代谢总论与生物能学

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1、生物体的化学组成自然界所有的生命物体都由三类物质组成水、无机离子和生物分子生命体的元素组成组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo

2、、Se、Si等。生物分子生物大分子糖G6（葡萄糖）F（果糖）脂FA（脂肪酸）＋甘油核酸5种含氮碱基（A、G、T、C、U）蛋白质20种氨基酸有机小分子维生素、辅酶、激素、有机酸、色素等。生物复杂多样，但在分子水平具有简单同一性。由基本相同类型的分子单体组成研究结构功能性质新陈代谢同化作用吸收与合成生长、发育、生殖异化作用排泄与分解衰老、死亡是生命的必然的两个部分在新陈代谢中不断发生能量变化及物质变化探索物质的运动规律湖北大学生命科学学院yangyanyan@hubu.edu.cn第六章代谢总论与生物能学(P.25

3、0-274)第一节代谢总论1、细胞如何从其环境中摄取能量和还原能力？(分解代谢）2、细胞如何合成其大分子的构造单元？（合成代谢）这些过程是由许多高度整合、相互交织的化学反应来完成的。营养物质在生物体内所经历的一切化学变化总称为新陈代谢（metabolism)，简称代谢。问题一．代谢阶段：人和高等动物可分为三个阶段:1．消化、吸收：食物（糖、脂和蛋白质）→可吸收的小分子→肠粘膜细胞→血循环→各组织细胞2.中间代谢：在细胞内进行，中间可有多步连续反应。例糖酵解:G→G-6-P→→→→→→2丙酮酸→2乳酸（多个酶）3

4、．排泄废物：肾、肠、皮肤等（生理学主讲）二．代谢特点：1．多步相关联的反应连续进行；2．反应条件温和，由酶催化进行，一般无副反应；3．对内外环境变化有高度适应性和灵敏的自动调节。三、代谢的研究方法：1.可从不同水平研究新陈代谢：整体（invivo）研究:意即“在体内”；组织切片组织匀浆和提取液：(invitro)意即“在体外”、“在试管内”。2.可用不同方法研究新陈代谢：(1)苯环化合物示踪法：1904年，德国Knoop用此法确立了脂肪酸氧化方式，提出β-氧化学说。（2）同位素示踪法：稳定(天然)同位素（如15

5、N、13C等）。不稳定同位素:放射性同位素(如14C、131I等）（3）使用酶的抑制剂：如碘乙酸抑制醛缩酶（4）利用遗传缺陷症：例先天缺乏尿黑酸氧化酶，可造成体内尿黑酸积累，从尿中检出尿黑酸可推测Tyr代谢情况.(5)气体测量法：如瓦氏呼吸器(P.18图19-1）（6）核磁共振波谱法（NMR）：1948年由Bloch与Purcell建立，获1952年诺贝尔奖。三、代谢的研究方法之1：使用抑制剂★酶抑制剂或呼吸电子抑制剂可以使代谢或呼吸电子传递途径受阻，积累中间产物，利于测定果糖-1，6-二磷酸甘油醛-3-磷酸二

6、羟丙酮磷酸醛缩酶碘乙酸-甘油酸-3-磷酸磷酸烯醇式丙酮酸甘油酸-2-磷酸烯醇化酶氟化物-第二节生物能学一、体系的概念、性质与状态二、内能和热力学第一定律三、熵和热力学第二定律四、反应的标准自由能变化及其与平衡常数的关系五、自由能变化六、标准生成自由能及其与平衡常数的关系七、能量学在生物化学应用中的一些规定八、高能磷酸化合物的储存和利用生物化学中的热力学第二节生物能学（生物化学中的热力学）热力学在生物化学中最基本的用处在于判断一个过程是否能够发生。有关热力学的一些基本概念：一、体系：热力学中的体系（system）

7、是在一限定范围内的物质。宇宙的其余部分的物质称为环境（surroundings）。开放体系：体系与环境之间既有能量传递又有物质交换；封闭体系：体系与环境之间只有能量传递没有物质交换；隔离体系：体系与环境之间没有能量传递也没有物质交换。二、内能和热力学第一定律：内能（internalenergy）：体系内部质点能量的总和，用符号U（或E）表示。内能的绝对值是无法测量的，但其改变量却是可以测量的。一个体系的性质包括：压力、体积、温度、组成、比热、表面张力等，热力学用体系的这些性质来描述一个体系所处的状态，并把这种性

8、质与状态间的单值对应关系称为状态函数（只与体系状态变化的始态和终态有关，而与状态变化的过程无关。）：1．内能U;2.焓(H=U+PV);3.熵S与自由能ΔG热力学第一定律:就是能量守衡定律，说明能的形式只能互相转变不能消灭。第一定律的数学表达式是：ΔU=Q-W（Q代表在过程中吸收的热量，W代表体系所做的功，ΔU代表内能的变化）。三、熵和热力学第二定律：●熵（entropy）：用S表示，