新陈代谢总论-生物化学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,掌握的概念,ATP在生物氧化中的重要作用。,重 点,新的来，旧的去,花开花落,“长江后浪推前浪，一代新人换旧人”,一、新陈代谢的概念,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,特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行,生物界能量传递及转化总过程,太 阳,电子传递,合成,分解,电子传递,光合作用,呼吸作用,生命现象,自养细胞,异养细胞,ATP,ADP,CO,2,+H,2,O,(CH,2,O),+O,2,ATP,ADP,（光 能）,（电 能）,（化 学 能）,（化 学 能）,（电 能）,（化 学 能）,生物合成,机 械 功,主动运输,生物发光,生物发电,生物发热,1、 不同生物的代谢,大同,小异,大同,各类生物的物质的代谢途径十分相似,小异,也有偏向,低等的厌氧生物尚没有发展出好氧代谢途径，而高等生物包括好氧细菌都发展出了,更为高效的好氧代谢,，但同时保存了厌氧代谢途径。,为什么具有许多相同之处呢？,共同的祖先！,新陈代谢的特点,蜂鸟,乌龟,2、 反应,步骤繁多,，具有严格的,顺序性,；,3、 与环境相适应，,自动调节；,在整体水平进行调节,在细胞水平进行调节,通过,酶活性调节,来进行调节。,反馈作用：,中间代谢,(intermediary metabolism),：物质进入细胞后，在细胞内的化学变化过程，也就是细胞内的合成和分解过程。,代谢途径,(central metabolic pathways),：中间代谢通过一系列的化学反应来完成，这些化学反应有特定的顺序，这种按照严格顺序进行的一系列化学反应，即构成了某物质的代谢途径。,生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓,同化作用,另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓,异化作用,，通过上述过程不断地进行自我更新。,合成代谢和分解代谢,合成代谢,分解,代谢,生物体的新陈代谢,生物小分子合成生物大分子,一般需要能量,一般释放能量,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,物质代谢,：,各种生理活性物质（如糖、蛋白质、脂类、核酸等）在细胞内发生酶促反应的途径及调控机理，包含旧分子的分解和新分子的合成；,能量代谢,：,光能或化学能在细胞内向生物能（ATP）转化的原理和过程，以及生命活动对能量的利用。,物质代谢和能量代谢,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递（氧化）,蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e,-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H,2,O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,生物体内能量产生的三个阶段,代谢的研究方法,代谢的实质是物质在酶的作用下分解或合成，所以代谢的研究内容也即分为两个方面：,参与的酶,物质的变化过程,通过,巧妙的实验设计,、,严密的逻辑推断,与,重复性的验证,。,整体方法（,in vivo,),纯化合物,排泄物的化学分析,典型案例,脂肪酸的氧化,Knoop的标记化合物实验,脂肪酸的氧化,脂肪酸末端甲基接上,苯基,偶,数碳FA 苯乙酰-N-甘氨酸（苯乙尿酸）,奇,数碳FA 苯甲酰-N-甘氨酸（马尿酸）,离体法(,in vitro,),器官、组织或细胞,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。,典型案例,糖代谢、生物氧化等等,1、利用酶的抑制剂,代谢途径受阻导致代谢中间产物的积累,碘乙酸3-磷酸甘油醛脱氢酶,氟化钠烯醇化酶,2、利用遗传缺陷症研究代谢途径,参与酶的确定,黑色素是吲哚醌的聚合物,白化病,(albinism)缺乏酪氨酸酶,苯丙酮尿症(,phenyl ketonuria),同位素示踪法,利用含放射性同位素的物质，测试其在不同物质间的转移,高能化合物 ATP,物质的转化,高能键是1941年普曼（Fritz Lipman）提出的一个概念，用“”表示，是指其结构不稳定，性质活泼，自发水解或基团转移的趋势很强，当其发生水解或基团转移反应时，释放的自由能很多。,二、高能化合物与ATP,高能键中的“高能”是指其自由能高，并非键能高。,1、高能键（high-energy bond）,“键 能”,断裂一个化学键所需要的能量；,“高能键”,水解或转移该键所释放的能量。,“高能键”与“键能”（energy bond）区别：,细胞中重要的高能键：高能磷酸键和高能硫脂键。,2、高能化合物概念及种类,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（25千焦/摩尔）的化合物称为,高能化合物,。,安静状态的成年人：每天消耗40kgATP；,3、ATP的结构及意义,生物体每天要消耗大量ATP,激烈运动时：每分钟就消耗0.5kg。,腺嘌呤核糖 O P O,P O P O,-,O,O,O,O,-,O,-,O,-,+,+,+,ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物,非储存能量的形式,是传递能量的形式,ATP的特点,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（ATP,4-,），具有较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很大（G=-30.5千焦/摩尔）。,ATP,4-,+ H,2,O ADP,3-,+ Pi,2-,+ H,+,G,-30.5kJMOL,-1,ATP,3-,+ H,2,O ADP,2-,+ Pi,3-,+ H,+,G,-32.2kJMOL,-1,腺嘌呤核糖 O P O P O P O,-,O,O,O,O,-,O,-,O,-,+,+,+,Mg,2,+,（1）ATP是产能反应和需能反应之间最主要的能量介质,意 义：,放能反应通过氧化磷酸化反应合成ATP，贮存能量；,需能反应则通过ATP水解供应之。,b、在某些情况下，ATP的和磷酸基团之间的高能键被水解（即同时水解和-磷酸基团），形成AMP和焦磷酸。,a、当ATP提供能量时，在ATP远端的-磷酸基团水解为无机磷酸分子，变成腺苷二磷酸。,ATP,+ H,2,O ADP,+ Pi,+ H,+,G,-30.5kJMOL,-1,ATP,+ H,2,O AMP,+ PPi,+ H,+,G,-32.2kJMOL,-1,（2）作为磷酸基团供体参与磷酸化反应,反应生成的磷酸化葡萄糖分子具有较高的自由能，易进一步参加反应。,生化反应中，无论是分解代谢还是合成代谢，常常需要先将反应底物分子活化，磷酸化是一种普遍活化方式。,ATP,在磷酸基团转移中起“中间传递体”的作用，故称“磷酸基团传递者”。,（3,）,ATP,参加高能磷酸基团转移反应,ATP在能量转运中地位和作用,ATP是细胞内的“能量通货”,ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体,P,P,P,P,ATP,P,0,2,10,8,6,4,12,14,磷酸基团转移能,磷酸烯醇式丙酮酸,3-磷酸甘油酸磷酸,磷酸肌酸,（磷酸基团储备物）,6-磷酸葡萄糖,3-磷酸甘油,ATP作为自由能的贮存分子，其产生和利用处于动态平衡中。,4、 ATP系统的动态平衡,一般情况下，ATP在形成后一分钟内就会被利用，故严格说来ATP不是能量的贮存形式，而是传递能量的物质。,5、其他供能核苷酸,GTP参与蛋白质生物合成；,UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用；,CTP在合成磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等生物合成。,高能化合物类型,