生物化学.ppt

生 物 化 学 （下册）,BIOCHEMISTRY,如何学习代谢,* 课前预习, 课上认真记笔记, 课后及时复习 * 在理解的基础上，加强记忆 * 与先修和并修课程内容相联系， 以促进理解 * 学习过程中学会总结、归纳和提炼！ * 要反复复习和回顾，不可突击学习！ * 养成看参考书的习惯,参考文献,1 沈同, 王镜岩. 生物化学(第二版). 高等教育出版社, 1995 2 郑集, 陈钧辉. 普通生物化学(第三版). 高等教育出版社, 1998 3 宓怀风. 生物化学. 南开大学出版社，1987 4 张蘅. 生物化学(第二版). 北京医科大学，中国协和医科大学联合出版社, 1999 5 周爱儒. 生物化学（第五版）. 人民卫生出版社，2001 6 于自然，黄熙泰. 现代生物化学. 化学工业出版社（教材出版中心），2001,7 周秀贞, 何立望, 黄如彬. 生物化学. 贵州科技出版社，1993 8 李惟等. 生物化学. 北京:化学工业出版社（化学与应用化学出版中心），2005 9 张楚富. 生物化学原理. 高等教育出版社, 2003 10 王希成. 生物化学. 清华大学出版社，2000 Lenhninger Principles of Biochemistry (第四版). 2004,用户：ytu_chenm 密码：protein,第一章 代谢总论,一 新陈代谢（metabolism） 二 代谢研究的特点 三 代谢研究的对象和常用材料 四 代谢研究的方法 五 主要的代谢反应类型 六 生物膜与代谢物质运送,一 新陈代谢（metabolism）,1. 新陈代谢基本概念: 生物学角度：生物体从外界摄取各种生活物质，转化为自身生命活动所需的物质和能量，并将废物排出体外的过程。 动态生物化学角度：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。 2 . 代谢研究的主要内容: 2.1 营养物质的摄入 2.2 营养物质的消化和降解：由大分子形成小分子 2.3 由小分子物质合成自身需要的各种生物分子 2.4 提供和储存生命活动所需要的能量,1. 代谢描述的是细胞的所有反应 2. 代谢过程是在酶的催化下进行的 3. 代谢过程是复杂的、逐步进行的： 代谢物（metabolite）：代谢循环的各种中间物 代谢途径（catabolic pathways） 4. 代谢是受到调控的,二 代谢研究的基本特点：,5. 代谢包括物质代谢和能量代谢 合成代谢（同化作用） ：小分子合成大分子 ， 需要能量 代谢 （anabolism） (metabolism) 分解代谢（异化作用） ：大分子分解为小分子, 释放能量 （catabolism） 物质代谢 能量代谢 6. 热力学原理是代谢研究的基础 ，代谢中每一步反应都涉及到物质和能量。 7. 代谢途径一般都局限于细胞内特定的区域： 也称区室化（compartmentation),三 代谢研究的对象和常用材料,大肠杆菌（Escherichia coli）：细菌代谢代表 大肠杆菌T4噬菌体（Bacteriophage T4） 红色面包霉（Neurcspora crassa）：生化遗传 小球藻（Chlorella vulgaris）：光合作用研究经典材料 玉米（Zea mays）：光合作用、遗传 鸽（Columba livia）：代谢循环 大鼠（Mus musculus）：代谢 兔（Lepus californicus）：免疫生化 体内研究（in vivo）：用完整生物体、整体器官、 微生物群体等 体外研究（in vitro）：用器官或组织的切片、匀浆液 或组织提取液,四 代谢研究的方法,1、同位素示踪技术： 同位素：原子序数相同（在周期表上地位相同， 化学性质相同），但质量不同的元素。 天然同位素：稳定的同位素。如： 2H（D）、 15N、 13C和18O 质谱分析 放射性同位素：人工制备，不稳定。有特定的半衰期。 常用的：32 P、14C、3H、34S，放射自显影，计数法等,2、使用各种酶抑制剂和拮抗物： NADH-Q还原酶 细胞色素还原酶 NADH| QH2 | Cyt C1 鱼藤酮 抗霉素A 安密妥 细胞色素氧化酶 Cyt C | O2 CN-，N3，CO 3、遗传缺陷分析：例如，尿黑酸症、苯丙酮尿症。 4、其它研究方法：苯环示踪法， 核磁共振法， 量气法等，代谢组学,五 主要的代谢反应类型（四类）：,1 基团转移反应（group transfer reaction）： A-X + Y： Y-A + X (亲核取代) 例如：酰基转移反应。 O O- O R-C-X + Y： R- C X R-C-Y + X： Y 四面体共价中间物,2 氧化反应（oxidation）和还原反应（reduction）：,实质是电子得失（转移）。 H O H H O C NH2 C NH2 2H（2e） H H + H + N+ N R R （NAD + ） （NADH ） NAD+ + 2H NADH + H+,3 消除、异构化及重排反应： 消除反应（elimination）： 顺式（产物顺式）和反式消除（产物反式） 消除的基团：H2O、NH3、R-OH、R-NH2 H H R H R C C - R C = C + H+ + OH- H OH H R 机制：负碳机制、正碳机制和协同机制三种。