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第八章新陈代谢引论一．新陈代谢的一般概念1．什么是新陈代谢：新陈代谢是活细胞中所有化学变化的总称，新陈代谢包括物质代谢和能量代谢(1).分解代谢:生物大分子分解为生物小分子，同时伴随能量的释放(2).合成代谢：生物小分子合成生物大分子，同时伴随能量的需求新陈代谢的功能概括为5个方面(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，大分子的组成前体。
（3）将结构元件装配成自身的大分子，如：蛋白质、核酸、脂类以及其它组分。
（4）形成或分解为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能量。
2．代谢过程的表示方法：代谢途径(pathway)和多酶体系3. 代谢途径的调节控制：细胞中所有化学变化的控制规律（1）代谢途径的单向性限速反应、限速酶、调节酶（2）限速反应与调节(A).限速反应不是固定不变的，是随着环境状态和营养状况的变化而改变。
例如底物浓度的变化、激素的有无、效应分子的有无等。
(B) 一条途径一般只有一个限速反应，限速反应一般位于途径的第一步或分支点，控制整个途径的速度和流量。
同时限速反应位于第一步，不会造成物质和能量的浪费。
(C)限速反应的逆反应速率很小，甚至等于零，从而保证途径的单向性。
(D) 限速反应是整个途径的控制点，它的速度就是途径的速度。
∇A →B →C →D →E →F → P↓∇G →H→L4. 中间代谢：消化吸收的营养物质和体内原有的物质在一切组织和细胞中进行的各种化学变化称为中间代谢二. 细胞代谢中的主要反应类型 1. 氧化还原反应2. C-C键的形成和断裂3. 分子重排、异构化4. 基团转移三. 新陈代谢的调控1.分子水平—酶水平2.细胞水平3.整体水平四. 新陈代谢的研究方法1. 同位素示踪法(同位素标记)（1）什么是同位素：在元素周期表中处于同一位置，原子序数相同，化学性质相同，但质量不同的元素。
它们是质子数相同而中字数目不同的原子。
第八章代谢总论及生物能一、新陈代谢二、新陈代谢的特点和调节三、生物能及高能化合物一、新陈代谢(代谢 Metabolism )新陈代谢:营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称为新陈代谢。
实质：错综复杂的化学反应相互配合，彼此协调，对周围转环境高度适应而成的一个有规律的总过程。
代谢的功能：从环境中获得营养转变为自身需要的结构元件装配成自身的大分子形成或分解生物特殊功能所需的生物分子提供生命所需的一切能量。
（二）分类同一种物质，分解代谢和合成代谢选择不同的途径，使代谢增加了灵活性和应变能力。
同一种物质的两种过程并非都是在细胞的相同部位进行。
两用代谢途径；二、新陈代谢的特点与调节1.新陈代谢的特点步骤繁多、彼此协调，逐步进行，有严格顺序性；各代谢途径相互交接，形成物质与能量的网络化交流系统。
精密的调控机制保证机体最经济地利用物质和能量。
各代谢途径之间存在许多重复出现的基元在温和条件下进行(由酶催化)；2. 新陈代谢的调节分子水平（反应物、产物）细胞水平（反应的定位,代谢途径分隔控制）整体水平（激素和神经调节，合理分工安排）基因表达的调控三、生物能及高能化合物概念：是一种能能够被生物细胞直接利用的特殊能量形式。
化学本质：是存储于ATP分子焦磷酸键中的化学能。
（二）高能化合物一般将水解时能够释放 20.9 kJ /mol（5千卡/mol)以上自由能的化合物称为高能化合物。
高能键：在分子中用“~”表示2.高能磷酸化合物机体内有许多磷酸化合物，当其磷酰基水解的时候，释放出大量的自由能。
这类化合物称作高能磷酸化合物。
（1）ATP（2）磷酸肌酸、磷酸精氨酸（1）ATP是生物能存在的主要形式① ATP作为生物能源具有的特点ATP是一种瞬时自由能供体（能量中转站），不是能量存储形式。
ATP、ADP和Pi在细胞内处于动态平衡状态，ATP和ADP循环速率非常快。
②ATP的特殊作用ATP末端磷酸基团水解可以释放能量，通过酶和其它生物化学反应相偶联，使多数不能自发进行的反应得以顺利进行。
第八章代谢总论
•一基本概念
•1. 代谢：即新陈代谢，生命现象的基本特征。
