第19章代謝總論

1、第第19章章 代謝總論代謝總論一、有關(guān)概念一、有關(guān)概念二、新陳代謝的特點(diǎn)與調(diào)節(jié)二、新陳代謝的特點(diǎn)與調(diào)節(jié)三、新陳代謝的研究方法三、新陳代謝的研究方法四、生物體內(nèi)能量代謝四、生物體內(nèi)能量代謝一、有關(guān)概念一、有關(guān)概念1.新陳代謝新陳代謝(代謝代謝 metabolism ) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)所經(jīng)歷的一切化學(xué)變化的總稱。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生物體內(nèi)所經(jīng)歷的一切化學(xué)變化的總稱。 實(shí)質(zhì)是：實(shí)質(zhì)是：錯(cuò)綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)相互配合，彼此協(xié)調(diào)，對(duì)周錯(cuò)綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)相互配合，彼此協(xié)調(diào)，對(duì)周圍環(huán)境高度適應(yīng)的一個(gè)有規(guī)律的總過(guò)程。圍環(huán)境高度適應(yīng)的一個(gè)有規(guī)律的總過(guò)程。生物大分子生物大分子 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 多糖多糖 脂類脂類結(jié)構(gòu)元件分子

2、結(jié)構(gòu)元件分子 氨基羧葡萄糖氨基羧葡萄糖 甘油甘油 + + 脂肪酸脂肪酸共同降解產(chǎn)物共同降解產(chǎn)物 乙酰輔酶乙酰輔酶a終產(chǎn)物簡(jiǎn)單小分子終產(chǎn)物簡(jiǎn)單小分子 nh3 h2o co2 分解代謝與合成代謝分解代謝與合成代謝新陳代謝新陳代謝 合成代謝合成代謝（同化作用）（同化作用） 分解代謝分解代謝（異化作用）（異化作用）生物小分子合成為生生物小分子合成為生物大分子物大分子需要能量需要能量釋放能量釋放能量生物大分子分解為生物大分子分解為生物小分子生物小分子能量能量代謝代謝物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝能量代謝在新陳代謝中的重要地位能量代謝在新陳代謝中的重要地位 生物能流：化學(xué)能化學(xué)能呼吸呼吸作用作用能量通貨能量通貨損損 失

3、：失：熱、熵?zé)帷㈧毓夂瞎夂献饔米饔锰?yáng)太陽(yáng) 光能光能化學(xué)能化學(xué)能滲透能滲透能電能電能機(jī)械能機(jī)械能熱能熱能co2+h2o 有機(jī)物有機(jī)物atp 同一種物質(zhì)，分解代謝和合成代謝途徑一般是不同。同一種物質(zhì)，分解代謝和合成代謝途徑一般是不同。使代謝增加了靈活性和應(yīng)變能力。使代謝增加了靈活性和應(yīng)變能力。 其過(guò)程是高度協(xié)調(diào)、高度整合。其過(guò)程是高度協(xié)調(diào)、高度整合。2.2.代謝過(guò)程代謝過(guò)程：消化吸收、中間代謝及代謝產(chǎn)物的排泄。：消化吸收、中間代謝及代謝產(chǎn)物的排泄。 ( (底物、中間產(chǎn)物底物、中間產(chǎn)物( (代謝物代謝物 ) )和最終產(chǎn)物和最終產(chǎn)物) )3.3.主要代謝途徑主要代謝途徑 具有共同規(guī)律的途徑，在生物界

