生物化学(下).ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物化学（下）,主讲,李冰冰,第一章 代谢总论,教学目标：,1、了解新陈代谢的概念,2、了解,代谢的特点,3、了解代谢的研究对象,4、了解代谢的研究方法,5、了解生物能学基本概念,一、新陈代谢的概念,新陈代谢,(,metabolism,)是指营养物质在生物体内所经历的一切化学变化的总称，也称为代谢。包括,分解,、,合成,两种代谢作用；每种代谢都包括,物质,和,能量,代谢两个方面。,分解代谢,catabolism,katabolism,，也称,异化作用,disassimilation，有机营养物质通过一系列反应步骤转变为较小的过程。释放能量,合成代谢,anabolism,也称,同化作用,（assimilation）生物体利用小分子或大分子的结构元件建造成自身大分子的过程。储存能量的过程。,一、新陈代谢的概念,（续）,物质代谢(substance metabolism),：生物体内发生的物质的合成与分解作用。涉及能量的储存、释放或转移。,能量代谢(energy metabolism),：,物质代谢中,能量的转换、储存和释放。,生长旺盛时：合成代谢,分解代谢,成长的生物：合成代谢,分解代谢,衰老或饥饿：合成代谢,分解代谢,新陈代谢的速率,二氧化碳和氧在自养生物和异养生物间的循环,所有,生命体都需要氮源,，为合成氨基酸、核苷酸和其他含氮化合物所必需。植物利用,铵或可溶性硝酸盐,作为唯一氮源；脊椎动物的氮源必须是,氨基酸或其他有机含氮化合物,；只有少量的生物蓝细菌,(,Cyanobacteria,),和部分植物根部共生的土壤细菌可以转变（固定）,大气氮,为氨；其他细菌（硝化细菌）氧化氨生成硝酸盐和亚硝酸盐；而另一些细菌把硝酸盐转化为N,2，,在生物圈形成了氮的循环。,生物圈中氮的循环,生物圈的氮循环,固氮细菌,去硝化细菌,硝化细菌,物质循环需要大量的能量,，开始于光合生物捕获,太阳能,并利用太阳能合成富含能量的碳水化合物和其他有机营养物质。这些有机物被异养生物用作能源。代谢过程及能量转化过程中，有一部分有用能量（自由能）耗失，并有一定数量的能量,不可逆地,被转化成了无用能（热和熵）。与物质循环相比，,能量只以一种方式流向生物圈，生物不能再利用以热和熵散失的自由能。,物质的（碳、氧、氮）循环是连续的，而能量则不断地被转化为无用的形式。,物质循环中的能量转移,分解代谢,分解有机物,糖、脂和蛋白质，转化为更小、更简单的终产物如乳酸、CO,2,和NH,3,等，,释放能量,，部分被,转化为ATP和还原的电子载体,NADH，NADPH和FADH,2,，其余的作为,热量,散失。,合成代谢,以小或简单的前体物质合成更大、更复杂的分子，如脂、多糖、蛋白质和核酸等，合成代谢,需要能量的输入,，通常,需要ATP和还原力,NADH、NADPH和FADH,2,。,代谢作用中的能量关系,二、能量代谢的重要地位,生物体的一切生命活动都需要提供能量,太阳能是所有生物最根本的能量来源。具有叶绿素的生物进行光和作用的过程中将光能转化为化学能。,异养生物将复杂的营养物质分解代谢，将分子中蕴藏的能量逐步释放出来。,自由能：机体中用于做功的能量（ATP）,自由能(ATP)的作用,提供生物合成时所需要的能量,生物机体活动以及肌肉收缩的能量来源,营养物质跨膜运动所需要的自由能,在保证基因正确传递过程中的递能过程,ATP与ADP不断处于动态平衡的周转之中。,ATP不是能量的贮存形式，而是一种递能形式。,ATP的递能作用,ATP ADP+Pi,NAD(P)+的递能作用,NADH和NADPH,FMN和FAD的递能作用,FMN和FAD的递能作用,CoA由泛酸、氨基乙硫醇、焦磷酸及3,-AMP组成。CoA主要起传递酰基作用，是酰基转移酶的辅酶，携带乙酰时为乙酰CoA，是糖、脂、蛋白等进入TCA的必经之路，也是一些生物合成碳架的载体，在代谢中起重要作用。,辅酶A,(,Coenzyme A,CoA,),乙酰CoA在代谢中的作用,合成脂肪酸和脂类,生成酮体,合成固醇,类化合物,植物及微生物中生糖,脂,蛋白质,氨基酸,糖,酮体,分解代谢和合成代谢间的能量关系,三、,代谢作用的特点,1代谢过程通常不是一步完成，由一系列的,中间代谢（intermediate metabolic),过程所组成，反应数目虽多，但有极强的,顺序性,。