代谢总论与生物能学共27页文档

阶段1：利用分解代谢阶段之2、3产生的 小分子作为合成原料前体。
注：*各类生物代谢的起点和进行方向不同， 但都遵循许多中心转化过程。 *生物可直接利用分解代谢产生的构件 分子作为前体装配成生物大分子。
合成代谢与分解代谢途径通常不重合
（1）二者部分代谢过程相同，个别或少数过程不同，由不同的酶催化。 例：糖酵解与糖异生
氨基酸 三碳α-酮酸（丙酮酸） 乙酰CoA
葡萄糖 → 丙酮酸 甘 油 → 丙酮酸 脂肪酸 → 乙酰CoA
阶段3：中间代谢物通过TCA循环最终分解为 CO2、H2O。
*合成代谢三阶段
阶段3：从构件分子合成大分子化合物， 如脂肪的合成原料是小分子乙 酰辅酶A，
先合成出脂肪酸，再合成各种脂类。 阶段2：先合成各种生物大分子的构件单元。
NADPH为合成代谢中的生物合成提供还原力。
*合成代谢（Anabolism）：由小分子前体合成生物大分子的过程。需要的 能量由分解代谢产生的 ATP 和 NADPH 提供。
NAD+ ; NADPH + H+
NAD+/NADH : 氧化途径（分解代谢）中电子受体 NADP+/NADPH :还原途径（合成代谢）电子供体
区域部位 1、线粒体
2、胞液 3、内质网 4、细胞核 5、糖颗粒 6、溶酶体
*各代谢途径的细胞定位
代谢分工 三羧酸循环（线粒体膜）；电子传递和氧化磷酸化 脂肪酸氧化；氨基酸分解代谢 酵解；脂肪酸合成；糖异生的部分途径；尿素合成 脂类合成；类固醇合成；蛋白质合成 DNA的复制；RNA的合成 糖原的合成与降解 蛋白质降解
新陈代谢特点：
在温和条件下进行，由酶催化； 各反应有严格的顺序性； 代谢途径的单向性 ( 代谢中的限速酶 ) 生物体对内外环境条件有高度的适应性和灵敏的自动调节。

通过NADPH循 环从分解代谢 中将电子和氢 原子（能量） 传递到合成代 谢中。
六、FMN和FAD的递能作用
在氧化还原反应，特别是在氧化呼吸链中起着传递电子和氢原子的作用。
七、辅酶A在能量代谢中的作用
辅酶A
功能——酰基转移酶辅酶，传递酰基 在脂类与糖类代谢中起重要的作用
八、新陈代谢的调节
代谢的调节分三个水平：分子水平，细胞水平和整体水平。
3. 同位素示踪法
用14C标记CO2,培养绿藻，提 取液进行双向纸层析，放射 自显影，发现放射性最早出 现在3-磷酸甘油酸(PGA)， 随后出现在其他中间物。
•
科学家通过同位素示踪法证明，生物集体虽然从表 面上看，保持着恒定状态，但是实际上并不是恒定 不变的，生物有机体在不断地进行新陈代谢，体内 各种物质在不断地更新。
•[医学]代谢总论
3.新陈代谢的特点
（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
为什么具有许多相同之处呢？ 共同的祖先！
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。
（2） 反应步骤繁多，具有严格的顺序性； （3） 与环境相适应，自动调节；
实质是电子的得失，在生物化学反应中十分普遍，
从代谢物转移的电子，通过一系列的传递体转移到氧， 并伴随能量的释放。
（三）消除、异构化及重排反应
消除反应伴随碳-碳双键的生成，可通过协同 机制、碳正离子机制或碳负离子机制完成，形成 顺式或反式消除产物。
在生物化学中，常见的异构化反应是双键移 位。如酮糖-醛糖互变。
2. 生物圈自养生物和异养生物间氧和二氧化碳的循环

