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1、1一、生物能学复习: ATP 是生物体内重要的高能化合物 。ATP/ADP Cycle 是 ATP 提供能量的方式。 ATP 通过基团转移活化 底物的形式提供能量，而不是简单的水解作用。 ATP 是能量的载体，磷酸肌酸是能量的贮存者。 细胞中 ATP 处于动态平衡。 它的生成和利用是通过细胞的能量状态来调节的。 1. 生物圈中能量的来源和转化。 生物体是一个开放体系(open system)，不断地和环境进行物质与能量的交换以维持正常的生命活动。 生物体所需的能量，间接或直接地，都来源于太阳能(solar energy)。 自养生物吸收太阳能转化为化学能，贮存于化合物中；异养生物通过分解这些化
2、合物获得化学能。 氧化-还原反应的电子传递是细胞能量传递的基础。2. 什么是高能化合物？有哪几类高能化合物？掌握一些主要的高能化合物。 高能化合物：水解可释放出大于 20.92 千焦/摩尔的自由能的化合物。3. ATP 提供能量的机理。 （详见课件的图） ATP 具有中等的磷酸基团转移势能，也就是说，ATP 是磷酸基团的供体（或载体） ，ADP 是磷酸基团的受体。 ATP 通过基团转移活化底物的形式提供能量，而不是简单的水解作用。(也有一些生化过程由 ATP 或 GTP 直接水 解提供能量，如肌肉收缩。)在 ATP 参与的反应中，ATP 通过基团转移可提供磷酸基团、焦磷酸基团和腺苷酸基 团。腺
3、苷酸化是一些生物化学反应增强能量偶联的策略(如脂肪酸氧化中脂酰 CoA 的生成)。ATP 分解为 AMP 和 PPi，是萤火虫发光的供能方式。In the lab, as little as a few picomoles (10-12 mol) of ATP can be measured using firefly luciferin and luciferase, using spectroscopic methods.Luciferase gene is a reporter gene in gene engineering. 4. ATP 和磷酸肌酸在生物体内能量代谢中各起什么作用
4、磷酸肌酸转换途径是迅速产生 ATP 的方式。它揭示，磷酸肌酸是能量的贮存者，ATP 是能量的载体。 Phosphocreatine + H2O Creatine + Pi Go -43.0 kJ/mol ATP + H2O ADP + Pi Go -30.5 kJ/mol 偶联的结果：Phosphocreatine + ADP Creatine + ATP思考题:E: P524 problem 9 ,14,16糖酵解和己糖分解 1. 掌握糖酵解途径关键反应步骤及其酶的调节特性、能量的消耗与形成。2EM 途径的调节： 1. PFK-1：最重要的调控点。ATP，柠檬酸是它的变构抑制剂，而 ADPA
5、MP 是它的变构激活剂，而果糖 26 二 磷酸则是它最强的变构激活剂，F-2,6-BP 的水平受到 PFK-2 和 FBPase-2 的调节。PFK-2（active 时促进 糖酵解，此时 FBPase2 inactive）和 FBPase-2 是位于同一条肽链上，属双功能酶，它们的活性受胰高血 糖素通过磷酸化调节。其活性与胰高血糖素相关。 2. 丙酮酸激酶（pyruvate kinase）变构抑制剂：ATP、丙氨酸（肝） 变构激活剂：1,6-双磷酸果糖 3. 己糖激酶（变构抑制剂：6-磷酸葡萄糖） ； 葡萄糖激酶（hexokinase, glucokinase）：葡萄糖激酶对葡萄糖的亲和力比
