代谢总论与生物能学

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1、辅酶I和辅酶Ⅱ的递能作用吡啶AH2+NAD(P)+A+NAD(P)H+H+NAD(P)+可接受多种代谢产物脱下来的氢生成还原型的NAD(P)H44第八章代谢总论与生物能学[教学目标要求]理解新陈代谢的基本概念了解代谢中常见的有机反应机制。熟悉新陈代谢的研究方法。熟悉生物体内能量代谢的基本规律理解高能化合物的概念，熟悉ATP的一般性质掌握ΔG0及Keq´的计算1新陈代谢1.1新陈代谢基本概念1)新陈代谢metabolism定义生物与外界环境进行物质交换与能量交换的全过程。合成代谢(anabolism)分解代谢(catabolism)小分子→大分子需能放能大分子→小分子能

2、量代谢物质代谢生物体的分解代谢与合成代谢采取不同的途径，且一般在不同的部位进行。代谢途径的区域化如：糖酵解在细胞质中进行，三羧酸循环在线粒体基质中进行，氧化磷酸化在线粒体内膜进行。代谢反应是在温和的条件下进行的，由不同的酶催化。代谢过程由一系列的连续的化学反应构成，却有严格顺序。生物体内的代谢反应有灵活的自我调控步骤。生物的代谢体系是长期进化中逐步形成，逐步完善的。2）新陈代谢的特点代谢途径（metabolicpathway）体内的化学反应通常由酶催化，一系列的连续的有严格顺序的反应构成代谢途径。代谢途径的个别步骤称作中间代谢，个别步骤的产物称作中间产物。代谢途径的一览

3、图1点1线在1个途径的末端;1点2线在1个途径的中间;1点3线参与2个途径；其余类推。代谢途径的区域化1.2新陈代谢的生物功能获得营养物质营养物质转变为结构元件，组装成生物大分子形成或分解特殊功能所需的生物分子提供能量有机化学反应常涉及共价键的断裂。共价键断裂时，若两个电子分开，称作均裂断裂，产生不稳定基团，常见于氧化还原反应。1.3新陈代谢中常见有机反应机制若两个电子不分开，称作异裂断裂，如C-H键断裂，电子对通常留在碳原子一侧（碳原子的电负性大于氢原子），形成碳负离子和氢离子。富电子的碳负离子为亲核基团，容易与缺电子的亲电基团发生反应。若有氢负离子的受体存在，C-H

4、键断裂时电子有可能留在氢原子一侧形成碳正离子和氢负离子。在生物化学反应中，通常为亲电基团从一个亲核体转移到另一个亲核体常见的转移基团有酰基、磷酰基和葡萄糖基等。1）基团转移反应(group—transferreaction)酰基化合物-X（1）酰基转移酰基化合物-Y（2）磷酰基转移己糖激酶（3）葡糖基转移双取代：葡萄糖基上的的亲核体X先脱下，形成共振稳定的碳正离子，其后亲核体Y-：进攻葡萄糖环上C1。单取代：Y直接取代X。葡萄糖基的C1也相当于半缩醛分子的中心碳原子，形成共振稳定的碳正离子。酮在酸性条件下形成碳正离子实质是电子的得失，在生物化学反应中十分普遍，从代谢物转

5、移的电子，通过一系列的传递体转移到氧，并伴随能量的释放。2）氧化反应和还原反应(oxidationandreduction)乳酸消除反应伴随碳-碳双键的生成，可通过协同机制、碳正离子机制或碳负离子机制完成，形成顺式或反式消除产物。在生物化学中，常见的异构化反应是双键移位。如酮糖-醛糖互变。重排反应伴随碳-碳键的断裂和重生成，使碳骨架发生变化。3）消除、异构化及重排反应（1）消除反应消除反应的立体化学（2）异构化反应1212双键移位，即分子内氢原子的迁移酮糖-醛糖互变碱分解代谢和合成代谢以碳-碳键的形成与断裂为基础，常见的有：4）碳-碳键的形成与断裂反应（1）羟醛缩合反应

6、和羟醛裂解反应：如果糖-1,6-二磷酸裂解为二羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸。醛缩酶（2）克莱森酯缩合反应：如柠檬酸合酶催化的反应。（3）β-酮酸的氧化脱羧反应：如异柠檬酸的氧化脱羧。1.4.1一般方法1）invivo（体内）（1）利用异常代谢物的研究方法提出了β-氧化假说1904年KnoopФ(CH2)nCOOHФCOOH，ФCH2COOH狗1.4中间代谢的研究方法微生物的营养缺陷型可以分为若干种亚型,每种亚型由一种酶的缺陷造成，对比研究可以搞清代谢途径。如途径ABCD中BC的酶缺失,则A和B会堆积,CD的酶缺失,则A，B和C会堆积。（2）利用患代谢障碍病的病人或生物进

7、行代谢研究排出体外停止ABCDEF利用遗传缺欠症研究代谢途径（3）使用酶的抑制剂用酶的专一抑制剂阻断酶作用的某个特定环节，造成相关的中间代谢物积累，从而探明酶的作用。2）invitro（体外）（1）组织切片法（2）组织匀浆法（3）组织抽提液细胞提取液的离心分离梯度离心对细胞成份进行分离Fractionationofacellextractbydifferentialcentrifugation.1.4.2同位素示踪法3H，14C，32P，35S，125I（12.1年）（5568年）（14天）（87天）（60天）用同位素可标记任何一种化合物