生物化学之新陈代谢概述
生物化学知识点2
脱氢酶：α-酮戊二酸异柠檬酸丙酮酸β-羟脂酰CoA 脱氢酶：琥珀酸α-P-甘油
2H 2H → FAD
二. 单糖的无氧氧化：在没有氧气的条件下，葡萄糖降解并释放能量的过程，是葡萄糖的不完全氧化过程，发生在胞浆中。
1. 糖酵解途径（EMP）
<1>物质代谢：见P319，注意其中的不可逆反应，每种物质的结构式自己查，也可见（B）P128，（课间显示）。
<2>能量代谢：消耗ATP：2
产生ATP：2*2
生物化学
下册
第一章 绪论 新陈代谢
一.代谢及其特点
代谢：新陈代谢，广义定义：生物体与环境之间的物质和能量交换。狭义定义：细胞内一切化学变化的总称。
代谢的类型：物质代谢
能量代谢
合成代谢：需能，还原
分解代谢：放能，氧化
FADH2：1
即1分子乙酰CoA净产生12个ATP，2分子就是24个。
<3>关于环内物质的氧化以及草酰乙酸的补充
TCA总的结果是乙酰CoA被完全氧化成了CO2和H2O，而环上其它的物质的量并没有改变，要使环上的物质也彻底氧化则需要另一途径来帮忙---丙酮酸羧化支路，其过程见P344或草图。把线粒体中的草酰乙酸变成了胞浆中的丙酮酸，下面就好氧化了。
<2>是物质代谢的总枢纽：许多非糖类物质（脂类、蛋白质）经其它代谢途径后可以转变成为单糖有氧氧化途径中的某些中间产物，因此也就可以被彻底氧化为CO2和H2O。反之，单糖有氧氧化途径中的某些中间产物也可以经其它代谢途径转变成为非糖类物质。
新陈代谢的解释
新陈代谢的解释
新陈代谢是生物体内有机物生成、分解、重组的代谢过程，有机物包括蛋白质、糖类、脂
肪等。
新陈代谢是涉及到很多细胞、组织和器官，它们之间共同参与形成整个生物体的系统。
新陈代谢的主要构成部分包括吸收代谢、生物化学代谢、能量代谢和结构代谢。
首先，吸收代谢是指从饮食中摄取的营养物质从消化道依靠消化酶生物分解，并经血液分发作用被细胞所吸收的流程。
其次，生物化学代谢是指细胞内生物化学反应，它包括运转代谢中所需要的化学反应，以及细胞内细胞管分枝等生物化学过程。
然后是能量代谢，它
是指细胞内的化学反应，通过氧化-还原反应，将有机物分解成无机物，能量被释放出来，形成生物体可利用的形式。
最后，结构代谢是指细胞内结构物质的合成，以及细胞信号传导系统的运转。
新陈代谢是生物体存活必须，也是一个生物系统的重要组成部分，需要有机物的产生、分解、转化、重组等。
各种有机物经过新陈代谢的过程，为生物体提供能量支持和生物物质
建造，保持生物系统正常运转，促进组织器官发育，在表观遗传学中发挥重要作用。
只有
当新陈代谢顺利进行时，才能够让生物体正常地保持健康，不出现疾病。
生物化学 6 新陈代谢概论
5
三、新陈代谢的类型
根据生物获取碳源或能量的主要途径，可将生 物分为不同类型，根据对碳的需要，可将生物 分为自养生物和异养生物。 自养生物（autotrophy） ：是利用CO2作为唯一 碳源的生物。 异养生物（heterotrophs） ：是利用有机碳合成 其自身必需的含碳化合物的生物。
新陈代谢（metabolism）概论
1
一、新陈代谢的一般概念
新陈代谢是生命最基本的特征之一，泛指生物 与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。
生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物 质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分， 即所谓同化作用（assimilation）；另一方面， 将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分 解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异 化作用（dissimilation ），通过上述过程不断 地进行自我更新。
