第1章代谢引论和生物能学概述 (2)精选PPT.ppt
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1、第1章 代谢引论和生物能学概述(2)第1页,此课件共41页哦目目 录录第一节第一节 新陈代谢新陈代谢通论通论第二节第二节 新陈代谢新陈代谢研究方法研究方法第三节第三节 生物能学简介生物能学简介第四节第四节 高能化合物高能化合物第2页,此课件共41页哦第一节第一节 新陈代谢通论新陈代谢通论一、一、新陈代谢概念新陈代谢概念二、能量代谢在新陈代谢中的二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位重要地位三、新陈代谢的三、新陈代谢的调节调节四、代谢中四、代谢中常见的有机反应常见的有机反应第3页,此课件共41页哦 一、新陈代谢的概念一、新陈代谢的概念 新新陈陈代代谢谢(metabolism)是是生生命命最最基基本本
2、的的特特征征之之一一,泛泛指指生生物物与与周周围围环环境境进进行行物物质质交交换换、能能量量流流动动和和信信息息传传递递的的过过程程。生生物物一一方方面面不不断断地地从从周周围围环环境境中中摄摄取取能能量量和和物物质质,通通过过一一系系列列生生物物反反应应转转变变成成自自身身组组织织成成分分,即即所所谓谓同同化化作作用用(assimilation);另另一一方方面面,将将原原有有的的组组成成成成份份经经过过一一系系列列的的生生化化反反应应,分分解解为为简简单单成成分分重重新新利利用用或或排排出出体体外外,即即所所谓谓异异化化作作用用(dissimilation),通通过过上上述述过过程程不不断
3、断地地进行自我更新。进行自我更新。特特点点:特特异异、有有序序、高高度度适适应应和和灵灵敏敏调调节节、代代谢谢途途径径逐逐步步进行。进行。第4页,此课件共41页哦Cells need energy to do all their work To generate and maintain its highly ordered structure(biosynthesis of macromolecules)To generate all kinds of movementTo generate concentration and electrical gradients across cell
4、 membranesTo maintain a body temperatureTo generate light in some animalsThe“energy industry”(production,storage and use)is central to the economy of the cell society!第5页,此课件共41页哦Living organisms use energy extracted from nutrients or sunlightPotential energyEnergy transductions accomplish workNutri
5、ents in environment(complex molecules such as sugars,fats)SunlightChemical synthesisMechanical workOsmotic and electrical gradientsHeat productionGenetic information transfer第6页,此课件共41页哦The energy needs of virtually all organisms are provided,directly or indirectly,by solar energy第7页,此课件共41页哦新陈代谢的概念
6、及内涵新陈代谢的概念及内涵 小分子小分子 大分子大分子合成代谢合成代谢(同化作用)(同化作用)需要能量需要能量 释放能量释放能量分解代谢分解代谢(异化作用)(异化作用)大分子大分子 小分子小分子物物质质代代谢谢能能量量传传递递新新陈陈代代谢谢信信息息交交换换第8页,此课件共41页哦生生物物界界能能量量传传递递及及转转化化总总过过程程太太 阳阳电子传递电子传递合成合成分解分解电子传递电子传递光合光合作用作用呼吸呼吸作用作用生命生命现象现象自养自养细胞细胞异异养养细细胞胞ATPADPCO2+H2O(CH2O)+O2ATPADP(光(光 能)能)(电(电 能)能)(化(化 学学 能)能)(化(化 学
7、学 能)能)(电(电 能)能)(化(化 学学 能)能)生物合成生物合成机机 械械 功功主动运输主动运输生物发光生物发光生物发电生物发电生物发热生物发热第9页,此课件共41页哦NAD+,NADP+,FMN and FAD are the commonly used electron carriers.NAD+and NADP+are dinucleotides able to accept/donate a hydride ion(thus with 2e-)for each round of reduction/oxidation.NAD+and NADP+can easily diffuse
