生物化学第八章新陈代谢总论与生物氧化.ppt
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1、第八章第八章 新陈代谢总论与生物氧化新陈代谢总论与生物氧化本章内容本章内容l新陈代谢新陈代谢l生物能学生物能学l生物氧化生物氧化(重点重点)一、新陈代谢一、新陈代谢(一)新陈代谢的概念:(一)新陈代谢的概念:1 1、概念:、概念:新陈代谢(新陈代谢(metabolism)活细胞中所有化活细胞中所有化学变化的总称。每一变化均由酶催化。学变化的总称。每一变化均由酶催化。呼吸作用呼吸作用 生长生长 运动运动 光合作用等光合作用等2 2、类型:、类型:l合成代谢:合成代谢:由小分子合成生物大分子的过程;由小分子合成生物大分子的过程;耗能耗能l分解代谢:分解代谢:将生物大分子分解成小分子的过程;将生物大
2、分子分解成小分子的过程;放能放能一、新陈代谢一、新陈代谢新陈代谢新陈代谢 合成代谢合成代谢(同化作用)(同化作用)分解代谢分解代谢(异化作用(异化作用)生物小分子合成为生物小分子合成为生物大分子生物大分子需要能量需要能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物大分子分解为生物小分子生物小分子能量能量代谢代谢物质代谢物质代谢能量代谢:能量代谢:研究代谢过程中伴随着生物体的合研究代谢过程中伴随着生物体的合成代谢和分解代谢中能量的变化。成代谢和分解代谢中能量的变化。l物质代谢:物质代谢:即生命物质的降解和建成,包括即生命物质的降解和建成,包括合成代谢和分解代谢。它与能量代合成代谢和分解代谢。它与能量代谢
3、紧密偶联、互成因果。谢紧密偶联、互成因果。代谢途径(代谢途径(metabolism pathway)metabolism pathway):指糖、脂类、蛋白质、核酸及指糖、脂类、蛋白质、核酸及水、盐水、盐 代谢的一系列化学反应。代谢的一系列化学反应。代谢物:代谢物:统指代谢反应中任一反应物、统指代谢反应中任一反应物、中间产物或产物。中间产物或产物。一、新陈代谢一、新陈代谢3 3、代谢特点:、代谢特点:1 1)严格的细胞内定位)严格的细胞内定位2 2)特异的酶促反应)特异的酶促反应3 3)共通的代谢间关联)共通的代谢间关联4 4)严谨的反应顺序)严谨的反应顺序5 5)高效率的调控机构)高效率的调
4、控机构马蝇马蝇一、新陈代谢总论一、新陈代谢总论中间代谢中间代谢-物质在细胞内的分解和合成物质在细胞内的分解和合成过程过程人体细胞外的消化分为四个过程:人体细胞外的消化分为四个过程:1)1)口腔内的消化口腔内的消化 2)2)胃的消化胃的消化 3)3)小肠消化小肠消化 4)4)大肠消化大肠消化(二)研究新陈代谢的方法:(二)研究新陈代谢的方法:1 1、活体内与活体外实验:、活体内与活体外实验:1 1)在活体内()在活体内(in vivo):):生物体内生物体内:动物实验、组织细胞培养等。动物实验、组织细胞培养等。一、新陈代谢一、新陈代谢l例如例如19041904年,德国生物学家年,德国生物学家Kn
5、oopKnoop根据体内实验提出根据体内实验提出脂肪酸脂肪酸 -氧化学说氧化学说。l 一一CH2CH2一一CH2CH2一一CH2COOH -2CH3COOHl +l 一一CH2COOHl l 一一CH2一一CH2CH2一一CH2COOH -2CH3COOHl +l 一一COOHl 2 2)在)在活体外(活体外(in vitro):在试管内进行在试管内进行:细胞切片、匀浆液、提细胞切片、匀浆液、提 取液等。取液等。2 2、同位素示踪法:、同位素示踪法:l同位素标记某种代谢物,然后追踪同位元同位素标记某种代谢物,然后追踪同位元素在体内的变化途径,就能获得有关代谢素在体内的变化途径,就能获得有关代谢
6、途径的丰富知识。途径的丰富知识。一、新陈代谢一、新陈代谢3 3、代谢途径阻断等方法、代谢途径阻断等方法 用抗代谢物或酶抑制剂阻抑中间代用抗代谢物或酶抑制剂阻抑中间代谢的某一环节,使中间物积累,便谢的某一环节,使中间物积累,便于分析和推测代谢情况。于分析和推测代谢情况。一、新陈代谢一、新陈代谢1、下列关于新陈代谢叙述中不正确的是(下列关于新陈代谢叙述中不正确的是()A、新陈代谢是一切生物生存的基本条件新陈代谢是一切生物生存的基本条件B、新陈代谢的过程是生物体自我更新的过程新陈代谢的过程是生物体自我更新的过程C、新陈代谢过程中包含着物质变化和能量变化新陈代谢过程中包含着物质变化和能量变化D、新陈代
