第19、20章 代谢总论、生物能学
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代谢总论与生物能学共29页
代谢总论与生物能学
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
第1章代谢总论2009
• 10 Geoffery Zubay. BIOCHEMISTRY(THIRD EDITION).Wm. C. Brown Publishers, 1993 • 11 李建武，肖能赓，余瑞元等. 生物化学实验原理和方法。北京：北京大学出版社，1994 • 12 翟中和, 王喜忠, 丁明孝主编. 细胞生物学。北京：高等教育出版社，2000 • 13.北京大学生物化学课件 • 14.清华大学生物化学课件 • 15.四川农业大学生物化学课件 • 16.湖州师范大学生物化学课件 • 17.周爱儒编医学生物化学课件 • 18 陈敏老师的生物化学课件 • 19. 周爱儒主编. 生物化学（第五版）.北京：人民卫生出版社，2001 • 20. 南京大学生物化学精品课程课件.
5.代谢包括物质代谢和能量代谢. 热力学原理是代谢研究的基础 ， 代谢中每一步反应都涉及到物质和能量。
代谢 (metabolism)
合成代谢（同化作用） ：小分子合成大分子 ， 需要能量 （anabolism）
分解代谢（异化作用） ：大分子分解为小分子, 释放能量 （catabolism）
物质代谢 能量代谢
途径的产物（通常是终产物）可以通过抑制 途径前面的一步关键反应（通常是途径中的第一 个关键的不可逆反应）来控制它自己合成的速度， 这就是反馈抑制作用。
◎ 细胞水平
代谢途径的区域化，分隔控制 绝大多数代谢途径一般都局限于细胞内
的特定区域，也称为区室化(compartmentation)
◎ 整体水平
激素的调节 神经的调节
• 7 于自然，黄熙泰主编. 现代生物化学.北京:化学工业出版社（教材出版中心），2001 • 8 张蘅主编.生物化学(第二版).北京:北京医科大学，中国协和医科大学联合出版社, 1999
5.代谢包括物质代谢和能量代谢. 热力学原理是代谢研究的基础 ， 代谢中每一步反应都涉及到物质和能量。
代谢 (metabolism)
合成代谢（同化作用） ：小分子合成大分子 ， 需要能量 （anabolism）
分解代谢（异化作用） ：大分子分解为小分子, 释放能量 （catabolism）
物质代谢 能量代谢
途径的产物（通常是终产物）可以通过抑制 途径前面的一步关键反应（通常是途径中的第一 个关键的不可逆反应）来控制它自己合成的速度， 这就是反馈抑制作用。
◎ 细胞水平
代谢途径的区域化，分隔控制 绝大多数代谢途径一般都局限于细胞内
的特定区域，也称为区室化(compartmentation)
◎ 整体水平
激素的调节 神经的调节
• 7 于自然，黄熙泰主编. 现代生物化学.北京:化学工业出版社（教材出版中心），2001 • 8 张蘅主编.生物化学(第二版).北京:北京医科大学，中国协和医科大学联合出版社, 1999
大连理工大学生物化学课件--代谢总论
11
2、新陈代谢（ metabolism）的功能
新陈代谢是高度协调的细胞活动，有很多多聚酶系统（代 谢路径）协调合作来完成其功能。 ☞捕获太阳能或降解从周围环境中获得的营养物质来获得 化学能；
☞把营养物质转化为自身结构元件（细胞自己的特征分
子），包括生物大分子的前体分子； ☞将结构元件装配成自身的大分子，如蛋白质、核酸等； ☞合成或降解细胞特殊功能所需要的生物分子； ☞提供生命活动所需要的所有能量。
37
2、自由能（free energy）