新的分子生物学方法：RNAi、反义RNA 、基因敲除
及基因突变等。
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物质代谢的研究方法
利用正常机体的方法 使用病变动物法 切除器官法 器官灌注法 组织切片法或匀浆法 纯酶法及酶抑制法 同位素示踪法 使用亚细胞成分的方法 致突变法 转基因法和基因敲除法
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11Байду номын сангаас
能量代谢
物质和能量守恒
分解代谢
外界物质
合成代谢
分解产物
机体组织
化学能ΔH
热能q
自由能ΔF
（机械能、电能）
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能量代谢在新陈代谢中的地位
吸能的反应必须由外界供给能量 ATP是能量代谢的“货币” 在能量贮存和传递中，起着重要作用的物质 1）辅酶I和辅酶II的递能作用 （VPP） 2）FMN和FAD递能作用（VB2） 3）CoA在能量代谢中的作用（VB3 ，泛酸）
生物化学的名词解释
19新陈代谢——指生物体内一些化学变化的总称，是生物体表现其生命活动的重要特征之一。
是由多种酶协同作用的化学反应网络。
从物质代谢来说，新陈代谢包括分解代谢和合成代谢。
分解代谢——生物大分子通过一系列的酶促反应步骤，转变为较小的、较简单的物质的过程。
合成代谢——生物体利用小分子或大分子的结构元件合成自身生物大分子的过程。
能量代谢——在生物体内，以物质代谢为基础，与物质代谢过程相伴随发生的，是蕴藏在化学物质中的能量转化，统称为能量代谢20机体内许多磷酸化合物，当其磷酰基水解时，释放出大量的自由能（一般水解时能释放出5kcal/mol以上的自由能）。
这类化合物称为高能磷酸化合物。
其释放高能量的化学键叫“高能键”，有符号“~”表示。
磷酸肌酸和磷酸精氨酸以高能磷酸基团的转移作为贮能物质统称为磷酸原21生物膜是构成细胞所有膜的总称，包括围在细胞质外围的质膜和细胞器的内膜系统。
被动运输 指物质从高浓度的一侧，通过膜运输到低浓度的一侧，物质顺浓度梯度的方向跨膜运输的过程。
不需要消耗代谢能的穿膜运输。
特点：物质的运送速率既依赖于膜两侧运送物质的浓度差；又与被运送物质的分予大小，电荷和在脂双层中的溶解性有关。
主动运输指物质逆浓度梯度的穿膜运输过程。
需消耗代谢能，并需专一性的载体蛋白。
特点：①专一性。
有的细胞膜能主动运输某些氨基酸，但不能运送葡萄糖。
有的则相反。
②运送速度可以达到“饱利“状态。
③方向性。
如细胞为了保持其内、外的K+、Na+的浓度梯度差以维持其正常的生理活动，细胞主动地向外运送Na+ ，而向内运送K+ 。
④选择性抑制。
各种物质的运送有其专一的抑制剂阻遏这种运送。
⑤需要提供能量。
如果一种物质的运输与另一种物质的运输相关而且方向相同，称为同向运输。
方向相反则称为反向运输，这二者又统称为协同运输。
Na+、K+-泵实际是分布在膜上的Na+、K+-ATP酶。
通过水解ATP提供的能量主动向外运输Na+，而向内运输K+ 。
新陈代谢专题复习
新陈代谢专题复习
一、新陈代谢（metabolism）是一种统称：
新陈代谢是指体内所有生物化学反应的集合，包括新陈代谢的细胞能量代谢、新陈代谢的细胞内合成和新陈代谢的细胞外分解。
这些生物化学反应维持细胞的营养状态，调节细胞的活动，维持生物体全能动物正常的活动以及对部分物质依赖而实现器官系统和身体需要的代谢修饰。
二、新陈代谢一般可分为三大类：
1、细胞能量代谢：细胞能量代谢指的是生物体内组成细胞的有机物（尤其指有机酸）在能量动力的作用下，不断调节所需物质，使其满足细胞的能量需要，也就是细胞能量代谢。
