代谢总论

生物化学 II,生物化学课程介绍,教学体系介绍（一）理论教学 112学时上册 64学时，内容：绪论; 2糖;3脂类; 4蛋白质;5酶;6维生素与辅酶; 7核酸; 8激素;9 吸附法;10生物膜 下册 48学时，内容：1代谢总论; 2生物能学;3生物膜结构与功能; 4糖酵解作用;5柠檬酸循环;6生物氧化; 7糖代谢的其他用途; 8光合作用;9脂类的分解代谢; 脂类的合成代谢10氨基酸的分解代谢; 11氨基酸的合成代谢；12 DNA的合成与修复；13细胞代谢与基因表达的调控。,（二） 实验教学160学时1.基础实验（40学时）：2.综合实验（80学时，第七学期开）：实验一 蔗糖酶提取与部分纯化（8学时） 实验二 离子交换柱层析纯化蔗糖酶（8学时） 实验三 蔗糖酶活性和蛋白含量测定（16学时） 实验四 反应时间对产物的影响（8学时） 实验五 pH对蔗糖酶活性的影响（8学时） 实验六 温度对蔗糖酶活性的影响（8学时）实验七 蔗糖酶米氏常数的测定（16学时） 实验八 正交法测定几种因素对蔗糖酶活性的影响（8学时）,1.促进对人或动物致病机理的认识，提高对疾病的正确诊断 很多种疾病是由于细胞或体液中化学成份的变化，从而引起功能的紊乱。血液中脂类物质含量增高是心血管疾病的特征之一(如冠心病、血管栓塞引起脑溢血、脑血栓等症状)；血红蛋白一级结构的改变可以溶血，如人被毒蛇咬伤后致人于丧命，是由于蛇毒液中含有磷酸二酯酶，使血细胞溶血所致等，许多疾病的临床诊断愈来愈多地依赖于生化指标的测定。,生物化学课的作用和重要性,2. 生物化学理论和方法促进生物药物研究与开发 生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物体分离、纯化所得并用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本物质。这些药物的特点是来自生物体，基本生化成份即氨基酸、肽、蛋白质、酶与辅酶、多糖(粘多糖类) 脂质、核酸及其降解产物。生化药物在制药行业和医药上占有重要地位。,3.生物化学理论和方法有利于推动农副产品的加工产业 德国农产品产值与附加值之比为1：2.3，美国是1：1.8，日本是1：2.2，中国仅1：0.5。,4.研究新陈代谢规律及调控是开发微生物发酵工业的基础 氨基酸、酶、抗生素、植物生长激素、维生素C等都可是通过微生物发酵生产，发酵产物的分离纯化加工技术必须依赖于生物化学理论和技术。高产优质菌株的选育及优化发酵工艺更是需要生物化学理论和技术的支持。,5.生物化学理论和方法对改善人类生存环境具有特殊的意义。,第1章 代谢引论和生物能学概述,主要内容：介绍新陈代谢的概念和研究方法，生物能力学的基本内容和高能化合物的概念和特点。,目 录,第一节 新陈代谢通论第二节 新陈代谢研究方法第三节 生物能学简介第四节 高能化合物,第一节 新陈代谢通论,一、新陈代谢概念二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位三、新陈代谢的调节四、代谢中常见的有机反应五、新陈代谢的功能六、代谢组学,一、新陈代谢的概念,新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行物质交换、能量交换和信息交换的过程。 生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用(assimilation),也叫合成代谢；另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用(dissimilation),也叫分解代谢，通过上述过程不断地进行自我更新。 特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行.,生长旺盛时： 合成代谢分解代谢成长的生物： 合成代谢分解代谢衰老或饥饿： 合成代谢分解代谢,物质代谢（substance metabolism），物质的合成与分解能量代谢（energy metabolism），能量的转换、储存和释放,新陈代谢的概念及内涵,小分子 大分子合成代谢（同化作用） 需要能量 释放能量分解代谢（异化作用） 大分子 小分子,物质代谢,能量代谢,新陈代谢,信息交换,二能量代谢在新陈代谢中的重要地位,自养细胞,异养细胞,生物界能量传递及转化总过程,太 阳,电子传递,合成,分解,电子传递,光合作用,呼吸作用,生命现象,自养细胞,异养细胞,ATP,ADP,(CH2O)+O2,(CO2)+H2O,ATP,ADP,（光 能）,（电 能）,（化 学 能）,（化 学 能）,（电 能）,（化 学 能）,叶绿体,梦想与展望,三、新陈代谢的调节,分子水平细胞水平整体水平,生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，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。 