物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量) 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： ΔG<0，反应能自发进行 ΔG>0，反应不能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态。 自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要 的意义，生物体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由
体外化学反应？
19
二、新陈代谢的研究方法
1、活体内(in vivo)水平的代谢研究 2、体外(in vitro)水平的代谢研究 3、整体水平的研究 4、器官水平的代谢研究 5、细胞、亚细胞水平的代谢研究
20
新陈代谢研究的具体对象——活细胞中所有化学变化
单细胞生物
多细胞生物
病毒(virus) 噬菌体(bacteriophage) 病毒和噬菌体介于生 物和非生物之间，只有寄 生于生物细胞中，才能表 现代谢等生命现象。
为试验对象，给犬饲喂不同
碳原子数的脂肪酸后，分析 它的排泄物成分，提出了脂 肪酸-氧化作用的学说。
24
4、器官水平的代谢研究
如，排尿素动物尿素合成部位 的研究。 切除动物的肝脏，发现动 物血液中氨基酸水平和血氨水 平均升高，而尿中尿素含量下
2、新陈代谢（ metabolism）的功能
新陈代谢是高度协调的细胞活动，有很多多聚酶系统（代 谢路径）协调合作来完成其功能。 ☞捕获太阳能或降解从周围环境中获得的营养物质来获得 化学能；
☞把营养物质转化为自身结构元件（细胞自己的特征分
子），包括生物大分子的前体分子； ☞将结构元件装配成自身的大分子，如蛋白质、核酸等； ☞合成或降解细胞特殊功能所需要的生物分子； ☞提供生命活动所需要的所有能量。
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2、自由能（free energy）
物理意义：－ΔＧ＝Ｗ* (体系中能对环境作功的能量) 自由能的变化能预示某一过程能否自发进行，即： ΔG<0，反应能自发进行 ΔG>0，反应不能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态。 自由能的概念对于研究生物化学过程的力能学具有很重要 的意义，生物体用于作功的能量正是体内化学反应释放的自由
体外化学反应？
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二、新陈代谢的研究方法
1、活体内(in vivo)水平的代谢研究 2、体外(in vitro)水平的代谢研究 3、整体水平的研究 4、器官水平的代谢研究 5、细胞、亚细胞水平的代谢研究
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新陈代谢研究的具体对象——活细胞中所有化学变化
单细胞生物
多细胞生物
病毒(virus) 噬菌体(bacteriophage) 病毒和噬菌体介于生 物和非生物之间，只有寄 生于生物细胞中，才能表 现代谢等生命现象。
为试验对象，给犬饲喂不同
碳原子数的脂肪酸后，分析 它的排泄物成分，提出了脂 肪酸-氧化作用的学说。
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4、器官水平的代谢研究
如，排尿素动物尿素合成部位 的研究。 切除动物的肝脏，发现动 物血液中氨基酸水平和血氨水 平均升高，而尿中尿素含量下
(推荐)《陈代谢与生物能学》PPT课件
阶段1：利用分解代谢阶段之2、3产生的 小分子作为合成原料前体。
注：*各类生物代谢的起点和进行方向不同， 但都遵循许多中心转化过程。 *生物可直接利用分解代谢产生的构件 分子作为前体装配成生物大分子。
合成代谢与分解代谢途径通常不重合
（1）二者部分代谢过程相同，个别或少数过程不同，由不同的酶催化。 例：糖酵解与糖异生
氨基酸 三碳α-酮酸（丙酮酸） 乙酰CoA
葡萄糖 → 丙酮酸 甘 油 → 丙酮酸 脂肪酸 → 乙酰CoA
阶段3：中间代谢物通过TCA循环最终分解为 CO2、H2O。
