生物能学和生物氧化

1、1 一、新陈代谢概念、实质及功能 代谢的功能： n从环境中获得营养 n转变为自身需要的结构元件 n装配成自身的大分子 n形成或分解生物特殊功能所需的生物分子 n提供生命所需的一切能量 2 区别几个概念： 新陈代谢新陈代谢 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 代谢代谢 代谢中间产物代谢中间产物 代谢过程中连续转变的酶促产物代谢过程中连续转变的酶促产物 中间代谢中间代谢 新陈代谢途径中的个别环节、个别步骤新陈代谢途径中的个别环节、个别步骤 主要代谢途径主要代谢途径 代谢网络中一些具有共同规律的途径代谢网络中一些具有共同规律的途径 3 类

2、型类型 新陈代谢 合成代谢 （同化作用） 分解代谢 （异化作用） 释放能量 生物大分子分解为 生物小分子 能量 代谢 物质代谢 生物小分子合成为生 物大分子 需要能量 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。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。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。两用代谢途径。 4 二、新陈代谢的特点与调节 5 A metabolic map, By D.E. Nicholson, University of Leeds

3、, U.K. 6 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)。 7 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 8 三、新陈代谢的研究方法 1、体内研究 是指生物体在正常生理条件下，在神经、体液等调节机 制下研究代谢过程，比较接近生物体的实际情况。体内 试验为物质中间代谢过程的明确提供了重要的

4、依据。例 如，脂肪酸的-氧化学说就是通过体内试验提出的。 2、体外研究 离体器官；组织切片；组织匀浆为细胞、细胞器、及细 胞抽提物来研究。例如：TCA、鸟苷酸循环等。 9 10 11 12 13 6.2 生物能及高能化合物生物能及高能化合物 （一）生物能（一）生物能 概念：是一种能够被生物细胞直接利用的特殊能量形式。概念：是一种能够被生物细胞直接利用的特殊能量形式。 化学本质：是存储于化学本质：是存储于ATPATP分子焦磷酸键中的化学能。分子焦磷酸键中的化学能。 一般将水解时能够释放一般将水解时能够释放 20.9 kJ /mol20.9 kJ /mol（5 5千卡千卡/mol)/mol)以上以

5、上 自由能的化合物称为高能化合物。自由能的化合物称为高能化合物。 高能键：在分子中用高能键：在分子中用“”表示表示 （二）高能化合物（二）高能化合物 14 高能化合物高能化合物 磷酸化合物磷酸化合物 非磷酸化合物非磷酸化合物 磷氧型磷氧型 磷氮型磷氮型 硫酯键化合物硫酯键化合物 甲硫键化合物甲硫键化合物 1.1. 常见的高能键及高能化合物常见的高能键及高能化合物 2.2.高能磷酸化合物高能磷酸化合物 （1 1）ATPATP （2 2）磷酸肌酸、磷酸精氨酸）磷酸肌酸、磷酸精氨酸 15 酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物 COPO- O O HCOH CH2OPO- O- O 1,3二磷酸甘油酸二磷酸甘

6、油酸 O- 磷酸稀醇式化合物磷酸稀醇式化合物焦磷酸化合物焦磷酸化合物 磷酸稀醇式丙酮酸磷酸稀醇式丙酮酸无机焦磷酸无机焦磷酸 16 胍基磷酸化合物胍基磷酸化合物 HNPO- O O- CNH NCH3 CH2COO- 磷酸肌酸磷酸肌酸 HNPO- O O- CNH NH (CH2)3 HCNH3 + COO- 磷酸精氨酸磷酸精氨酸 17 H H O H H CHCH 2 2 OHOH H HH H H H NHNH2 2 N N H H N N N N CHCH N 9 -O O S SO OP PO O O OO O O O-O-O- 腺苷腺苷-5-5- -磷酰硫酸磷酰硫酸 R RC CSCo

7、ASCoA O O 酰基辅酶酰基辅酶A A 18 COO- HCNH3 + CH2 CH2 H3CS腺苷腺苷 + S腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸 19 （1）ATP ADPADPPiPi ATPATP 瞬时自由能供体，不是能量存储形式。瞬时自由能供体，不是能量存储形式。 ATP、ADP和和Pi在细胞内处于动态平衡状态，在细胞内处于动态平衡状态，ATP、ADP 循环速率非常快。循环速率非常快。 20 ATP的特殊作用 |ATP末端磷酸基团水解末端磷酸基团水解可以释放能量可以释放能量，通过酶和其它，通过酶和其它 生物化学反应相生物化学反应相偶联偶联，使多数不能自发进行的反应得，使多数不能自发进行的反应

8、得 以顺利进行。以顺利进行。 |ATP与其它高能磷酸酯类化合物的相互转换补充，成与其它高能磷酸酯类化合物的相互转换补充，成 为细胞需能活动的自由能供体库。为细胞需能活动的自由能供体库。几乎所有的生物需几乎所有的生物需 能反应都由能反应都由ATP释放能量来驱动。释放能量来驱动。 |ATP在能量代谢过程中起着在能量代谢过程中起着“共同中间体作用共同中间体作用”，是，是 能量的中转站或偶联者。能量的中转站或偶联者。 |能量代谢实质：能量代谢实质：ATP的形成与裂解。的形成与裂解。 21 ATP与需能生化反应的偶联 ATP水解释放的能量，可推动一个在热力学上不水解释放的能量，可推动一个在热力学上不 利

9、的反应，使之能够顺利进行。利的反应，使之能够顺利进行。 ATPADP + Pi A + BC + D 酶酶 G0 G0 G0 G0 G0 66 三大物质氧化分解的三个阶段三大物质氧化分解的三个阶段 67 2. 加氧氧化反应加氧氧化反应 苯丙氨酸酪氨酸 68 三、三、 生物氧化的产物生物氧化的产物 有机物有机物 + O2 H2O + CO2 + 能量能量 生物氧化生物氧化 69 2、呼吸链的组成、呼吸链的组成 u 呼吸链上流动的电子载体：呼吸链上流动的电子载体： nNADH Q 还原酶还原酶 () n琥珀酸琥珀酸-Q还原酶还原酶() n细胞色素还原酶细胞色素还原酶() n细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶() n辅酶辅酶Q、细胞色素、细胞色素c u 能够当做质子泵的复合体：能够当做质子泵的复合体：、； u 含含Fe-S蛋白蛋白的复合体：的复合体：、。 7