代谢调节可分为三个不同水平：,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。整体水平上，主要靠激素或激素伴同神经系统进行的综合调节细胞水平上，主要通过胞内酶布局的区域化而实现分子水平上，主要通过酶的反馈抑制和基因表达的调控等实现,代谢调节的特点,四、代谢中常见的有机化学反应机制, 基团转移反应 氧化-还原反应 消除、异构化和重排反应 碳-碳键的形成与断裂反应,教材P290 自学,五、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能量,合成代谢,分解代谢,新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能 物理运动化学运动生命运动 最高级运动形式 ATP,有机质合成,有机质分解,胰岛素抵抗、肥胖、高血压、血脂紊乱集合在一起，称为代谢综合征。美国成人中代谢综合症的患病率为22.7%。上海成人代谢综合症的患病率为9.1%，在超重和肥胖的人群中患病率分别是21.6%和29.6%。可能机制:一些酶的活性的改变、一些载脂蛋白的水平的变化、 等等，导致糖、脂等的代谢失调。治疗和预防：运动、饮食、药物。,代谢综合征代谢病之一,1902 年，英国医生加洛特（A.Garrod）从家族病史，发现并研究了第一例遗传病,也是代谢病尿黑酸症，病人的尿和耳垢暴露在空气中变成淡红色或墨黑色，是由积聚的尿黑酸(2，5二羟苯乙酸)引起的。,尤其难得是，加洛特预测：尿黑酸病病人缺乏一种酶（尿黑酸氧化酶），而正常人有，加洛特把这种遗传病症状称为“先天性代谢差错”。 后来的研究证明加洛特的预见是对的。,尿黑酸氧化酶,酪氨酸酶,代谢组学(metabonomics)是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。 “人类代谢组物计划”完成后，可以知道什么代谢物与什么疾病有关，什么是正常的代谢水平，什么是不正常的，什么地方能找到某种代谢物，以及哪种代谢物与哪个基因有关。,六、代谢组学,1.研究材料：单细胞生物，多细胞生物，病毒与噬菌体2.研究方法： 体内研究（in vivo）:用生物整体研究体外研究（in vitro）：用切片，匀浆等研究,第二节 新陈代谢研究方法,测定中间代谢物常用的研究技术：同位素示踪法酶抑制剂的应用气体测量法核磁共振波谱法利用遗传缺陷症研究代谢途径,核糖体，微粒体，高尔基体,线粒体，溶酶体等,细胞核，未破碎细胞,组织匀浆,600g，10min,15,000g，5min,100,000g，60min,运动前后磷酸肌酸与ATP的变化（核磁共振）,第三节 生物能学简介,有关热力学的一些基本概念, 体系、环境、状态 能的两种形式 热与功 热力学第一定律和内能(internal energy)、焓(enthalpy) 热力学第二定律和熵(entropy)自由能(free energy)自己课后复习,生物系统中的能流,脂肪,葡萄糖、其它单糖,三羧酸循环,电子传递（氧化）,蛋白质,脂肪酸、甘油,多糖,氨基酸,乙酰CoA,e-,磷酸化,+Pi,小分子化合物分解成共同的中间产物（如丙酮酸、乙酰CoA等）,共同中间物进入三羧酸循环,氧化脱下的氢由电子传递链传递生成H2O，释放出大量能量，其中一部分通过磷酸化储存在ATP中。,大分子降解成基本结构单位,生物体内能量产生的三个阶段,第四节 高能化合物,一、高能化合物的类型二、ATP的特点及其特殊作用三、能荷及其代谢调节作用,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）的化合物称为高能化合物。,一、高能化合物类型,生物体的一切生命活动都需要能量太阳能是所有生命最根本的能量来源ATP起捕获和贮存能量的作用能量传递系统：ATP，ADP，无机磷用于做功的能量称为自由能以ATP形式贮存的能量有以下作用：（1）提供生物合成所需能量（2）机体活动及肌肉收缩所需能量（3）营养物跨膜运输所需能量（4）DNA,RNA，蛋白质等合成中，保证基因信息正确传递。,二、ATP的特点,在pH=7环境中，ATP分子中的三个磷酸基团完全解离成带4个负电荷的离子形式（ATP4-），具有较大势能，加之水解产物稳定，因而水解自由能很大（G=-30.5千焦/摩尔）。,ATP4- + H2O ADP3- + Pi2- + H+ G -30.5kJMOL-1,ATP在能量转运中地位和作用, ATP是细胞内的“能量通货” ATP是细胞内磷酸基团转移的中间载体,三、能荷及其代谢调节作用,能荷是指用ATP, ADP和AMP之间的关系式来表示细胞所处的能量状态状态。公式: ATP + 1/2(ADP ATP + ADP