生物化學(xué) 第七章 新陳代謝及生物能學(xué)

《生物化學(xué)‖》

————動態(tài)部分

第七章代謝總論及生物能學(xué)第一節(jié)代謝總論什么是新陳代謝？新的來，舊的去花開花落“長江后浪推前浪，一代新人換舊人”

生化定義——泛指生物與周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的過程。是生物體物質(zhì)代謝與能量代謝的有機(jī)統(tǒng)一1、營養(yǎng)物質(zhì)的攝取與吸收利用光能的生物（植物、微生物）食草動物

食腐動物（微生物）食肉動物（輪回）新陳代謝的過程2、將攝取的營養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞中原有的物質(zhì)（結(jié)構(gòu)物質(zhì)或功能物質(zhì)）分解為機(jī)體所需的結(jié)構(gòu)元件或分解供能3、將結(jié)構(gòu)元件裝配成大分子（結(jié)構(gòu)物質(zhì)、功能物質(zhì)）4、在物質(zhì)代謝的同時進(jìn)行能量代謝主要涉及目前已經(jīng)清楚的細(xì)胞內(nèi)四大物質(zhì)的合成與分解。1、不同生物的代謝大同小異大同各類生物的物質(zhì)的代謝途徑十分相似小異

低等的厭氧生物尚沒有發(fā)展出好氧代謝途徑，而高等生物包括好氧細(xì)菌都發(fā)展出了更為高效的好氧代謝，但同時保存了厭氧代謝途徑。新陳代謝的特點(diǎn)2、反應(yīng)步驟繁多，具有嚴(yán)格的順序性；

3、與環(huán)境相適應(yīng)，自動調(diào)節(jié)；

在整體水平進(jìn)行調(diào)節(jié)在細(xì)胞水平進(jìn)行調(diào)節(jié)通過酶活性調(diào)節(jié)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。（39章）分解代謝：將從外界攝取或機(jī)體原有的物質(zhì)物質(zhì)通過一系列的反應(yīng)步驟變?yōu)檩^小的、較簡單的物質(zhì)的過程。合成代謝：生物利用小分子或大分子結(jié)構(gòu)元件構(gòu)建自身大分子的過程。一、物質(zhì)的分解代謝與合成代謝合成代謝分解代謝生物體的新陳代謝生物小分子合成生物大分子一般需要能量一般釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝二者相輔相成，研究物質(zhì)代謝就是研究能量代謝二、能量代謝在新陳代謝中的作用維持生命活動的能量來源光能（太陽能）：植物和某些藻類，通過光合作用將光能轉(zhuǎn)變成生物能。化學(xué)能：動物和多數(shù)微生物，通過生物氧化作用將有機(jī)物質(zhì)存儲的化學(xué)能釋放出來，并轉(zhuǎn)變成生物能。

外界攝取的營養(yǎng)物質(zhì)和機(jī)體內(nèi)儲存的物質(zhì)如：糖、脂、蛋白質(zhì)等在體內(nèi)分解時逐步釋放能量、最終生成二氧化碳和水

ATP是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物非儲存能量的形式,是傳遞能量的形式ATP的性質(zhì)ATP分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩個高能磷酸鍵。ATP水解時,可以釋放出大量自由能。ATP是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體。ATP水解釋放出來的能量用于推動生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。另外：GTP對G蛋白的活化、蛋白質(zhì)的生物合成、蛋白質(zhì)的尋靶作用以及蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)等過程提供自由能；UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用；CTP在合成磷脂酰膽堿及纖維素等方面有作用。三、能量代謝中的其他重要物質(zhì)1、輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ2、FMN和FAD3、CoA-SH煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（輔酶I）NAD+煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（輔酶Ⅱ）NADP+煙酰胺NAD+磷酸NADP+NMPAMPO功能：脫氫酶輔酶

