19章代謝總論 20章 生物能學

1、第十九章第十九章 新陳代謝總論新陳代謝總論一一 新陳代謝總論新陳代謝總論（一）（一） 新陳代謝的概念新陳代謝的概念新陳代謝新陳代謝 合成代謝合成代謝（同化作用）（同化作用） 分解代謝分解代謝（異化作用）（異化作用）生物小分子合成為生物小分子合成為生物大分子生物大分子需要能量需要能量釋放能量釋放能量生物大分子分解為生物大分子分解為生物小分子生物小分子能量能量代謝代謝物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝新陳代謝的共同特點：1. 由酶催化，反應條件溫和。可調(diào)節(jié)由酶催化，反應條件溫和?？烧{(diào)節(jié)2. 諸多反應有嚴格的順序，彼此協(xié)調(diào)。諸多反應有嚴格的順序，彼此協(xié)調(diào)。3. 對周圍環(huán)境高度適應。對周圍環(huán)境高度適應。新陳代謝的主要途

2、徑在千差萬別的生物中有普遍性新陳代謝的主要途徑在千差萬別的生物中有普遍性（二）（二） 新陳代謝的研究方法新陳代謝的研究方法1. 活體內(nèi)(in vivo)與活體外實驗(in vitro)2. 同位素示蹤3. 代謝途徑阻斷合成代謝與分解代謝合成代謝與分解代謝并不是簡單的可逆并不是簡單的可逆通過不同的中間反應或不同的酶實現(xiàn)通過不同的中間反應或不同的酶實現(xiàn)不同的途徑或細胞的不同部位不同的途徑或細胞的不同部位如：如：ATP的合成在線粒體進行；放能在細胞溶膠的合成在線粒體進行；放能在細胞溶膠但是合成代謝或分解代謝有某些共同的途徑但是合成代謝或分解代謝有某些共同的途徑（三）（三） 生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律

3、生物體內(nèi)能量代謝的基本規(guī)律自由能：生物體（或恒溫恒壓）用以作功的能量。在沒有自由能：生物體（或恒溫恒壓）用以作功的能量。在沒有作功條件時，自由能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軉适?。作功條件時，自由能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軉适Аｌ兀夯靵y度或無序性，是一種無用的能。熵：混亂度或無序性，是一種無用的能。G = H - TS對于對于 A +B C +DG= -2.303RTlgK K=CD/ABATP、ADP、無機磷酸構(gòu)成、無機磷酸構(gòu)成能量傳遞系統(tǒng)能量傳遞系統(tǒng)ATP與與ADP的循環(huán)往復是生物機體利用能量的基本方式的循環(huán)往復是生物機體利用能量的基本方式GTP：蛋白質(zhì)的生物合成、活化與移位：蛋白質(zhì)的生物合成、活化與移位UTP：糖原合成中

4、活化葡萄糖分子：糖原合成中活化葡萄糖分子CTP：磷脂的合成：磷脂的合成新陳代謝的調(diào)節(jié)：新陳代謝的調(diào)節(jié)：酶的數(shù)量調(diào)節(jié)與酶的數(shù)量調(diào)節(jié)與活性調(diào)節(jié)活性調(diào)節(jié)活性調(diào)節(jié)中又以變構(gòu)調(diào)節(jié)或共價修飾為主活性調(diào)節(jié)中又以變構(gòu)調(diào)節(jié)或共價修飾為主（四）（四） 高能化合物與高能化合物與ATP的作用的作用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硫酯鍵化合物硫酯鍵化合物甲硫鍵化合物甲硫鍵化合物烯醇磷酸化合物烯醇磷酸化合物?；姿峄衔秕；姿峄衔锝沽姿峄衔锝沽姿峄衔锪椎土椎鸵?、生物能和一、生物能和ATPATP1. ATP1. ATP是生物能存在的主要形式是生物能存在的主要形式 AT

5、PATP是能夠被生物細胞直接利用的能量形是能夠被生物細胞直接利用的能量形式。式。2. 2. 生物化學反應的自由能變化生物化學反應的自由能變化 生物化學反應與普通的化學反應一樣生物化學反應與普通的化學反應一樣, ,也也服從熱力學的規(guī)律。服從熱力學的規(guī)律。二、高能化合物二、高能化合物 磷酸酯類化合物在生物體的能量轉(zhuǎn)換過磷酸酯類化合物在生物體的能量轉(zhuǎn)換過程中起者重要作用。許多磷酸酯類化合程中起者重要作用。許多磷酸酯類化合物在水解過程中都能夠釋放出自由能。物在水解過程中都能夠釋放出自由能。 一般將水解時能夠釋放一般將水解時能夠釋放21 kJ /mol21 kJ /mol（5 5千千卡卡/mol)/mo