2、细胞内合成：细胞内合成指的是体内细胞在能量变换的控制下，将能量变换的基本构成物质，如有机酸、离子和微量元素等，合成新的有机物，以满足细胞内物质运转和变换的需要。
3、细胞外分解：细胞外分解指的是，在体内生物体的分解过程中，细胞内的各种有机物质在能量动力的作用下，转化为能量变换的基本物质，以满足有机体的能量需求。
细胞外分解和细胞内合成是新陈代谢的两部分，有机体的营养状态是这两部分综合反应的结果。
生物化学之新陈代谢概述
2、广义概念：是生物与外界环境进行 物质与能量交换的全过程。即：生物 体内所经历的一切化学变化。包括消 化、吸收、中间代谢及排泄等阶段。
新陈代谢包括生物体内所发生的
一切合成和分解作用。一方面，生物 体不断从周围环境中摄取物质，通过 一系列生化反应，转变为自己的组成 部分；另一方面，将原有的组成成分 经过一系列生化反应，分解成不能在 利用的物质排出体外，不断地进行自 我更新。生物体通过新陈代谢所产生 的生命现象是建立在合成代谢与分解 代谢矛盾对立和统一的基础上的，它 们之间既相互联系、相互依存，又相 互制约。
A变T化PΔ+HG20O’→= A-3D0P.5+1P4ki J（/m标ol准）自由能
b、在某些情况下，ATP的α和 β磷酸基团之间的高能键被水解 （即同时水解γ和β-磷酸基 团），形成பைடு நூலகம்MP和焦磷酸。
ATP+H2O→AMP+PPi （ΔG0’= -32.19kJ/mol）
（2）作为磷酸基团供体参与磷酸化反应 生化反应中，无论是分解代谢还是合成
表1-1 高能键及高能化合物
3、ATP的结构及意义
ATP（三磷酸腺苷，腺苷三磷酸， adenosine triphosphate）是一种很 重要的高能磷酸化合物。
生物体每天要消耗大量ATP，
安 静 状 态 的 成 年 人 ： 每 天 消 耗 40kgATP；
激烈运动时：每分钟就消耗0.5kg。
例子1：研究维生素缺乏症，可给以 缺乏某种维生素的饲料，若干天后 观察其病变情况，在加入该种维生 素，观察其症状有否好转，从而确 定该种维生素的功能。
例子2： “人工糖尿病”。
例子3：生糖氨基酸；
生酮氨基酸
3、代谢物标记追踪实验
生物化学第五章糖代谢
糖酵解小结
⑴ 反应部位：胞浆 ⑵ 糖酵解是一个不需氧的产能过程 ⑶ 反应全过程中有三步不可逆的反应
G
G-6-P
ATP
ADP
己糖激酶
ATP
ADP
F-6-P
F-1,6-2P
磷酸果糖激酶-1
ADP
ATP
PEP
丙酮酸
丙酮酸激酶
(psicose,allulose)
D(-)-果糖
(fructose)
D(+)-山梨糖
(sorbose)
二羟丙酮
(dihytroasetone)
吡喃
呋喃
-D-吡喃果糖
-D-吡喃葡萄糖 吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）
-D-呋喃果糖
-D-呋喃葡萄糖
成环
转折
葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤
核糖 + NADPH+H+
淀粉
消化与吸收
ATP
作为生物体的结构成分
糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要的生物学作用如下：
作为细胞识别的信息分子
作为生物体内的主要能源物质
合成的前体
作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等
(四)糖类的生物学作用
一、双糖的酶促降解
糖复合物
糖—肽链
糖—核酸
糖—脂质
肽聚糖
(peptidoglycans)
脂多糖
(lipopolysauhards)
糖基酰基甘油
(glycosylacylglycerols)
糖鞘脂
(pglycosphingolipids)
糖蛋白
生物化学 代谢总论与生物氧化
～P ～P ATP
～P
～P
～P
6-磷酸葡萄糖 3-磷酸甘油