,B：,H+,异构化反应（isomerization）：如：H在分子内迁移，使双键位置改变。例如醛、酮互变： H H H H C=O C-O： C-OH HC-OH H - C-OH C-O-H C - O- C=O R R R R （醛） （单烯二羟负离子中间体）（酮） 分子内重排反应：-C-C-C- 变位酶 -C-C-C- （rearrangement） C B12 C,B：,B：,HB,B：,HB,C-C 键的形成或断裂： 例如：负碳原子向正碳原子（醛、酯、酮、CO2等的C原子）发生亲核攻击。 （1）羟醛缩合（aldol condensation）： R R R R C = O C=O C- O - C=O CH3 -CH2 CH2 CH2 （酮） + HC OH H-C=O R R （醇） （醛）,B：,BH,（2）-酮酸的氧化脱羧：,COO - COO - CH2 O 2H CH2 O CO2 H- C - C -O H- C - C +-O HO- C - H C = O C C Mn 2+ O O O O （异柠檬酸） （草酰琥珀酸） COO - COO - CH2 H + CH2 H- C H- C-H C- O C = O C Mn 2+ C O O O O （ -酮戊二酸）,六 生物膜与代谢物质运送：,1. 生物膜（manbrane): 生物膜的组成和结构： 脂类：磷脂（双分子层）、糖脂和胆固醇 蛋白质：内在、外周和脂锚定蛋白 生物膜的功能： 能量转换、信息识别与传递、物质运输 生物膜的特性：通透性、流动性、高度选择性,2 运输方式： 主动运输和被动运输：,（1）被动运输（passive transport）： 也称易化扩散。是物质顺浓度梯度从高浓度跨膜运输到低浓度一侧的运输方式。例如：某些疏水分子简单扩散出入膜；人红细胞运送葡萄糖和一些阴离子等 特点：a. 运输速率依赖于膜两侧被运输物质的浓度差、 分子大小、电荷及在脂双层中的溶解度 b. 运输过程不需要能量，G 0 c. 被动运输有时有通道，有时没有,（2）主动运输（active transport）：,凡是物质逆浓度梯度运输的过程称为主动运输。 主动运输特点： 专一性：对特定物质的运送能力不同，有专门的通道 方向性：如主动向胞内摄入K+ ；向胞外排出Na+ 可被特定抑制剂选择性抑制： 乌本苷（ouabain）：专一抑制Na+向胞外的运送 根皮苷（phlorizin）：可专一抑制肾细胞葡萄糖的 运送, 需要提供能量： 主动运输不带电荷物质时的自由能变化： G = RT ln (C2 /C1) 若物质带电荷时的自由能变化： G = RT ln (C2 /C1) + ZF V C1：低浓度侧物质的浓度 C2：高浓度侧物质浓度 Z：被运送物质所带电荷数 F：法拉第常数 V：膜电位 主动运输需要两个体系同时存在： 参与运输的传递体（膜上蛋白载体或通道） 由酶（酶系）组成的 能量传递系统,（浓度梯度+电荷梯度） =电化学梯度,3 小分子物质运送： * 疏水性分子，如O2、苯等易于透过膜； * 不带电荷的小的极性分子如H2O、CO2等可 迅速扩散透过膜。 * 离子如Na+、K + 、Ca 2+等，或不带电荷的大 的极性分子如葡萄糖等不能透过膜。,物质运输可分为： 小分子运输和大分子运输两大类。,（1）运输蛋白体系与运输方式： 单向运输（uniport transport） 协同运输（cotransport）: 同向运输（symport） 反向运输 （antiport）,（2） 离子运输与Na+，K+ -泵：,Na+，K+ -泵：通过水解ATP获得能量，主动向胞外运输 Na+，而向胞内运输K+ 。是一个跨膜ATP酶,构象变化假说： 与Na+有关的蛋白磷酸化导致酶构象变化 其他如Ca 2+泵(Ca2+-ATP酶)：肌质网Ca 2+运输体系,葡萄糖的运输是由葡萄糖转运体（glucose transporter，GLUT）承担： GLUT 1：红细胞 GLUT 2：肝脏、胰腺-细胞 GLUT 3：普遍存在于哺乳动物细胞 GLUT 4：肌肉、脂肪细胞 GLUT 5：小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞 GLUT 7：运送葡萄糖-6-磷酸 协同运输：小肠细胞对葡萄糖的运送( GLUT 5)是依赖以Na+或H +梯度形式储存的能量而进行的协同运输。,（3） 糖和氨基酸的运送：,对某些氨基酸的运送也采取这种方式,b. 基团运送：,细菌在运送某些糖类时，需要对糖进行磷酸化，以糖-磷酸的形式才能透过膜，称为基团运送。 例如E.coli的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)转磷酸化酶系统(PTS)运送糖： PEP + 糖外 酶系统 糖-磷酸内 + 丙酮酸 (PTS) 其他：细菌中嘧啶、嘌呤、脂肪酸的运送可能也 是类似机制。,4 生物大分子的跨膜运送：多核苷酸、多糖等,（1）胞吐作用（exocytosis）： 胞内物质被裹入囊泡 分泌泡 与质膜接触、融合 外排