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第一章 代谢总论

见书上 19 、 20 章. 第一节 概述 第二节 生物能学 第三节 高能化合物. 第一章 代谢总论. 1 －概述（ P 1-20 ）. 第一节 概述. 了解代谢的全貌 , 了解糖、脂、蛋白质共同的代谢中枢途径. 一、概念 二、代谢特点 三、代谢研究方法. 代谢 （ metabolism) ： 新陈代谢 狭义：生物体活细胞中所有 化学 变化的总称。每一变化均由 酶 催化。 广义：生物体与环境之间的物质和能量交换。 中间代谢 ： 代谢中一系列 酶促反应 。 代谢物 ： 代谢反应中任一反应物、中间代谢物或产物 .

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第一章 代谢总论

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Presentation Transcript

  1. 见书上19、20章 第一节 概述 第二节 生物能学 第三节 高能化合物 第一章 代谢总论

  2. 1－概述（P1-20） 第一节 概述 了解代谢的全貌,了解糖、脂、蛋白质共同的代谢中枢途径 一、概念 二、代谢特点 三、代谢研究方法

  3. 代谢（metabolism)：新陈代谢 狭义：生物体活细胞中所有化学变化的总称。每一变化均由酶催化。 广义：生物体与环境之间的物质和能量交换。 中间代谢：代谢中一系列酶促反应。 代谢物：代谢反应中任一反应物、中间代谢物或产物. 代谢组：在某一时刻细胞内所有代谢物的集合. 代谢组学：是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的，研究代谢组的一门学科。 代谢途径：一系列有序的反应通常称为一个途径。 有三种形式（图示） 1－概述－概念 一、 相关的概念

  4. 物质代谢：即生命物质的降解和建成，又分为分解代谢和合成代谢。它与能量代谢紧密偶联、互成因果物质代谢：即生命物质的降解和建成，又分为分解代谢和合成代谢。它与能量代谢紧密偶联、互成因果 合成代谢：由小分子合成生物大分子的过程。 耗能、还原；阶段性和趋异性；营养依赖性 分解代谢：将生物大分子分解成小分子的过程。 放能、氧化；阶段性和趋同性 能量代谢：生物体的合成代谢及分解代谢过程中伴随着能量的变化

  5. 1－概述－概念 代谢的概念及内涵 小分子 大分子 合成代谢（同化作用） 需要能量 释放能量 分解代谢（异化作用） 大分子 小分子 能量代谢 物质代谢 新陈代谢

  6. 1、严格的细胞内定位 2、特异的酶促反应 3、共同的代谢间关联 4、严谨的反应顺序 5、高效率的调控机构：分子水平、细胞水平、整体水平 1－概述－代谢特点 二、代谢特点：

  7. 体内与体外实验： 1.在活体内（in vivo）： 生物体内：动物实验、组织细胞培养等。 2.在体外（in vitro)： 在试管内进行：细胞切片、匀浆液、提 取液等。 1－概述－代谢研究方法 三、 代谢研究方法

  8. 整体方法 纯化合物 排泄物的化学分析 典型案例 脂肪酸的β氧化

  9. 组织提取法 典型例子 糖代谢、生物氧化等等 各类组织细胞 各种破碎方法 碎片置于试管中 向该试管中加入纯化合物（如葡萄糖）分析各类代谢中间产物及酶，逻辑推断。

  10. 放射性同位素： 原子量不同，衰变中有射线辐射的同位素。 常用的有：氚（3H）、14C、32P、34S、131I等 1－概述－代谢研究方法 （一）、同位素示踪法： • 仪器： 放射自显影、脉冲探测仪、γ-计数器、液体闪烁计数器等。 • 特点： 特异性强、灵敏度高、方法简便。注意个人防护。

  11. γ β 高能化合物 ATP 同位素示踪法 细胞内P32迅速被无放射性的P代替，并传递给其它物质，这意味着什么？

  12. 用抗代谢物或酶抑制剂阻抑中间代谢的某一环节，使中间物积累，便于分析和推测代谢情况。 1－概述－代谢研究方法 （二）酶抑制剂使用法 （三）气体测量法 研究包含气体变化的代谢。 常用仪器： 瓦氏呼吸仪。