,2需要,温和,(mild)的条件，绝大多数反应都由酶所催化。,3具有高度灵敏的,自我调节(regulation),。,整体水平,，,激素或激素伴同神经系统进行的综合调节；,细胞水平,，,通过胞内酶布局的区域化而实现；,分子水平,，,主要通过酶的反馈抑制和基因表达的调控等实现,常见代谢反应机制,1、基团转移反应,酰基转移反应、磷酰基转移、葡糖基转移,2、氧化还原反应,3、消除、异构化及重排反应,消除反应、异构化反应、分子重排反应,4、碳-碳键的形成与断裂反应,羟醛缩合反应、克莱森缩合反应、氧化脱羧反应,四、,代谢研究的对象,代谢所研究的是,生物活细胞,中发生的所有的,化学反应,，这里所指的活细胞是一种概括的说法，既来自于单细胞生物的细胞；也来自于多细胞生物的细胞、组织、器官及整个生物体；还包括病毒和噬菌体等生命体。,五、代谢研究的方法,1饲养动物(feeding animal),2测定呼吸商（,respiratory quotient,R.Q.,）,3代谢疾病(metabolic block)不正常代谢的观察,4利用微生物的生化突变型（biochemical mutant),5切除器官(organ excision),6离体试验(in vitro test),7组织培养（,tissue culture,）,8应用酶的抑制剂(enzyme inhibitor),9同位素示踪法（,isotopic tracer technique,）,10.分部离心技术(differential centrifugation),1工业(Industry),2农业(Agriculture),3医学、药学,(Medicine and Pharmacology),4畜牧(Farming),5食品(Food),6卫生(Hygiene),代谢研究与其他学科的关系,三、生物能学概述,1、有关热力学一些基本概念,体系与环境,：在研究中所涉及的全部物质的总称是体系。规定体系之外的物质总称为环境。,开放体系：与环境之间有物质交换和能量传递的体系。,封闭体系：与环境之间只有能量传递而不能发生物质交换的体系,隔离体系：与环境之间既无能量传递，也无物质交换的体系。,1、有关热力学一些基本概念,热与功,：热是由于温差而产生的能量传递方式；功是体系与环境间另外一种能量交换方式。热与功是能的两种表现形式。,内能和焓,：内能是体系内部质点能量的总和（用,U,表示）；焓是一个体系的内能与其全部分子的压力和体积总变化之和（用,H,表示）,热力学第一定律（能量守恒定律）,一个体系及其周围环境的总能量是一个常数。虽然能的形式可以改变但不会消灭。,数学表达式：,U=Q-W,热力学第二定律和熵,热力学第二定律指出：热的传导只能从高温物体传至低温物体。,当热自高温物体传给低温环境时，即把原来集中于高温物体的能量分散到与其相连的环境的质点中。代表体系能量分散程度的状态函数笼统地称为熵。,自由能和自由能变化,自由能：凡是能够用于做功的能量称之为自由能。生物氧化释放出的能量正是可为机体所用的自由能（,G,）。,自由能变化：在化学反应中，反应物自由能的总和与产物自由能的总和之差就是改反应的自由能变化（,G,）。,当一化学反应达到平衡时，这时的自由能变化为“0”.,标准自由能变化和标准生成自由能,标准自由能变化,：为了计算方便，人们规定一些条件为标准条件，将在此条件下所发生的化学反应的自由能变化称为便准自由能变化（,G,0,/,G,0,）。,（标准条件：参看教材p28）,标准生成自由能：,由处于标准状态的最稳定的单质合成标准状态当量化合物时，其标准自由能的变化值。,利用标准自由能是状态函数的性质，规定在一大气压下，一定温度时，最稳定的单质的标准自由能为零，这样，在标准状态下，由稳定单质生成1mol纯化合物的,G,0,就等于改化合物的标准生成自由能。,本章小节,1、新陈代谢的概念,2、新陈代谢与生物类型及其物质循环,3、代谢的特点,4、代谢的研究对象,5、代谢的研究方法,6、生物能基本概念,参考书目,1、沈 同、王镜岩等北大,生物化学第二版,2、聂剑初等简明生物化学教程,