8、 out of the enzymes.NAD+generally functions in catabolic reactions,whereas NADPH is always part of an anabolic reaction.第10页,此课件共41页哦NAD:Nicotinamide Adenine DinucleotideNADP:Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Nicotinamide第11页,此课件共41页哦FMN:Flavin MonoNucleotide FAD:Flavin Adenine Dinucleotid
9、eReactive sites第12页,此课件共41页哦三、新陈代谢的调节三、新陈代谢的调节 分子水平分子水平 细胞水平细胞水平 整体水平整体水平 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。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:代谢调节可分为三个不同水平:第1
10、3页,此课件共41页哦四、代谢中常见的有机化学反应机制四、代谢中常见的有机化学反应机制 基团转移反应基团转移反应 氧化氧化-还原反应还原反应 消除、异构化和重排反应消除、异构化和重排反应 碳碳-碳键的形成与断裂反应碳键的形成与断裂反应第14页,此课件共41页哦第二节第二节 新陈代谢研究方法新陈代谢研究方法一、同位素示踪法一、同位素示踪法(胆固醇分子中(胆固醇分子中C原子来源于乙酰原子来源于乙酰 辅酶辅酶A)二、酶抑制剂的应用二、酶抑制剂的应用(酵母的酒精发酵)(酵母的酒精发酵)三、气体测量法三、气体测量法(味精发酵中发酵液内谷氨酸含量)(味精发酵中发酵液内谷氨酸含量)四、核磁共振波谱法四、核磁
11、共振波谱法(人体前臂肌肉(人体前臂肌肉P谱峰值)谱峰值)五、利用遗传缺陷症研究代谢途径五、利用遗传缺陷症研究代谢途径 (缺乏(缺乏-半乳糖苷酶的半乳糖苷酶的E.coliE.coli)第15页,此课件共41页哦第三节第三节 生物能学简介生物能学简介一、有关热力学的一些一、有关热力学的一些基本概念基本概念二、二、自由能自由能的概念的概念三、三、化学反应化学反应中自由能的变化和意义中自由能的变化和意义四、生物体的能流四、生物体的能流和能量产生的三个阶段和能量产生的三个阶段第16页,此课件共41页哦一、有关热力学的一些基本概念一、有关热力学的一些基本概念 体系(体系(system)、环境)、环境(su
12、rroundings)、状态、状态(status)能的两种主要形式能的两种主要形式 热热(heat)、功、功(work)热力学第一定律和内能热力学第一定律和内能(internal energy)、焓、焓(enthalpy)热力学第二定律和熵热力学第二定律和熵(entropy)自由能自由能(free energy)第17页,此课件共41页哦1、体系、环境、状态、体系、环境、状态开放体系开放体系 封闭体系封闭体系隔离体系隔离体系体系体系物质交换物质交换 能量传递能量传递+第18页,此课件共41页哦热无序运动热无序运动功有序运动功有序运动2、能的两种主要形式、能的两种主要形式 热与功热与功第19页,
13、此课件共41页哦3、内能、内能(internal energy)、焓、焓(enthalpy)热力学第一定律热力学第一定律内能体系内部质点能量的总和,为体系状内能体系内部质点能量的总和,为体系状 态的函数,态的函数,U or E。焓为一个体系的内能与其全部分子的压力焓为一个体系的内能与其全部分子的压力 和体积总变化之和,亦为体系状态的函和体积总变化之和,亦为体系状态的函 数,数,H。H U PV第20页,此课件共41页哦4、热力学第二定律和熵、热力学第二定律和熵(entropy)热力学第二定律热力学第二定律熵代表一个体系质点散乱无序、能量熵代表一个体系质点散乱无序、能量分散分散 程度的状态函数,
14、程度的状态函数,S。热力学第二定律就是著名的熵定律,它指在一个封闭的系统里,能热力学第二定律就是著名的熵定律,它指在一个封闭的系统里,能量总是从高的地方流向低的地方,系统从有序渐渐变成无序(混沌量总是从高的地方流向低的地方,系统从有序渐渐变成无序(混沌状态),系统的熵最终将达到最大值(宇宙大爆炸)。这是一个不状态),系统的熵最终将达到最大值(宇宙大爆炸)。这是一个不可逆的过程。可逆的过程。熵的极大值或极小值都预示着生命的死亡。熵的极大值或极小值都预示着生命的死亡。第21页,此课件共41页哦二、自由能(二、自由能(free energyfree energy)物理意义:物理意义:*(体系中能对环
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