*合成代谢三阶段
阶段3：从构件分子合成大分子化合物， 如脂肪的合成原料是小分子乙 酰辅酶A，
先合成出脂肪酸，再合成各种脂类。 阶段2：先合成各种生物大分子的构件单元。
NADPH为合成代谢中的生物合成提供还原力。
*合成代谢（Anabolism）：由小分子前体合成生物大分子的过程。需要的 能量由分解代谢产生的 ATP 和 NADPH 提供。
NAD+ ; NADPH + H+
NAD+/NADH : 氧化途径（分解代谢）中电子受体 NADP+/NADPH :还原途径（合成代谢）电子供体
区域部位 1、线粒体
2、胞液 3、内质网 4、细胞核 5、糖颗粒 6、溶酶体
*各代谢途径的细胞定位
代谢分工 三羧酸循环（线粒体膜）；电子传递和氧化磷酸化 脂肪酸氧化；氨基酸分解代谢 酵解；脂肪酸合成；糖异生的部分途径；尿素合成 脂类合成；类固醇合成；蛋白质合成 DNA的复制；RNA的合成 糖原的合成与降解 蛋白质降解
新陈代谢特点：
在温和条件下进行，由酶催化； 各反应有严格的顺序性； 代谢途径的单向性 ( 代谢中的限速酶 ) 生物体对内外环境条件有高度的适应性和灵敏的自动调节。
注：*各类生物代谢的起点和进行方向不同， 但都遵循许多中心转化过程。 *生物可直接利用分解代谢产生的构件 分子作为前体装配成生物大分子。
合成代谢与分解代谢途径通常不重合
（1）二者部分代谢过程相同，个别或少数过程不同，由不同的酶催化。 例：糖酵解与糖异生
氨基酸 三碳α-酮酸（丙酮酸） 乙酰CoA
葡萄糖 → 丙酮酸 甘 油 → 丙酮酸 脂肪酸 → 乙酰CoA
阶段3：中间代谢物通过TCA循环最终分解为 CO2、H2O。
*合成代谢三阶段
阶段3：从构件分子合成大分子化合物， 如脂肪的合成原料是小分子乙 酰辅酶A，
先合成出脂肪酸，再合成各种脂类。 阶段2：先合成各种生物大分子的构件单元。
NADPH为合成代谢中的生物合成提供还原力。
*合成代谢（Anabolism）：由小分子前体合成生物大分子的过程。需要的 能量由分解代谢产生的 ATP 和 NADPH 提供。
NAD+ ; NADPH + H+
NAD+/NADH : 氧化途径（分解代谢）中电子受体 NADP+/NADPH :还原途径（合成代谢）电子供体
区域部位 1、线粒体
2、胞液 3、内质网 4、细胞核 5、糖颗粒 6、溶酶体
*各代谢途径的细胞定位
代谢分工 三羧酸循环（线粒体膜）；电子传递和氧化磷酸化 脂肪酸氧化；氨基酸分解代谢 酵解；脂肪酸合成；糖异生的部分途径；尿素合成 脂类合成；类固醇合成；蛋白质合成 DNA的复制；RNA的合成 糖原的合成与降解 蛋白质降解
新陈代谢特点：
在温和条件下进行，由酶催化； 各反应有严格的顺序性； 代谢途径的单向性 ( 代谢中的限速酶 ) 生物体对内外环境条件有高度的适应性和灵敏的自动调节。
王镜岩生物化学下册复习总结材料
第十九章代谢总论新陈代谢（metabolism）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、能量交换和信息交换的过程。
同化作用（assimilation）：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。
异化作用（dissimilation ）：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。
特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行。
新陈代谢是生物体内所有化学变化的总称；是生物体表现其生命活动的重要特征之一；它是由多酶体系协同作用的化学反应网络。
新陈代谢的功能:①从周围环境中获得营养物质。
②将外界引入的营养物质转为自身需要的结构元件。
③将结构元件装配成自身的大分子。
④形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子。
⑤提供机体生命活动所需的一切能量。