  13. 1－概述－代谢研究方法 （四）利用遗传欠缺症 （五）核磁共振波谱法 测定特殊同位素1H、13C、31P、15N的核自旋，

  14. 一、热力学定律 生物化学反应与普通的化学反应一样,也服从热力学的规律。 热力学第一定律：能量守恒定律 热力学第二定律：熵定律 2－生物能 第二节 生物能学简介 熟悉标准自由能变化以及ΔG°ˊ计算

  15. 1、自由能（Gibbs，G）的概念： 生物体（恒温恒压下）用以作功的能或生物氧化所提供的能。 自由能是生物化学中主要的热力学函数。 ΔG（自由能变）表示产物和反应物自由能之间的差值. ΔG =G产物－G反应物 物理意义：－ΔＧ＝Ｗ*(体系中能对环境作功的能量) 意义：用来判断机体内某一过程能否自发进行； 利用自由能这个函数来计算反应的其它有用参数。 2－生物能-自由能 二、自由能及应用

  16. ΔG与反应途径、反应机理无关。任何反应，当：ΔG与反应途径、反应机理无关。任何反应，当： ΔG＜0 反应可自发进行，为放能不可逆反应； ΔG ＞0反应不能自发进行，为吸能反应； ΔG ＝0 体系处于平衡状态，反应可逆。 2－生物能-自由能 2、自由能和化学反应的关系

  17. 2－生物能－自由能 3、自由能的变化和平衡常数的关系 假设有一个化学反应式：aA + bB = cC + dD ΔG=ΔG°+ RTlnQc ΔG°（标准自由能变）—标准条件（T=298OK,大气压为1atm,反应物和生成物浓度为1mol/L）下，化学反应自由能的变化。 ΔG（自由能变） —某一化学反应随参加化学反应物质的浓度、发生化学反应的pH和温度而改变的自由能变化。 Qc - 浓度商： ΔG和ΔG°是两个不同的值，自发进行的反应中ΔG总是负值，而ΔG°可正可负或为零。对活细胞中的不可逆反应ΔG不仅是负值，而且其绝对值数值应当很大。 代谢途径中的调控部位一般都是代谢中的不可逆反应，催化这些反应的酶都受到某种方式的调控。

  18. 2－生物能-自由能 生物化学反应（恒温恒压下）中： ΔG=ΔG°′+ RTlnQc 式中：ΔG°′= - RTlnK’eq ΔG°′ —标准条件（T=298OK,大气压为1atm,反应物和生成物浓度为1mol/L,pH=7.0）下，化学反应自由能的变化。 R:气体常数 R＝1.98×10－3 Kcal/mol 或R＝8.31×10－3 KJ/mol T为绝对温度 K’eq - 平衡常数： 例题 练习

  19. 2－生物能-自由能 3、ΔG°′的可加性 在偶联的化学反应中，各反应的标准自由能变化是可以相加的：例： A = B+C ΔG°′= + 20.92 KJ/mol B = D ΔG°′= - 33.47 KJ/mol 则A = C + D ΔG°′= - 12.55 KJ/mol 该规则表明一个在热力学上不利的反应，可以与热力学有利的反应偶联进行，即不利的反应可以被热力学有利的反应所驱动而进行

  20. 2－生物能-自由能 4、能量学用于生物化学反应中的一些规定 （1)、在稀的水溶液系统中，如果有水作为反应物或产物时，水的浓度（近似的即活度）为1.0。 (2)、生物体标准状况的pH规定为7.0。 (3)、ΔG°’是 pH为7.0时的标准状况下的的标准自由能。 (4)、根据国际单位制，热和能量的单位用焦耳/摩尔(J/mol)或KJ/mol。

  21. 3－高能化合物 第三节 高能化合物 熟悉生物体内的高能化合物 生化反应中，在水解时或基团转移反应中可释放出大量自由能（>5千卡或21千焦/摩尔，即△G < -5千卡/mol）的化合物称为高能化合物。 生物体内的放能反应与吸能反应偶联，最基本的形式是通过高能化合物实现的

  22. 1、磷氧键型：如ATP等 2、氮磷键型：如磷酸肌酸等 3、硫酯键型：如脂酰CoA等 4、甲硫键型：S-腺苷甲硫氨酸 3－高能化合物－类型 一、高能化合物的类型