6、已糖激酶低 100 倍，不受葡萄 糖-6-磷酸的影响。它的主要功能是，当血糖水平高时，将肝细胞中的葡萄糖转化为葡萄糖-6-磷酸用于糖原合成， 以维持血糖水平稳定。它的变构抑制剂：长链脂酰 CoA。 关键酶：已糖激酶 hexokinase,磷酸果糖激酶 phosphofructokinase-1,丙酮酸激酶 pyruvate kinase. 反应可分为两个阶段，净获能量 2ATP 和 2NADH。 共 10 步反应，其中 3 步为不可逆反应，同时也是代谢途径的三个调控点。 所有中间物都以磷酸化合物形式实现 2. 糖酵解-乳酸发酵的生理意义是什么？ 糖酵解乳酸发酵途径的生理意义： 缺氧条件下迅速为
7、生命活动提供能量的途径，尤其对肌肉收缩更为重要。 是机体某些组织获能或主要获能的方式，如视网膜、神经、癌组织等。成熟红细胞几乎完全依赖糖酵解供 应能量。 乳酸的利用：可通过乳酸循环（Cori cycle）在肝脏经糖异生途径转化为糖。 3. 掌握甘油醛-3-磷酸脱氢酶、磷酸甘油酸变位酶、丙酮酸脱羧酶的反应机制。34. 举例说明同工酶在代谢调节中的意义。 乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase, LDH） LDH 是由两种肽链 A 和 B 按不同比例组成的四聚体。五种同工 酶（A4，A3B，A2B2，AB3，B4）分别存在于不同的组织，如 A4 存在于骨骼肌细胞中， B4 存在于心
8、肌细胞 中。五种同工酶的酶活性有差异，如 A4 易于与丙酮酸结合，把丙酮酸还原为乳酸，而 B4 易于把乳酸氧化为丙酮 酸。 5. 为什么肿瘤组织糖酵解速度比正常组织快? 肿瘤细胞生长速度快，超过血管的生成，使肿瘤细胞处于缺氧状态，葡萄糖通过糖酵解途径供应能量，因而，葡 萄糖的消耗和酵解速度比正常组织大大增加。可以说，肿瘤细胞酵解速度的加快是对缺氧环境的一种适应。 6. 磷酸戊糖途径的生理意义。 以 6-磷酸葡萄糖开始，在 6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成 6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成磷酸戊糖作为中间代 谢产物，故将此过程称为戊糖磷酸途径。 生理意义 产生 NADPH 和 5-磷酸核糖。也是植物
9、光合作用从 CO2 合成葡萄糖的部分途径。 7. 蚕豆病的病因是什么？ 葡萄糖6磷酸脱氢酶缺乏症简称 G6PD 缺乏症又称蚕豆病。是一种遗传病。症状：红细胞在一些因素的诱发 下溶解，血红蛋白释放到血液中，引起黄疸和肾功能障碍。 （不能产 NADPH,谷胱甘肽抗氧化后不能再生） 诱发因素包括：进食蚕豆、抗疟疾药物、磺胺类抗生素以及接触一些除草剂。 发病机制：在正常的解毒过程中，H2O2 被还原型谷胱甘肽（GSH）和谷胱甘肽过氧化物酶还原成水，氧化型谷 胱甘肽（GS-SG）被谷胱甘肽还原酶和 NADPH 还原成谷胱甘肽的还原形式。H2O2 也可以被过氧化氢酶分解成 H2O 和 O2，这个过程也需要
10、 NADPH。在 G-6-P 脱氢酶缺乏的人中，NADPH 产量减少，并且 H2O2 的解毒机4制被抑止。细胞被破坏的结果是脂质发生过氧化，导致红细胞膜破裂，蛋白质和 DNA 被氧化。NADPH 到 NADP+的箭头方向错误 谷胱甘肽通过破坏过氧化氢和羟自由基来保护细胞。 思考题：E: P563 problem3, 4, 8, 17.三羧酸循环 1. 丙酮酸脱氢酶复合体的作用机制。 丙酮酸脱氢酶复合体催化丙酮酸氧化脱羧，生成乙酰辅酶 A。丙酮酸的代谢去向用粉红色进行跟踪。第一步是丙 酮酸与丙酮酸脱氢酶（E1）中的 TPP 结合的反应，脱羧生成羟乙基衍生物。丙酮酸脱氢酶复合体同时也催化第二 步反
11、应，将两个电子和乙酰基从 TPP 转移到核心酶二氢硫辛酰转乙酰酶（E2）中的氧化型硫辛酰赖氨酰基团上， 生成还原型硫辛酰的乙酰硫脂。第三步是一个转脂反应。在这个反应中辅酶 A 的巯基代替 E2 的巯基生成乙酰辅 酶 A 和还原型（含两个巯基）的硫辛酰基。在第四步中二氢硫辛酰脱氢酶（E3）将 E2 中的还原型硫辛酰基团的 两个氢原子转移给 E3 的辅酶 FAD，使 E2 的硫辛酰赖氨酰基团恢复为氧化型。第五步中 E3 的 FADH2 将氢阴离 子转移给 NAD，生成 NADH。这样酶复合体就催化另一轮循环做好准备。高能硫 脂键52. 三羧酸循环的限速步骤、能量形成反应、C 原子去向（红色标志）
