第十二章 代谢导论

， CO2作为异养生物碳代谢末端产物返回大气 ，被光能自养生物重新利用；
• 生物圈中能量流动在碳循环中运转，推进循环
原动力是光能；
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碳素循环
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（二）氮循环
• 氮对生物来说是关键元素，是蛋白质和核酸组分；在
无生命环境中，氮以N2形式出现在大气中，以硝酸根 离子NO3-形式出现在土壤和海洋中。
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生物氧化反应中电子载体
NAD+ NADH NADP+ NADPH FAD FADH2 FMN FMNH2
辅酶Ⅰ（氧化型）（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸） 辅酶Ⅰ（还原型） 辅酶Ⅱ（氧化型） 辅酶Ⅱ（还原型） 黄素腺嘌呤二核苷酸（氧化型） 黄素腺嘌呤二核苷酸（还原型） 黄素单核苷酸（氧化型） 黄素单核苷酸（还原型）
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新陈代谢，指生物与周围环境进行物质交换和能量 交换过程。
生物体新 陈代谢
合成代谢（同化作用） 生物小分子合成为生物大分子 需要能量（来自分解代谢及光、热等）
物 质
代
生物大分子分解为生物小分子
谢
分解代谢（异化作用） 释放能量（用于合成代谢和生理及运
动需能）
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一、分解代谢（异化）
★
有机营养物经过一系列反应步骤转变为较小、较简
单物质过程称为分解代谢（catabolism）。
有机营养物质经过分解代谢过程可大致划分为三个 阶段。
第一个阶段由营养物大分子分解为较小分子；
第二阶段是由各种小分子深入转变为少数几个共同 物质；
第三个阶段由柠檬酸循环和氧化磷酸化两个共同代 谢路径组成。这个阶段是形成ATP主要阶段。

四、自由能是生物化学中最有用的热力学 函数。
细胞最基本的新陈代谢途径：
第七章
代谢概述（代谢引论）

第八/九章
糖类代谢/生物氧化与氧化磷酸化
第十章
脂类代谢
第十一章
蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢
第十二章
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
第十三/十四章 DNA/RNA的生物合成
第十五/十六章 蛋白质的生物合成/重组DNA技术
第一章 绪 论
第 二 章 蛋白质化学
第 三 章 核酸化学
第四/五章 酶学/维生素与辅酶
第 六 章 生物膜
第七章
代谢概述
第八/九章
糖类代谢/生物氧化与氧化磷酸化
第十章
脂类代谢
第十一章
蛋白质的酶促降解和氨基酸代谢
第十二章
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
第十三/十四章 DNA/RNA的生物合成
第十五/十六章 蛋白质的生物合成/重组DNA技术
氧化磷酸化
含氮终产物 ADP ATP
CO2
代谢终产物
H2O
关键的中间代谢产物： ������ 6-磷酸葡萄糖 ������ 丙酮酸 ������ 乙酰-CoA
生命即为受集成和受 调控的各代谢途径的 网络系统。
所有的代谢反应以及酶的 催化作用都遵循基本的化 学和物理学的规则，并受 到严格的调控。
生物体系是一个开放体系
1、细胞如何从其环境中 摄取能量和自身构建所需 物质？ 异化(分解代谢)
2、细胞如何由相应的构 件单元合成其自身生物 大分子？ 同化(合成代谢)
分解代谢 是氧化过 程，产生 能量和代 谢产物。
合成代谢 是还原过 程，消耗 能量生成 自身所需 物质。
生物氧化与一般的体外 氧化的化学本质完全相 同，即它们的最终氧化 产物都是CO2和H2O， 所释放的能量也完全相 同，但二者的表现形式 和氧化条件不同！

例:
D-葡萄糖 + ATP
酶
D-6-磷酸葡萄糖 + ADP
==
•类似的反应
普遍存在。
6 ATP是生物能的主要载体
二、高能化合物
—— 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（>21千焦/摩尔）的化合物。
高能建与键能的区别 ？
~
高能键断开，可传递能量
1、高能化合物按键的特性分类：
代谢中常见的有机反应机制

1.
消除、异构化和重排反应
消除反应如C=C的形成； 三种可能的机制：协同机制、正碳离子 机制、负碳离子机制。
经过碳正离子的机制的醇消除反应
代谢中常见的有机反应机制

消除、异构化和重排反应
2.异构化反应如醛糖与酮糖的异构反应；
代谢中常见的有机反应机制

消除、异构化和重排反应
③
硫酯键型
NH2
O
O O O P
-
N N OCH2
-
N N H H OH
R C SCoA
酰基辅酶A
31.4kJ/moL
O S O
O
O
H H OHi P
3’-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
④ 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
41.8kJ/moL
COO CH2 CH2 H3C S
+
+
CH NH3
A

高能化合物 在激酶的催
生物体内进行氧化-还原反应时，基本原理 和原电池一样：
ΔE0’ = φ0’正极-φ0’负极
氧化-还原反应自由能的变化与标准电势的关系 ΔG°′=－nFΔE°′
一些重要的 生物半反应 标准还原电位

类囊体膜和线粒体膜）上，还都需要酶的催化作用。
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第一节
二、热力学定律
热是一种可测量的能量形式。热力学是研究热现象中物态 转变和能量转换规律的学科。
热与功是能的两种主要表现形式。在生物系统中，一般使 用千焦耳（kJ）为能量单位。
ATP + E-LH → E～LH2-AMP + Pi E～LH2-AMP + O2 → E-P + CO2+
hu (荧光）
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第二节
第二节 生物催化剂-酶
一、酶是具有催化作用的蛋白质
酶是细胞产生的可调节化学反应速度的催化剂。绝大多数 的酶都是蛋白质，近年来发现某些核酸也具有生物催化作 用，被称之为“核酶” 。 酶在常温、常压、中性pH的温 和条件下具有很高的催化效率。
热力学第一定律即能量守恒定律，该定律指出，宇宙或一 个孤立系统的总能量是一个常数，能量可以不断被转化和 转移，但不可能被创造，也不可能被消灭。
如酒精燃烧将化学能转化为光能和热能。
生物体可以从环境中获得能量，在体内转换传递，也 可将能量以热的形式释放到环境中去，将生物及其环 境看作为一个孤立系统，其能量始终是守恒的。
ATP 与ADP 的转换
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第一节
ATP作为细胞中能量的通货是如何工作的呢？
——细胞内ATP水解的放能反应往往在特定酶的帮助下 直接与某些吸能反应相偶联。在生物体中，ATP不断地 消耗和再生，维持着生命的高度有序状态。