  23. 3－高能化合物－类型 O O O O - O P C O - - O C H C O P O 3 C H O H O - O - O C H O P 2 - O 1、磷氧键型（—O～P) (1)酰基磷酸化合物 乙酰磷酸 3-磷酸甘油酸磷酸 -10.1千卡/摩尔 -11.8千卡/摩尔

  24. 3－高能化合物－类型 酰基腺苷酸 氨甲酰磷酸 氨酰基腺苷酸

  25. 3－高能化合物－类型 （2）焦磷酸化合物 焦磷酸 ATP（三磷酸腺苷） -7.3千卡/摩尔

  26. 3－高能化合物－类型 （3）烯醇式磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸 -14.8千卡/摩尔

  27. 3－高能化合物－类型 2、 氮磷键型 磷酸精氨酸 磷酸肌酸 -10.3千卡/摩尔 -7.7千卡/摩尔 这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。

  28. 3－高能化合物－类型 3、硫酯键型 酰基辅酶A 腺苷-5’-磷酸硫酸

  29. 3－高能化合物－类型 4、甲硫键型 S-腺苷甲硫氨酸

  30. 3－高能化合物－ATP + + + 腺嘌呤—核糖— O — P — O — P — O — P — O- O- O- O- Mg2+ O O O 二、ATP 1、 在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-），具有较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很大（如ΔG°′=-30.5千焦/摩尔）。 ATP4- + H2O ＝ ADP3- + Pi2- + H+ ΔG°’＝-30.5kJ.mol-1

  31. 3－高能化合物－ATP ATP的高能磷酸键

  32. 3－高能化合物－ATP 磷酸烯醇式丙酮酸 14 12 磷酸基团转移能 磷酸肌酸（磷酸基团储备物） ～P 10 3-磷酸甘油酸磷酸 ～P ～P 8 ATP ～P 6 ～P 6-磷酸葡萄糖 4 2 3-磷酸甘油 0 2、ATP在能量转运中地位 ★ ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体★ATP是细胞内的“能量通货”

  33. 作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需的能量；作为能量载体，提供合成代谢或分解代谢初始阶段所需的能量； 3－高能化合物－ATP G+ATP → G-6-P+ADP 脂酸+CoA+ATP →脂酰CoA+AMP+PPi 氨基酸+ATP →氨基酰~AMP+PPi • 供给机体生命活动所需的能量； 例如：一个静卧的人24小时内消耗约40公斤ATP。

  34. ATP+H2O AMP+PPi ΔG0 ’=-7.7(Kcal/mol)=-32.19(KJ/mol) -61.028 KJ/mol • PPi +H2O 2Pi ΔG0 ’=-6.9(Kcal/mol)=-28.842(KJ/mol) 意义：萤火虫发光物质的形成：由ATP降解为AMP+PPi来提供腺苷酸；为一些接近平衡的反应提供驱动力： ATP+RCOOH+CoA-SH AMP+PPi+RCO－CoA ΔG0 ’=0.2(Kcal/mol)=0.836(KJ/mol)

  35. 化学能转化为机械能

  36. 3－高能化合物－ATP • 将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸形式储存。

  37. [ATP]+1/2[ADP] [ATP]+[ADP]+[AMP] 3、能荷 • ATP是生命活动中能量的主要直接供体，因此ATP不断产生又不断消耗， ATP、ADP和AMP的转换率非常高。但他们在机体内总能保持相应的平衡状态，以适应细胞对能量的需求。 • 细胞所处的能量状态用ATP、 ADP和AMP之间的关系式来表示，称为能荷，公式如下： • 能荷= 腺苷酸库

  38. 能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的ATP全部转变为AMP时能荷值为0，当AMP全部转变为ATP时，能荷值为1。能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的ATP全部转变为AMP时能荷值为0，当AMP全部转变为ATP时，能荷值为1。 • 高能荷抑制ATP的生成，促进ATP的应用，即促进机体内的合成代谢。 • 大多数细胞的能荷处于0.8-0.95之间。说明细胞内ATP的产生和利用都处于一个相对稳定的状态。（同位素实验）

  39. 新陈代谢的概念： 合成代谢、分解代谢、 物质代谢、能量代谢、代谢物 生物能学： ΔG 、ΔG0’的计算 主要的高能化合物 本 章 重 点

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