4、具有相當(dāng)普遍性。具有共同規(guī)律的途徑，在生物界具有相當(dāng)普遍性。4.4.新陳代謝的功能：新陳代謝的功能：獲得營(yíng)養(yǎng)；轉(zhuǎn)變?yōu)樵?；組成大分獲得營(yíng)養(yǎng)；轉(zhuǎn)變?yōu)樵?；組成大分子；形成或分解生物分子；提供所需能量。子；形成或分解生物分子；提供所需能量。1.特點(diǎn)特點(diǎn) 在溫和條件下進(jìn)行在溫和條件下進(jìn)行( (由酶催化由酶催化) )； 步驟繁多、彼此協(xié)調(diào)，逐步進(jìn)行，有嚴(yán)格順序性；步驟繁多、彼此協(xié)調(diào)，逐步進(jìn)行，有嚴(yán)格順序性； 各代謝途徑相互交接，形成物質(zhì)與能量的網(wǎng)絡(luò)化交流系統(tǒng)。各代謝途徑相互交接，形成物質(zhì)與能量的網(wǎng)絡(luò)化交流系統(tǒng)。 精密的調(diào)控機(jī)制保證機(jī)體最經(jīng)濟(jì)地利用物質(zhì)和能量。精密的調(diào)控機(jī)制保證機(jī)體最經(jīng)濟(jì)地利用物質(zhì)和能量

5、。 各代謝途徑之間存在許多重復(fù)出現(xiàn)的基元各代謝途徑之間存在許多重復(fù)出現(xiàn)的基元( (通用活化載體通用活化載體) )2.新陳代謝的調(diào)節(jié)新陳代謝的調(diào)節(jié)分子水平、細(xì)胞水平和整體水平?；虮磉_(dá)的調(diào)控。分子水平、細(xì)胞水平和整體水平。基因表達(dá)的調(diào)控。 主要有三個(gè)環(huán)節(jié)主要有三個(gè)環(huán)節(jié)： 酶含量的調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)錄水平）酶含量的調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)錄水平） 酶活性的調(diào)節(jié)（變構(gòu)、共價(jià)）酶活性的調(diào)節(jié)（變構(gòu)、共價(jià)） 反應(yīng)底物的調(diào)節(jié)反應(yīng)底物的調(diào)節(jié)二、新陳代謝的特點(diǎn)與調(diào)節(jié)二、新陳代謝的特點(diǎn)與調(diào)節(jié)a b c d e f thr ile enzyme1代謝途徑的區(qū)域分隔代謝途徑的區(qū)域分隔三、新陳代謝的研究方法三、新陳代謝的研究方法( (在體內(nèi)或體

6、外在體內(nèi)或體外) )1.研究對(duì)象研究對(duì)象:大腸桿菌、大腸桿菌噬菌體、四膜蟲(chóng)、小球藻、大腸桿菌、大腸桿菌噬菌體、四膜蟲(chóng)、小球藻、果蠅、鴿、兔、小鼠、大鼠果蠅、鴿、兔、小鼠、大鼠2.研究方法：研究方法：v使用酶的抑制劑：使用酶的抑制劑：a b c dv利用遺傳缺陷癥：利用遺傳缺陷癥：先天性基因的突變，缺乏某一種酶先天性基因的突變，缺乏某一種酶.v同位素示蹤法：常用穩(wěn)定同位素：同位素示蹤法：常用穩(wěn)定同位素：2h,15n,13c,18o (例：例： dna半保留復(fù)制半保留復(fù)制)常用放射性同位素：常用放射性同位素：3h,32p,14c (例三羧酸循環(huán)例三羧酸循環(huán))v苯環(huán)化合物示蹤法：苯甲酸和苯乙酸苯環(huán)化

7、合物示蹤法：苯甲酸和苯乙酸(例：脂肪酸例：脂肪酸-氧化氧化)v核磁共振波譜法核磁共振波譜法3.研究水平研究水平 體內(nèi)體內(nèi)(in vivo)：生物整體生物整體,整體器官整體器官,微生物細(xì)胞群微生物細(xì)胞群 體外體外(in vitro)：組織切片組織切片,勻漿液勻漿液,提取液提取液四、四、atpatp是能量代謝的是能量代謝的“貨幣貨幣”o-poo-nnnnnh2ohhohhohhoch2o-poo-o-poo-三磷酸腺苷 (atp)atp adp amppi piatp在能量轉(zhuǎn)運(yùn)中的地位和作用，在能量轉(zhuǎn)運(yùn)中的地位和作用，39頁(yè)頁(yè) atp水解釋放的能量，可推動(dòng)水解釋放的能量，可推動(dòng)一個(gè)在熱力學(xué)上不利的