6、l)以上自由能（以上自由能（ G G -21 kJ / -21 kJ / molmol）的化合物稱為高能化合物。）的化合物稱為高能化合物。 ATPATP是生物細胞中最重要的高能磷酸酯類是生物細胞中最重要的高能磷酸酯類化合物。化合物。 1 1、磷氧鍵型（、磷氧鍵型（O-P)O-P)COCHOCH2OHOPOO-O-POO-O-(1)?；姿峄衔?，3-二磷酸甘油酸CH3COOPOO-O-乙酰磷酸10.1千卡/摩爾11.8千卡/摩爾(1)(1)?；姿峄衔秕；姿峄衔颒3N+COOPOO-O-氨甲酰磷酸R COOPOOO-A?；佘账酭CH COOPOOO-AN+H3氨?；佘账幔? 2）焦

7、磷酸化合物）焦磷酸化合物O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-ATP（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷）O-POO-O POO-O-焦磷酸焦磷酸7.3千卡/摩爾（3 3）烯醇式磷酸化合物）烯醇式磷酸化合物OPOOCOOHCOCH2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾2 2、氮磷鍵型、氮磷鍵型OPOONHCNHNCH3CH2COOHOPOONHCNHNCH3CH2CH2CH2CHCOOHNH2磷酸肌酸磷酸肌酸磷酸精氨酸磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用。3 3、硫酯鍵型、硫酯鍵型O SOO-OCH2O

8、HHOHHOHHNNNH2NNO POO-3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸RCOSCoA?；o酶A4 4、甲硫鍵型、甲硫鍵型COO-CHNH3+CH2CH2S+H3CAS-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸ATP在胞內(nèi)與在胞內(nèi)與Mg離子離子結(jié)合，影響結(jié)合，影響ATP的解離的解離ATP的標準自由能變化在所有含磷酸基團化合物的標準自由能變化在所有含磷酸基團化合物中處于中間位置，所以作為中處于中間位置，所以作為磷酸基團的中間傳遞磷酸基團的中間傳遞體體傳遞磷酸基團的傳遞磷酸基團的實質(zhì)是傳遞能量實質(zhì)是傳遞能量磷酸肌酸和磷酸精氨酸是儲能物質(zhì)磷酸肌酸和磷酸精氨酸是儲能物質(zhì)供應供應ADP形成形成ATP提供能源提供能源運動員要

9、求運動員要求ATP+NDP ADP+NTP可形成不同的核苷三磷酸可形成不同的核苷三磷酸催化此反應的酶是催化此反應的酶是核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP的動態(tài)平衡的動態(tài)平衡ATP的周轉(zhuǎn)非常迅速，在機體處于相應的平衡的周轉(zhuǎn)非常迅速，在機體處于相應的平衡能荷能荷=ATP+1/2ADP ATP+ADP+AMP能荷在能荷在01之間變動之間變動高能荷促進高能荷促進ATP的應用與合成代謝，抑制的應用與合成代謝，抑制ATP的生成的生成思考與練習思考與練習1.1.在磷酸解中，一個鍵是受到無機磷酸的攻擊（而不是象水解在磷酸解中，一個鍵是受到無機磷酸的攻擊（而不是象水解那樣受水攻擊）并被切斷。某細菌含有蔗糖磷酸化

10、酶，它能催那樣受水攻擊）并被切斷。某細菌含有蔗糖磷酸化酶，它能催化蔗糖的磷酸解：化蔗糖的磷酸解：蔗糖蔗糖+ +磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖- 1- 1-磷酸磷酸+ +果糖果糖（a a）從以下數(shù)據(jù)，計算蔗糖的磷酸解中的標準自由能變化。）從以下數(shù)據(jù)，計算蔗糖的磷酸解中的標準自由能變化。H2O+H2O+蔗糖蔗糖葡萄糖葡萄糖+ +果糖果糖 G0G0=-29KJ/ mol=-29KJ/ molH2O+H2O+葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖+ +磷酸磷酸 G0G0=-21KJ/mol=-21KJ/mol（b b）計算蔗糖磷酸解的平衡常數(shù)）計算蔗糖磷酸解的平衡常數(shù) 2.2.成年人每天利用成年人每天利用A

11、TPATP情況。情況。（a a）一個）一個68kg68kg的成年人每天（的成年人每天（24h24h）需要此食物中攝?。┬枰耸澄镏袛z取2000kcal2000kcal（8360kJ8360kJ）熱量。食物代謝產(chǎn)生的能量主要用于身體）熱量。食物代謝產(chǎn)生的能量主要用于身體日常的化學反應和機械功。假設食物能量轉(zhuǎn)化為日常的化學反應和機械功。假設食物能量轉(zhuǎn)化為ATPATP的效率是的效率是5050，計算成年人，計算成年人24h24h所利用的所利用的ATPATP的重量，它是人體重的百分之的重量，它是人體重的百分之多少？多少？（b b）雖然成年人每天合成大量的）雖然成年人每天合成大量的ATPATP，但人本身的重量、構(gòu)造，但人本身的重量、構(gòu)造和組成在此期間沒有明顯改變，試解釋看似矛盾的現(xiàn)象。和組成在此期間沒有明顯改變，試解釋看似矛盾的現(xiàn)象。 3.乙酸的激活形式乙酰乙酸的激活形式乙酰CoA是依賴于是依賴于ATP水解的過水解的過程：程： 乙酸乙酸+CoA+ATP 乙酰乙酰CoA+AMP+PPi(a)計算該反應的自由能變化。乙酰計算該反應的自由能變