,ADP，無(wú)機(jī)磷以ATP形式貯存的能量有以下作用：

（1）提供生物合成所需能量（2）機(jī)體活動(dòng)及肌肉收縮所需能量（3）營(yíng)養(yǎng)物跨膜運(yùn)輸所需能量（4）DNA,RNA，蛋白質(zhì)等合成中，保證基因信息正確傳遞。ATP起捕獲和貯存能量的作用（1）提供生物合成所需能量11由分解代謝釋放出的化學(xué)能，除合成ATP外，還以氫原子和電子的形式供給生物合成的需能反應(yīng)，其中，輔酶Ⅰ（NAD）、輔酶Ⅱ（NADP）、FMN和FAD在這一過(guò)程中起重要作用。由分解代謝釋放出的化學(xué)能，除合成ATP12RR=H：NADR=-PO3：NADP輔酶Ⅰ、輔酶ⅡRRR=H：NAD輔酶Ⅰ、輔酶ⅡR13FMN和FADFMN和FAD14代謝總論生物能學(xué)ppt課件15輔酶A（CoA）在能量代謝中的作用乙酰Co-A形成的硫酯鍵和ATP的高能磷酸鍵相似，水解時(shí)可釋放出大量自由能。許多代謝的終產(chǎn)物都能形成乙酰Co-A?！獵H3C～SCoAO輔酶A（CoA）在能量代謝中的作用乙酰Co-A形成16輔酶A輔酶A17四、代謝中常見(jiàn)的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)制

基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)氧化-還原反應(yīng)消除、異構(gòu)化和重排反應(yīng)碳-碳鍵的形成與斷裂反應(yīng)四、代謝中常見(jiàn)的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)制基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)氧化-還原反應(yīng)18

代謝研究所指的活細(xì)胞是一種概括的說(shuō)法，既來(lái)自于單細(xì)胞、也來(lái)自于多細(xì)胞生物、還包括病毒和噬菌體等。代謝研究主要是對(duì)中間代謝的研究?？梢栽诓煌乃缴线M(jìn)行，用生物整體的研究稱體內(nèi)研究，用invivo表示，用組織切片、勻漿、提取液作為材料的研究體稱外研究，用invitro表示。五、代謝研究的方法代謝研究所指的活細(xì)胞是一種概括的說(shuō)法，既來(lái)自于191、酶抑制劑的應(yīng)用代謝研究主要方法：2、同位素示蹤法3、氣體測(cè)量法4、核磁共振波譜法5、利用遺傳缺陷癥研究代謝途徑1、酶抑制劑的應(yīng)用代謝研究主要方法：2、同位素示蹤法3、氣體20酪氨酸氧化酶尿黑酸氧化酶酪氨酸氧化酶尿黑酸氧化酶21生物能學(xué)

(Bioenergetics)生物能學(xué)

(Bioenergetics)22一、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念1.體系、環(huán)境、狀態(tài)2.能的兩種主要形式—熱與功3.內(nèi)能(internalenergy)、焓(enthalpy)和熱力學(xué)第一定律內(nèi)能:U(E)焓變：H=U+PV,熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律，U=Q-W

生物化學(xué)中近似恒壓恒容，所以：H≈U4.熱力學(xué)第二定律和熵(entropy)熱的傳導(dǎo)只能由高溫物體傳至低溫物體。熵—S,熵變—S體系吸熱體系做功一、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念1.體系、環(huán)境、狀態(tài)2.能的23二、自由能（freeenergy）

在溫度和壓力不變時(shí)：－ΔＧ＝Ｗ*(體系中能對(duì)環(huán)境作功的能量)自由能的變化能預(yù)示某一過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行，即：ΔG<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行ΔG>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行ΔG=0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。

自由能的概念對(duì)于研究生物化學(xué)過(guò)程的能力學(xué)具有很重要的意義，生物體用于作功的能量正是體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的自由能，生物氧化釋放的能量也正是為有機(jī)體利用的自由能。它不僅可以用來(lái)判斷機(jī)體內(nèi)某一過(guò)程能否自發(fā)進(jìn)行，而且還可以利用自由能這個(gè)函數(shù)來(lái)計(jì)算反應(yīng)的其它有用參數(shù)。二、自由能（freeenergy）在溫度和壓力不變時(shí)：24

G，

G

，

G

對(duì)于化學(xué)反應(yīng)：A+B

C+D標(biāo)準(zhǔn)自由能改變：（反應(yīng)到平衡時(shí)

G=0）

G=

G

+RTln[生成物]/[反應(yīng)物]反應(yīng)達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)

G=0

G=

G

+RTlnK平

G

=-RTlnK平生化標(biāo)準(zhǔn)自由能改變：pH=7

G

=-RTlnK平

單位：J/mol或kJ/mol三、化學(xué)反應(yīng)中自由能的變化G，G，G三、化學(xué)反應(yīng)中自25計(jì)算磷酸葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)的自由能變化

達(dá)平衡時(shí)=Keq=19解：ΔG0′=-RTlnKeq=-2.303

8.314

311

log19=-7.6KJ.mol-1ΔG′=ΔG0′+RTln[生成物]/[反應(yīng)物]=-7.6+2.303

8.314

311

log0.1=-13.6KJ.MOL-1未達(dá)平衡時(shí)=0.1反應(yīng)G-1-PG-6-P在380C達(dá)到平衡時(shí)，G-1-P占5%，G-6-P占95%，求ΔG0

。如果反應(yīng)未達(dá)到平衡，設(shè)[G-1-P]=0.01mol.L，[G-6-P]=0.001mol.L，求反應(yīng)的ΔG′是多少？例題：計(jì)算磷酸葡萄糖異構(gòu)酶反應(yīng)的自由能變化

達(dá)平衡時(shí)26四、高能化合物

生化反應(yīng)中，在水解時(shí)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)中可釋放出大量自由能（>21千焦/摩爾）的化合物稱為高能化合物。1）磷氧鍵型：ATP、氨甲酰磷酸2）氮磷鍵型：磷酸肌酸3）硫酯鍵型：酰基CoA4）甲硫鍵型：S-腺苷甲硫氨酸四、高能化合物生化反應(yīng)中，在水解時(shí)或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)中可釋27高能化合物類型硫酯鍵型甲硫鍵性高能化合物類型硫酯鍵型28ATP的特點(diǎn)

在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個(gè)磷酸基團(tuán)完全解離成帶4個(gè)負(fù)電荷的離子形式（ATP4-），具有較大勢(shì)能，加之水解產(chǎn)物穩(wěn)定，因而水解自由能很大（ΔG°′=-30.5千焦/摩爾）。腺嘌呤—核糖—O—P—O~P—O~P—O-OOOO-O-O-abgMg2+ATP的特點(diǎn)

在pH=7環(huán)境中，ATP分子中的三個(gè)磷29ATP在能量轉(zhuǎn)運(yùn)中地位和作用

ATP的水解

G

位于細(xì)胞磷酸化合物之中間位置,ATP是細(xì)胞內(nèi)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的中間載體

～P～P～P～PATP～P02108641214磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移能磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油酸磷酸磷酸肌酸（磷酸基團(tuán)儲(chǔ)備