二 生物氧化
二、生物氧化
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生
物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O
并释放出能量的过程称为生物氧化。 生物氧化通常需要消耗氧，所以又称
O NH C N NH CH3
肌酸磷酸
O
O NH
P O
P O NH2
C NH O N CH3 CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸精氨酸
CH2COOH
这两种高能化合物在生物体内起储存能量的作用。
3-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
硫酯键型
酰基辅酶A
O SCoA
R C
甲硫键型
COO CH CH2 CH2 H3C S
(3) 水的生成方式是代谢物脱下的H与O结合
产生的。 (4) CO2的生成方式是有机酸脱羧产生的。
生物氧化的内容
（1）细胞如何在酶的催化下将有机化合物中的C变 成CO2—CO2如何形成？ • 脱羧反应
（2）在酶的作用下细胞怎样利用分子氧将有机化 合物中的H氧化成H2O—H2O如何形成？ • 电子传递链 （3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量怎 样转化成ATP—能量如何产生？ • 底物水平磷酸化 • 氧化磷酸化
分解代谢与合成代谢
生物小分子合成大分子 • •
合成代谢 •
需要能量
能量代谢
新陈代谢
•
• •
释放能量
分解代谢
生物大分子分解成小分子
物 质 代 谢
新陈代谢的共同特点
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2、广义概念：是生物与外界环境进行 物质与能量交换的全过程。即：生物 体内所经历的一切化学变化。包括消 化、吸收、中间代谢及排泄等阶段。
新陈代谢包括生物体内所发生的
一切合成和分解作用。一方面，生物 体不断从周围环境中摄取物质，通过 一系列生化反应，转变为自己的组成 部分；另一方面，将原有的组成成分 经过一系列生化反应，分解成不能在 利用的物质排出体外，不断地进行自 我更新。生物体通过新陈代谢所产生 的生命现象是建立在合成代谢与分解 代谢矛盾对立和统一的基础上的，它 们之间既相互联系、相互依存，又相 互制约。
阻断代谢途径的方法有：造成微生物营 养缺陷性、使用抗代谢物、专一性抑制 剂等。
（1）微生物营养缺陷性（微生物基因突 变型）
采取诱变剂使微生物的基因发生突变， 从而造成某种酶缺损，代谢途径中断， 缺损酶前面的中间产物会大量积累，致
应用实例：乳糖的代谢机理。
利用微生物的遗传突变型研究新 陈代谢机制，比利用其他生物有 以下优越性：
（一）活体内实验和活体外实验
1、活体内实验（整体实验）
用整体生物材料或高等动物离体器官或 微生物细胞群体进行中间代谢实验研究 称为活体内实验，用“in vivo”表示。
活体内实验结果代表生物体在正常 生理条件下，在神经、体液等调节机制 下的整体代谢情况，比较接近生物体的 实际。
典型例子：1904年，德国化学家Knoop提 出的脂肪酸β-氧化学说。
这是探索代谢途径最有效的方法。
标记方法有：化学标记法、同位素标记 法。
（1）化学标记法
1904年，德国F.Knoop首次用苯环标记 脂肪酸探讨中间代谢途径，提出著名的 脂肪酸β-氧化学说。
缺点：化学标记法使天然代谢物分子结
（2）同位素标记法
1941年，Rudolf Schoenheimer首次采用 同位素标记法进行实验。
容易突变；经济；简便等。
（2）使用抗代谢物
抗代谢物，又叫代谢拮抗物，或代谢 物结构类似物。其分子结构与代谢物 的分子结构类似。
实质：竞争性抑制剂。