“中间代谢”
指物质在细胞中的合成和分解过程，不涉及营养物质的 消化吸收与代谢产物的排泄。
8.1 新陈代谢总论
一、新陈代谢的研究方法 1.活体内与活体外实验 （1）in vivo（体内实验） 在正常生理条件 下，在神经、体液等调节机制下的 整体代谢情况。
1904年 Knoop Ф (CH2)nCOOH 狗 ФCOOH ，ФCH2COOH
3.代谢途径阻断等方法 用抗代谢物或酶的抑制剂来阻抑中间代谢的某
一环节，观察这些反应被抑制或改变以后的结果， 以推测代谢情况。
利用患代谢障碍病的病人或动物进行代谢研究
AB
停止 C DEF
排出体外
4. 突变体研究法 基因突变
酶的缺失
相应产物的缺失或酶作用底物的堆积
鉴别代谢途径的酶及中间代谢物
二、生物体内能量代谢的基本规律
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
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③ 硫酯键型
O R C SCoA
酰基辅酶A
NH2
N
N
O
OS O-
O
OP O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸
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④ 甲硫键型
S-腺苷甲硫氨酸
COO-
CH
N
H
+ 3
CH2
CH2 H 3C S + A
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2、ATP的作用
三、高能化合物与ATP作用
1、高能化合物：在生物化学反应中，随水解反应或 集团转移反应能够放出大量自由能的化学化合物 （高能磷酸化合物（～P）、硫酯型高能化合物、 甲硫型高能化合物）。
高能磷酸化合物：磷氧型+磷氮型 p205（表8-1）

催化剂
酶
无
能量释放的速度
缓慢
快速
能量释放的形式 主要以生成ATP等高
热
能化合物的形式释放
产生CO2与H2O 进行广泛的加水脱氢 氧直接与碳、 的方式 反应，间接得氧，脱 氢结合，生
下的氢与氧结合成水；成CO2与H2O。
有机酸脱羧产生CO2。
19
OO== O=
O= O=
生物氧化中CO2的生成方式： 有机酸脱羧
15
4. 测定特征性酶
每条代谢途径都有其特征性酶，它的存在 就表明该代谢途径存在。
糖代谢途径的特征性酶：
EMP途径：醛缩酶 HMP途径：6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 TCA循环：柠檬酸合成酶
16
第三节 生物氧化 Biological Oxidation
一、概念
物质在体内的氧化分解过程，主要是糖、脂、 蛋白质等在体内分解时逐步释放能量、最终生 成二氧化碳和水的过程。
600g×10min 15,000g×5min 100,000g×60min
11
研究代谢途径的方法
1. 代谢平衡实验
通过体内实验研究代谢物摄入和产物排出 的平衡关系。例如测定呼吸商可判断体内能量 来源。
R.O. =
产CO2量（L） 耗O2量（L）
糖、脂、蛋白质等营养物质在体内氧化分解需要消 耗O2，放出CO2，CO2与O2的体积比称为呼吸商。
S e1 A e2 B e3 C e4 D e5 P
7
代谢作用的特点
代谢过程所包含的化学反应通常不是一步完成， 由一系列的中间代谢过程所组成，反应数目虽多， 但有极强的顺序性。
代谢作用需要温和的条件，绝大多数反应都由酶 所催化。
代谢作用具有高度灵敏的自我调节。

,
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
代谢总论是研 究生物体新陈
代谢的科学
包括生物体对 营养物质的吸 收、转化、利 用和排泄等过
程
代谢总论的研 究有助于了解 生物体的生长、 发育、繁殖和 衰老等生命活
动
代谢总论的研 究对于医学、 农业、食品工 业等领域具有
重要意义
代谢的定义和分类 代谢的生理功能和调节机制 代谢的调控和信号传导
氧化磷酸化：在细胞内进行，将葡萄糖等有机物氧化分解，产生能量和 ATP
PART FOUR
催化作用：酶可以加速化学反应的 速度，提高代谢效率
信号作用：酶可以传递信号，调控 细胞活动
添加标题
添加标题
添加标题
பைடு நூலகம்
添加标题
调节作用：酶可以调节代谢过程， 维持体内平衡
修复作用：酶可以修复受损的代谢 途径，维持正常功能
PART THREE
蛋白质： 由氨基酸 组成，是 生命的基 础物质
核酸：由 核苷酸组 成，是遗 传信息的 载体
糖类：由 单糖组成， 是生命的 主要能源 物质
脂质：由 脂肪酸和 甘油组成， 是生命的 重要组成 成分
维生素： 由有机化 合物组成， 是维持生 命活动所 必需的微 量有机化 合物
水：是生 命的重要 组成成分， 参与各种 生命活动
代谢组学技术的发展：更高效、更准确的代谢组学技术将推动代谢研究的发展
代谢与疾病的关系：更深入地研究代谢与疾病的关系，为疾病的预防和治疗提供新的思路和方 法
代谢与健康的关系：研究代谢与健康的关系，为健康生活方式和健康管理提供科学依据
代谢与环境的关系：研究代谢与环境的关系，为环境保护和可持续发展提供科学依据

