08 第八章 代谢总论与生物能学

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第八章 代谢总论 与生物能学,新陈代谢,生物能学,高能化合物,第一节 新陈代谢,提问,：,什么是新陈代谢？,新的来，旧的去,花开花落、四季轮回、,“,长江后浪推前浪，一代新人换旧人,”,生化定义,泛指生物与周围环境进行物质与能量交换的过程。,是生物体,物质代谢,与,能量代谢,的有机,统一,。,1.1,新陈代谢的共性,A.,代谢途径相似,大同,各类生物的物质的代谢途径十分相似,小异,也有偏向,B.,反应步骤繁多，具有严格的顺序性,C.,与环境相适应，自动调节；,通过酶活性调节来进行调节。,按进程新陈代谢,营养物质的摄取与吸收,细胞内的物质代谢,代谢产物的去向与废物排泄,这门课主要涉及目前已经清楚的细胞内,四大物质的合成与分解,。,1.2,物质代谢与能量代谢的统一,合成,代谢,（,同,化作用）,分解,代谢,（,异,化作用）,生物体的新陈代谢,生物小分子合成生物大分子,需要能量,释放能量,生物大分子分解为生物小分子,能量代谢,物质,代谢,二者相辅相成，研究物质代谢就是研究能量代谢,C,6,H,12,O,6,6CO,2,+ 6H,2,O+ 686kcal/mol,中间代谢,：,指代谢中的一系列的酶促反应。,代谢物,:,代谢反应中任一反应物、中间物或产物,1.3,代谢的研究方法,A,.,同位素示踪法,将含有,放射性同位素,的物质参与代谢反应，测试该基团在不同物质间的转移情况，来认识代谢过程。,例,高能化合物,ATP,细胞内,P,32,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,？,通过,巧妙的实验设计,、,严密的逻辑推断,与,重复性的验证,。,B,.,整体方法,纯化合物,排泄物的化学分析,典型案例,脂肪酸的,氧化,C,.,组织提取法,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。,典型案例,:,糖代谢、生物氧化,各类组织细胞,各种破碎方法,碎片置于,试管,中,D.,自由能判断,（逻辑判断）,第二节 生物能学,一、化学反应中自由能的变化和意义,自由能：生物体（或恒温恒压）用以作功的能量。在没有作功条件时，自由能转变为热能丧失。,能量的传递形式,热,功,？,内能,的传递方式,？,动能、势能,转化和传递的方式,包括机械功、电功、化学功等,化学反应的,自由能变化公式,：,A+B - C+D+H,上式,A+B,含有的总能量大于,C+D,含有的总能量，所超过的量就是,反应中释放出的能量,(H),。,值得注意的是,由,A+B,转变为,C+D,时能量的变化。特别是,自由能的变化,。,G,H-TS,（,G,：,自由能，,H,：,热焓，,S,：,熵，,T,：,温度）,上式表明在化学反应中，体系自由能的变化等于该体系热焓的变化减去温度,T,与熵变的乘积。（熵：混乱度或无序性，是一种无用的能）,二、标准自由能变化及其与平衡常数的关系,当体系恒温、恒压下发生变化时,G= H - TS=,-W,（,W,-,体系对外所作的功）,G,0,时，,W,0,，,体系对外作功，该反应,可自发,进行,G,= 0,时，,W =0,，,该反应过程为可逆过程,G,0,时，,W,0,，,该反应,不可自发,进行，,必须吸收外来能量才能进行,，同时，该反应的逆过程可以自发进行。,提问：,在代谢过程分析时，中间产物有,A,、,B,、,C,、,D,、,E,，,如果,G,分别为,3,、,5,、,7,、,4,、,2,，,请判断自发反应的顺序？,答案：,G,0,75 4 3 2,CBDA E,根据,自由能变化,可以,判断,中间物质代谢方向,如何判断,G,？,任何状态下,G=,G,O,+,RTlnK,G,O,这一反应在标准状态（,pH=0, 25,，,1atm,）,的自由能变化,（可查表或计算，参见,物理化学,）,K=B/A,或,B,1,B,2,Bn,/ A,1,A,2,An,A,反应物,B,产物,生物代谢略有不同，,G,O,改为,G,O,（,pH=7),G=,G,O,+,RTln,K,G,0,可,；,=,0,可逆,；,0,否,三、自由能变化的可加性及其意义,在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和,例如：,A-B+C G = +5,千卡摩尔,B-D G = -8,千卡摩尔,A-D+C G = -3,千卡摩尔,意义：一个热力学上不能进行的反应，可以由与它偶联上容易进行的反应驱动，而能够进行。,第三节 高能化合物,定义,水解反应的,G,O,-,5,kcal/mol,(,21 kJ/mol,),的化合物,高能化合物,（,水解）,低能化合物,G,O,0,（,能,自发进行）,A,B,G,O,0,（,不能,自发进行）,A+,高能化合物,B+,低能化合物,G,O,0,（,能,自发进行）,2.1,功能：,活化,（,能量增加,）,反应,例,D-,葡萄糖,+,ATP,D-,6-,磷酸,葡萄糖,+,ADP,激酶,硫脂键化合物,-7.5,S,甲硫键化合,CH,3,S,+,-,C-C,-10.0,高能键,磷氧型,-O,P,磷氮型,HN =,C,-N,P(O),-10.3,磷酸化合物,非磷酸化合物,烯醇式磷酸化合物,G,o,Kcal/mol,(-C=,C,-O,P(O),-14.8,酰基磷酸化合物,(-,C,-O,P(O),-10.1,O,焦磷酸化合物,(O)P-O,P(O),-7.3,ATP (,腺苷三磷酸,),高能化合物本身不稳定,(G,高,),，水解产物稳定,(G,低,),，水解后放出高能量。,2.4,ATP,“,能量中间体,”,磷酸肌酸,暂时储能物质,磷酸烯醇式丙酮酸,葡萄糖,6-,磷酸,葡萄糖,1-,磷酸,作用：,能量传递,转化,传递,传递,1,3-,二磷酸甘油酸,能量源自,能源物质（,糖、脂、偶尔是蛋白质,）的分解,分解代谢,氧化,产能,ADP,机械能,（运动）,化学能,（合成反应）,渗透能,（分泌、吸收）,电能,（生物电）,热能,（体温维持）,光能,（生物发光）,UTP,、,GTP,、,CTP,、,TTP,合成，供能,ATP,物质能量的变化,1,、新旧物质更新速度很快,血液中的红细胞,300,万,/,秒,2,、与环境交换的各种物质数量很大,一生中水为,50,吨，糖为,10,吨，,总质量是人体的,1200,倍,肝脏和血浆中的蛋白质,10,天左右更新一半,1,、下列关于新陈代谢叙述中不正确的是（ ）,A,、,新陈代谢是一切生物生存的基本条件,B,、,新陈代谢的过程是生物体自我更新的过程,C,、,新陈代谢过程中包含着物质变化和能量变化,D,、,新陈代谢包括同化作用和异化作用两个完全对立的过程,2,、一个长期生病、逐渐消瘦。他的新陈代谢的特点是,（ ）作用占有优势。,D,异化,