8、反應(yīng)，一個(gè)在熱力學(xué)上不利的反應(yīng)，使之能夠順利進(jìn)行。使之能夠順利進(jìn)行?！肮餐虚g體作用共同中間體作用”，傳遞能量，傳遞能量能量代謝實(shí)質(zhì)：能量代謝實(shí)質(zhì)：atp的形成與裂解。的形成與裂解。磷酸烯醇式丙酮酸ppppatp甘油酸1,32p18161412108642五、能量代謝中輔酶的遞能作用，五、能量代謝中輔酶的遞能作用，p31 1、輔酶、輔酶i i和輔酶和輔酶ii ii的遞能作用的遞能作用 p3 nad nad+ + ( (煙酰胺煙酰胺- -腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶腺嘌呤二核苷酸，又稱為輔酶i) i) nadp nadp+ +( (煙酰胺煙酰胺- -腺嘌呤磷酸二核苷酸腺嘌呤磷酸二核苷酸, ,又稱為

9、輔酶又稱為輔酶ii )ii )2 2、fmnfmn和和fadfad遞能作用遞能作用 fad( fad(黃素黃素- -腺嘌呤二核苷酸腺嘌呤二核苷酸) )和和fmn(fmn(黃素單核苷酸黃素單核苷酸) )3 3、coacoa在能量代謝中的作用在能量代謝中的作用 輔酶輔酶a a是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中乙?；傅妮o酶，它的前是生物體內(nèi)代謝反應(yīng)中乙?；傅妮o酶，它的前體是維生素體是維生素( (b3)b3)泛酸，乙酰泛酸，乙酰- -coacoa水解可釋放出大量能量。水解可釋放出大量能量。六新陳的代謝的調(diào)節(jié)六新陳的代謝的調(diào)節(jié)1.分子水平：分子水平：反應(yīng)物和產(chǎn)物的調(diào)節(jié)反應(yīng)物和產(chǎn)物的調(diào)節(jié)（濃度的調(diào)節(jié)和酶的調(diào)節(jié)）（濃

10、度的調(diào)節(jié)和酶的調(diào)節(jié)）2.細(xì)胞水平細(xì)胞水平代謝途徑分隔控制代謝途徑分隔控制3.整體水平整體水平激素調(diào)節(jié)和神經(jīng)調(diào)節(jié)激素調(diào)節(jié)和神經(jīng)調(diào)節(jié)4.基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控chapter20 生生 物物 能能 學(xué)學(xué)chapter20 一、有關(guān)熱力學(xué)和能的基本概念一、有關(guān)熱力學(xué)和能的基本概念（一）體系的概念、性質(zhì)和狀態(tài)（一）體系的概念、性質(zhì)和狀態(tài) 開(kāi)放體系、封閉體系、隔離體系開(kāi)放體系、封閉體系、隔離體系 一個(gè)體系的性質(zhì)包括壓力、體積、溫度、比熱、表一個(gè)體系的性質(zhì)包括壓力、體積、溫度、比熱、表面張力等面張力等（二）能的兩種形式（二）能的兩種形式熱與功熱與功（三）內(nèi)能（三）內(nèi)能（u u）和焓（和焓（h h）的概

11、念：的概念：h=u+pvh=u+pvchapter20 （四）熱力學(xué)第一定律（四）熱力學(xué)第一定律 在一個(gè)孤立體系中在一個(gè)孤立體系中的能量可以變換其形的能量可以變換其形式，但其總能量不變。式，但其總能量不變。一、有關(guān)熱力學(xué)和能的基本概念一、有關(guān)熱力學(xué)和能的基本概念chapter20 （五）化學(xué)能的轉(zhuǎn)化：（五）化學(xué)能的轉(zhuǎn)化：光能、化學(xué)能和熱能等的轉(zhuǎn)化光能、化學(xué)能和熱能等的轉(zhuǎn)化n維持生命活動(dòng)的能量，主要有兩個(gè)來(lái)源：維持生命活動(dòng)的能量，主要有兩個(gè)來(lái)源：n光能（太陽(yáng)能）：光能（太陽(yáng)能）：植物和某些藻類，通過(guò)光合作用植物和某些藻類，通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)變成生物能。將光能轉(zhuǎn)變成生物能。n化學(xué)能：化學(xué)能：動(dòng)物