异构化及重排
消除反应的机制
反应
消除反应伴随碳
-碳双键的生成，可
通过协同机制、碳正
离子机制或碳负离子
机制完成，形成顺式
或反式消除产物。
在生物化学中，
常见的异构化反应是
双键移位。如酮糖-
醛糖互变。
重排反应伴随碳
-碳键的断裂和重生
成，使碳骨架发生变
化。
ppt课件
13
消除反应的立体化学
2.异构化反应
1
1
2
基团发生反应。
若有氢负离子的受体存在，C-H键
断裂时电子有可能留在氢原子一侧形成
碳正离子和氢负离子，缺电子的亲电基
团容易与富电子的碳负离子(为亲核基
团)发生反应。
ppt课件
9
（一）基团转移反应(group— transferreaction)
在生物化学反应中，通常为亲电基团 从一个亲核体转移到另一个亲核体常见的 转移基团有酰基、磷酰基和葡萄糖基等。
1点1线或1点2线:410个；
1点3线:71个；1点4线:20个；
1点5线:11个；1点6线或6线
以上:8个；1点1线在1个途径
的末端；1点2线在1个途径的
中间；1点3线参与2个途径；
其余类推。
ppt课件
3
（四）分解代 谢的三个阶段
（三）代谢途径的类
型：
（a）多种游离酶构成的
代谢途径；
（b）多酶复合体构成的
第19章
代
谢
总
论
ppt课件
1
一、新陈代谢的一般规律
(一）基本概念 新陈代谢是体内化学反应的总称，体内的化学反应通常由
酶催化，一系列的连续反应构成代谢途径，代谢途径的个别步

第五章 新陈代谢总论和生物氧化
第一节 新陈代谢总论
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，简称代谢metabolism
生物 体的 新陈 代谢
合成代谢 生物小分子合成生物大分子
（同化作用）
需要能量
物质
能量代谢
分解代谢 释放能量 （异化作用）生物大分子分解为生物小分子
代谢
新陈代谢的功能
O OP O
-
酰基腺苷酸
O RCH C O N H3
+
O P O A O
-
氨甲酰磷酸
氨酰基腺苷酸
（B）焦磷酸化合物
O O P O
-
NH2 N O O P O
-
O O P O
-
O
-
N N N H H OH
O O P O
-
O O P O
-
焦磷酸
OCH2 H H
O
OH
ATP（三磷酸腺苷）
ADP（二磷酸腺苷）
2 热力学第二定律
热力学第二定律指一切自 发的过程都向着能量分散 程度增加的方向进行。如 热的传导只能由高温物体 传到低温物体。 第二定律说明热力学体系 的运动有一定的方向性
热力学第二定律只指示一个化 学反应的方向和限度，不预示 反应过程的速率
3 自由能
自由能（G）是指一个反应体系中能够做 功的那部分能量。即生物氧化所能提供的 能量。 自由能的变化(ΔG)：产物的自由能与反应 物的自由能之差，与反应转变过程无关。
Cys Cys S S S S S S Cys Cys
+e-e-
Fe3+
Fe3+
Cys

内容提要
新陈代谢概论 分解代谢和合成代谢 能量代谢在新陈代谢中的重要地位 新陈代谢的调节
第一节 新陈代谢概论
有关新陈代谢的概念 新陈代谢的功能
有关新陈代谢的概念
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
代谢中间产物(metabolic intermediates)：简称 代谢物(metabolites)，代谢过程中连续转变的 酶促产物的统称
第一个阶段：由营养物的大分子分解为较小的分子
例如，蛋白质被降解为氨基酸，多糖被降解为单糖，脂肪被 降解为甘油和脂肪酸等等
没有ATP的产生
第二阶段：由各种小分子进一步转变为少数几种共同 物质
例如，转变为乙酰基(形成乙酰辅酶A) 基本上也不释放能量，但有很少量ATP形成
第三个阶段：由柠檬酸循环和氧化磷酸化两个共同代 谢途径组成
生物的能量来源
太阳能是所有生物最根本的能量来源 生物通过光合作用等过程中，将光能转化为化学能；
依靠外界营养物质为生的生物（称为异养生物 heterotrophs）将复杂的营养物进行分解代谢，在分解 代谢过程中，将营养物蕴藏的能量逐步释放出来；在 生物氧化的过程中，将释放出的能量捕获贮存起来， 以便用于机体做功 自由能(free energy)：能用于肌肉收缩、合成代谢、跨 膜运输以及所有的需能反应等机体做功的能量 能量传递系统(energy-transmitting system)：在分解代 谢中，起捕获和贮存能量作用的是腺嘌呤核苷三磷酸， 简称腺昔三磷酸(即ATP)，ATP及合成ATP的ADP(腺苷 二磷酸)和无机磷酸广泛存在于生物体的各个细胞内， 起着传递能量的作用
第四节 新陈代谢的调节
前面已经提到，生物机体的新陈代谢是 一个完整统一的体系。机体代谢的协调 配合，关键在于它存在有精密的调节机 制。代谢的调节使生物机体能够适应其 内、外复杂的变化环境，从而得以生存。 这种精密的调节机制是生物在长期演化 中获得的

