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1、生物化学,第八章代谢总论,掌握高能键的概念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,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
2、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(intermediarymetabolism)：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(centralmetabolicpathways)：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
3、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,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
4、生成H2O，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（invivo),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(invitro)器官、组织或细胞,各类组织细胞,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
5、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(phenylketonuria),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,物质的转化,高能键是1941年普曼（FritzLipman）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-energybond）,“键能”断裂一个
6、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”（energybond）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。,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（AT
7、P4-），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）。,ATP4-+H2OADP3-+Pi2-+H+G-30.5kJMOL-1,ATP3-+H2OADP2-+Pi3-+H+G-32.2kJMOL-1,（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+H2OADP+Pi+H
8、+G-30.5kJMOL-1,ATP+H2OAMP+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,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,