傳遞HVB2H二甲基異咯嗪核糖醇？鍵相連核苷鍵黃素單核苷酸

FMN黃素腺嘌呤二核苷酸

FADAMPFMNVB2FAD功能：脫氫酶輔酶

傳遞H輔酶A（CoA~SH）3`.5`-ADP3`5`巰基乙胺酰胺鍵磷酸二酯鍵泛酸功能——?；D(zhuǎn)移酶輔酶，傳遞酰基在脂類與糖類代謝中起重要的作用四、代謝的研究方法代謝的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)在酶的作用下分解或合成，所以代謝的研究內(nèi)容也即分為兩個方面：參與的酶物質(zhì)的變化過程通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計、嚴(yán)密的邏輯推斷與重復(fù)性的驗(yàn)證。整體方法（invivo)純化合物排泄物的化學(xué)分析典型案例脂肪酸的β氧化Knoop的標(biāo)記化合物實(shí)驗(yàn)脂肪酸的β氧化脂肪酸末端甲基接上苯基偶數(shù)碳FA苯乙酰-N-甘氨酸（苯乙尿酸）奇數(shù)碳FA苯甲酰-N-甘氨酸（馬尿酸）離體法(invitro)器官、組織或細(xì)胞各類組織細(xì)胞各種破碎方法碎片置于試管中向該試管中加入純化合物（如葡萄糖）分析各類代謝中間產(chǎn)物及酶，邏輯推斷。典型案例

糖代謝、生物氧化等等1、利用酶的抑制劑代謝途徑受阻導(dǎo)致代謝中間產(chǎn)物的積累碘乙酸——3-磷酸甘油醛脫氫酶氟化鈉——烯醇化酶2、利用遺傳缺陷癥研究代謝途徑參與酶的確定黑色素是吲哚醌的聚合物白化病(albinism)缺乏酪氨酸酶酪氨酸酶尿黑酸尿癥(alkaptonuria)尿黑酸氧化酶缺乏，尿黑酸裂環(huán)降解受阻，尿中的尿黑酸經(jīng)空氣氧化為相應(yīng)的對醌，后者可聚合為黑的色素。尿黑酸氧化酶同位素示蹤法利用含放射性同位素的物質(zhì)，測試其在不同物質(zhì)間的轉(zhuǎn)移γβ高能化合物ATP物質(zhì)的轉(zhuǎn)化第二節(jié)生物能學(xué)一、有關(guān)熱力學(xué)的一些基本概念（一）、體系宇宙太陽系地球每個生物或非生物化學(xué)反應(yīng)體系能量的傳遞形式熱功？內(nèi)能的傳遞方式？動能、勢能轉(zhuǎn)化和傳遞的方式包括機(jī)械功、電功、化學(xué)功等（二）、能的兩種形式體系總能量=可做功的能+不能做功的能（H）（自由能G）（熱能）

熱力學(xué)第一定律(能量轉(zhuǎn)化與守恒定律)

熱力學(xué)第二定律(能量傳遞的方向性定律)

當(dāng)體系的狀態(tài)發(fā)生變化后總能量不變變化的是G（△G）變化朝自由能降低的方向進(jìn)行（—△G）二、化學(xué)反應(yīng)體系中的自由能（一）根據(jù)自由能變化可以判斷中間物質(zhì)代謝方向狀態(tài)AGA

狀態(tài)BGB

△G=GB—GA

當(dāng)反應(yīng)體系恒溫、恒壓下發(fā)生變化時①△G＜0時，W＞0，體系對外作功，該反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，放能反應(yīng)②△G=0時，W=0，該反應(yīng)處于平衡③△G＞0時，W＜0，該反應(yīng)不可自發(fā)進(jìn)行，必須吸收外來能量才能進(jìn)行（吸能反應(yīng)），同時，該反應(yīng)的逆過程可以自發(fā)進(jìn)行。（二）偶聯(lián)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化的可加性熱力學(xué)上不利的反應(yīng)可以由熱力學(xué)上有利的反應(yīng)所驅(qū)動A