典型的解偶联剂：DNP（2，4-二硝基苯酚） 注：解偶联剂作用只抑制氧化磷酸化过程中ATP
的形成，对底物水平磷酸化没有影响。
第32页，共47页。
思考
➢ 以前有人曾经考虑过使用解偶联剂如 DNP作为减肥药，但不久就放弃使用， 为什么？
➢ 柠檬酸P/O？琥珀酸P/O？ ➢ 在鱼藤酮存在的情况下，苹果酸P/O？琥
–黄素单核苷酸（FMN) –黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD) (3) 铁硫蛋白类 (4) 辅酶Q(coenzyme Q, CoQ)(泛醌 ubiquinone) (5) 细胞色素类（cytochromes)
Cytb,Cytc,Cytc1,Cyta1a3
第19页，共47页。
人体组织最普遍最重要的呼吸链
以NAD+(CoI)或NADP+(CoII)为辅酶的脱氢酶
➢ 例：呼吸作用、生物体的生长、肌肉收 缩、光合作用等。
第3页，共47页。
新陈代谢的过程
➢ 包括物质代谢和能量代谢
➢ 新陈代谢的过程包括营养物质的消化吸收、中间代 谢和代谢产物的排泄等阶段。
➢ 同化作用（anabolism)：由外界到自身，小分子合 成大分子，耗能。例如：光合作用
➢ 异化作用(catabolism)：由自身到外界，大分子分 解成小分子，释放能量。例如：葡萄糖的乙醇发 酵
呼吸链中传递体排列顺序的依据
➢ 通过每一个传递体的氧化还原电势来确 定
➢ 用分光光度法 ➢ 利用抑制剂来确定
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呼吸主链和呼吸支链
➢ 呼吸主链：苹果酸，丙酮酸，柠檬酸等 ➢ 呼吸支链：琥珀酸，脂酰CoA，α-磷酸
甘油
第22页，共47页。
电子传递的抑制剂
鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素 抗霉素A 氰化物、硫化氢、叠氮化物、co等

还原型
Cyt递电子体 b, c1, c, aa3
½ O2
O2H2O
递氢体H2
2e
氧化型
2H+
六、氧化酶类
1.电子转移酶 如：细胞色素类，
这是一类催化氧化还原反应的酶， 其辅基是血红素，作用部位是血红
S1
Fe
3+
P2
P1
Fe
2+
S2
素中的铁离子，接受电子和释放电
子催化反应
OH OH
2+
2. 氧化酶： （ 1）一般氧化酶：单独使底物脱 氢，并把氢交给氧的酶类，如一酶 体系中的多酚氧化酶。
热能
……
CO2+H2O
有机物
ATP
Hale Waihona Puke 烯醇磷酸化合物 磷氧型 酰基磷酸化合物
磷酸化合物
磷氮型
焦磷酸化合物
高能化合物
硫酯键化合物
非磷酸化合物
甲硫键化合物
六、、能量代谢与物质代谢的关系
异氧生物分解有机营养物质并产生ATP的三个阶段：
多糖 单糖 脂肪 甘油 脂肪酸 氨基酸
第二阶段
蛋白质
第一阶段
乙酰辅酶 乙酰辅酶A A
AH2 酶 A
1/2O2
H2O
一酶体系
AH2 1/2O2
酶1
酶2
酶3
……
酶n
A
H2O
多酶体系
H2O的生成 代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。 生物体主要以脱氢酶、传递体及氧化酶组成生物氧化体系， 以促进水的生成。 脱氢酶 氧化酶
MH 2
M
递氢体
NAD+、NADP+、 FMN、FAD、COQ