•广义：营养物质在生物体内一切化学变化的总称。
•狭义：营养物质在活细胞内一切化学变化的总称。
•2. 物质代谢和能量代谢
•物质代谢：生物大分子的合成和分解。
•能量代谢：伴随物质代谢各种能量间转化。
•载体：有机大、小分子,ATP、NADPH等。
•二者关系：对立统一、依存和制约。
•3. 分解代谢和合成代谢
•分解代谢:营养物质逐步降解，伴随能量的释放。
•合成代谢: 小分子或大分子元件构建自身大分子，伴随能量的利用。
•二者关系：对立统一，相互联系。
•4. 代谢途径
•每种物质分解或合成代谢所经历的系列酶促反应的总过程。
•中间代谢：代谢途径中的酶促反应。
•代谢底物
•代谢产物
•二. 代谢的基本特点
•1. 代谢途径是一系列酶促反应
•代谢途径的形式：线形途径，环状途径。
•代谢途径的多酶系统：溶解状多酶体系，多酶复合物，膜结合酶体系。
•(1)分解代谢会聚到少数几个终产物
•生物大分子降解为主要构建分子；构建分子降解为小而简单的中间物；中间物最终降解为CO2 、、H2O、NH3等。
•分解代谢开始是多头绪,逐步形成少数中间物,最后完全降解，会聚趋向。
•细胞内有数百种小分子在代谢中起关键作用，构成成千上万种生物大分子，如果这些分子各自单独进行代谢而互不相关，那么代谢反应将变得无比庞杂，以至细胞无法容纳。
•细胞代谢原则：将各类物质分别纳入各自共同的代谢途径，以少数种类的反应，如氧化还原，基团转移，水解合成，异构反应等，转化种类繁多的分子。
不同的代谢途径可通过交叉点上关键的中间代谢物相互作用和相互转化，这些共同的中间代谢物使各代谢途径得以沟通，形成经济有效运转良好的代谢网络通路，其中三个最关键的中间代谢物，G—6—P，丙酮酸和乙酰辅酶A。
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•(2)合成代谢分叉产生许多产物
•利用小分子物质合成构建元件前体；合成生物大分子的构建元件；构建分子合成大分子化合物。
少数小分子物质经多步分支途径合成多种类型的生物大分子, 发散趋向。
分解阶段的中间物也可以直接参与大分子物质的合成。
•3. 分解代谢和合成代谢途径通常不重和,存在重要的差异•(1)部分过程相同,部分过程不相同,并由不同的酶催化，•如：葡萄糖酵解和葡萄糖异生途径
•a、G + ATP己糖激酶G—6—P + ADP
•b、G—6—P+H2O6—磷酸葡萄糖酶G + Pi
•a、F—6— P + ATP 磷酸果糖激酶F—1，6—2P+ ADP •b、F—1，6—2P+ H2O 果糖—1，6—二磷酸酶F—6—P+ Pi •a、草酰乙酸丙酮酸激酶丙酮酸
•b、丙酮酸丙酮酸羧化酶草酰乙酸
•(2)合成和分解途径完全不同,由不同的酶催化。
•如：脂肪酸的分解代谢和脂肪酸的合成代谢，发生部位不同，参与的酶系不同。
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•脂肪酸分解代谢：原核生物在细胞溶胶，真核生物在线粒体基质，脂肪酸降解沿β氧化途径进行。
•脂肪酸合成代谢在细胞溶胶，脂肪酸合成沿丙二酸单酰辅酶A途径。
•思考题: 为什么分解代谢和合成代谢不能完全是一个可逆过程？
4、代谢途径存在区隔化
•细胞具有精细的结构，真核生物的细胞还具有膜包围的各种细胞器，如核，内质网，线粒体，高尔基体和溶酶体等。
•细胞核是遗传信息贮存场所，在这里进行基因复制和转录，从而控制细胞的代谢活动。
•细胞质，大多数中间代谢都在细胞胞液中进行，其中包括糖酵解、糖原异生的许多反应以及糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸的生物合成。
在胞液中还分布大量的核糖体（游离）是蛋白质起始合成的主要场所。
•内质网：糙面内质网合成蛋白质。
蛋白质在内质网合成的同时，也要进行修饰与加工，如糖基化、羟基化、酰基化等。
•光面内质网：与糖类、脂类合成关系密切，除少数线粒体的磷脂外，细胞的磷脂、糖脂、胆固醇都由内质网上的酶类催化而成。
•高尔基体：对细胞合成物或吸收物加工，浓缩，包装、运输。
线粒体
•线粒体具有极其复杂的膜结构，有外膜内膜之分。
外膜含有形成大通道的蛋白，相对分子量在10000以下的一般分子均能通过。
内膜折皱成嵴，其上分布大量结构蛋白与酶类。
