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1、 生物化学BiochemistryDate1总复习Date2新陈代谢的一般规律 代谢中常见的有机反应机制 新陈代谢的研究方法 第19章 代 谢 总 论Date3新陈代谢的一般规律 （一）基本概念 1.新陈代谢：(metabolism)营养物质在生物体内所经历的一切化学变 化的总称为新陈代谢。 2.代谢中间产物： 3.中间代谢Date4新陈代谢的一般规律 4.新陈代谢的功能1）从周围环境中获得营养物质。2）将外界引入的营养物质转变为自身 需 要的结构元件（building blocks）。3）将结构单元装配成自身的大分子。4）形成或分解生物体特殊功能所需的 生 物分子。5）提供生命活动所需的一切
2、能量。Date5新陈代谢的一般规律 新陈代谢合成代谢 （同化作用）分解代谢 （异化作用）生物小分子合成为 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 代谢物质代谢能量 代谢5. 分解代谢与合成代谢Date6新陈代谢的一般规律 新陈代谢的共同特点：1. 由酶催化，反应条件温和。2. 诸多反应有严格的顺序，彼此协调。3. 对周围环境高度适应。新陈代谢三个水平调节：分子水平-酶浓度和数量的调节（包括基因水平上的调节）细胞水平-细胞区域化调节整体水平-激素和神经的调节Date7基本概念及意义 化学反应中自由能的变化和意义 高能磷酸化合物 第20章 生 物 能 学Date8基本概念及意义
3、 （二）自由能（Gibbs，G）的概念：生物体（恒温恒压下）用以作功的能。即生物氧化所提供的能。 意义：1)用其判断一个反应是否能发生；2)生物体用以作功的能为体内生化反应 放出的自由能；3）生物氧化所提供的能是机体可利用的自由能。Date9基本概念及意义 G(化学反应的自由能变化）与反应途径、 反应机理无关。任何反应，当：G 0 反应可自发进行，为放能不可逆 反应；G 0反应不能自发进行，为吸能反应 ；G 0体系处于平衡状态，反应可逆。自由能和化学反应的关系自由能和化学反应的关系Date10化学反应中自由能的变化和意义（三）标准生成自由能及其应用G0=G0f产物 G0f反应物（四）偶联化学反
4、应标准自由能变化的可加 性及其意义偶联化学反应标准自由能变化是可以相加的, 如:A B + C 的 G0 = +21kJ/mol, B D的 G0 = -34kJ/mol,则 A C + D 的 G0= -13kJ/mol, 反应可以自发进行。Date11化学反应中自由能的变化和意义（五）化学反应和自由能关系的进一步说明只有G0的反应可以和G0的反应，在非标准状态下， G有可能20.92kJ/mol)的活泼共价键。常用“ ”表示Date13高能磷酸化合物的类型 磷氧键型(-OP) 氮磷键型(-NP) 硫酯键型(-COS) 甲硫键型(-S CH3) S-腺苷甲硫氨酸Date14高能磷酸化合物（三
5、）ATP的结构特性1.结构水解自由能：磷酸基团高能键的水解自由能为 30.5kJ/mol或7.3kcal/molDate15糖酵解作用的研究历史 糖酵解的过程 糖酵解作用的调节 第22章 糖 酵 解 作 用Date16糖酵解的过程 一、糖酵解（glycolysis）的概念 葡萄糖在无氧条件下转变为丙酮酸所经历的一系列反应，在此过程中净生成两个ATP分子。又称（Embden-Meyerhof Pathway， EMP） Date17二、糖酵解的过程(glycolysis)Date18己糖激酶/葡萄糖激酶磷酸己糖异构酶磷酸果糖激酶-1ATPADPATPADP*(1 )(2 )(3 )碳链不变，但两
6、头接上了磷酸基团，为断 裂作好准备。消耗两个ATPDate19糖酵解的过程 4、果糖-1，6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸 F -1,6-BP GAP+ DHAP 生理条件下G-3-P 不断形成丙酮酸，故 G-3-P低，反应向裂解方向进行。醛缩酶Date20糖酵解的过程 5、 二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸 DHAP G-3-P磷酸丙糖 异构酶Date21(6 )(7 )(8 )ATPADP磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油醛 脱氢酶磷酸甘油酸 激酶NAD+PiNADH+H+活性中心含 巯基（巯基抑制剂） （砷酸盐 ）Date22烯醇化酶丙酮酸激酶*ATPADP自发H2O需K+和M
7、g2+参 加（氟化物）Date231、在无氧或相对缺氧时 发酵有两种发酵：酒精发酵、乳酸发酵（1）酒精发酵：由葡萄糖 乙醇的过程（酵母和某些微生 物）丙酮酸脱羧酶需要TPP作为辅酶。四、丙酮酸的去路Date24(2)在无氧或相对缺氧时 乳酸发酵 乳酸发酵：由葡萄糖 乳酸的过程乳酸脱氢酶在动物体内有5种同工酶：H4、H3M、H2M2、HM3、M4 Date25(2)在有氧条件下原核生物中：1分子的NADH通过呼吸链可产生2.5个ATP ，真核生物中：在植物细胞或动物的肌细胞中，线粒体 中甘油醛-3-磷酸脱氢酶的辅基是FAD，1 分子FADH2通过呼吸链可产生1.5个ATP。 1分子葡萄糖通过有氧
8、酵解，可 生成 2 + 1.52 = 5 个ATP 1分子葡萄糖通过有氧酵解，可 生成 2 + 2.52 = 7 个ATPDate26糖酵解作用的调节 在代谢途径中，发生不可逆反应的地方常常是整个途径的调控部位，而催化这些反应的酶常常要受到调控，从而影响这些地方的反应速度，进而影响整个途径的进程。这些酶称该途径的关键酶。在糖酵解中，有三种酶催化的不可逆反应 己糖激酶、PFK、丙酮酸激酶。所以它们是关键酶。这三种酶都是变构酶。Date27糖酵解作用的调节 一、磷酸果糖激酶的调节磷酸果糖激酶的活化因子：1）ADP, 2) AMP, 3）2，6-二磷酸果糖。磷酸果糖激酶的抑制因子：1）ATP, 2)