12、。一轮三羧酸循环，经过 8 步反应，释放 2CO2，生成 3NADH、1FADH2 和 1GTP（或 ATP） 。 循环中三个高度放能步骤即由柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、酮戊二酸脱氢酶羧催化的反应中的任何 一步都可以在某种条件下成为限速步骤。 当【NADH】/【NAD】的比值高时，异柠檬酸脱氢酶和 酮戊二酸脱氢酶催化的反应都会通过质量作用被高 度抑制。产物的积累会抑制循环的所有三个限速步骤：琥珀酰辅酶 A 抑制 酮戊二酸脱氢酶（以及柠檬酸合酶） ； 柠檬酸抑制柠檬酸合酶；终产物 ATP 既抑制柠檬酸合酶，也抑制柠檬酸合酶。柠檬酸合酶受 ATP 的抑制作用可被 ADP（该酶的别构激活剂）解除。
13、三羧酸循环中三步不可逆的放能反应是其调节位点。 催化这三步反应的酶受到产物反馈抑制（如柠檬酸、琥珀酰 CoA 等） ，也受到高能荷物质抑制（如 ATP、NADH 等） 。 催化这三步反应的酶受到低能荷物质（如 ADP 等）或能量需求信号（如 Ca2+）激活。 由于三羧酸循环的中间物可作为前体用于生物合成，因此底物的浓度对于调节也是比较重要的。 （如草酰 乙酸）3. 什么是回补反应？意义是什么？ 回补反应(anaplerotic reaction): 酶催化的补充柠檬酸循环中间代谢物的供给的反应,例如由丙酮酸羧化生成草 酰乙酸的反应。 回补反应(anaplerotic reaction)：三羧酸
14、循环的某些中间产物被转移出来参与三羧酸循环外的反应。从而影响 三羧酸循环的正常进行，因此必须不断地通过一些反应补充被消耗的中间物，如草酰乙酸等，以保证三羧酸循环 的正常进行。 由于某些中间产物被抽走，最终导致草酰乙酸浓度的降低，因此必须不断补充使草酰乙酸维持在一定的水平。6在哺乳动物肝和肾中最重要的添补反应是由丙酮酸羧化酶羧催化的丙酮酸与 CO2 的可逆羧化反应。 （将一个羧基 连接到丙酮酸上所需的自由能与 ATP 中所具有的自由能大约相等。4.什么是乙醛酸循环？和三羧酸循环的区别是什么？有何生理意义？ 植物细胞内脂肪酸氧化分解为乙酰 CoA 之后，在乙醛酸体(glyoxysome)内生成琥珀
15、酸、乙醛酸和苹果酸；此琥 珀酸可用于糖的合成，该过程称为乙醛酸循环(glyoxylic acid cycle,GAC)。乙醛酸循环是三羧酸循环的修改形 式。在植物、一些无脊椎动物和一些微生物中存在，但不存在于脊椎动物中。 和 TCA 的区别： 1两步不同的反应。 2. 结果是 2 个乙酰 CoA 进入循环，释放出一个琥珀酸。 乙醛酸循环和 TCA 共有的酶属于同工酶（柠檬酸合酶，顺乌头酸酶和苹果酸脱氢酶） 。 （异柠檬酸裂解酶 生成琥珀酸和苹果酸合酶乙酰辅酶 A 加入是乙醛酸循环中独特的酶） 乙醛酸循环往往存在于发芽种子中，使脂肪转化为糖，氧化获得发芽所需的能量。 生理意义: 是乙酸或乙酸盐转
16、化为糖的途径。 如在种子发芽时，能将脂肪转化为糖。 5. 脚气病、汞中毒以及砷中毒的机制。 脚气病：VitB1 缺乏导致丙酮酸无法进入 TCA ，使以葡萄糖为唯一能源来源的神经系统供能出现障碍。 汞中毒以及砷中毒：两种化合物与丙酮酸脱氢酶 E2 中的二氢硫辛酸的两个-SH 结合，导致酶失活，从而丙酮酸 代谢出现障碍，出现类似脚气病的症状。思考题：E: P594 problem8, 9, 20. 氧化磷酸化和光合磷酸化 复 习 名词解释： 标准还原势：标准还原电动势（EO）：25和 pH7.0 条件下，还原剂和它的氧化形式在 1mol/L 浓度下表 现出的电动势. P/O 值：是指每消耗一摩尔氧原子所需消耗无机磷的摩尔数。 呼吸控制（受体控制）：ADP 作为关键物质对氧化磷酸化的调节作用。它的定量表示法是测定 ADP 存在时 氧的利用