7、谢包括同化作用和异化作用两个完全对立的过程新陈代谢包括同化作用和异化作用两个完全对立的过程2、一个长期生病、逐渐消瘦。他的新陈代谢的特点是一个长期生病、逐渐消瘦。他的新陈代谢的特点是()作用占有优势。)作用占有优势。(D,D,异化异化异化异化)二、生物能学二、生物能学 生物体内新陈代谢的规律生物体内新陈代谢的规律(一)热力学第一定律与生物体系(一)热力学第一定律与生物体系l热力学第一定律:热力学第一定律:能量即不能创造也不能消失,只能从一种形式能量即不能创造也不能消失,只能从一种形式转变为另一种形式。转变为另一种形式。1 1、生物体系是一个开放体系。、生物体系是一个开放体系。特点:特点:与环境
8、有物质交换和能量交换。与环境有物质交换和能量交换。生物体与环境的总能量保持不变。生物体与环境的总能量保持不变。2 2、化学能的变化:、化学能的变化:光能光能 化学能化学能二、生物能学二、生物能学光合生物机械能电能热能光能特点:能量逐步释放。(二)热力学第二定律与生物体系(二)热力学第二定律与生物体系l热力学第二定律热力学第二定律:指任何一种物理或化学的过程都自:指任何一种物理或化学的过程都自发地趋向于增加体系与环境的总熵。发地趋向于增加体系与环境的总熵。自由能:生物体(或恒温恒压)用以作功的能量。在没有自由能:生物体(或恒温恒压)用以作功的能量。在没有作功条件时,自由能转变为热能丧失。作功条件
9、时,自由能转变为热能丧失。熵:混乱度或无序性,是一种无用的能。熵:混乱度或无序性,是一种无用的能。生命依靠能量的不断输入一直在与热力学第二定律作抗争。GG=HH-TSTSl该方程式表说明:该方程式表说明:G 0,反应不能自发进行,当给反应不能自发进行,当给体体系补充自由能时,才能推动系补充自由能时,才能推动 反应进行。反应进行。l G=0,表明体系已处于平衡状态。表明体系已处于平衡状态。对于对于 A+B C+D G=-2.303RTlgK K=CD/AB(三)(三)高能化合物与高能化合物与ATPATP的作用的作用l高能化合物高能化合物-随水解反应或基团转移反应随水解反应或基团转移反应放出大量自
10、由能的化合物。放出大量自由能的化合物。l高能磷酸化合物高能磷酸化合物-含有高能磷酸转移基团含有高能磷酸转移基团的化合物。常用的化合物。常用 p p表示。表示。例如:葡萄糖例如:葡萄糖 +ATP 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 +ADP 生物体内的放能反应与吸能反应偶联,最基本的生物体内的放能反应与吸能反应偶联,最基本的形式是通过高能化合物实现的。形式是通过高能化合物实现的。根据高能化合物键的特性可以分成以下几种类型根据高能化合物键的特性可以分成以下几种类型1 1、类型:、类型:1 1)磷氧键型:如)磷氧键型:如ATPATP等等2 2)氮磷键型:如磷酸肌酸等)氮磷键型:如磷酸肌酸等3 3)硫酯键型
11、:如脂酰)硫酯键型:如脂酰CoACoA等等4 4)甲硫键型:)甲硫键型:S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸二、生物能学二、生物能学1 1)磷氧键型磷氧键型a)a)酰基磷酸化合物酰基磷酸化合物乙酰磷酸10.1千卡/摩尔1,3-二磷酸甘油酸11.8千卡/摩尔b)b)焦磷酸化合物焦磷酸化合物ATP(三磷酸腺苷三磷酸腺苷)7.3千卡/摩尔c)c)烯醇式磷酸化合物烯醇式磷酸化合物磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸14.8千卡/摩尔2 2)氮磷键型氮磷键型磷酸肌酸磷酸肌酸10.3千卡/摩尔磷酸精氨酸磷酸精氨酸7.7千卡/摩尔这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用!