9、 柠檬酸,3）长链脂肪酸。Date28糖酵解作用的调节 二、己糖激酶的调节磷酸果糖激酶被抑制时，可使G-6-P积累，因而别构抑制己糖激酶的活性，减缓酵解速度。因为G-6-P在复杂的代谢途径中还可转化成糖原及戊糖，己糖激酶不是酵解的关键调控酶。Date29糖酵解作用的调节 三、丙酮酸激酶的调节丙酮酸激酶调节酵解出口，催化酵解中第三个不可逆步骤。（1）1，6-二磷酸果糖使丙酮酸激酶活化，称为前馈激活。这使丙酮酸激酶活力与磷酸果糖激酶催化的加速协调，接受大量代谢中间物，因此加速酵解。（2）酵解产物丙酮酸转氨合成的丙氨酸可以别构抑制这个酶的活性。这是生物合成前体过剩的信号。Date30丙酮酸进入柠檬酸
10、循环的准备阶段 柠檬酸循环 柠檬酸循环的发现历史 第23章 柠 檬 酸 循 环 Date31丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 形成乙酰-CoA 在线粒体基质中由丙酮酸脱氢酶系催化丙酮酸不可 逆的氧化脱羧，并与CoA结合形成乙酰- CoA和CO2 。Date32有5种辅酶参与反应E1：丙酮酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酸转 乙酰基酶 E3：二氢硫辛酸脱 氢酶Date33三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，又叫做TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它含有三个羧基，故此得名。该循环的提出的主要贡献者是德国生化学家Krebs（1937），所以又称Krebs循环。该循环还叫
11、做柠檬酸循环。Krebs获得1953年偌贝尔奖，被誉为TCA循环之父 。Date34三羧酸循环tricarboxylic acid,TCA丙酮酸乙酰CoA草酰 琥珀酸-酮 戊二酸琥珀 酸延胡 索酸苹果 酸草酰 乙酸柠檬 酸琥珀酰 CoA异柠 檬酸定义：在有氧条件下，酵 解产物丙酮酸被氧化分解 成CO2和H2O,并以ATP形式贮 备大量能量的代谢系统。NADHCO21GTPFADH2NADH加入2CNADHCO2Date35 (4)(7)(8)(10)CH3COCOOHNAD+NADH + H+CoASHCO2CH3COSCoAOCCOOHCH2COOHCH2COOHC(OH)COOHCH2CO
12、OHCH2COOHCHCOOHCH(OH)COOHNAD(P)NAD(P)H+HCH2COOHCHCOOHCOCOOHCH2COOHCH2COCOOHNADH+HNADNADH + H+COSCoACH2CH2COOHGDP+PiGTPCoASHH 2 OCH2COOHCH2COOHFADH2FADCHCOOHCHCOOHHOCCOOHCH2COOHH+NAD+CO2+CoASHH 2 OCoASHCO2丙酮酸乙酰 CoA(2)(1)(7)(8)(9)(10)(5)(6)(3)(4)柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸琥珀酰 CoA琥珀酸延胡索酸L-苹果酸草酰乙酸H O2(1) 丙酮酸脱氢酶复合
13、体 (2) 柠檬酸合成酶 (3) 顺乌头酸酶 (4)(5)异柠檬酸脱氢酶 (6) -酮戊二酸脱氢酶复合体 (7) 琥珀酰CoA合成酶 (8) 琥珀酸脱氢酶 (9) 延胡索酸酶 (10)L-苹果酸脱氢酶二、三羧酸循环的总反应产能步骤2NAD(P)H1FADH21GTP(1)(6)-产能脱碳2NADH + 2 CO2(5)-脱碳-1CO2 3步不可逆反应Date36（一）乙 酰-CoA碳 原子在柠 檬酸循环 中的命运Date37The fate of the carbon atoms of acetate in successive TCA cycles. (a) The carbonyl car
14、bon of acetyl-CoA is fully retained through one turn of the cycle but is lost completely in a second turn of the cycle. (b) The methyl carbon of a labeled acetyl- CoA survives two full turns of the cycle but becomes equally distributed among the four carbons of oxaloacetate by the end of the second
15、turn. In each subsequent turn of the cycle, one-half of this carbon (the original labeled methyl group) is lost.Date38柠檬酸循环 （二）柠檬酸循环的化学总结算 柠檬酸循环有4个脱氢步骤,其中3对电 子经NADH传递给氧,每对电子产生2.5个 ATP,一对电子经FADH2传递给氧,产生1.5个 ATP,柠檬酸循环本身产生1个ATP,每次循环 产生7.5 + 1.5 + 1 = 10个ATP.过去的计算是9 + 2 + 1 = 12个ATP. Date39柠檬酸循环 （三）每经历一次TCA循环(循环的特点):有2个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有2个碳原子通过脱羧反应离开循环。有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对由NADH携带，1对由FADH2携带。产生1分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成1分子ATP。消耗2分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬酰CoA）和延胡索酸的加水。 Date40Date41柠檬酸循环 TCA受 底物效应； 产物积累的 反馈抑制作 用； 循环中形成 的中间产物 的别构抑制 ；Date42三个控制部位 草酰乙酸乙酰CoA 异柠檬酸3. -酮戊二酸柠檬酸合成酶ATP柠檬酸异柠檬酸脱氢酶 （ADP，NA