例子：丙二酸是琥珀酸的抗代谢物， 能对琥珀酸脱氢酶发生很强的竞争性 抑制作用，造成代谢中间产物“琥珀 酸”积累，从而证明了TCA循环中有 生成琥珀酸这一反应步骤。
但有许多代谢有共同途径， 称为“两用代谢途径” （amphibolic pathway）。
二、新陈代谢的研究方法
中间代谢的研究内容很多，研究目 的不同，所用的生物材料和实验方法也 不相同。为探讨代谢途径及其调节机理， 动物、植物、微生物材料都可以作为实 验对象。
根据实验材料的水平，常将实验分 为活体内实验和活体外实验。
生物化学
第一章
新陈代谢总论
一、新陈代谢的概念
（一）新陈代谢的概念
新陈代谢是生物体最基本的特征，是 生命存在的前提。
新陈代谢（metabolisim）的概念：
1、狭义概念：是指细胞内所发生的酶
促反应过程，称为中间代谢 （intermediary metabolisim）。
（这是代谢活动的主体，也是代谢研 究的主要内容）。
（二）新陈代谢的内容
1、包括：物质代谢和能量代谢。
（1）物质代谢：重点讨论各种生理活性 物质（如糖、蛋白质、脂类、核酸等） 在细胞内发生酶促反应的途径及调控机 理，包含旧分子的分解和新分子的合成；
（2）能量代谢：重点讨论光能或化学能 在细胞内向生物能（ATP）转化的原理和 过程，以及生命活动对能量的利用。
1、代谢平衡实验
通过活体内实验研究代谢物摄入和 产出排出的平衡关系，可以了解对代谢 物的利用能力及产物生成情况。
例如测定“呼吸商”（R.Q.）可以判断 体内能量利用情况。
R.Q.=产CO2量（升）/耗O2量（升）
糖类物质R.Q为1，脂肪R.Q为 0.7，蛋白质R.Q为0.8。人体正 常代谢时，R.Q介于0.85-0.95之 间，说明三大营养物质同时发生 了氧化分解。
（3）酶的专一性抑制剂
例子：碘乙酸是巯基酶的专一性抑 制剂，可抑制酵母的酒精发酵，造 成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮积 累。由此证明了酵解途径中1，6-二 磷酸果糖是三三裂解生成了三碳糖。
（4）利用药物造成异常动物实验 （病变动物法）
用人工方法使动物发生某一过程的 代谢障碍，然后给以一定量受试物 质，研究其中间代谢过程。
2、活体外实验
用从生物体分离出来的组织切片， 组织匀浆或体外培养的细胞、细胞器及 细胞抽提物进行中间代谢实验研究称为 活体外实验，用“in vitro”表示。
典型例子：糖酵解、三羧酸循环、氧化 磷酸化等。
（二）代谢途径的探讨方法
探讨物质代谢途径的常用方法有： 代谢平衡实验、代谢障碍实验、代谢物 质标记追踪实验、特征性酶鉴定实验、 核磁共振波实验等。其中最有效的是代 谢物质标记追踪实验和核磁共振实验。
例子1：研究维生素缺乏症，可给以 缺乏某种维生素的饲料，若干天后 观察其病变情况，在加入该种维生 素，观察其症状有否好转，从而确 定该种维生素的功能。
例子2： “人工糖尿病”。
例子3：生糖氨基酸；
生酮氨基酸
3、代谢物标记追踪实验
将代谢底物分子适当“标记”，然后追 踪“标记”在细胞中的去向，就可以了 解底物分子在中间代谢中经过什么中间 产物，生成了什么终产物。
能量代谢和物质代谢是同一过程的两个 方面，能量转化寓于物质转化过程之中， 物质转化必然伴有能量转化。
2、合成代谢（anabolism）分解 代谢（catabolism）
合成代谢和分解代谢并非简 单可逆反应，发生于细胞不同部 位（尤其是真核生物中最常见）。
例如：脂肪酸分解成乙酰辅酶A 是在线粒体中进行，而乙酰辅酶 A合成脂肪酸则在细胞浆中进行。
饥饿状态下：R.Q？
糖尿病人：R.Q？
问题：若测得生物材料的R.Q接 近1，则表明能量主要来自于何 类物质分解？
2、代谢障碍实验（代谢途径阻断实验）
正常生物体的中间代谢过程中，中间产 物不会过多积累，不容易进行分析研究； 若用适当方法造成代谢障碍，阻断代谢 途径，则使中间产物积累，便于进行分 析研究。