12、3 3)硫酯键型硫酯键型3-3-磷酸腺苷磷酸腺苷-5-5-磷酸硫磷酸硫酸酸酰基辅酶酰基辅酶A A4)甲硫键型S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸机械能机械能-运动运动化学能化学能-合成合成渗透能渗透能-分泌吸收分泌吸收电能电能-生物电生物电热能热能-体温体温光能光能-生物发光生物发光ATPATP是生物系统能量交换的中心是生物系统能量交换的中心荧火虫荧火虫2.2.ATPATP的特殊作用的特殊作用二、生物能学二、生物能学l其他三磷酸核苷也可作为能量直接来源。其他三磷酸核苷也可作为能量直接来源。l如如 三磷酸尿苷三磷酸尿苷(UTP)-用于多糖的合成用于多糖的合成。l ATP+UDP ADP+UTPl 三
13、磷酸胞苷三磷酸胞苷(CTP)-用于磷酯的合成用于磷酯的合成。lATP+CDP ADP+CTPl 三磷酸鸟苷三磷酸鸟苷(GTP)-用于蛋白质的合成用于蛋白质的合成 。lATP+GDP ADP+GTPl 磷酸肌酸磷酸肌酸-是动物组织中的能量贮存形式。是动物组织中的能量贮存形式。l 将高能磷酸键转移给肌酸以将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸形式储存磷酸肌酸形式储存三、生物氧化三、生物氧化(一)概念:(一)概念:概念:概念:有机物质在有机物质在生物细胞内进行氧生物细胞内进行氧化分解而生成化分解而生成COCO2 2和和H H2 2O O并释放出能并释放出能量的过程称为生物量的过程称为生物氧化。氧化。生物氧
14、化通常需生物氧化通常需要消耗氧,所以又要消耗氧,所以又称为呼吸作用。称为呼吸作用。生物氧化生物氧化 燃烧燃烧特点:特点:在活体细胞中进行,需酶参加在活体细胞中进行,需酶参加 温和条件温和条件 复杂的氧化还原过程复杂的氧化还原过程 能量逐步释放,以能量逐步释放,以ATPATP形式储存和转运形式储存和转运 真核细胞在线粒体内膜,原核细胞在质真核细胞在线粒体内膜,原核细胞在质 膜上进行。膜上进行。类型:类型:1 1、电子转移:、电子转移:2 2、氢原子的转移:、氢原子的转移:3 3、有机还原剂直接加氧、有机还原剂直接加氧:三、生物氧化三、生物氧化加水脱氢加水脱氢(实质是加氧反应实质是加氧反应)l酶催
15、化的醛氧化成酸的反应酶催化的醛氧化成酸的反应 (二)(二)CO2的生成的生成生物体内生物体内COCO2 2的生成来源于有机物转变为含羧基化的生成来源于有机物转变为含羧基化合物的脱羧作用。合物的脱羧作用。-脱羧脱羧 (羧基位置羧基位置)-脱羧脱羧分类分类单纯脱羧单纯脱羧(不伴氧化不伴氧化)氧化脱羧氧化脱羧(伴氧化伴氧化)节节 1.1.-单纯脱羧单纯脱羧 COOHC=OCH2COOH2.2.-单纯脱羧单纯脱羧COOHC=O +CO2 CH3 O CH3 C H+CO2 1 1)单纯脱羧单纯脱羧 O CH3 C COOH返回返回 1.1.-氧化脱羧氧化脱羧2.2.-氧化脱羧氧化脱羧 O CH3CCO
16、OH+CoASH +NAD+O CH3C SCoA +NADH+H+CO2COOHC=O +CO2+NADPH+H+CH3COOHCHOH +NADP+CH2COOH2 2)氧化脱羧氧化脱羧返回返回(三)(三)H2O的生成的生成代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧结合生成水。生物体主要以脱氢酶脱氢酶、传递体及氧化酶氧化酶组成生物氧化体系,以促进水的生成。MH2M递氢体递氢体H2 NAD+、NADP+、FMN、FAD、COQ还原型氧化型Cyt递电子体递电子体 b,c1,c,aa32H+2e O2O2-H2O脱氢酶脱氢酶氧化酶氧化酶1 1、呼吸链
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- 生物化学 第八 新陈代谢 总论 生物 氧化
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