12、和大多數(shù)的微生物，通過(guò)生物氧化作動(dòng)物和大多數(shù)的微生物，通過(guò)生物氧化作用將有機(jī)物質(zhì)（主要是各種光合作用產(chǎn)物）存儲(chǔ)的用將有機(jī)物質(zhì)（主要是各種光合作用產(chǎn)物）存儲(chǔ)的化學(xué)能釋放出來(lái)，并轉(zhuǎn)變成生物能?；瘜W(xué)能釋放出來(lái)，并轉(zhuǎn)變成生物能。一、有關(guān)熱力學(xué)和能的基本概念一、有關(guān)熱力學(xué)和能的基本概念chapter20 （六）熱力學(xué)第二定律（六）熱力學(xué)第二定律（25頁(yè)）和熵的概念頁(yè)）和熵的概念（七）自由能的概念：（七）自由能的概念： g= ht s 熱的傳導(dǎo)只能由高溫物體傳至低溫物體。熱的自發(fā)地?zé)岬膫鲗?dǎo)只能由高溫物體傳至低溫物體。熱的自發(fā)地逆向傳導(dǎo)是不可能的。逆向傳導(dǎo)是不可能的。 代表體系能量分散程度的狀態(tài)函數(shù)，統(tǒng)稱為

13、熵（代表體系能量分散程度的狀態(tài)函數(shù)，統(tǒng)稱為熵（s）。）。凡是能夠用于做功的能量稱之為自由能（凡是能夠用于做功的能量稱之為自由能（g）。）。一、有關(guān)熱力學(xué)和能的基本概念一、有關(guān)熱力學(xué)和能的基本概念二、生物體內(nèi)能量代謝二、生物體內(nèi)能量代謝1.代謝的能量來(lái)源和轉(zhuǎn)化代謝的能量來(lái)源和轉(zhuǎn)化2.高能化合物的概念高能化合物的概念3.高能磷酸化合物高能磷酸化合物(1)atp的結(jié)構(gòu)特性的結(jié)構(gòu)特性(2)atp在能量轉(zhuǎn)運(yùn)中的地位和作用在能量轉(zhuǎn)運(yùn)中的地位和作用(3) 磷酸肌酸、磷酸精氨酸的貯能作用磷酸肌酸、磷酸精氨酸的貯能作用(4)分解代謝產(chǎn)生分解代謝產(chǎn)生atp(5)atp的利用的利用適用以下相關(guān)理論適用以下相關(guān)理論內(nèi)

14、能內(nèi)能(u或或e)、焓、焓(h)、熵、熵(s)：能的兩種形式：熱能與自由能能的兩種形式：熱能與自由能g（體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量，體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量，可可在恒溫恒壓下做功），在恒溫恒壓下做功），一反應(yīng)體系的自由能變化只取決于產(chǎn)物一反應(yīng)體系的自由能變化只取決于產(chǎn)物與反應(yīng)物的自由能之差。與反應(yīng)物的自由能之差。自由能變化自由能變化 標(biāo)準(zhǔn)自由能變化標(biāo)準(zhǔn)自由能變化 g0和和 g0偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的可加性偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的可加性反應(yīng)能否進(jìn)行的自發(fā)性是：當(dāng)反應(yīng)能否進(jìn)行的自發(fā)性是：當(dāng) g 為負(fù)值時(shí)，反應(yīng)才能自為負(fù)值時(shí)，反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行。發(fā)進(jìn)行。g為零時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡點(diǎn)；當(dāng)為零時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡

15、點(diǎn)；當(dāng)g為正值時(shí)，反應(yīng)為正值時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，必須給參加反應(yīng)分子提供活化能。不能自發(fā)進(jìn)行，必須給參加反應(yīng)分子提供活化能。g = h t sg = h t s1.1.自由能變化的可加性及其在生物化學(xué)反應(yīng)中的意義自由能變化的可加性及其在生物化學(xué)反應(yīng)中的意義 在偶聯(lián)的幾個(gè)反應(yīng)中，自由能的總變化等于每在偶聯(lián)的幾個(gè)反應(yīng)中，自由能的總變化等于每一步反應(yīng)自由能變化的總和。一步反應(yīng)自由能變化的總和。 意義：意義：一個(gè)熱力學(xué)上不能進(jìn)行的反應(yīng)，可以由一個(gè)熱力學(xué)上不能進(jìn)行的反應(yīng)，可以由與它相偶聯(lián)的，熱力學(xué)上容易進(jìn)行的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)。與它相偶聯(lián)的，熱力學(xué)上容易進(jìn)行的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)。2.2.高能化合物的概念高能化合物的概念 一

16、般將水解時(shí)能夠釋放一般將水解時(shí)能夠釋放 5千卡千卡/mol （20.92 kj/mol）以上以上自由能的化合物稱為高能化合物。自由能的化合物稱為高能化合物。高能鍵：高能鍵：在分子中用在分子中用“”表示。表示。34頁(yè)頁(yè)高能化合物高能化合物磷酸化合物磷酸化合物非磷酸化合物非磷酸化合物磷氧型磷氧型磷氮型磷氮型硫酯鍵化合物硫酯鍵化合物甲硫鍵化合物甲硫鍵化合物烯醇磷酸化合物烯醇磷酸化合物?；姿峄衔秕；姿峄衔锝沽姿峄衔锝沽姿峄衔飵追N常見(jiàn)的高能鍵及高能化合物幾種常見(jiàn)的高能鍵及高能化合物 磷氧鍵型（磷氧鍵型（op) 氮磷鍵型氮磷鍵型(-np) 硫酯鍵型硫酯鍵型(-cs或或-o s) 甲硫鍵型甲硫鍵

17、型(ch3 s) 這些化合物水解后形成的產(chǎn)物都含有很少的自由這些化合物水解后形成的產(chǎn)物都含有很少的自由能，所以說(shuō)它們都有很高的基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能。能，所以說(shuō)它們都有很高的基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能。3.3.高能磷酸化合物高能磷酸化合物 通過(guò)磷酸酐鍵水解釋放出大于通過(guò)磷酸酐鍵水解釋放出大于20.92千焦千焦/摩爾的自由能的有摩爾的自由能的有機(jī)磷酸化合物。機(jī)磷酸化合物。 磷酸化合物在生物體的換能過(guò)程中占有重要地位。磷酸化合物在生物體的換能過(guò)程中占有重要地位。 atpatp是生物細(xì)胞中最重要的高能磷酸酯類化合物。是生物細(xì)胞中最重要的高能磷酸酯類化合物。 atp的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能處于所列磷酸化合物的中間

18、部位。處于所列磷酸化合物的中間部位。36頁(yè)表頁(yè)表(1) atp的結(jié)構(gòu)特性的結(jié)構(gòu)特性atp4h2o adp3hpo2h4atpampadpo-poo-nnnnnh2ohhohhohhoch2o-poo-o-poo-水解自由能水解自由能：每個(gè)每個(gè)高能鍵的水解自由高能鍵的水解自由能為能為 30.5kj/mol或或7.3kcar/mol(3)磷酸肌酸、磷酸精氨酸的貯能作用磷酸肌酸、磷酸精氨酸的貯能作用atp在傳遞能量方面起著轉(zhuǎn)運(yùn)站的作用。成人一日內(nèi)需消耗在傳遞能量方面起著轉(zhuǎn)運(yùn)站的作用。成人一日內(nèi)需消耗40kg的的atp，在激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，在激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，atp的利用率每分鐘可達(dá)到的利用率每分鐘可達(dá)到0.5kg。d f + h + 能能生物體的做功、生物體的做功、需能反應(yīng)等。需能反應(yīng)等。atpadp+piadp+pi + 能能adp磷酸肌酸磷酸肌