•主要为与呼吸链有关的细胞色素氧化还原酶类，ATP合成酶及调节代谢物进出的运输蛋白。
•内膜包围的内腔充满基质，其中含有数百种不同的酶类。
包括丙酮酸氧化脱羧，脂肪酸β氧化，三羧酸循环及氨基酸分解代谢有关的酶类。
•进行这许多代谢过程的酶体系都有一定的空间分布。
5. ATP是代谢反应中能量转移的重要载体•（1）、高能化合物
•高能键:水解时释放出20.92kJ/mol以上自有能的键,“~”。
•高能化合物:含高能键的化合物。
•高能磷酸化合物:机体内许多含有高能键的磷酸化合物,当其磷酰基水解时释放出大量自由能,称高能磷酸化合物。
•（2）、高能键的类型：
•A、氮磷键性
•磷酸肌酸
•磷酸精氨酸
•B、硫酯键型
•酰基辅酶A
•C、甲硫键性—活性甲硫氨酸
•D、磷氧键型：
•a、酰基磷酸化合物
•乙酰磷酸
•b、焦磷酸化合物：
•焦磷酸
•二磷酸腺苷
•烯醇式磷酸化合物
•磷酸烯醇式丙酮酸
•常见磷酸化合物水解的标准自由能变化：ATP处于中间位置•(3)、ATP (Adenosine triphosphate)的化学结构：三磷酸腺苷，腺苷三磷酸
（4）ATP在能量传递中的作用
•ATP在能量传递中的作用，作为磷酸基团的共同中间传递体。
•一个放能反应往往先产生一个或多个超高能化合物。
•如葡萄糖酵解：磷酸烯醇式丙酮酸和
•1、3-二磷酸甘油酸。
•超高能化合物将能量转给ADP生成ATP。
•1,3—二磷酸甘油酸+ADP→3-磷酸甘油酸+ATP
•ATP再将能量转移给其他磷酸基团受体。
•甘油+ATP→3-磷酸甘油+ADP
•ATP作为磷酸基团的中间传递体,起着能量携带和转运者作用,故称能量通用货币。
（5）ATP在能量供应中的作用
•提供生物合成所需能量；
•生物机体活动以及肌肉收缩的能量来源；
•提供物质跨膜运输所需要的能量；
•参与DNA、RNA和蛋白质的合成，保证遗传信息的正确传递，ATP以特殊方式递能。
（6）机体内ATP的动态平衡
•能荷：细胞所处能量状态用ATP，ADP，AMP之间的关系来表示。
•[ATP]+0.5[ADP]
•能荷= ────────
•[ATP]+[ADP]+[AMP]
（7）其它核苷三磷酸的递能作用
•UTP →UDP + Pi
•CTP →CDP + Pi
•GTP →GDP + Pi
•NDP + ATP → NTP + ADP
•不同核苷三磷酸在生物合成中的作用往往不同。
•每种核苷三磷酸在生物合成中的作用：
•ATP、UTP 合成多糖。
•ATP、GTP 合成蛋白质。
•ATP、UTP、GTP、CTP 合成RNA。
•dCTP、dTTP 、dGTP 、dATP 合成DNA。
（8）代谢中的其它递能物质
•NAD+NADH NADP+NADPH FMN FAD C O A
•思考题：简述ATP的结构特点及其在能量传递中作用。
6、细胞代谢是经济而精密的调节过程•（1）、生物体具有精密的代谢调控机制：
•产能过程和需能过程；分解过程和合成过程；协调统一,无空耗。
•（2）、各代谢途径本身及相互间依存和制约,形成网络调节
•细胞代谢调控表现在三个水平：多细胞水平，细胞水平和分子水平；主要通过代谢酶调控。
•（3）、酶的调节
•酶活力的调节: 通过调节酶起作用
•共价调节---化学修饰改变酶活性,磷酸化去磷酸化;腺苷酸化去腺苷酸化等。
•变构调节---效应物与酶别构中心结合,引起酶构象改变而影
响酶活性。
•酶量的调节：基因表达实现: 酶合成的诱导和阻遏效应。
•诱导:底物能诱导特异的酶类。
•阻遏:产物抑制酶合成速度, 酶生成量降低。
三、新陈代谢研究方法
•1、根据研究内容选择研究对象
•大鼠为常用实验材料。
•小球藻: 光合作用经典材料。
•微生物：生长速度快，是方便材料。
•2、研究代谢的目的
•A、代谢反应过程：底物、中间物、产物、酶促反应机理、能量消耗、生成。
•B、代谢反应的调控及其机制，以及代谢间相互关系。
•C、代谢反应的生理功能和部位。
•3、代谢研究的方法
•体内和体外两大类。
•使用酶的抑制剂；利用遗传缺欠症研究代谢途径；气体测量法；同位素示踪法；核磁共振波谱法等现代仪器；基因工程和蛋白质工程。
四、学习方法
•代谢发生部位；代谢具体过程，主要反应机理；代谢过程中能量的变化；代谢的调控，限速步骤；代谢的生理意义；与其他代谢途径的关系。