代谢过程是通过一系列酶促反应完成的。
完成某一代谢过程的一组相互衔接的酶促反应称为代谢途径(metabolic pathways)。
代谢途径特点:1.没有完全可逆的代谢途径。
物质的合成与分解，有的要完全不同的两条代谢途径（如脂肪酸的代谢）；有的要部分地通过单向不可逆反应（如糖代谢）。
2.代谢途径的形式是多样的，有直线型的，有分支型的，也有环形的。
3.代谢途径有确定的细胞定位。
酶在细胞内有确定的分布区域，所以每个过程都是在确定的区域进行的。
例如，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。
4.代谢途径是相互沟通的。
5.代谢途径之间有能量关联。
6.代谢途径的流量可调控。
代谢是酶促过程，可通过控制酶的活力与数量来实现。
每个代谢途径的流量，都受反应速度最慢的步骤的限制，这个步骤称为限速步骤，或关键步骤，这个酶称为限速酶或关键酶。
新陈代谢包括分解代谢和合成代谢两个方面。
分解代谢：机体将营养物质转变为较小、较简单的物质，又称异化作用，是指机体将自身物质转化为代谢产物，排出体外合成代谢是机体利用小分子或大分子的结构元件建造成大分子。
新陈代谢总论
•
△GO—这一反应在标准状态（pH=0, 25℃，
1atm）的自由能变化（可查表或计算，参见《物 理化学》）
•
K=[B]/[A] 或[B1][B2]…[Bn]/ [A1][A2]…[An]
• 生物代谢略有不同， △GO改为△GO` （pH=7)
• △G=
O｀ △G
+ RTlnK
△G＜0,可； =0,可逆；＞0,否
第八章 新陈代谢总论
新陈代谢 • 生物能学 • 高能化合物
• •
第一节
• 新的来，旧的去
新陈代谢
• 提问：什么是新陈代谢？
• 花开花落、四季轮回、“长江后浪推前浪，一
代新人换旧人”
• 生化定义——泛指生物与周围环境进行物质与
能量交换的过程。
• 是生物体物质代谢与能量代谢的有机统一。
1.1 物质代谢与能量代谢的统一
2.4 ATP “能量中间体”
化合物 磷酸基团转移势能 △ Go` △ Go` （千卡/摩尔） （千焦/摩尔） 14．8 11．8 10．3 10．1 7．7 7．3 7．3 3．4 5．0 3．8 3．3 2．2 61．9 49．3 43．1 42．3 32．3 30．5 30．5 14．2 20．9 15．9 13．8 9．2
磷酸烯醇式丙酮酸 3-磷酸甘油酸磷酸 磷酸肌酸 乙酰磷酸 磷酸精氨酸 ATP（→ADP+Pi） ADP（→AMP+Pi） AMP（→腺苷+Pi） 葡萄糖-1-磷酸 果糖-6-磷酸 葡萄糖-6-磷酸 甘油-1-磷酸
作用：能量传递
磷酸烯醇式丙酮酸
转 化
磷酸肌酸 传 暂时储能物质
递
葡萄糖6-磷酸
传递
葡萄糖1-磷酸
生物代谢总论
O2-
H2O
2H+
需氧细胞内糖、脂肪、氨基酸等通过各自的分解途径所 形成的还原性辅酶，包括NADH和FADH2通过电子传递 途径被重新氧化。即还原型辅酶上的氢原子以质子的形 式脱下，其电子沿一系列按一定顺序排列的电子传递体 转移，最后转移给分子氧并生成水，这个电子传递体系 称为电子传递链。由于消耗氧，故也叫呼吸链。 电子传递链在原核生物存在于质膜上，在真核细胞存 在于线粒体内膜上。
新陈代谢的研究方法
研究方法 同位素示踪法： 酶的抑制剂和拮抗物的应用：
代谢物阻断
整体水平的研究 器官水平的研究 细胞、亚细胞水平的研究
阅 读 内 容
------公认八大食物加速新陈代谢
燕麦 含极丰富的亚油酸和丰富的皂甙素，可降低血清 胆固醇、甘油三酯。 玉米 含丰富的钙、硒、卵磷脂、维生素E等，具有降 低血清胆固醇的作用。 海带 含丰富的牛磺酸，可降低血及胆汁中的胆固醇； 食物纤维褐藻酸，可以抑制胆固醇的吸收。
传递电子机理：Fe3+
-e
Fe2+
铁硫蛋白的结构及递电子机理
1Fe 0S24Cys 4Fe 4S24Cys 2Fe 2S24Cys
S Fe
传递电子机理：Fe3+
+e
-e
Fe2+
COQ
特点：带有聚异戊二烯侧链的苯醌，脂