→B

△GO＞0（不能自發(fā)進(jìn)行）C→D△GO＜0（能自發(fā)進(jìn)行）A+C

→B+D

△GO＜0（能自發(fā)進(jìn)行）三、高能化合物定義：一般將水解時能夠釋放21kJ/mol（5千卡/mol)以上自由能（G’<-21kJ/mol）的化合物稱為高能化合物。高能化合物（水解）→低能化合物

△GO＜0（能自發(fā)進(jìn)行）————————————————————————————————A

→B

△GO＞0（不能自發(fā)進(jìn)行）A+高能化合物

→B+低能化合物

△GO＜0（能自發(fā)進(jìn)行）兩反應(yīng)如何可以結(jié)合在一起呢？（一）功能高能基團(tuán)的傳遞有著十分重要的生物意義激酶——激活底物（A）連接高能鍵的酶A+高能化合物B+低能化合物活化（能量增加）反應(yīng)

激酶類似的活化反應(yīng)十分普遍存在。D-6-磷酸葡萄糖比D-葡萄糖G高，更易于分解，這步活化是細(xì)胞內(nèi)葡萄糖分解的第一步，也是后續(xù)葡萄糖分解的根基。例D-葡萄糖

+

ATPD-6-磷酸葡萄糖

+

ADP

激酶硫酯鍵化合物~

S甲硫鍵化合物CH3~S+-C-CO（二）高能化合物的種類~高能鍵,水解斷開，并可傳遞能量磷氧型-O~P磷氮型HN=C-N~P(O)磷酸化合物非磷酸化合物1,磷氧鍵型（—O~P)(1)?；姿峄衔?，3-二磷酸甘油酸乙酰磷酸10.1千卡/摩爾11.8千卡/摩爾氨甲酰磷酸酰基腺苷酸氨?；佘账幔?）焦磷酸化合物ATP（三磷酸腺苷）焦磷酸7.3千卡/摩爾30.5KJ/mol（3）烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩爾2,氮磷鍵型磷酸肌酸（N-甲基-胍基乙酸）磷酸精氨酸10.3千卡/摩爾7.7千卡/摩爾（蝦、蟹）這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用。3,硫酯鍵型3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸?；o酶A4,甲硫鍵型S-腺苷甲硫氨酸（三）ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)酸酐鍵磷酯鍵1、酸酐鍵上的P爭奪電子，導(dǎo)致使氧橋的穩(wěn)定性降低，甚至斷裂。2、pH=7時，ATP帶4個負(fù)電荷，互相排斥。3、產(chǎn)物（ADP和磷酸）比ATP穩(wěn)定。高能化合物由于內(nèi)在因素本身化學(xué)不穩(wěn)定(G高)，水解產(chǎn)物穩(wěn)定(G低)。（四）細(xì)胞內(nèi)影響ATP水解的因素pH（pH越高，放出的能量越多）

（五）ATP“能量中間體”穩(wěn)定程度不同，各種高能化合物的△Go`有高低之分

磷酸肌酸

暫時儲能物質(zhì)磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖1-磷酸作用：能量傳遞轉(zhuǎn)化傳遞傳遞磷酸肌酸（哺乳類）磷酸精氨酸（蝦、蟹）（六）磷酸肌酸和磷酸精氨酸這兩種高能化合物在生物體內(nèi)起儲存能量的作用H磷酸肌酸+ADP肌酸+ATP△G=△G1+△G2=-43.1+30.5=-12.6KJ/mol在機(jī)體中，由于反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度接近平衡點(diǎn)，所以，所以，當(dāng)反應(yīng)物或產(chǎn)物的量有所變化時，機(jī)體會很靈敏地進(jìn)行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)朝ATP生成或磷酸肌酸生成的方向進(jìn)行。磷酸肌酸被稱為ATP緩沖劑。（七）ATP斷裂成AMP和焦磷酸焦磷酸7.3千卡/摩爾2-6.9千卡/摩爾7.3+6.9=14.2千卡/摩爾活化底物需要更多能量時(八