溶性，位于膜双脂层中，能在膜脂中自由 泳动。
+2H
传递氢机理：CoQ
－2H
CoQH2
5.2 生物氧化
生物氧化的特点
生物氧化中二氧化碳的生成
生物氧化中水的生成
生物氧化中ATP的生成
高能化合物
5.2.1 生物氧化的特点 概念：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
代谢总论与生物氧化PPT课件
电子转移的主要形式：
1. 直接的电子转移
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+ 第14页/共81页
2. 氢原子的转移
AH2 + B ↔ A + BH2
3. 有机还原剂直接加氧
( H ↔ H+ + e )
RH + O2 + 2H+ + 2e ↔ ROH + H2O
（二）生物氧化的特点
1. 在细胞内，于体温、近于中性的含水环境 中由酶催化。
a与a3之间的两个铜离子，起电子传递作用：发 生Cu+ Cu2+ 的互变，将Cyt c所携带的电子传 递给O2。
b、 c1 、 c、a －－卟啉Fe与环及蛋白形成6个 配位键：4个与Fe，1个与His，1个与蛋白链中 Met形成。 a3－－卟啉Fe与环及蛋白形成5个配位键（不与 Met形成）, 空一个配位键与O2，CO，CN等结 合，其正常功能是与第O342页结/共8合1页。
线粒体电子传递链至少含有5种细胞色素：a 、 a3 、b、c、c1。
各种细胞色素的辅基结构略有不同。 a a3 、 b、c1中卟啉Fe与蛋白质非共价结合， c 的辅基 与蛋白质以硫醚键共价结合。
典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的顺序是： b → c1 → c → aa3 → O2。
第33页/共81页
Cyt a和a3组成一个复合体，二者无法分开，除 了含有铁卟啉外，还含有铜原子。Cyt a a3可以 直接以O2为电子受体，所以a a3又称细胞色素c 氧化酶。
代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧 结合生成水。
在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 进行的。
1. 直接的电子转移
Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+ 第14页/共81页
2. 氢原子的转移
AH2 + B ↔ A + BH2
3. 有机还原剂直接加氧
( H ↔ H+ + e )
RH + O2 + 2H+ + 2e ↔ ROH + H2O
（二）生物氧化的特点
1. 在细胞内，于体温、近于中性的含水环境 中由酶催化。
a与a3之间的两个铜离子，起电子传递作用：发 生Cu+ Cu2+ 的互变，将Cyt c所携带的电子传 递给O2。
b、 c1 、 c、a －－卟啉Fe与环及蛋白形成6个 配位键：4个与Fe，1个与His，1个与蛋白链中 Met形成。 a3－－卟啉Fe与环及蛋白形成5个配位键（不与 Met形成）, 空一个配位键与O2，CO，CN等结 合，其正常功能是与第O342页结/共8合1页。
线粒体电子传递链至少含有5种细胞色素：a 、 a3 、b、c、c1。
各种细胞色素的辅基结构略有不同。 a a3 、 b、c1中卟啉Fe与蛋白质非共价结合， c 的辅基 与蛋白质以硫醚键共价结合。
典型的线粒体呼吸链中，细胞色素的顺序是： b → c1 → c → aa3 → O2。
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Cyt a和a3组成一个复合体，二者无法分开，除 了含有铁卟啉外，还含有铜原子。Cyt a a3可以 直接以O2为电子受体，所以a a3又称细胞色素c 氧化酶。
代谢物脱下的氢经生物氧化作用和吸入的氧 结合生成水。
在生物氧化中，碳的氧化和氢的氧化是非同步 进行的。